海水資源在沿海鋼鐵企業的應用實踐及展望

季淑蕊

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北 唐山 063200）

0 前言

海洋擁有巨大的資源和能源，尤其是在我國淡水資源缺乏的地區，海水資源的開發利用顯得尤為重要。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020 年）》在海洋資源高效開發利用主題中明確指出：“要發展海水直接利用技術”。國家首部《海水利用專項規劃》明確提出到2020 年，我國海水淡化能力達到250-300 萬m3/日，我國海水直接利用能力要達到1 000 億m3/a。海水利用對解決沿海地區缺水問題的貢獻率為26%～37%，實現海水利用（特別是海水淡化）國產化率達到90%以上[1]。近年來，高耗水行業呈現向沿海聚集的趨勢，而鋼鐵企業是綜合性企業，是在海水利用方面實現縱向產業延深、橫向產業融合的最適合的平臺[2]。

1 海水資源在鋼鐵企業的應用

1.1 海水溫度的應用

渤海灣冬季最低水溫在0℃以下，每年有4～5 個月平均水溫低于5℃，曹妃甸地區的海水溫度最低接近-2.4℃，最高為30.9℃。

在鋼鐵企業工業冷卻用水是用水大戶，沿海企業可用海水替代淡水作為工業冷卻用水。目前的海水冷卻技術包括海水直流冷卻和海水循環冷卻2 種。海水直流冷卻技術已非常成熟，具有取水溫度低、冷卻效果好和運行管理簡單等優點。海水循環冷卻取排水量小，雖然取排水工程投資小，但是增加了海水冷卻塔，初期投資高于直流冷卻，適合離海岸稍遠的企業使用。某鋼鐵廠建有2 座300 MW 燃煤-燃氣混燒供熱發電機組優先采用海水直流冷卻技術，海水進入電廠冷卻之后再進行煙氣脫硫實現海水的串級利用。采用這項技術后全系統每年節約淡水資源1 993 萬t。

1.2 海水堿度的利用

海水pH 值在8～9，海水脫硫原理是利用海水的天然堿性溶解和吸收煙氣中SO2，如圖1 所示，近年來海水脫硫技術應用于火電廠。海水脫硫具有節省脫硫劑、系統簡單、投資省、運行費少、運行穩定以及無二次污染等優點，脫硫效率可達90%～95%。適用于燃煤含硫量不高，并以海水為循環冷卻水的電廠。

某鋼鐵廠已將海水脫硫技術應用于實踐，該廠自備電站采用海水脫硫工藝處理鍋爐煙氣中的 SO2按一爐一塔一曝氣池的方式配置，脫硫效率大于97%，SO2平均排放濃度20 mg/Nm3，遠達到《火電廠大氣污染排放物排放標準》的要求，年減排SO2約10 000 t。海水脫硫的成功實踐不僅實現了海水資源的綜合利用，并且符合國家可持續發展的環保政策要求。

1.3 海水礦物質及鹽的利用

海水中蘊含豐富的礦物質資源，如鉀、鎂、溴等離子及化合物，海水資源利用在制鹽業和化工行業已發揮利用優勢。曹妃甸海域鹽度平均值已經在33 g/L 左右，高于渤海灣的平均水平27 g/L。將海水中的鹽分分離出來，不僅可用于化工生產，創造更大的經濟價值，另外除鹽后的淡水可以用于生產及生活用水，大大節省了購水成本，見表1。

表1 海水中鹽分含量

1.3.1 海水淡化

海水淡化是推動海水資源綜合利用、解決淡水短缺問題的重要途徑。海水淡化項目的建設把握住了一條重要的科學規律：以能源換取資源。鋼鐵行業實施海水淡化工程項目基于3 個重要條件。1）缺水地區的環境條件。2）冶金企業可擁有大量的余熱資源，用來做低溫低壓發電則效率很低，而用來做熱法海淡則效率很高，這樣好的能源條件可以充分發揮利用價值。3）冶金企業工序生產需要大量高品質的除鹽水。以上3 個條件促進了海水淡化在鋼鐵企業的發展。

圖1 海水脫硫原理

大多膜法海水淡化技術直接將海水經過預處理后進入膜工藝，而某鋼鐵廠則采用熱膜耦合技術即膜法海淡采用的是熱法之后的濃鹽水進行再利用，主要體現在4 個方面的優勢。1）充分利用濃鹽水的余熱，解決了渤海灣冬季膜法海淡水溫低的難題。2）提高了淡水回收率，減少了海水淡化系統總的取海水量和排放海水量。3）提高濃海水含鹽量，供鹽化工企業制堿，實現了產業融合。4）由于膜法海水淡化產水含鹽量要高于熱法，可以將2 種水混合并適當調節比例，滿足不同用戶對不同水質需求。

海水淡化的高品質除鹽水用于鋼鐵企業的工序生產，另外海水淡化水作為生活用水在鋼鐵企業已經成功實踐，通過將海水淡化除鹽水經過膜處理、消毒等工序，提供更高品質的飲用水，如圖2 所示。

圖2 熱膜耦合工藝流程

1.3.2 海水化學資源利用

海水化學資源利用已經得到了各級政府的高度重視，《海水利用專項規劃》中指出：“重點開發利用海水制鹽和海水提取鎂、鉀、溴，以及鈾、氘等重要戰略資源”。渤海是中國最大的半封閉內海，整個水體交換能力差，通過濃海水資源利用實現海水淡化后濃海水的閉環零排放是關鍵。

濃海水的利用除了采用作為膜法海淡的原料，主要的用途是應用于化工行業，如圖3 所示，鋼鐵企業通過海水淡化產生濃鹽水，濃鹽水中提取豐富的鈉、鉀、鎂、溴和鋰等寶貴的化學資源，不僅能實現鋼鐵行業與化工行業的產業融合，同時能解決淡化后濃鹽水排放問題，實現循環經濟產業發展。

圖3 濃鹽水鹽化工示意圖

1.3.3 電解海水制氯

海水資源利用過程中解決海洋生物污損是提高海水利用效果的關鍵問題，電解海水制氯實現了用最經濟最有效的途徑，達到了防污、滅藻的目的。電解海水制氯系統原理為采用次氯酸鈉發生裝置，含有氯離子的海水流經電解槽時，給電解槽通以直流電，在電解槽內產生化學反應，生成次氯酸鈉。

目前電解海水制取次氯酸鈉大多數應用于大型電廠，某鋼鐵廠充分利用海水中的鹽分，通過電解含有一定濃度氯離子的海水產生活性有效氯，用于海水淡化、熱電自備電站海水直流冷卻系統，防止海水中的貝類、藻類等大量繁殖，避免影響設備的安全穩定運行。

2 海水資源利用在鋼鐵企業的展望

海水資源利用在國家政策的支持下有了更廣闊的發展前景。1）以循環經濟發展為理念的產業鏈拓展：目前不少鋼鐵企業實現了電-水-鹽三位一體的循環經濟，某鋼鐵企業以海水綜合利用為主線，將鋼鐵、電力、鹽化工各個行業相結合，創造了以燃、熱、電、水、鹽五位一體的循環經濟產業鏈，為鋼鐵企業提供了很好的實踐經驗，具有極高的經濟效益、社會效益和環境效益。利用海水淡化產生的濃海水及淡水打造“一水多用”產業鏈勢在必行。2）海洋新能源的開發利用：較高的成本是制約海水淡化發展的主要因素，開發太陽能、風能、核能等一系列新能源進行海水淡化的新工藝，從而更好地推動海水利用產業，將成為今后研究的熱點。3）核心技術的深入發展：海水資源利用主流技術日趨成熟，未來產業的發展朝著工程大型化、環境友好化、低成本、低能耗方向發展，加快提高海水利用創新能力、提高裝備國產化水平需要突破核心技術瓶頸[3]。

3 結語

海水資源綜合利用技術推動了沿海鋼鐵企業的快速發展，海水的特性及豐富資源的利用同時以鋼鐵企業為依托實現了巨大的利用價值，對于實現循環經濟發展、資源能源高效利用、節能減排、緩解水資源短缺等方面發揮了重大作用，相信海水資源利用將會在鋼鐵企業擁有更廣闊的發展空間。