海水资源在沿海钢铁企业的应用实践及展望

季淑蕊

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北 唐山 063200）

0 前言

海洋拥有巨大的资源和能源，尤其是在我国淡水资源缺乏的地区，海水资源的开发利用显得尤为重要。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020 年）》在海洋资源高效开发利用主题中明确指出：“要发展海水直接利用技术”。国家首部《海水利用专项规划》明确提出到2020 年，我国海水淡化能力达到250-300 万m3/日，我国海水直接利用能力要达到1 000 亿m3/a。海水利用对解决沿海地区缺水问题的贡献率为26%～37%，实现海水利用（特别是海水淡化）国产化率达到90%以上[1]。近年来，高耗水行业呈现向沿海聚集的趋势，而钢铁企业是综合性企业，是在海水利用方面实现纵向产业延深、横向产业融合的最适合的平台[2]。

1 海水资源在钢铁企业的应用

1.1 海水温度的应用

渤海湾冬季最低水温在0℃以下，每年有4～5 个月平均水温低于5℃，曹妃甸地区的海水温度最低接近-2.4℃，最高为30.9℃。

在钢铁企业工业冷却用水是用水大户，沿海企业可用海水替代淡水作为工业冷却用水。目前的海水冷却技术包括海水直流冷却和海水循环冷却2 种。海水直流冷却技术已非常成熟，具有取水温度低、冷却效果好和运行管理简单等优点。海水循环冷却取排水量小，虽然取排水工程投资小，但是增加了海水冷却塔，初期投资高于直流冷却，适合离海岸稍远的企业使用。某钢铁厂建有2 座300 MW 燃煤-燃气混烧供热发电机组优先采用海水直流冷却技术，海水进入电厂冷却之后再进行烟气脱硫实现海水的串级利用。采用这项技术后全系统每年节约淡水资源1 993 万t。

1.2 海水碱度的利用

海水pH 值在8～9，海水脱硫原理是利用海水的天然碱性溶解和吸收烟气中SO2，如图1 所示，近年来海水脱硫技术应用于火电厂。海水脱硫具有节省脱硫剂、系统简单、投资省、运行费少、运行稳定以及无二次污染等优点，脱硫效率可达90%～95%。适用于燃煤含硫量不高，并以海水为循环冷却水的电厂。

某钢铁厂已将海水脱硫技术应用于实践，该厂自备电站采用海水脱硫工艺处理锅炉烟气中的 SO2按一炉一塔一曝气池的方式配置，脱硫效率大于97%，SO2平均排放浓度20 mg/Nm3，远达到《火电厂大气污染排放物排放标准》的要求，年减排SO2约10 000 t。海水脱硫的成功实践不仅实现了海水资源的综合利用，并且符合国家可持续发展的环保政策要求。

1.3 海水矿物质及盐的利用

海水中蕴含丰富的矿物质资源，如钾、镁、溴等离子及化合物，海水资源利用在制盐业和化工行业已发挥利用优势。曹妃甸海域盐度平均值已经在33 g/L 左右，高于渤海湾的平均水平27 g/L。将海水中的盐分分离出来，不仅可用于化工生产，创造更大的经济价值，另外除盐后的淡水可以用于生产及生活用水，大大节省了购水成本，见表1。

表1 海水中盐分含量

1.3.1 海水淡化

海水淡化是推动海水资源综合利用、解决淡水短缺问题的重要途径。海水淡化项目的建设把握住了一条重要的科学规律：以能源换取资源。钢铁行业实施海水淡化工程项目基于3 个重要条件。1）缺水地区的环境条件。2）冶金企业可拥有大量的余热资源，用来做低温低压发电则效率很低，而用来做热法海淡则效率很高，这样好的能源条件可以充分发挥利用价值。3）冶金企业工序生产需要大量高品质的除盐水。以上3 个条件促进了海水淡化在钢铁企业的发展。

图1 海水脱硫原理

大多膜法海水淡化技术直接将海水经过预处理后进入膜工艺，而某钢铁厂则采用热膜耦合技术即膜法海淡采用的是热法之后的浓盐水进行再利用，主要体现在4 个方面的优势。1）充分利用浓盐水的余热，解决了渤海湾冬季膜法海淡水温低的难题。2）提高了淡水回收率，减少了海水淡化系统总的取海水量和排放海水量。3）提高浓海水含盐量，供盐化工企业制碱，实现了产业融合。4）由于膜法海水淡化产水含盐量要高于热法，可以将2 种水混合并适当调节比例，满足不同用户对不同水质需求。

海水淡化的高品质除盐水用于钢铁企业的工序生产，另外海水淡化水作为生活用水在钢铁企业已经成功实践，通过将海水淡化除盐水经过膜处理、消毒等工序，提供更高品质的饮用水，如图2 所示。

图2 热膜耦合工艺流程

1.3.2 海水化学资源利用

海水化学资源利用已经得到了各级政府的高度重视，《海水利用专项规划》中指出：“重点开发利用海水制盐和海水提取镁、钾、溴，以及铀、氘等重要战略资源”。渤海是中国最大的半封闭内海，整个水体交换能力差，通过浓海水资源利用实现海水淡化后浓海水的闭环零排放是关键。

浓海水的利用除了采用作为膜法海淡的原料，主要的用途是应用于化工行业，如图3 所示，钢铁企业通过海水淡化产生浓盐水，浓盐水中提取丰富的钠、钾、镁、溴和锂等宝贵的化学资源，不仅能实现钢铁行业与化工行业的产业融合，同时能解决淡化后浓盐水排放问题，实现循环经济产业发展。

图3 浓盐水盐化工示意图

1.3.3 电解海水制氯

海水资源利用过程中解决海洋生物污损是提高海水利用效果的关键问题，电解海水制氯实现了用最经济最有效的途径，达到了防污、灭藻的目的。电解海水制氯系统原理为采用次氯酸钠发生装置，含有氯离子的海水流经电解槽时，给电解槽通以直流电，在电解槽内产生化学反应，生成次氯酸钠。

目前电解海水制取次氯酸钠大多数应用于大型电厂，某钢铁厂充分利用海水中的盐分，通过电解含有一定浓度氯离子的海水产生活性有效氯，用于海水淡化、热电自备电站海水直流冷却系统，防止海水中的贝类、藻类等大量繁殖，避免影响设备的安全稳定运行。

2 海水资源利用在钢铁企业的展望

海水资源利用在国家政策的支持下有了更广阔的发展前景。1）以循环经济发展为理念的产业链拓展：目前不少钢铁企业实现了电-水-盐三位一体的循环经济，某钢铁企业以海水综合利用为主线，将钢铁、电力、盐化工各个行业相结合，创造了以燃、热、电、水、盐五位一体的循环经济产业链，为钢铁企业提供了很好的实践经验，具有极高的经济效益、社会效益和环境效益。利用海水淡化产生的浓海水及淡水打造“一水多用”产业链势在必行。2）海洋新能源的开发利用：较高的成本是制约海水淡化发展的主要因素，开发太阳能、风能、核能等一系列新能源进行海水淡化的新工艺，从而更好地推动海水利用产业，将成为今后研究的热点。3）核心技术的深入发展：海水资源利用主流技术日趋成熟，未来产业的发展朝着工程大型化、环境友好化、低成本、低能耗方向发展，加快提高海水利用创新能力、提高装备国产化水平需要突破核心技术瓶颈[3]。

3 结语

海水资源综合利用技术推动了沿海钢铁企业的快速发展，海水的特性及丰富资源的利用同时以钢铁企业为依托实现了巨大的利用价值，对于实现循环经济发展、资源能源高效利用、节能减排、缓解水资源短缺等方面发挥了重大作用，相信海水资源利用将会在钢铁企业拥有更广阔的发展空间。