1引言
近年来，钢铁工业在节能减排方面投入大量资金，吨钢综合能耗和吨钢污染物排放量逐年下降。但由于粗钢产量连年增长，吨钢下降成果尚不足以抵消因粗钢产量增长导致的总能耗增加，弱化了污染物减排的成果。能源消耗总量居高不下，污染治理难度和要求越来越高已成为制约钢铁工业进一步发展的关键因素。近年来钢铁工业节能减排工作的持续推进，一些投资回报率高、节能效果显著、污染物削减量大、容易实施的技术逐步被大部分企业采用，余下的都是投资成本偏高、节能减排效果不显著或技术上存在难度的项目，导致治理难度越来越大，实现节能减排的途径越来越少。例如，由于技术瓶颈的制约，钢铁工业一些低温、低压的热能，含盐量较高的废水等还不能得到有效的利用。
2低温多效蒸馏技术
低温多效蒸馏是最早的海水淡化方式之一，也是当今使用的最有效的热法蒸馏工艺之一。蒸发器中不同温度下单一的蒸发凝结制水单元叫做效。组成制水设备效的数量称为蒸发凝结设备的效数。水的沸点和它所受到的压力有关，压力越低，水的沸点就越低。低温多效蒸馏技术正是利用这一原理，通过真空技术，改变蒸发凝结设备各效内的压力，逐级改变各效内水的沸点。进而利用第1效蒸发海水所得的蒸汽作为第2效的热源(第2效的沸点温度和压力比第1效低)，效与效之间的热量实现多次重复利用。供给蒸发器的热量只需在第1效中将水加热实现部分汽化，即可实现多效的热量梯级供给。低温多效蒸馏技术是指盐水的最高蒸发温度约70℃的盐水淡化技术。其特征是将一系列的水平管降膜蒸发器或垂直管降膜蒸发器串联起来并分成若干效组，用一定量的蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，从而得到多倍于加热蒸汽量的蒸馏水的盐水淡化技术。低温多效蒸馏技术系统具有进料海水的预处理简单、动力消耗小、系统的热效率高、系统的操作弹性大、出水水质好等特点。系统的动力消耗只有0.9KWh/m3～1.2KWh/m3左右，30余度的温差即可安排12以上的传热效数，从而达到10左右的造水比。产品水的含盐量小于5mg/l[1]。
3低温多效蒸馏技术在钢铁行业应用实例
2005年2月国务院批复了《首钢实施搬迁、结构调整和环境治理的方案》，拉开了首钢京唐公司建设的序幕。首钢京唐公司位于河北省唐山市南部渤海湾曹妃甸岛，最近的淡水水源是相距90公里的唐山陡河水库，且淡水供应量只能满足首钢京唐公司的部分生产需求，建设海水淡化项目势在必行。首钢京唐公司海水淡化工程采用低温多效蒸馏海水淡化工艺。一期分两步建设，每步建设2套海水淡化装置，单套日产水能力12500吨，单套产水能力目前国内最大。一期一步建设两个单元，全部引进法国技术，于2007年9月开工建设，2009年3月和5月分别调试成功，满负荷产出合格蒸馏水。一期二步建设两个单元，全部实现国产化，于2009年3月开工建设，2010年8月和10月分别调试成功，满负荷产出合格蒸馏水[2]。目前，首钢京唐公司日产淡水5万吨，按地表水和蒸馏水之间1.5的造水率计算，每年可以节约地表水资源约2400万吨，约占首钢京唐公司年产975万吨钢用水量的三分之一。
4低温多效蒸馏技术对钢铁行业节能减排的作用
4.1充分利用钢铁流程的的低品质余能
低温多效蒸馏的盐水蒸发温度较低，因此，对加热热源的品质要求也低。根据《钢铁行业海水淡化技术规范第1部分：低温多效蒸馏法》，加热蒸汽参数应根据钢铁厂可以经济稳定提供的蒸汽流量和参数确定，宜采用低参数蒸汽。低温多效海水淡化装置要求的最小蒸汽压力为0.025MPa(a)～0.032MPa(a)；蒸汽热压缩装置的压缩汽源压力宜选用0.20MPa(a)～0.50MPa(a)；也可通过减温减压装置将从管网来的蒸汽(蒸汽压力一般0.8MPa～1.3MPa)经过减压、减温后进入热压缩器。钢铁厂低压蒸汽，压力介于0.3MPa和0.5MPa之间，温度250℃左右。钢铁厂低低压蒸汽，压力0.025MPa～0.032MPa，温度65℃～70℃[3]。钢铁企业各工序在生产过程中均可能产生温度、压力较低的低品质蒸汽，即低压蒸汽或低低压蒸汽。如，各种余热发电（烧结余热发电、转炉低温饱和蒸汽发电、干熄焦余热发电(CDQ)等）、余能发电（如高炉煤气TRT压差发电）、煤气-蒸汽联合发电（CCPP）、掺烧高炉煤气锅炉发电等汽轮机末端蒸汽，高炉炉前水冲渣蒸汽，钢渣焖渣蒸汽，高炉冲渣水转换的低品质蒸汽等等。这些低品质热源现有的节能技术尚无法高效利用，目前只能冷却回收水资源或放散。而这些低品质蒸汽恰恰是低温多效蒸馏技术最适合的热源，从而实现低品质能源的高效、梯级利用，同时大幅度降低盐水淡化成本。
4.2减少沿海钢铁企业常规水资源的消耗
我国是一个淡水资源贫乏且分布不圴的国家。我国的的淡水资源仅占全球淡水资源的6%，人均淡水资源只有2.3km，仅为世界平均水平的1/4。为缓解水资源短缺的状况，国家采取了涵养水源、兴建水利设施、跨流域调水、节约用水、污水处理循环使用等一系列政策措施。同时，鼓励沿海企业使用海水等非常规水资源。随着我国钢铁工业结构调整、压缩产能工作的不断深入，国家未来对钢铁行业的调控更多的将是布局的整体把控。即优先在沿海沿边地区布局，钢铁企业将逐步由内陆城市型向临海港口型转变。首钢京唐公司、鞍钢鲅鱼圈生产基地已建成投产，宝钢湛江钢铁有限公司、武钢防城港钢铁基地已开工建设，石家庄钢厂、青岛钢厂等一批城市钢铁企业也将相继向沿海搬迁。低温多效蒸馏海水淡化技术将给沿海钢铁企业高效利用低温、低压、低品质热源，减少常规水资源消耗提供一个选项。
4.3减少钢铁工业浓盐水的产生,有利于实现废水零排放
近年来，钢铁行业通过采用节水新工艺、新技术，完善循环水系统、串接利用水资源、厂区综合污水处理和回收利用等措施，不断降低产品新水消耗，减少废水外排。2012年，重点统计钢铁企业吨钢耗新水3.87立方米/吨，比2008年减少25.29%；外排废水总量比2008年减少38.60%，吨钢外排废水达到1.2立方米/吨，比2008年减少52.36%。但随着钢铁生产过程中使用纯水作为冷却介质的设备增多、污水深度处理除盐回用工程的实施，钢铁企业浓盐水将越来越多，如何妥善处理这些浓盐水将是制约钢铁工业废水零排放的关键环节。为回收利用水资源，钢铁企业建设了厂区综合污水处理厂，采用絮凝、沉淀和过滤工艺，主要去除悬浮物和化学需氧量，但对含盐量的去除基本没有作用。因此，随着水循环次数的增多，蒸发、浓缩等因素使水系统中含盐量越积越高，造成设备的腐蚀倾向。为保障回用水质安全，各钢铁企业在污水处理回用系统上增加反渗透除盐装置，将部分或全部综合污水进行脱盐处理。钢铁企业的自备电站、动力系统的蒸气锅炉、干熄焦锅炉等也需要使用返渗透装置制备纯净水，满足锅炉生产对纯净水的需要。反渗透水处理装置在生产纯净水的同时会产生含盐量较高的浓缩水。根据有关标准，产水量<4m3/h的装置水回收率不小于30%；产水量4m3/h～40m3/h的装置水回收率不小于50%；产水量>40m3/h的装置水回收率不小于70%[4]。即使按最高70%的产水率，仍产生约30%的浓盐水。目前，很多钢铁企业使用离子交换工艺制备软化水。离子交换工艺是利用钠离子交换组成水中硬度的钙、镁离子，使水中不易形成碳酸盐垢及硫酸盐垢。使用离子交换工艺制备软水，各钢铁企业每月需消耗成百上千吨的工业盐，造成水系统中盐份增加，并产生大量的浓盐水。目前，钢铁企业对浓盐水尚缺少有效的处理手段，多数企业采用渣场焖渣等方式进行处置。但由于浓盐水水量较大，焖渣等方式只能消耗一小部分，大部分浓水仍需直接外排，不仅造成水资源的浪费，还对环境造成污染。个别企业尝试使用反渗透膜技术处理浓盐水，但因浓盐水盐份含量高，易造成膜结垢或污堵，致使设备效率极低或停产。低温多效蒸馏海水淡化技术很好的解决了沿海钢铁企业的这一问题。低温多效蒸馏法的蒸汽是海水在70℃以下蒸发形成的，蒸汽中携带的盐水成分极为有限。因此，生产的蒸留水含盐量通常可小于5mg/l,可以完全替代离子交换制备软水工艺，避免制备软水产生的大量浓盐水。同时还可以大量兑入厂区供水系统，降低厂区水循环系统的含盐率,取消或缩小综合污水脱盐规模，为沿海钢铁企业真正实现废水零排放提供了可能[5]。
4.4废物循环利用，实现环境友好
低温多效蒸馏海水淡化后剩余的浓盐水具有高温、浓缩、高碱度等特点，为避免对排水口附近海洋水质、生态环境和海洋生物产生不利影响，同时实现变废为宝。目前采用的方式是将浓盐水输送给社会盐场，进行盐化工生产。远期可研究利用其高温、高碱度的特性，做为自备电厂烟气脱硫的脱硫剂使用，进一步实现环境友好。
5国家政策支持
5.1支持海水淡化
2005年8月，国家发展和改革委员会、国家海洋局、财政部联合印发了《海水利用专项规划》。规划指出，向大海要水、要资源，是解决沿海（近海）地区淡水资源短缺的现实选择，也是实现以水资源可持续利用，保障沿海地区经济社会可持续发展的重大措施，具有重大的现实意义和战略意义。并提出2010年我国海水淡化能力达到80万立方米/日～100万立方米/日，2020年海水淡化能力达到250万立方米/日～300万立方米/日，实现大规模海水淡化产业化，海水利用(特别是海水淡化)设备国产化率达到90％以上等发展目标。2012年2月，国务院发布了《国务院办公厅关于加快发展海水淡化产业的意见》。意见指出，发展海水淡化产业，对缓解我国沿海缺水地区和海岛水资源短缺，促进中西部地区苦咸水、微咸水淡化利用，优化用水结构，保障水资源持续利用具有重要意义。并从加大财税政策支持力度，加大对发展海水淡化产业的投入力度；实施金融和价格支持政策，推动海水淡化产业加快发展；完善法规体系，明确海水淡化的战略定位，从资源开发、环境保护、安全供给和产业发展等方面进行引导和规范；加强监督管理，确保供水安全；强化宣传培训等五个方面制定了支持政策。提出到2015年，我国海水淡化能力达到220万立方米/日～260万立方米/日的发展目标。
5.2鼓励余热余能利用
近来年，国家出台了一系列的鼓励节约能源的政策、法规和标准，其中对钢铁等行业的余热余能利用提出了明确要求。如2012年国家出台《节能减排“十二五”规划》中明确提出：推动干熄焦、高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气等二次能源高效回收利用，鼓励烧结机余热发电，到2015年重点大中型企业余热余压利用率达到50%以上。支持大中型钢铁企业建设能源管理中心。
5.3严格控制污水排放
《中华人民共和国水污染防治法》第四十条规定：国务院有关部门和县级以上地方人民政府应当合理规划工业布局，要求造成水污染的企业进行技术改造，采取综合防治措施，提高水的重复利用率，减少废水和污染物排放量。2012年修订的《钢铁工业水污染物排放标准》对钢铁工业废水及废水中污染的排放提出了更高、更严格的要求。其中吨钢废水排放量由1992年版标准的缺水区10立方米/吨、丰水区20立方米/吨，提高到现行标准的2.0立方米/吨和2015年的1.8立方米/吨[6]。
6低温多效蒸馏技术应用的设想
目前，低温多效蒸馏技术在钢铁行业的应用仅限于沿海钢铁企业的海水淡化，对沿海钢铁企业提高能源利用率，减少循环水系统中盐含量和废水排放量起到积极的作用。但为数众多的内陆钢铁企业同样存在着余热发电后的低压或低低压蒸汽利用问题，存在软水制备和浓盐水的利用问题。低温多效蒸馏技术是利用真空技术改变环境的压力，从而改变水的沸点，实现水的低温蒸发。因此，该技术不仅适用于海水淡化，也适用于钢铁联合企业浓盐水的处理。即，将企业的浓盐水集中后，充分利用钢铁企业的各种低低压蒸汽，应用低温多效蒸馏技术，对浓盐水进行蒸馏淡化，在获取高品质蒸馏水，取代离子交换工艺生产软水的同时，进一步浓缩浓盐水。力争实现浓盐水剩余量与企业焖渣等能够使用浓盐水的工序需水量平衡，从而为钢铁企业真正实现工业废水零排放创造条件。国内已有企业研发出了浓盐废水低温板式多效蒸发浓缩结晶装置，但由于尚存在蒸发温度偏高、设备稳定性及浓盐水、蒸汽管网设置等方面的问题，尚没有在钢铁企业应用。今后，随着低温板式多效蒸发浓缩结晶装置的不断成熟、完善，希望能够生产出适合钢铁企业浓盐水处理的蒸发浓缩结果装置，在钢铁企业试点及推广应用，从而使低温多效蒸馏技术在内陆钢铁企业的节能减排工作中发挥作用。
7结论
低温多效蒸馏技术通过钢铁联合企业内部的“水-汽-水”物质循环以及能量的梯级使用，最大限度地使用了能源，生产出高品质蒸馏水，减少企业常规水资源的消耗。通过高品质蒸馏水的应用，可取消企业原有的软化水工艺和稀释循环水系统的含盐量，减少浓盐水的产生，有利于实现废水零排放。可以预见，在今后钢铁企业的节能减排、发展循环经济的实践中将起到积极的促进的作用。
作者：李保军 单位：中国钢铁工业协会信息统计部
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