海水的工业利用

1海水的工业利用海水利用主要有三个方面。一是海水代替淡水直接作为工业用水和生活杂用水，用量最大的是作工业冷却用水，其次还可用在洗涤、除尘、冲灰、冲渣、化盐制碱，印染等；二是海水经淡化后，提供高质淡水，供高压锅炉用，淡化水经矿化作饮用水；三是海水综合利用，即提取化工原料。本课程介绍一和二方面的应用，本章介绍重点介绍海水在工农业和生活方面的的工业利用。§3-1海水的工业利用概况一、国内外海水的工业利用简况海水经灭菌、杀生及除藻处理后,可替代淡水,直接作为工业冷却水、城市生活用水、农业灌溉用水、工业生产用水、环境用水及其它用水。用海水代替淡水的技术和过程就是常讲的海水的工业利用。利用海水做工业冷却用水，成本低廉，只有淡水成本的5～10％，具有明显的社会效益和经济效益。城市用水中,工业用水占70%～80%,而工业用水中又有70%～80%为工业冷却水。目前,工业冷却水是海水在工业上的工业利用的主要用水,约占海水总利用量90%,广泛用于电力、钢铁、化工、机械、纺织、食品、建材、印染等行业。海水用作工业冷却水已有几十年的历史。日本早在本世纪30年代就使用海水作为工业冷却水。1962年日本工业用水总量为313.5亿ｍ3，其中海水约占56.56％，1967年工业用水总量增至567.7亿ｍ3／年，海水约占60.81％。1965年到1975年,日本年工业冷却用海水量由90亿m3提高到167亿m3,年增长率为6.4%。1980年工业用水的50%为海水,日本沿海的大多数火力发电、核电、冶金及石油化工等行业都在以不同形式利用海水,仅电力企业的海水利用量就达1000亿m3/a。到1995年电厂海水利用量就约达1200亿吨。美国70年代末～80年代初海水的的工业利用量已达720亿m3。2000年工业用海水达到30%。英、法、荷、意等西欧国家,1970年海水利用量为371亿m3,2000年工业用海水达到2500亿m3。我国沿海城市的工业利用海水作工业冷却水的历史较早,但发展缓慢。青岛电厂1935年建厂时就用海水作冷凝器冷却降温和冲灰用，日用量达70万吨。水电部规定每发一万千瓦小时电耗淡水200m3，而青岛电厂仅用6m3。青岛碱厂是用水大户，日需淡水3800m3，由于用海水取代淡水用于溶盐、化灰和冷却等工艺，纯碱产量逐年上升，耗淡水量不断下降。吨碱耗淡水量由1974年的13.08m3降到1988年的0.9m3。青岛市已投产建成日供水280万吨的海水净化厂，一期工程日处理海水能力为10万吨。天津碱厂也用海水作为化盐水,既节水,又节盐,具有较大的社会经济效益。大连市用海水作工业冷却水年用量也在5亿吨以上。上海石化总厂和天津大港电厂年海水用量均在几亿吨以上。我国1998年利用量80多亿m3。1998年,青岛市电力、化工、纺织等行业的12家临海企业,年用海水8.37亿m3。天津市年利用海水18亿m3。1997年大连市的海水利用量已达28.03亿m3。此外,秦皇岛热电厂、黄岛热电厂和上海石化总厂等70多家临海火力发电、核电、化工、石化等企业均在以不同的方式的工业利用海水。我国和其它国家一样，海水作工业用水，目前主要是用作工业冷却水。冷却用水占海水总用量的95%以上，其中，滨海各发电厂用量最大，其次为石油和化工企业。详见表3-1。表3-1我国石油和化工企业年海水用量单位年海水用量单位年海水用量上海石油化工总厂热电厂3.6亿ｍ3大连化学工业公司1.5亿ｍ3天津大港电厂7.2亿ｍ3大连石油七厂(1990)1.1亿ｍ3浙江镇海电厂11亿ｍ3大连油脂化学厂(1990)28万ｍ3山东龙口电厂4亿ｍ3青岛碱厂3200万ｍ3山东黄岛电厂3.6亿ｍ3海水作工业冷却水，目前国内外都仍以直流冷却为主，且主要用于滨海火电、核电、化工和冶金等企业。海水直流冷却技术具有深海取水温度低、冷却效果好和系统运行管理简单等优点；但也存在取水量大、工程一次性投资大、排污量大和海体污染明显等问题。海水循环冷却技术在国外已有应用实例，最大的海水循环量达22000ｍ3/ｈ，在我国尚处于研究阶段,千吨级示范工程正在进行中。总的来说，美、欧、日等国家和地区年用海水作为冷却用水都近3千亿ｍ3。而我国还不足200亿ｍ3，与发达国家相差甚远。全国海水年利用量约为60亿m3,已大大落后于日、美等先进国家。当前阻碍海水利用技术产业发展的根本原因有三：①对我国淡水缺乏的问题认识不深，缺乏利用海水的意愿。②海水利用技术的研究开发不够，海水淡化和海水化学物质利用缺乏经济合理性。③陆上淡水、自来水水价偏低，使海水利用缺乏竞争性。城市生活用水占城市供水的20%左右，而城市冲厕用水占城市生活用水的35%左右。香港总人口690多万，香港海水冲厕已形成体系，占总人口的78.5%，每天冲厕用水约为52万ｍ3。天津、青岛和大连等也有少部分靠海的小区采用海水冲厕。利用海水作为大生活用水是一项综合技术，它涉及海水取水、前处理、双管路供水、地下和屋顶贮水、卫生洁具、及系统的杀生、防腐、防渗和防生物附着技术；大生活用海水与城市污水系统混合后含盐污水的生化处理技术；合理利用海洋稀释自净能力将大生活用海水进行海洋处置的技术等。防腐技术和防生物附着技术已基本成熟,大生活用海水技术的重点是高含盐量污水的生化处理技术和海洋处置技术。2002年国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所获准主持“十五”国家科技攻关计划项目——“水安全保障技术研究”中的三项海水资源利用课题之一就是大生活利用海水的技术。2003年底,随着海水循环冷却技术示范工程、海水淡化示范工程的完工以及生活用海水技术示范工程的实施,天津市将成为我国海水利用规模最大的城市。根据天津市长远规划,2010年的供水量将比现在增加1倍(达310万ｍ3/ｄ),因此利用高新技术开辟新水源,向大海借淡水迫在眉睫。“十五”期间国家将拨款500万元用于天津市海水循环冷却技术示范工程研究。在此期间,该市将建立规模为2500ｍ3/ｈ的海水循环冷却技术3示范工程,示范工程建成后可节约淡水资源100万ｍ3/ａ。此项技术可广泛用于沿海城市和苦咸水地区的电力、钢铁、化工、能源、建材、有色金属和食品等行业,产业化后将成为解决我国沿海城市和地区淡水资源紧缺问题的重要途径。天津海水淡化研究所的低温高效海水淡化技术利用发电厂或化工厂的废热,通过对海水多次蒸发、冷凝达到较高的产水率。初步测算表明,该项技术将比传统蒸馏技术产水率提高30%,能量消耗降低50%,极大地降低了造水成本,超大规模情况下甚至低于调水成本。二、海水的工业利用的成本效益分析海水的工业利用的经济效益是显而易见的。1995年青岛市的工业利用海水7.7亿m3,按折合淡水5%折算,相当于淡水5850万m3,按当年万元产值耗水量67m3计,可创产值57.5亿元。如按青岛市1m3淡水所产生的净效益3.50元计,则1995年青岛市的工业利用海水的净效益为1.35亿元。1998年对青岛市的工业利用海水的企业调查的结果表明,海水的工业利用的取水费均低于0.15元/m3,包括折旧费的运行成本也超不过0.25元/m3。青岛碱厂从4km外取海水,取水管道采用钢筋混凝土结构,冷却系统输水管网采用钛合金材料,的工业利用海水的运行成本仅为0.25元/m3(包括折旧费),远低于青岛市计划内用水的淡水供应价格(青岛市计划内供给工业企业的水价为1.70元/m3)。大连化学工业公司1990年海水取水量为1.52×108m3,年节约淡水445万m3,价值达135万元。1990年天津塘沽海水净化厂,每取1m3净化后的海水成本为0.15元,售水价定为0.17元。推广海水的工业利用作工业冷却水,社会和经济效益显著。国内外研究表明,如果海水取水费以0.15元/m3计,年运行时间为320天,对于一个海水冷却水量为1万m3/h的冷却系统,考虑到循环冷却系统基建折旧费、水稳药剂费、补充水水费和运行管理费等,海水循环冷却与海水直流冷却相比,当浓缩倍数为2时,海水循环冷却系统的运行费每年至少可节省40多万元;当浓缩倍数为3时,每年可节省400万元左右。威海华能电厂海水冷却系统总投资7000万元，为发电容量85万kw的机组提供180万m3/d的直流冷却用海水，这包括海水取水设施，预处理设施，杀菌、灭藻和防生物附着，防腐和牺牲阳极保护等。每kw的电,冷却用海水投资不足百元.充分利用海水不但可减轻淡水资源紧张状况，而且为企业带来了明显的经济效益。青岛染料厂年产1万t的硫酸车间、曾因无水而停产，后改为利用海水，在保住了1000万元年产值的基础上还增产300万元；青岛碱厂在扩大海水用量之后，纯碱年产从8万t增至20万t；大连化学工业公司以海水代替自来水作为工业用水，年节约自来水445万m3，节约资金111万元。由此可见,海水作为循环冷却水具有取水量小、工程投资小、运行费用低及排污量小等优点,是利用海水作冷却水的主要发展方向之一。§3-2海水做工业用水一、海水做工业用水的途径41.作工业冷却水1.1海水作工业冷却水是海水的工业利用的主要途径,海水做工业冷却水的优点：①水源稳定：海水自净能力强，水质比较稳定，采用量不受限制。②水温适宜：工业生产利用海水冷却，带走生产过程中多余的热量。海水，尤其是深层海水的温度较低，且水温较稳定，如大连海域全年海水温度在0～25℃之间。③动力消耗低：一般多采取近海取水，不需远距离输送。④设备投资少，占地面积小：与淡水循环冷却相比，可省去回水设备、凉水塔等装备。1.2海水利用的实践海水作工业冷却水主要用于火力发电厂及核电厂，其次是石油化工企业和钢铁企业。一座2×20万kw装机容量的滨海热电厂，海水用量为2.16万m3／h左右。我国的滨海电厂以及大连、青岛、天津、上海等城市的石油化工企业，如炼油、化纤、制碱、制酸、合成氨、油脂化学、染料等工业生产过程中都大量用海水作为冷却水，取得了巨大的社会效益和经济效益。主要成果有：①燃煤火电厂和核电站利用海水作为循环水我国许多建设在海边的燃煤电厂早已利用海水作为循环水，已建的大亚湾、秦山一期核电站和正在建设的岭澳、田湾和秦山二期、三期核电站都是利用海水作为循环水的。②燃煤火电厂利用丰富的海水脱硫已取得经验。深圳市西部电厂从国外引进海水脱硫技术业已建成投产，投资省、脱硫效果好，对海洋环境也未造成不利影响，而且比采用其他脱硫技术简单易行。③燃煤火电厂采用低温多效海水淡化供应工业用水已取得经验，且证明具有经济合理性。1.3海水做冷却水的技术问题海水作工业冷却水涉及的技术问题很多，包括取海水、预处理、海水腐蚀和海洋生物附着等，其中最关键是防腐和防海洋生物附着问题。海水冷却分海水直流冷却和海水循环冷却。直流冷却指原海水经换热设备进行一次性冷却后排放的过程；循环冷却指原海水经换热设备完成一次冷却、再经冷却塔冷却后，循环使用的过程。海水直流冷却技术有近80年的发展历史，有关防腐蚀、防海洋污损生物附着技术已基本成熟。如大亚湾核电站和天津大港电厂年用直流冷却海水分别为35亿和17亿吨。海水循环冷却系统和相关的防腐、阻垢和防污损生物附着和防盐雾飞溅等技术基本成熟，海水冷却塔技术，国外有专门公司开发，技术也是成熟的。目前比较广泛使用的抗腐材料主要是砷铝黄铁和钛合金,前者使用期超过5年,后者使用期一般在15年～30年。海水对碳素钢的腐蚀速度为0.7mm/a～1.0mm/a;对一般钢材则高达3.0mm/a。化工行业普遍使用的3.5mm厚的碳钢立式列管冷却器,如果用淡水作冷却水使用期为25年,用海水作直流冷却水若不做防腐处理,冷却器1.5年即穿孔渗漏。大港电厂利用海5水作直流冷却水使用铸铁输水管道,20多年仅涂过两次防腐材料而没有更换管道。青岛黄岛电厂采用阴极保护技术,保护度在90%以上。防止海洋生物附着的技术主要有:涂防污涂料、加氯杀生、电解海水杀生及窒息法杀生等。臭氧杀生、辐射杀生和电击杀生等技术在国内极少采用。海水作循环冷却水的主要问题是腐蚀和结垢,通过添加缓蚀剂和阻垢剂可以解决系统的腐蚀与结垢问题。目前,此项技术尚处于研究阶段。海水含盐量高且成分复杂,仅海水的电导率就比一般淡水高两个数量