本发明涉及蒸馏海水淡化及钢铁厂余热余能回收利用技术领域，特别涉及一种基于钢铁厂废热水余热利用的节能蒸馏淡化系统及方法。
背景技术：
海水淡化是一门从海水中获取淡水的水源增量技术，是解决淡水资源短缺、保障用水安全的可靠途径。根据分离技术原理的不同，海水淡化通常可分为以消耗热能为主的蒸馏法(如多级闪蒸、多效蒸馏、压汽蒸馏等)和以消耗电能为主的膜法(如电渗析、反渗透等)两大类。其中蒸馏法海水淡化的热源主要来自于商品蒸汽、余热或太阳能等，主要用来为蒸发海水提供热量。目前投入应用的蒸馏法海水淡化装置多是以商品蒸汽作为热量来源，这样就需要消耗大量的化石燃料来满足海水淡化装置的能量需求，从而导致蒸馏法海水淡化的造水成本较高。另一方面沿海各种工厂尤其是钢铁企业大量的余热无法找到合适的利用途径，如高炉冲渣水的余热主要用在冬季供暖上，而一些利用高炉低温冲渣水余热发电、温差发电等先进的技术方法仅限于理论上的研究。此时如果将沿海钢铁企业丰富的废热水等余热回收作为海水淡化装置的热源，替代商品蒸汽，可以大大降低蒸馏海水淡化的造水成本，加快蒸馏法海水淡化技术在我国的推广速度。有文献指出我国钢铁工业生产1t钢产生的余热资源量平均为8.44GJ，其中，产品和中间产品显热为3.35GJ/t钢(烧结矿/球团矿为中温显热，其余为高温显热)，占余热资源总量的39％；渣显热为0.74GJ/t钢(均为高温显热)，占9％；废(烟)气显热为3.10GJ/t钢(转炉烟气为高温显热，其余为中、低温显热)，占37％；废热水显热为1.24GJ/t钢(均为低温显热)，约占15％。其中就目前我国钢铁厂余热回收利用的情况而言，高温余热回收最多，回收率约为50％；其次是中温余热，回收率约为40％；再次是低温余热，回收率不足1％。如果能够实现钢铁厂上述余热资源与蒸馏法海水淡化装置能量需求之间的匹配，用钢铁厂余热替代商品蒸汽就可以成为现实。中国专利CN102502903A提出一种利用钢铁厂煤气、蒸汽实现海水淡化的系统及工艺，该装置将钢铁厂生产工序消耗不了的剩余煤气用于锅炉燃烧产生蒸汽，与钢铁厂回收的蒸汽在合理分级的前提下，通过MED装置制取淡化水。中国专利CN102851420A公开了一种炼铁余热梯级回收利用的方法，该技术方案串联回收钢铁厂高炉渣冲水余热和热风炉烟气余热，为低温海水淡化提供热源。中国CN103880101A提出了一种利用高炉冲渣水余热实现低温多效海水淡化生产的系统及工艺，该系统由冲渣水热量提取系统和低温多效海水淡化制水系统组成，将高炉冲渣水余热转化成低品质蒸汽，并将低品质蒸汽与LT-MED海水淡化结合，大幅度降低低温多效海水淡化的制水成本。中国CN104445480A公开了一种沿海钢铁企业利用低温废烟气余热进行污水处理同时实现海水淡化的工艺，该技术利用钢铁企业废弃的低温烟气余热来处理生产过程中所产生的污水，该过程所产蒸汽经负压饱和等工序处理后，送至LT-MED海水淡化装置。通过以上分析可以看出回收钢铁厂余热资源用于海水淡化是降低造水成本切实可行的技术方法，目前已经研发出利用钢铁厂高炉煤气、高温冲渣水、废蒸汽、低温废烟气进行海水淡化的技术方法，但是如何利用钢铁厂的低品位废热水余热，并根据海水淡化对热源的要求实现两者之间的匹配，尚缺乏有效的工艺方法。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能降低蒸馏法海水淡化的造水成本，并充分利用钢铁厂丰富的低品位废热水余热资源，实现钢铁厂低品位废热水余热回收与蒸馏法海水淡化装置能量需求之间对接的基于钢铁厂废热水余热利用的节能型蒸馏淡化系统。本发明的第二个目的是提供一种基于钢铁厂废热水余热利用的节能型蒸馏淡化方法。本发明的技术方案概述如下：基于钢铁厂废热水余热利用的节能型蒸馏淡化系统，包括首蒸发组I、中间蒸发组II、末蒸发组III、冷凝器10、产品水闪蒸罐、产品水平衡罐20、浓盐水闪蒸罐、浓盐水平衡罐28、原料水泵29，冷却水泵30，产品水泵31，浓盐水泵32，末蒸发组进料泵33、中间蒸发组进料泵34、首蒸发组进料泵35，真空系统36，蒸汽喷射泵37，高压蒸汽进气阀38，抽气阀39，高压蒸汽切换阀40，低压蒸汽切换阀41，第一调节阀42，换热器43，蒸汽闪蒸罐44，除雾器45，首效冷凝水调节阀46，第二调节阀47，回水阀48，回水泵49，废热水余热蒸汽切换阀50，第三调节阀51：首蒸发组进料预热器52，中间蒸发组进料预热器54，末蒸发组进料预热器55，热水排放泵56；首蒸发组I包括有N个蒸发器；中间蒸发组II包括M个蒸发器；末蒸发组III包括有P个蒸发器；产品水闪蒸罐为(N+M+P)个；浓盐水闪蒸罐为(M+P+1)个；除雾器45设置在所述蒸汽闪蒸罐44的上部，原料水泵29通过进料管道依次与冷凝器10、末蒸发组进料泵33连接后分别与末蒸发组III的P个蒸发器连接；末蒸发组进料预热器551～P个分别设置在末蒸发组进料管道上；冷凝器10通过冷却水排放管道与冷却水泵30连接；末蒸发组III的P个蒸发器分别通过进料管道与中间蒸发组进料泵34连接；中间蒸发组进料泵34通过进料管道分别与中间蒸发组II的M个蒸发器连接；中间蒸发组进料预热器541～M个分别设置在中间蒸发组蒸发器进料管道上；中间蒸发组的M个蒸发器分别通过进料管道与首蒸发组进料泵35连接；首蒸发组进料泵35通过进料管道分别与首蒸发组I的N个蒸发器连接；首蒸发组进料预热器521～N个分别设置在首蒸发组蒸发器进料管道上；首蒸发组I的首个蒸发器1通过管道依次与首效冷凝水调节阀46，回水阀48，回水泵49，换热器43连接，换热器43通过管道与蒸汽闪蒸罐44连接；首蒸发组I、中间蒸发组II、末蒸发组III的蒸发器通过不凝气管道与真空系统36连接；冷凝器10、首蒸发组进料预热器52，中间蒸发组进料预热器54，末蒸发组进料预热器55和蒸汽闪蒸罐44通过不凝气管道与真空系统36连接；首蒸发组I内的首个蒸发器1通过二次蒸汽管道依次与相邻的蒸发器连接后，再与中间蒸发组II的蒸发器依次连接、再与末蒸发组III的蒸发器依次连接，再与冷凝器10连接：各个产品水闪蒸罐通过管道与对应的蒸发器连接；产品水平衡罐20通过管道与冷凝器10连接；各个浓盐水闪蒸罐通过管道与对应的蒸发器相邻的下一个蒸发器连接，末蒸发组III的末个浓盐水闪蒸罐通过管道与冷凝器10连接；浓盐水平衡罐28通过管道与冷凝器10连接；高压蒸汽通过设置有高压蒸汽进气阀38的管道通入蒸汽喷射泵37中，蒸汽喷射泵37通过管道依次与高压蒸汽切换阀40、首蒸发组I的首个蒸发器1连接，废热水余热蒸汽切换阀50通过管道与首蒸发组I内的首个蒸发器1连接；末蒸发组III的末个蒸发器通过管道依次与抽气阀39、蒸汽喷射泵37连接；低压蒸汽通入设置有低压蒸汽切换阀41的管道与首蒸发组I的首个蒸发器1连接；首蒸发组I的首个蒸发器1通过剩余浓盐水管道依次与下一个蒸发器连接，首蒸发组I的末蒸发器通过剩余浓盐水管道再依次与各个浓盐水闪蒸罐连接，最后依与浓盐水平衡罐28、浓盐水泵32连接；各个蒸发器通过产品水管道分别与对应的产品水闪蒸罐连接；冷凝器10通过产品水管道与产品水平衡罐20连接；相邻的产品水闪蒸罐之间通过管道连接；末效产品水闪蒸罐经产品水管道与产品水平衡罐20连接后再与产品水泵31连接；热水分两股，一股通过管道依次通过第三调节阀51：首蒸发组进料预热器52，中间蒸发组进料预热器54，末蒸发组进料预热器55和热水排放泵56连接；另一股通过管道与第一调节阀42，换热器43连接，换热器43的底部设置有热水出口；蒸汽闪蒸罐44的底部通过管道依次与第二调节阀47、回水阀48连接；闪蒸补水通过管道与回水阀48连接；N＝1～5个，M＝1～5个，P＝1～5个。中间蒸发组II优选1～5组。基于钢铁厂废热水余热利用的节能型蒸馏淡化方法，包括如下步骤：1)使用上述基于钢铁厂废热水余热利用的节能型蒸馏淡化系统；2)将钢铁厂供给的废热水分成两股，其中一股送入换热器43与工艺循环水进行热交换，换热后，工艺循环水被加热到73±2℃；被加热的工艺循环水引入蒸汽闪蒸罐44中进行闪蒸，部分工艺循环水闪蒸生成70±5℃的饱和蒸汽，所述饱和蒸汽经过除雾器45气液分离后被引至首蒸发组I的首个蒸发器1；废热水的另一股引入依次通过首蒸发组进料预热器52，中间蒸发组进料预热器54，末蒸发组进料预热器55与蒸发器进料进行换热，热交换后，经热水排放泵56排放；3)在废热水供热量不足或者钢铁厂有多余蒸汽可供利用的前提下，开启低压蒸汽切换阀41，利用钢铁厂多余的低压蒸汽为基于钢铁厂废热水余热利用的节能型蒸馏淡化系统供给热源；当钢铁厂有富余的高压蒸汽时，开启高压蒸汽进气阀38，抽气阀39和高压蒸汽切换阀40，利用蒸汽喷射泵37为基于钢铁厂废热水余热利用的节能型蒸馏淡化系统供给热源；4)首个蒸发器1的冷凝水通过工艺循环水管路与闪蒸罐44闪蒸剩余的工艺循环水混合后，经回水泵49进入换热器43换热。本发明的系统，将钢铁厂废热水余热资源回收利用并用于生成低温多效蒸馏淡化系统所需的70℃左右的低品位蒸汽，从而实现钢铁厂低品位废热水余热品质与蒸馏法海水淡化装置能量需求之间的对接，替代淡化装置对商品蒸汽的消耗，从而大大降低低温多效海水淡化系统的制水成本，在降低能耗方面具有显著效果。通过设置热源切换系统并结合控制系统，能够有效克服废热水余热资源不连续或多余蒸汽充足等工况下造成的低温多效海水淡化系统生产过程中供水波动或蒸汽浪费的问题，兼顾高低品位热源。废热水在废热水余热回收和蒸汽发生系统中与工艺循环水换热后其温度降低到50℃左右，这样就达到了再次循环利用的水温要求，从而能够省掉通过冷却塔冷却废热水的工艺过程。本发明的方法能够回收利用废热水余热资源并用于生成低品位蒸汽，并使用余热资源产生的低品质蒸汽与LT-MED海水淡化结合，大幅度降低海水淡化的制水成本，在节能降耗方面具有显著的效果，而且对解决沿海钢铁企业用水困难、实现节能减排具有重要的应用价值，适用于沿海建设的大型冶金、电力、炼化企业。附图说明图1为基于钢铁厂废热水余热利用的节能型蒸馏淡化系统示意图。具体实施方式以下通过附图对本发明作进一步的说明。以下以中间蒸发组(II)为1组，首蒸发组I为3个蒸发器，在图1中分别为1、2、3；中间蒸发组II为3个蒸发器，在图1中分别为4、5、6；末蒸发组III为3个蒸发器，在图1中分别为7、8、9；产品水闪蒸罐为9个，在图1中分别为11、12、13、14、15、16、17、18、19；浓盐水闪蒸罐为7个，在图1中分别为21、22、23、24、25、26、27为例对本发明进行说明：基于钢铁厂废热水余热利用的节能型蒸馏淡化系统，包括首蒸发组I、中间蒸发组II、末蒸发组III、冷凝器10、产品水闪蒸罐(11～19)、产品水平衡罐20、浓盐水闪蒸罐(21～27)、浓盐水平衡罐28、原料水泵29，冷却水泵30，产品水泵31，浓盐水泵32，末蒸发组进料泵33、中间蒸发组进料泵34、首蒸发组进料泵35，真空系统36，蒸汽喷射泵37，高压蒸汽进气阀38，抽气阀39，高压蒸汽切换阀40，低压蒸汽切换阀41，第一调节阀42，换热器43，蒸汽闪蒸罐44，除雾器45，首效冷凝水调节阀46，第二调节阀47，回水阀48，回水泵49，废热水余热蒸汽切换阀50，第三调节阀51：首蒸发组进料预热器52，中间蒸发组进料预热器54，末蒸发组进料预热器55，热水排放泵56；首蒸发组I包括有3个蒸发器；中间蒸发组II包括3个蒸发器；末蒸发组III包括有3个蒸发器；产品水闪蒸罐为9个；浓盐水闪蒸罐为7个；除雾器45设置在所述蒸汽闪蒸罐44的上部，原料水泵29通过进料管道依次与冷凝器10、末蒸发组进料泵33连接后分别与末蒸发组III的3个蒸发器连接；末蒸发组进料预热器55有1个设置在末蒸发组进料管道上(也可以是2个或3个，若是1个，可以安装在末蒸发组的任何一个蒸发器的进料管道上)；冷凝器10通过冷却水排放管道与冷却水泵30连接；末蒸发组III的3个蒸发器分别通过进料管道与中间蒸发组进料泵34连接；中间蒸发组进料泵34通过进料管道分别与中间蒸发组II的3个蒸发器连接；中间蒸发组进料预热器54有1个设置在中间蒸发组蒸发器进料管道上(也可以是2个或3个，若是1个，可以安装在中间蒸发组的任何一个蒸发器的进料管道上)；中间蒸发组的3个蒸发器分别通过进料管道与首蒸发组进料泵35连接；首蒸发组进料泵35通过进料管道分别与首蒸发组I的3个蒸发器连接；首蒸发组进料预热器52有1个分别设置在首蒸发组蒸发器进料管道上(也可以是2个或3个，若是1个，可以安装在中间蒸发组的任何一个蒸发器的进料管道上)；首蒸发组I的首个蒸发器1通过管道依次与首效冷凝水调节阀46，回水阀48，回水泵49，换热器43连接，换热器43通过管道与蒸汽闪蒸罐44连接；首蒸发组I、中间蒸发组II、末蒸发组III的蒸发器通过不凝气管道与真空系统36连接；冷凝器10、首蒸发组进料预热器52，中间蒸发组进料预热器54，末蒸发组进料预热器55和蒸汽闪蒸罐44通过不凝气管道与真空系统36连接；首蒸发组I内的首个蒸发器1通过二次蒸汽管道依次与相邻的蒸发器连接后，再与中间蒸发组II的蒸发器依次连接、再与末蒸发组III的蒸发器依次连接，再与冷凝器10连接：各个产品水闪蒸罐通过管道与对应的蒸发器连接；产品水平衡罐20通过管道与冷凝器10连接；各个浓盐水闪蒸罐通过管道与对应的蒸发器相邻的下一个蒸发器连接，末蒸发组III的末个浓盐水闪蒸罐通过管道与冷凝器10连接；浓盐水平衡罐28通过管道与冷凝器10连接；高压蒸汽通过设置有高压蒸汽进气阀38的管道通入蒸汽喷射泵37中，蒸汽喷射泵37通过管道依次与高压蒸汽切换阀40、首蒸发组I的首个蒸发器1连接，废热水余热蒸汽切换阀50通过管道与首蒸发组I内的首个蒸发器1连接；末蒸发组III的末个蒸发器通过管道依次与抽气阀39、蒸汽喷射泵37连接；低压蒸汽通入设置有低压蒸汽切换阀41的管道与首蒸发组I的首个蒸发器1连接；首蒸发组I的首个蒸发器1通过剩余浓盐水管道依次与下一个蒸发器连接，首蒸发组I的末蒸发器通过剩余浓盐水管道再依次与各个浓盐水闪蒸罐连接，最后依与浓盐水平衡罐28、浓盐水泵32连接；各个蒸发器通过产品水管道分别与对应的产品水闪蒸罐连接；冷凝器10通过产品水管道与产品水平衡罐20连接；相邻的产品水闪蒸罐之间通过管道连接；末效产品水闪蒸罐经产品水管道与产品水平衡罐20连接后再与产品水泵31连接；热水分两股，一股通过管道依次通过第三调节阀51：首蒸发组进料预热器52，中间蒸发组进料预热器54，末蒸发组进料预热器55和热水排放泵56连接；另一股通过管道与第一调节阀42，换热器43连接，换热器43的底部设置有热水出口；蒸汽闪蒸罐44的底部通过管道依次与第二调节阀47、回水阀48连接；闪蒸补水通过管道与回水阀48连接。N也可以选1、2、4或5个，M也可以选1、2、4或5个，P也可以选1、2、4或5个。基于钢铁厂废热水余热利用的节能型蒸馏淡化方法，包括如下步骤：1)使用上述基于钢铁厂废热水余热利用的节能型蒸馏淡化系统；2)将钢铁厂供给的废热水分成两股，其中一股送入换热器43与工艺循环水进行热交换，换热后，工艺循环水被加热到75±5℃；被加热的工艺循环水引入蒸汽闪蒸罐44中进行闪蒸，部分工艺循环水闪蒸生成70±5℃的饱和蒸汽，所述饱和蒸汽经过除雾器45气液分离后被引至首蒸发组I的首个蒸发器1；进而进入低温多效蒸馏海水淡化制水系统作为热源废热水的另一股引入依次通过首蒸发组进料预热器52，中间蒸发组进料预热器54，末蒸发组进料预热器55与蒸发器进料进行换热，热交换后，经热水排放泵56排放；3)在废热水供热量不足或者钢铁厂有多余蒸汽可供利用的前提下，开启低压蒸汽切换阀41，利用钢铁厂多余的低压蒸汽为基于钢铁厂废热水余热利用的节能型蒸馏淡化系统供给热源；当钢铁厂有富余的高压蒸汽时，开启高压蒸汽进气阀38，抽气阀39和高压蒸汽切换阀40，利用蒸汽喷射泵37为基于钢铁厂废热水余热利用的节能型蒸馏淡化系统供给热源；4)首个蒸发器1的冷凝水通过工艺循环水管路与闪蒸罐44闪蒸剩余的工艺循环水混合后，经回水泵49进入换热器43换热。所述的基于钢铁厂废热水余热利用的节能型蒸馏淡化系统，在真空系统36作用下，蒸汽闪蒸罐44、进料预热器52、54、55、各效蒸发器1-9、冷凝器10、产品水闪蒸罐11-19、浓水闪蒸罐21-27、产品水平衡罐20、浓盐水平衡罐28内部均保持负压状态。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。