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2022-04-19 12:34:08
跨界強勢出擊 超臨界煤氣發電系統攪動能源藍海
2022-04-19 12:34:08 來源: 科技日報
“打敗你的不是對手，顛覆你的不是同行。”這項互聯網新產業生存法則，在傳統鋼鐵、電力行業一樣適用。
劍指工業廢氣高效再利用，中冶南方都市環保工程技術股份有限公司(以下簡稱中冶南方都市環保)夯筑鋼鐵行業環保技術高地，將煤氣發電技術從中溫中壓、高溫高壓逐步升級至高溫超高壓、從亞臨界，再到超臨界，勇闖理念禁區、奮進技術藍海、奪取一方天地。
一路披荊斬棘，中冶南方都市環保致力清潔鋼鐵系統技術研發，在全國煤氣發電領域市場份額超70%，在印尼、馬來西亞等多個國家應用。不斷鞏固我國在國際煤氣利用領域的話語權，成就全球降碳減排實踐的中國自信。
問道二十余載，創新步步為營。歷經5代產品，中冶南方都市環保將煤氣發電效率從25%上升至43.5%。每個1%的背后，都是一次科技新突破，意味著更多鋼鐵“廢氣”變成清潔電能，減少更多煤炭消耗。
?中冶南方都市環保供圖
變廢為寶，從“點天燈”到“開電燈”
我國鋼鐵產能居世界第一，面對升級迭代和實現“雙碳”目標的需求，環保科技創新迫在眉睫。
鋼鐵冶煉過程中會排放大量具有毒性的煤氣，熱值低且不易儲藏。一立方米高爐煤氣重一千克左右，而其熱值大約800大卡，只有劣質煤的三分之一，僅為家用天然氣的十分之一。
以往，這些煤氣以“點天燈”方式燃燒放散處理，造成大量能源浪費，嚴重環境污染。
進入新世紀，環保約束日益趨緊。“出生”于武漢鋼鐵設計研究院的都市環保深知鋼企的這一痛點，因此致力于研發低熱值高爐煤氣發電技術，將“放掉”的廢氣用于發電。
所謂煤氣發電，即將煤氣收集后燃燒發電，是鋼鐵企業實現節能、減排、增效的“法寶”，而煤氣發電效率是衡量其“法力”大小的關鍵。
“發電效率提升難在技術系統研發、參數設計和設備集成控制，每前進一小半步，都帶來效益大幅提高。”中冶南方都市環保總工程師宋自新介紹，該公司逐步進行技術升級，近20年，將發一度電的煤氣消耗量，從4.3立方減少至2.5立方，每發出一度電，意味著節省200克標準燃煤。
宋自新說，煤氣發電技術根據系統參數不同，全廠熱效率差異較大，技術代際關系由此劃分。
第一代中溫中壓技術，全廠熱效率只有25%。隨后，該技術經歷第二代高溫高壓，熱效率約為31%;第三代高溫超高壓，熱效率約為37%。技術升級換代為鋼鐵企業帶來巨大收益，也為鋼鐵行業節能減排做出重要貢獻。
早在2017年，中冶南方都市環保成功研發了第四代煤氣發電技術，即亞臨界煤氣發電技術，使135MW(兆瓦)等級機組的熱效率達41以上，相比超高壓煤氣發電技術，發電能力提升8%到10%。
以1套135MW機組為例，燃用相同燃料，采用亞臨界技術的機組年度發電量較上一代技術可增加約8000萬度，年新增經濟效益約4000萬元。
曾經讓鋼鐵企業“無計可施”的富余煤氣，如今成了掙錢的“香餑餑”。目前，中冶南方都市環保陸續在海內外上馬60余臺亞臨界煤氣發電機組，該技術已達國際領先水平，并斬獲行業最高獎——中國冶金科學技術一等獎。
精益求精，核心科技刷新世界紀錄
創新方能贏得市場，技術比拼，亦如逆水行舟。
亞臨界之后，中冶南方都市環保再登技術巔峰。3月31日，中冶南方都市環保自主研發的全球首套超臨界煤氣發電機組在廣西盛隆冶金投產運行。該設施刷新了煤氣發電機組運行壓力、溫度和發電效率的多項世界紀錄，意味著我國成為冶金行業低熱值煤氣發電技術的領跑者，強力支撐起鋼鐵冶金企業的低碳轉型。
超臨界煤氣發電，是指低熱值的煤氣在燃氣鍋爐中燃燒，產生的主蒸汽參數達到超臨界狀態，即蒸汽壓力25.4MPa(兆帕)，溫度605℃，隨即送入汽輪發電機組，發電效率大幅提升。
中冶南方都市環保科技開發部技術開發室主任唐美瓊介紹，煤氣發電技術從中溫中壓到亞臨界、超臨界，通俗講同家庭燒熱水道理類似，可以用盆、壺、高壓鍋等，器具不同，燒熱水的時間和燃料消耗量也不同。
眼下，首套超臨界煤氣發電機組為145MW，發電效率可達43.5%，年發電量10.6億度，直接經濟效益5億多元，一年可減少二氧化碳排放約85萬噸。
“這項技術將極大提升鋼鐵企業減碳降污能力，向低碳冶煉邁出一大步。”中國金屬學會副秘書長高懷認為，煤氣高效利用一直是鋼鐵工業低碳轉型的核心技術，超臨界煤氣發電技術耗能更少、效益更高。
超臨界煤氣發電機組作為第5代煤氣發電機組，蒸汽參數和發電效率的大幅提升，也帶來更高的安全性要求。
為此，新機組開發運用“全廠APS一鍵啟停”“煤氣鍋爐自動燃燒”等智慧化技術，可實現機組啟停階段的“一鍵式操作”和燃燒自動控制，提升運行智能化和安全性。
作為我國鋼鐵冶金行業的環保治污“國家隊”，中冶南方都市環保服務鋼鐵企業綠色轉型，持續攻關煤氣發電核心科技，久久為功。
近年來，該公司承建的煤氣發電總裝機容量相當于一個三峽工程，年發電量達1300億度，減少二氧化碳排放超1億噸。
開創新局，鋼鐵“電小二”大有可為
技術提升能源利用效率，創新驅動能源結構變革。
一直以來，中冶南方都市環保主導研發小型化高參數低熱值煤氣清潔高效發電技術，推動鋼鐵行業煤氣發電技術變革，也將攪動我國能源使用新變局。
在寶武集團，中冶南方都市環保已承建4臺亞臨界煤氣發電機組，可實現年發電量超32億度，占每年自用電量的25%到30%，等效每年節約標準煤超百萬噸。
亞臨界、超臨界煤氣發電技術由鋼鐵而生，硬核出擊，“破圈”服務勢在必行。
“這一技術創新顛覆了傳統能源使用理念，突破高參數、大容量、高效率的‘定論’，證實高參數、小容量、高效率的科學實踐。”宋自新說，優質燃料轉化率高，低質燃料也可以實現高轉化率。
發電機組使用中，容量越小，難度越大。“小”意味著每一步更加精細，對零部件的要求更高，技術系統更復雜，施工過程質量控制更難。
受煤氣熱值低、壓力不穩定影響，相較于燃煤發電，煤氣高效發電難點眾多。但煤氣發電是一種潔凈發電方式，經濟效益好，且符合政策趨勢，正備受關注。
宋自新認為，我國以煤炭為主的能源使用格局中，如石油化工、煤化工等能源系統中，也可以使用超臨界發電機組技術，可以不燃燒標煤，燃用劣質煤或足量工業廢氣即可滿足，實現超低排放，大大降低成本。
同時，該技術在石油化工、煤化工等行業潛力巨大，助力相關行業降低排放，提高能源利用效益。
2021年我國粗鋼產量為10.33億噸，鋼廠富余煤氣約0.77億Nm3/h，若全部采用超臨界煤氣發電技術，可裝機近31000MW，相比冶金行業目前最常用的超高壓技術，可多裝機近5000MW，年新增發電量可達400億度，減排CO23200萬噸。
未來，超臨界煤氣發電技術無疑是一把利劍，馳騁能源藍海，為實現碳中和、碳達峰披荊斬棘。
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