科技日報記者吳純新 通訊員 馬嵐 舒俊

“打敗你的不是對手，顛覆你的不是同行。”這項互聯(lián)網(wǎng)新產(chǎn)業(yè)生存法則，在傳統(tǒng)鋼鐵、電力行業(yè)一樣適用。

劍指工業(yè)廢氣高效再利用，中冶南方都市環(huán)保工程技術(shù)股份有限公司（以下簡稱中冶南方都市環(huán)保）夯筑鋼鐵行業(yè)環(huán)保技術(shù)高地，將煤氣發(fā)電技術(shù)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(qū)、奮進技術(shù)藍(lán)海、奪取一方天地。

一路披荊斬棘，中冶南方都市環(huán)保致力清潔鋼鐵系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)，在全國煤氣發(fā)電領(lǐng)域市場份額超70%，在印尼、馬來西亞等多個國家應(yīng)用。不斷鞏固我國在國際煤氣利用領(lǐng)域的話語權(quán)，成就全球降碳減排實踐的中國自信。

問道二十余載，創(chuàng)新步步為營。歷經(jīng)5代產(chǎn)品，中冶南方都市環(huán)保將煤氣發(fā)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(huán)保供圖

變廢為寶，從“點天燈”到“開電燈”

我國鋼鐵產(chǎn)能居世界第一，面對升級迭代和實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的需求，環(huán)?？萍紕?chuàng)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(zhì)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(yán)重環(huán)境污染。

進入新世紀(jì)，環(huán)保約束日益趨緊?！俺錾庇谖錆h鋼鐵設(shè)計研究院的都市環(huán)保深知鋼企的這一痛點，因此致力于研發(fā)低熱值高爐煤氣發(fā)電技術(shù)，將“放掉”的廢氣用于發(fā)電。

所謂煤氣發(fā)電，即將煤氣收集后燃燒發(fā)電，是鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能、減排、增效的“法寶”，而煤氣發(fā)電效率是衡量其“法力”大小的關(guān)鍵。

“發(fā)電效率提升難在技術(shù)系統(tǒng)研發(fā)、參數(shù)設(shè)計和設(shè)備集成控制，每前進一小半步，都帶來效益大幅提高?！敝幸蹦戏蕉际协h(huán)保總工程師宋自新介紹，該公司逐步進行技術(shù)升級，近20年，將發(fā)一度電的煤氣消耗量，從4.3立方減少至2.5立方，每發(fā)出一度電，意味著節(jié)省200克標(biāo)準(zhǔn)燃煤。

宋自新說，煤氣發(fā)電技術(shù)根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)不同，全廠熱效率差異較大，技術(shù)代際關(guān)系由此劃分。

第一代中溫中壓技術(shù)，全廠熱效率只有25%。隨后，該技術(shù)經(jīng)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(shù)升級換代為鋼鐵企業(yè)帶來巨大收益，也為鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排做出重要貢獻(xiàn)。

早在2017年，中冶南方都市環(huán)保成功研發(fā)了第四代煤氣發(fā)電技術(shù)，即亞臨界煤氣發(fā)電技術(shù)，使135MW（兆瓦）等級機組的熱效率達(dá)41以上，相比超高壓煤氣發(fā)電技術(shù)，發(fā)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(shù)的機組年度發(fā)電量較上一代技術(shù)可增加約8000萬度，年新增經(jīng)濟效益約4000萬元。

曾經(jīng)讓鋼鐵企業(yè)“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(huán)保陸續(xù)在海內(nèi)外上馬60余臺亞臨界煤氣發(fā)電機組，該技術(shù)已達(dá)國際領(lǐng)先水平，并斬獲行業(yè)最高獎——中國冶金科學(xué)技術(shù)一等獎。

精益求精，核心科技刷新世界紀(jì)錄

創(chuàng)新方能贏得市場，技術(shù)比拼，亦如逆水行舟。

亞臨界之后，中冶南方都市環(huán)保再登技術(shù)巔峰。3月31日，中冶南方都市環(huán)保自主研發(fā)的全球首套超臨界煤氣發(fā)電機組在廣西盛隆冶金投產(chǎn)運行。該設(shè)施刷新了煤氣發(fā)電機組運行壓力、溫度和發(fā)電效率的多項世界紀(jì)錄，意味著我國成為冶金行業(yè)低熱值煤氣發(fā)電技術(shù)的領(lǐng)跑者，強力支撐起鋼鐵冶金企業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型。

超臨界煤氣發(fā)電，是指低熱值的煤氣在燃?xì)忮仩t中燃燒，產(chǎn)生的主蒸汽參數(shù)達(dá)到超臨界狀態(tài)，即蒸汽壓力25.4MPa（兆帕），溫度605℃，隨即送入汽輪發(fā)電機組，發(fā)電效率大幅提升。

中冶南方都市環(huán)?？萍奸_發(fā)部技術(shù)開發(fā)室主任唐美瓊介紹，煤氣發(fā)電技術(shù)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(fā)電機組為145MW，發(fā)電效率可達(dá)43.5%，年發(fā)電量10.6億度，直接經(jīng)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(shù)將極大提升鋼鐵企業(yè)減碳降污能力，向低碳冶煉邁出一大步?！敝袊饘賹W(xué)會副秘書長高懷認(rèn)為，煤氣高效利用一直是鋼鐵工業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的核心技術(shù)，超臨界煤氣發(fā)電技術(shù)耗能更少、效益更高。

超臨界煤氣發(fā)電機組作為第5代煤氣發(fā)電機組，蒸汽參數(shù)和發(fā)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(fā)運用“全廠APS一鍵啟?！薄懊簹忮仩t自動燃燒”等智慧化技術(shù)，可實現(xiàn)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(yè)的環(huán)保治污“國家隊”，中冶南方都市環(huán)保服務(wù)鋼鐵企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型，持續(xù)攻關(guān)煤氣發(fā)電核心科技，久久為功。

近年來，該公司承建的煤氣發(fā)電總裝機容量相當(dāng)于一個三峽工程，年發(fā)電量達(dá)1300億度，減少二氧化碳排放超1億噸。

開創(chuàng)新局，鋼鐵“電小二”大有可為

技術(shù)提升能源利用效率，創(chuàng)新驅(qū)動能源結(jié)構(gòu)變革。

一直以來，中冶南方都市環(huán)保主導(dǎo)研發(fā)小型化高參數(shù)低熱值煤氣清潔高效發(fā)電技術(shù)，推動鋼鐵行業(yè)煤氣發(fā)電技術(shù)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(huán)保已承建4臺亞臨界煤氣發(fā)電機組，可實現(xiàn)年發(fā)電量超32億度，占每年自用電量的25%到30%，等效每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤超百萬噸。

亞臨界、超臨界煤氣發(fā)電技術(shù)由鋼鐵而生，硬核出擊，“破圈”服務(wù)勢在必行。

“這一技術(shù)創(chuàng)新顛覆了傳統(tǒng)能源使用理念，突破高參數(shù)、大容量、高效率的‘定論’，證實高參數(shù)、小容量、高效率的科學(xué)實踐?！彼巫孕抡f，優(yōu)質(zhì)燃料轉(zhuǎn)化率高，低質(zhì)燃料也可以實現(xiàn)高轉(zhuǎn)化率。

發(fā)電機組使用中，容量越小，難度越大?！靶　币馕吨恳徊礁泳?xì)，對零部件的要求更高，技術(shù)系統(tǒng)更復(fù)雜，施工過程質(zhì)量控制更難。

受煤氣熱值低、壓力不穩(wěn)定影響，相較于燃煤發(fā)電，煤氣高效發(fā)電難點眾多。但煤氣發(fā)電是一種潔凈發(fā)電方式，經(jīng)濟效益好，且符合政策趨勢，正備受關(guān)注。

宋自新認(rèn)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(tǒng)中，也可以使用超臨界發(fā)電機組技術(shù)，可以不燃燒標(biāo)煤，燃用劣質(zhì)煤或足量工業(yè)廢氣即可滿足，實現(xiàn)超低排放，大大降低成本。

同時，該技術(shù)在石油化工、煤化工等行業(yè)潛力巨大，助力相關(guān)行業(yè)降低排放，提高能源利用效益。

2021年我國粗鋼產(chǎn)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(fā)電技術(shù)，可裝機近31000MW，相比冶金行業(yè)目前最常用的超高壓技術(shù)，可多裝機近5000MW，年新增發(fā)電量可達(dá)400億度，減排CO23200萬噸。

未來，超臨界煤氣發(fā)電技術(shù)無疑是一把利劍，馳騁能源藍(lán)海，為實現(xiàn)碳中和、碳達(dá)峰披荊斬棘。

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