2021年我國鋼鐵行業(yè)的粗鋼產(chǎn)量為10.33億噸，鋼廠(chǎng)富余煤氣約0.77標方每小時(shí)，若采用超臨界煤氣發(fā)電技術(shù)，可裝機近31000兆瓦。相比鋼鐵冶金行業(yè)目前常用的超高壓技術(shù)，可多裝機近5000兆瓦，年新增發(fā)電量達400億度，減排二氧化碳3200萬(wàn)噸。
近日，全球首套超臨界煤氣發(fā)電機組在廣西投產(chǎn)運行。該機組由中冶南方都市環(huán)保工程技術(shù)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中冶南方都市環(huán)保）自主研發(fā)，發(fā)電效率達43.5%，年發(fā)電量10.6億度，產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益5億多元，一年可減少二氧化碳排放85.4萬(wàn)噸。
我國煤氣發(fā)電技術(shù)從中溫中壓、高溫高壓、高溫超高壓發(fā)展到亞臨界、超臨界，不斷鞏固我國在國際煤氣利用領(lǐng)域的話(huà)語(yǔ)權，增加了全球降碳減排實(shí)踐的中國自信。目前，我國多項煤氣發(fā)電創(chuàng )新技術(shù)已推廣至印尼、馬來(lái)西亞等多個(gè)國家。
變廢為寶 將煤氣發(fā)電效率從25%提升至43.5%
我國鋼鐵產(chǎn)能居世界第一，但在鋼鐵冶煉過(guò)程中會(huì )排放大量具有毒性的煤氣，熱值低且不易儲藏。1立方米的鋼鐵冶煉高爐會(huì )產(chǎn)生1千克左右的煤氣，煤氣熱值大約800大卡，只有劣質(zhì)煤的三分之一、家用天然氣的十分之一。以往，這種煤氣除少量用于小容量低參數煤氣鍋爐發(fā)電外，大部分都以“點(diǎn)天燈”方式燃燒排放處理，不僅造成了大量能源浪費，而且嚴重污染環(huán)境。
其實(shí)，鋼鐵冶煉過(guò)程中排放的煤氣可以二次利用，即將煤氣收集后燃燒發(fā)電。煤氣發(fā)電也是鋼鐵企業(yè)實(shí)現節能、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。
以往將煤氣用于小容量低參數的煤氣鍋爐發(fā)電，其二次能源利用效率低，只有不足37%。已有的效率較高的低熱值尾氣燃機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)，則長(cháng)期受?chē)鈮艛?，設備價(jià)格昂貴，運行費用高，且對用于發(fā)電的煤氣品質(zhì)要求高，在我國難以大范圍推廣應用。
“出生”于武漢鋼鐵設計研究院的中冶南方都市環(huán)保深知鋼企的這一痛點(diǎn)，多年來(lái)致力于研發(fā)低熱值高爐煤氣發(fā)電技術(shù)，欲將“點(diǎn)天燈”方式燃燒排放的煤氣用于發(fā)電。
“發(fā)電效率提升難在技術(shù)系統研發(fā)、參數設計和設備集成控制，每前進(jìn)一小步，都會(huì )帶來(lái)效益大幅提升?！敝幸蹦戏蕉际协h(huán)?？偣こ處熕巫孕陆榻B，公司逐步進(jìn)行技術(shù)升級，近20年，將發(fā)1度電的煤氣消耗量，從4.3立方米減少至2.5立方米，每發(fā)出1度電，就意味著(zhù)節省200克標準燃煤。
宋自新說(shuō)，煤氣發(fā)電技術(shù)從中溫中壓、高溫高壓、高溫超高壓，發(fā)展到亞臨界、超臨界。
歷經(jīng)5代產(chǎn)品，中冶南方都市環(huán)保將煤氣發(fā)電的發(fā)電效率從25%提升至43.5%。而每個(gè)1%的背后，都是一次技術(shù)新突破，也意味著(zhù)更多鋼鐵廢氣變成清潔電能，減少更多煤炭消耗。以1套135兆瓦（MW）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(wàn)度，年新增經(jīng)濟效益約4000萬(wàn)元。
曾經(jīng)讓鋼鐵企業(yè)無(wú)計可施的富余煤氣，在技術(shù)創(chuàng )新中成了掙錢(qián)的“香餑餑”。
精益求精 我國成冶金行業(yè)煤氣發(fā)電技術(shù)領(lǐng)跑者
高溫超高壓煤氣發(fā)電技術(shù)在我國推廣6年后，2019年1月，亞臨界技術(shù)迎頭而上，今年，我國更是誕生了超臨界煤氣發(fā)電技術(shù)。超臨界煤氣發(fā)電，是指低熱值的煤氣在燃氣鍋爐中燃燒，產(chǎn)生的主蒸汽參數達到超臨界狀態(tài)，即蒸汽壓力25.4兆帕（MPa），溫度605℃，隨即被送入汽輪發(fā)電機組進(jìn)行發(fā)電?！俺R界煤氣發(fā)電技術(shù)的創(chuàng )新顛覆了傳統理念，突破了高參數、大容量、高效率的‘定論’，實(shí)現了高參數、小容量、高效率的科學(xué)實(shí)踐?！彼巫孕抡f(shuō)，優(yōu)質(zhì)燃料轉化率高，但運用超臨界煤氣發(fā)電技術(shù)，低質(zhì)燃料也可以實(shí)現高轉化率。
目前，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)電機組已在廣西盛隆冶金運行。該設施刷新了煤氣發(fā)電機組運行壓力、溫度和發(fā)電效率的多項世界紀錄，這也意味著(zhù)我國成為世界冶金行業(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)的低碳轉型。目前，首套超臨界煤氣發(fā)電機組為145兆瓦，發(fā)電效率可達43.5%，年發(fā)電量10.6億度。
“這項技術(shù)將極大提升鋼鐵企業(yè)減碳降污能力，向低碳冶煉邁出了一大步?！敝袊饘賹W(xué)會(huì )副秘書(shū)長(cháng)高懷認為，煤氣高效利用一直是鋼鐵工業(yè)低碳轉型的核心技術(shù)，超臨界煤氣發(fā)電耗能更少、效益更高。
據介紹，超臨界煤氣發(fā)電機組作為第五代煤氣發(fā)電機組，蒸汽參數和發(fā)電效率的大幅提升，也帶來(lái)了更高的安全性要求。為此，新機組開(kāi)發(fā)運用了“全廠(chǎng)APS一鍵啟?！薄懊簹忮仩t自動(dòng)燃燒”等智慧化技術(shù)，可實(shí)現機組啟停階段的“一鍵式操作”和燃燒自動(dòng)控制，提升運行智能化和安全性。
據了解，中冶南方都市環(huán)保在全國煤氣發(fā)電領(lǐng)域市場(chǎng)份額超過(guò)70%，近年來(lái)，該公司承建的煤氣發(fā)電總裝機容量相當于一個(gè)三峽工程，年發(fā)電量達1300億度，減少二氧化碳排放超1億噸。
開(kāi)創(chuàng )新局 除鋼鐵行業(yè)外還可服務(wù)于更多行業(yè)
業(yè)內專(zhuān)家表示，煤氣熱值低、壓力不穩定，相較于燃煤發(fā)電，煤氣高效發(fā)電難點(diǎn)眾多。但煤氣發(fā)電是一種潔凈發(fā)電方式，經(jīng)濟效益好，符合低碳環(huán)保趨勢，正備受關(guān)注。
據悉，2021年我國鋼鐵行業(yè)的粗鋼產(chǎn)量為10.33億噸，鋼廠(chǎng)富余煤氣約0.77標方每小時(shí)，若采用超臨界煤氣發(fā)電技術(shù)，可裝機近31000兆瓦。相比鋼鐵冶金行業(yè)目前常用的超高壓技術(shù)，可多裝機近5000兆瓦，年新增發(fā)電量達400億度，減排二氧化碳3200萬(wàn)噸。
此外，專(zhuān)家還表示，超臨界煤氣發(fā)電技術(shù)雖然由鋼鐵行業(yè)而生，但“破圈”服務(wù)于更多行業(yè)前景可期。
宋自新認為，我國以煤炭為主的能源使用行業(yè)，如石油化工、煤化工等能源系統，也可以使用超臨界煤氣發(fā)電機組，且應用潛力巨大。通過(guò)運用超臨界煤氣發(fā)電技術(shù)，這些行業(yè)不燃燒標煤，使用足量工業(yè)廢氣甚至燃用劣質(zhì)煤即可實(shí)現發(fā)電，并實(shí)現超低排放，大大降低了發(fā)電成本。
未來(lái)，超臨界煤氣發(fā)電技術(shù)無(wú)疑將是一把利劍，馳騁能源藍海，為實(shí)現碳中和、碳達峰披荊斬棘。 
