打破钢铁行业绿色发展瓶颈 让煤气归宿从“点天灯”变“开电灯”
本报记者 吴纯新 通 讯 员 马 岚 舒 俊
2021年我国钢铁行业的粗钢产量为10.33亿吨，钢厂富余煤气约0.77标方每小时，若采用超临界煤气发电技术，可装机近31000兆瓦。相比钢铁冶金行业目前常用的超高压技术，可多装机近5000兆瓦，年新增发电量达400亿度，减排二氧化碳3200万吨。
近日，全球首套超临界煤气发电机组在广西投产运行。该机组由中冶南方都市环保工程技术股份有限公司(以下简称中冶南方都市环保)自主研发，发电效率达43.5%，年发电量10.6亿度，产生直接经济效益5亿多元，一年可减少二氧化碳排放85.4万吨。
我国煤气发电技术从中温中压、高温高压、高温超高压发展到亚临界、超临界，不断巩固我国在国际煤气利用领域的话语权，增加了全球降碳减排实践的中国自信。目前，我国多项煤气发电创新技术已推广至印尼、马来西亚等多个国家。
变废为宝 将煤气发电效率从25%提升至43.5%
我国钢铁产能居世界第一，但在钢铁冶炼过程中会排放大量具有毒性的煤气，热值低且不易储藏。1立方米的钢铁冶炼高炉会产生1千克左右的煤气，煤气热值大约800大卡，只有劣质煤的三分之一、家用天然气的十分之一。以往，这种煤气除少量用于小容量低参数煤气锅炉发电外，大部分都以“点天灯”方式燃烧排放处理，不仅造成了大量能源浪费，而且严重污染环境。
其实，钢铁冶炼过程中排放的煤气可以二次利用，即将煤气收集后燃烧发电。煤气发电也是钢铁企业实现节能、减排、增效的“法宝”，而煤气发电效率是衡量其“法力”大小的关键。
以往将煤气用于小容量低参数的煤气锅炉发电，其二次能源利用效率低，只有不足37%。已有的效率较高的低热值尾气燃机联合循环发电技术，则长期受国外垄断，设备价格昂贵，运行费用高，且对用于发电的煤气品质要求高，在我国难以大范围推广应用。
“出生”于武汉钢铁设计研究院的中冶南方都市环保深知钢企的这一痛点，多年来致力于研发低热值高炉煤气发电技术，欲将“点天灯”方式燃烧排放的煤气用于发电。
“发电效率提升难在技术系统研发、参数设计和设备集成控制，每前进一小步，都会带来效益大幅提升。”中冶南方都市环保总工程师宋自新介绍，公司逐步进行技术升级，近20年，将发1度电的煤气消耗量，从4.3立方米减少至2.5立方米，每发出1度电，就意味着节省200克标准燃煤。
宋自新说，煤气发电技术从中温中压、高温高压、高温超高压，发展到亚临界、超临界。
历经5代产品，中冶南方都市环保将煤气发电的发电效率从25%提升至43.5%。而每个1%的背后，都是一次技术新突破，也意味着更多钢铁废气变成清洁电能，减少更多煤炭消耗。以1套135兆瓦(MW)机组为例，燃用相同燃料，采用亚临界技术的机组年度发电量较上一代技术可增加约8000万度，年新增经济效益约4000万元。
曾经让钢铁企业无计可施的富余煤气，在技术创新中成了挣钱的“香饽饽”。
精益求精 我国成冶金行业煤气发电技术领跑者
高温超高压煤气发电技术在我国推广6年后，2019年1月，亚临界技术迎头而上，今年，我国更是诞生了超临界煤气发电技术。超临界煤气发电，是指低热值的煤气在燃气锅炉中燃烧，产生的主蒸汽参数达到超临界状态，即蒸汽压力25.4兆帕(MPa)，温度605℃，随即被送入汽轮发电机组进行发电。“超临界煤气发电技术的创新颠覆了传统理念，突破了高参数、大容量、高效率的‘定论’，实现了高参数、小容量、高效率的科学实践。”宋自新说，优质燃料转化率高，但运用超临界煤气发电技术，低质燃料也可以实现高转化率。
目前，中冶南方都市环保自主研发的全球首套超临界煤气发电机组已在广西盛隆冶金运行。该设施刷新了煤气发电机组运行压力、温度和发电效率的多项世界纪录，这也意味着我国成为世界冶金行业低热值煤气发电技术的领跑者，强力支撑起钢铁冶金企业的低碳转型。目前，首套超临界煤气发电机组为145兆瓦，发电效率可达43.5%，年发电量10.6亿度。
“这项技术将极大提升钢铁企业减碳降污能力，向低碳冶炼迈出了一大步。”中国金属学会副秘书长高怀认为，煤气高效利用一直是钢铁工业低碳转型的核心技术，超临界煤气发电耗能更少、效益更高。
据介绍，超临界煤气发电机组作为第五代煤气发电机组，蒸汽参数和发电效率的大幅提升，也带来了更高的安全性要求。为此，新机组开发运用了“全厂APS一键启停”“煤气锅炉自动燃烧”等智慧化技术，可实现机组启停阶段的“一键式操作”和燃烧自动控制，提升运行智能化和安全性。
据了解，中冶南方都市环保在全国煤气发电领域市场份额超过70%，近年来，该公司承建的煤气发电总装机容量相当于一个三峡工程，年发电量达1300亿度，减少二氧化碳排放超1亿吨。
开创新局 除钢铁行业外还可服务于更多行业
业内专家表示，煤气热值低、压力不稳定，相较于燃煤发电，煤气高效发电难点众多。但煤气发电是一种洁净发电方式，经济效益好，符合低碳环保趋势，正备受关注。
据悉，2021年我国钢铁行业的粗钢产量为10.33亿吨，钢厂富余煤气约0.77标方每小时，若采用超临界煤气发电技术，可装机近31000兆瓦。相比钢铁冶金行业目前常用的超高压技术，可多装机近5000兆瓦，年新增发电量达400亿度，减排二氧化碳3200万吨。
此外，专家还表示，超临界煤气发电技术虽然由钢铁行业而生，但“破圈”服务于更多行业前景可期。
宋自新认为，我国以煤炭为主的能源使用行业，如石油化工、煤化工等能源系统，也可以使用超临界煤气发电机组，且应用潜力巨大。通过运用超临界煤气发电技术，这些行业不燃烧标煤，使用足量工业废气甚至燃用劣质煤即可实现发电，并实现超低排放，大大降低了发电成本。
未来，超临界煤气发电技术无疑将是一把利剑，驰骋能源蓝海，为实现碳中和、碳达峰披荆斩棘。
