2013年11月11日11时,包钢薄板厂宽厚板生产线2号加热炉产出的烟气余热结束了单纯排放的历史,在“包钢低温余热综合利用”新项目的支撑下,这部分热能转化为电能,正式并入电网。这是包钢响应国家战略的一次有益尝试,是包钢通过能源结构调整节能、新技术节能、管理节能的又一显著收获。
2014年3月2日,多位中国能源综合利用专家飞抵“草原钢城”,宣布“包钢ORC余热综合利用示范工程”通过评审,并已具备世界同级技术先进水平。这一喜讯,不单标志着包钢余热能源回收利用实现全新跨越,同时还填补了中国低温低品位余热ORC汽轮机发电机组应用技术空白,实现了运用自主知识产权、国内原创性技术、国产设备原件实现低温低品位余热回用的“跨世纪”宏愿。
进入“十二五”以后,国家多部委联合发布《重大技术装备自主创新指导目录(2012年版)》,“有机工质朗肯循环(ORC)透平技术”明确列入目录大纲,力求以此推动国家节能减排、减少碳量粉尘排放、降低温室效应、保护空气质量总体要求的实现。
钢铁行业是我国能源消耗的大户,我国钢铁冶金余热总量每日高达1.5亿吨标煤。其中,高品位余热占47%,中品位余热占31%,低品位余热占22%,受技术和用能效率的制约,目前我国平均余热回收水平仅为30%。与之相对的一项估算表明,如果中国钢铁工业庞大的中低温余热资源能够得到有效开发,发电能力可相当于3个三峡工程,这无疑令人备感振奋。
在“草原明珠”包钢,干熄焦、TRT发电等发电技术的引入,点亮了节能减排、资源循环的一盏盏绿色明灯。特别是包钢节能环保明星——CCPP,不仅占据了包钢自发电量的“过半江山”,其清洁能源指标还从国际市场赢得了数亿元回报。
“响应国家号召,利用国产技术和设备,将包钢产出的低温低品位余热变为有效资源。”这个志向在包钢产业职工的胸中升腾酝酿。
2013年初冬,中国第一套兆瓦级ORC发电机组在包钢薄板厂投入运行,投产之初即实现热—电联供,薄板厂宽厚板区域部分控制室的整个冬天,“沐浴”在ORC发电机组带来的光明和温暖下。
这套由北京华晟环能科技有限公司与包钢合作完成的发电机组,零部件全部采用“中国制造”,并具备原创性技术和完整的自主知识产权。这项工程采用全程自动化控制,具有一键启机、智能并网、无人值守、灵敏可靠等优势。通过实验,包钢ORC取热系统因与原排烟系统并联运行,能够适应排烟温度波动大等复杂工况,对薄板厂宽厚板2号加热炉运行毫无干扰。ORC项目还因投资小、后期投入少,回收周期明显小于传统火力发电站。
据薄板厂高级技术主管王永民初步计算,在热源充足的前提下,包钢ORC余热综合利用项目,年可节约标准煤约2000吨,节水2万吨。按照北方地区估算,该项目替代暖气和空调等供暖、制冷设备,每年可累计节约近8000吨标准煤,节约各类费用约500万元,减少二氧化碳等物质排放量亦十分可观。
在“包钢ORC余热综合利用示范工程”项目评审会上,专家组通过现场调研、技术质询和数据抽查,一致认定该项目符合国家节能减排政策,社会、经济效益显著,具有重要实用价值、示范意义和广阔的推广示范前景。
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有机工质朗肯循环(Organic Rankine Cycle),简称ORC,通俗地说是一种低温热能发电技术,具有高效利用低温热源、适应复杂工况、适宜缺水地区、造价相对低廉、低温下能够保持正常工作等传统发电技术无法比拟的优势。
1999年,德国海德堡水泥集团建成了世界首座水泥厂ORC纯低温余热发电站。美国公司也利用炼油厂余热建造了ORC系统。美国、日本、新西兰等国家利用ORC技术,纷纷建立了多处地热低温电站,取得了很好的经济和环保效益。
随着全球环境保护和节约能源的要求越来越高,且面对低温低品位余热这一庞大资源体系,ORC低温发电技术将成为钢铁、石油、电力、水泥、造纸等诸多行业余能回收利用的宠儿,并逐步扩大应用于太阳能热电、生物质能源和海洋温差能源等方面,充分发挥其优化传统能源结构、提升能源使用效率、减少温室气体排放、降低环境压力等作用。