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      “雙碳”目標下鋼鐵企業應用儲熱系統發展前景

         日期:2022-03-03     來源:綠色建材網    作者:十環華    瀏覽:656    
      核心提示:2021年10月24日,國務院印發關于《2030年前碳達峰行動方案》的通知,通知明確以鋼鐵為主的高載能行業將率先實現碳達峰,這對全國
       2021年10月24日,國務院印發關于《2030年前碳達峰行動方案》的通知,通知明確以鋼鐵為主的高載能行業將率先實現碳達峰,這對全國整體實現碳達峰具有重要影響,同時對鋼鐵企業加快綠色低碳轉型提出了更高的要求。

      一、儲熱在鋼鐵行業的應用現狀

      我國鋼鐵工業的快速發展,面臨著越來越嚴峻的資源、能源瓶頸制約,開展余熱余能的回收利用是降低鋼鐵生產能源消耗的有效方式。目前,鋼鐵廠的余熱回收利用主要是通過汽化余熱鍋爐回收熱能,采用蒸汽儲熱器存儲熱能,利用低品質飽和蒸汽發電實現余熱的回收和利用,而高溫熱能利用率不高,存在較大的能源浪費。

      業內專家指出,鋼鐵行業存在較大的節能潛力,尤其在煤氣及蒸汽耦合利用等方面存在較大的提升潛力;同時鋼鐵行業擁有豐富的二次能源,但該能源具有間歇性、波動性及品質參差不齊的特征。在新的發展形勢下,將成熟的儲熱系統在鋼鐵生產中創新應用前景非常廣闊。

      思安新能源股份有限公司研發的儲熱技術回收高溫余熱,可以保持高溫余熱的高品質熱能優勢,降低高溫煙道換熱器設計難度和成本,采用高參數蒸汽發電,可以大幅提高發電量,有利于鋼鐵企業降本增效,具有良好的市場推廣價值。

      另外,思安新能源儲熱發電方案,可以快速調節蒸汽輸出、調節發電機輸出功率,具有很強的發電靈活性,適合跟蹤用電負荷波動,也可用于電網調峰。

      二、儲熱調峰解決方案

      1、總體思路

      基于鋼鐵企業煤氣發電和余熱發電機組現狀,依托思安新能源具有核心知識產權的固體儲熱、熔鹽儲熱等儲熱技術以及能源數字化平臺,結合分時電價、電力交易等多能協同控制技術,強化鋼鐵企業能源系統可調節能力,使其具備承擔削峰填谷,促進新能源消納等重要調峰功能,解決大規??稍偕茉匆雽е碌膮^域源荷不匹配等問題,增強源網荷互動能力,平衡區域用能,全面優化能源結構并提升能源利用價值。

      該公司將儲熱裝置與目前現有的煤氣發電、余熱發電進行耦合,利用儲能技術將高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣、熱煙氣的熱量進行存儲,減少余熱余能資源的浪費,穩定發電機組工況,可大幅提高自發電率;與分時電價的峰谷平實行錯峰發電,通過科學調度,實現用能成本的優化,獲得穩定可觀的經濟效益。

      2、儲熱調峰解決方案

      基于負荷分析和機組調峰能力,依托該公司儲熱調峰系統,耦合原有煤氣發電機組和余熱機組,除原機組外,新增部分主要配套煤氣燃燒系統、熔鹽儲存系統、蒸汽發生系統、發電系統、煙氣余熱回收系統、煙氣固體儲熱系統,配套電氣、熱控、儀表、土建工程等。

      2.1煤氣機組儲熱技術路線

      (1)基本原理。儲熱系統與原煤氣發電系統并聯運行,通過存儲煤氣燃燒產生的熱量,控制向汽輪機輸送的主蒸汽參數,實現調峰目的。儲熱采用燃燒煤氣加熱熔鹽進行儲存熱量,高溫煙氣經余熱回收后送入煤氣發電脫硫。放熱采用儲存的高溫熔鹽與給水換熱,產生主蒸汽和再熱蒸汽,并入汽輪機發電。

      (2)運行原則。儲熱系統與原煤氣發電系統協作運行,工藝系統設備主要包括:熔鹽加熱及余熱回收系統、熔鹽儲存系統、熔鹽蒸汽發生系統、配套的公輔設施等。其中儲熱系統給水由原煤氣發電系統供應;儲熱系統煙氣并入原煤氣發電系統;儲熱系統產生蒸汽并入原煤氣發電系統。

      (3)熔鹽儲熱優勢。一是調峰能力大。利用熔鹽能量密度高、高溫下穩定性高的特點,可進行大規模儲熱調峰發電,可發電約100兆瓦的儲熱發電規模。二是安全穩定性高。產生不同參數的蒸汽,有效解決了高、中壓缸進氣不均造成汽機推力不平衡問題,避免再熱器進氣量不足過熱的問題。

      (4)儲熱介質:熔鹽(二元鹽)

      2.2 煙氣儲熱技術路線

      (1)基本原理。儲熱調峰系統與原余熱發電系統協作運行,通過存儲高溫煙氣的熱量,控制進入余熱鍋爐的煙氣參數,實現調峰的目的。對于燒結、轉爐等波動較大的熱源,設置儲熱裝置在煙氣量大或煙氣溫度偏高時,將鍋爐入口煙氣通過接出的分支管道,分流給煙氣儲能裝置進行熱量儲存;當煙氣不足時,儲熱裝置切換到放熱模式,將儲能裝置存儲的熱量以煙氣的形式放熱進入鍋爐,維持鍋爐進口煙氣量和煙氣溫度的穩定,從而維持汽輪發電機組進汽量和進汽溫度的穩定,增加機組運行穩定性。當用戶用電有峰谷價差時,將谷電時段進入燒結余熱鍋爐的部分煙氣分流進入煙氣儲能裝置進行熱量存儲,在峰電時將熱量放出;通過煙氣儲熱裝置將部分谷電發電量轉移至峰電時間段,獲取峰谷電價所帶來的經濟效益。

      (2)運行原則。該公司研發的新型固體儲熱產品,煙氣儲熱裝置基于顯熱儲熱的原理,采用余熱鍋爐高溫煙氣作為熱源,進行加熱儲熱體。加熱過程中,高溫煙氣通過儲熱體放熱,儲熱材料逐漸升溫,加熱出口煙溫逐漸上升;放熱過程,低溫煙氣通過儲熱體后被加熱,材料逐漸降溫,放熱出口煙溫逐漸下降。

      (3)儲熱裝置。儲放熱過程氣體流向相反,隨著流動,氣體中的煙塵沉降至底部灰斗,通過輸灰器連通沿流程方向的排灰口,將裝置底部灰輸送至端部,從而排出設備。如果煙氣含塵量較小,可不設灰斗及排灰結構,提高系統經濟性。

      (4)儲熱材料。該公司在耐熱混凝土體系的基礎上,通過優化配合比、添加改性物質、優化生產工藝等手段,通過數年研發與大量實驗,提高材料的導熱系數和體積熱容的同時,顯著提升了材料的力學性能(>80兆帕),保證材料使用壽命。儲熱材料主要原材料為玄武巖、安山巖、輝綠巖、花崗巖、石英巖,輔助以改性礦物添加劑、高性能外加劑。

      2.3 源網荷儲一體化技術路線

      源網荷儲一體化是電力行業堅持系統觀念的內在要求,是實現電力系統高質量發展的客觀需要,是提升可再生能源開發消納水平和非化石能源消費比重的必然選擇,對于促進我國能源轉型和經濟社會發展具有重要意義。

      (1)基本概念

      源(余熱利用、土地及資源利用)——太陽能和風能等清潔能源、企業土地資源,配置光伏發電、風電。

      網——供電線路、新建配電網、變電站。

      荷(生產用負荷)——連續性生產用電,如風機;可間斷生產用電,如磨機。

      儲(儲熱調峰、柔性調節)——實現源側余熱機組、光伏發電、風力發電柔性調節,保證負荷側供電。

      余熱利用——充分挖掘企業自身資源優勢,提高自身供能比例。

      土地利用——充分挖掘生產線周邊恢復礦山資源優勢,提高自然資源利用率。

      柔性調節——利用儲熱調峰、能源管理系統實現新能源就地消納。

      (2)實施路徑

      依托高耗能企業變電站、配電網等存量資產,建設“光伏+儲能+電動汽車充換電+電力負荷聚合優化調度平臺”為核心的“光儲充云一體化”項目,實現園區“源網荷儲”一體化管控與調度,最大程度上消納新能源,打造循環經濟園區“發-配-售一體化”綜合能源服務模式。

      3、實現綜合價值

      儲能調峰解決方案在鋼鐵企業的應用:首先該公司可以解決熱能供求在時間和空間上的不匹配,提高能源利用效率的有效手段,給鋼鐵企業帶來三種直接收益:一是穩定煤氣、蒸汽的參數提高余熱發電機組發電效率;二是利用電網的谷價電生產,由儲熱系統將余熱儲存,在電價高峰時段用儲存的余熱發電,企業少用電網的峰價電,通過峰谷套利的形式獲得穩定的經濟效益;三是儲熱裝置還能解決爐側短時故障帶來的緊急停機、系統防凍等問題。

      其次,該公司的儲熱調峰解決方案使得鋼鐵企業具備穩定的調峰能力,使得鋼鐵企業大規模引入新能源成為可能,從根本上優化鋼鐵企業的能源結構,并獲得額外的調峰服務增值收益。

      三、政策導向及應用前景

      1月26日,國務院新聞發布會披露,工信部與國家發改委等相關部門正在研究制訂新的產能置換辦法和項目備案的指導意見,逐步建立以碳排放、 污染物排放、能耗總量為依據的存量約束機制。同時對工業行業實施差別電價、電力交易方面的政策也在逐步出臺,以此來收緊碳排放、能耗總量等約束機制。因此,鋼鐵企業壓減產能的壓力愈加強烈且長期存在。

      2月份,國家發改委、國家能源局發布《關于推進電力源網荷儲一體化和多能互補發展的指導意見》,提出提升可再生能源消納水平,推進電力源網荷儲一體化和多能互補發展。鋼鐵企業通過建設以光伏和風電為主的新能源,配備適當規模的儲熱系統,將形成企業用戶側“源網荷儲一體化和多能互補”系統,大幅提升鋼鐵企業新能源綠應用占比,同時發揮負荷側調節作用,實現源網荷協同優化、需求響應精準化,減少削峰填谷的需求響應影響。

      在供給側和需求側改革雙重壓力下,對高耗能企業配置儲熱進行調峰,是未來高耗能企業生存的重要手段。通過配置儲熱調峰的作用:一是在差別電價約束下,利用峰谷價差生產,降低企業生產成本。二是在減產、減排降耗約束下,通過調峰服務,促進可再生能源消納,降低單位產能的碳排放,避免大量壓縮產能,減少企業損失。

      鋼鐵企業擁有豐富的余熱資源,調峰潛力依然較大。據不完全統計,截至2020年底,我國鋼鐵企業自發電裝機已超過40吉瓦,可調峰潛力較大?;趦嵯到y的鋼鐵源網荷儲項目,可有效優化鋼鐵企業能源結構,并獲得較高的經濟收益。據業內專家預測,儲熱調峰解決方案在鋼鐵企業的應用,會產生較高的經濟效益和社會收益,并得到大規模的應用。

       
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