数字孪生技术加持 低温蒸汽可发电——锡矿山闪星锑业余热利用场景见闻

湖南日报全媒体记者 肖洋桂 通讯员 周乐群

10月10日，冷水江。锡矿山闪星锑业有限责任公司锑冶炼厂余热发电项目现场，汽轮机、发电机等设备平稳运行。操控室内的数字孪生系统，密切监测蒸汽温度、压力、流量，实时对发电机组发出调控指令。蒸汽热能转化为电能，直供锑冶炼生产。

这是我省首个锑冶炼低温低压蒸汽余热发电场景。项目为合同能源管理模式，业主企业零投资，降本与减碳同时兑现。项目预计年发电量600万千瓦时以上，每年可回收冷凝水6万吨以上，综合收益456万元以上，减排二氧化碳5000吨以上。

先算数再动工，数字孪生让余热“可见可量”

锑矿石经过鼓风炉高温熔炼，转化为锑氧化物。这个过程，鼓风炉的炉内环境保持在1100℃至1250℃高温。同时，炉体需要12厘米厚夹套包裹，用软水循环降温保护。夹套里蒸发出来的水汽温度约147℃，气压约0.3兆帕。

“这种低温低压蒸汽流量到底多大，热能焓值稳不稳？以前全是未知数。”锡矿山闪星锑业机能工程部负责人毕刚芝表示，往常蒸汽少部分用于厂区生活供暖，绝大部分直接排空外放。热能浪费、水量损失、水处理成本增加。该鼓风炉自2007年投产以来，对如何更好地利用余热，众多技术供应商实地考察后无功而返。

去年10月，经湖南“应用场景超市”平台牵线搭桥，湖南仕格流体科技有限公司与锡矿山闪星锑业签订合作协议，共建余热发电项目。

针对鼓风炉低温低压蒸汽收集难、富集难、发电适配性差等技术难题，仕格流体技术团队利用发明专利，结合AI技术，搭建数字孪生系统，建起虚拟工厂。机理仿真，数字孪生，蒸汽从产生到发电，从冷凝到回收，全流程先跑一遍。

“先跑数据，再动设备。”湖南仕格流体科技有限公司总经理李方说，新建蒸汽收集管网、汽水分离器、发电厂房、全凝式发电机组及冷凝水回收系统，每一步，都在仿真系统上先模拟清楚再实验、然后实施。

仕格流体经过技术攻关，打磨蒸汽富集工艺、优选适配发电设备、优化控制系统，量身打造适配锑冶炼生产工况的低温余热利用项目。项目运行数据显示：1吨0.3兆帕147摄氏度的饱和蒸汽，可发电105千瓦时。低温余热从“算不清”变成“看得见”“可量化”。

先试用后付费，业主企业零投入无风险

4月18日，发电项目首次并网试运行。试运行期间，发电功率达到300千瓦。6月，鼓风炉大修时，技术团队对项目进行升级，将发电功率提升至800千瓦。目前预计，项目年发电量600万千瓦时以上。

项目运行以来，吸引不少企业前来调研，深受好评。“这个余热发电项目，我们企业没有投入一分钱。”毕刚芝坦言，项目使用的技术较为前沿，在行业内又无应用案例，起初判断项目是否能成功存在压力。

“业主自投，风险大。”李方说，项目采用合同能源管理模式，用“先试用后付费”打破僵局。由仕格流体负责投资建设，承担前期全部投资风险，并对结果兜底，有效果业主再付费。锡矿山闪星锑业零投入试水新技术，以低于市场的折扣价回购所发电力，用于锑冶炼生产使用。

目前，仕格流体已经投入数千万元，包括新建蒸汽收集管网及汽水分离器、新建发电厂房、新建全凝式发电及冷凝水回收系统、新建供暖及生活热水系统。

为何技术方敢冒险？李方介绍，该公司是一家省专精特新中小企业，在工业流动及传热系统优化方面经验丰富，拥有数十项知识产权，并参与编制相关行业标准。“技术成熟是底气。”李方表示。

该发电项目搭建数字孪生系统，所有新建系统实现机理仿真，发电成本得到精准控制。“就好比餐饮店，掌握了确切的吃饭人数，准备食材时就能精准而不浪费。”李方说，有了数字孪生，根据蒸汽供给情况实时调控发电机组及冷却设备，“成本计算得精确，投资回报算得清”。

可复制可推广，降本与减碳同时兑现

低温低压蒸汽能量按梯级得到充分利用，实现高效发电。自并网发电以来，整套系统运行稳定，发电量逐月稳步递增，单月最高发电量突破57万千瓦时。根据蒸汽供给量，每年发电量600万千瓦时以上，按当前市场平均电价0.7元每千瓦时计算，效益达420万元以上。锡矿山闪星锑业按照折扣价回购，每年至少可节约电费成本84万元。

发电机房外，冷却塔运转。冷凝水全部回收，回送到不远处的鼓风炉夹套中。“每年可回收冷凝水6万吨以上，至少节约水处理成本36万元。”毕刚芝介绍，自来水中含有各种杂质，水蒸发后容易形成水垢，因此鼓风炉夹套中的水，都是净化处理后的软水。发电项目运行以来，冷凝水回收率大于99%，不但避免水资源浪费，而且降低了水处理成本。

环保价值明显。根据发电量和回收的冷凝水，每年节约标煤约2000吨，减排二氧化碳约5000吨。按一棵树年均吸收18公斤二氧化碳估算，相当于在锡矿山上种下近28万棵树。

目前，践行绿色发展理念的锡矿山锑业，有意拓展余热回收覆盖范围，推进反射炉换热器蒸汽收集改造，将新增余热资源全部并入该发电项目，届时项目发电出力有望突破1000KW，余热回收利用实现跨越式提升。

省发改委节能监察中心相关负责人表示，这个应用场景的实现，打破了行业对低温低压余热无法高效回收利用的固有认知，实现锑冶炼低温余热规模化利用领域零的突破，为国内锑冶炼行业以及其他类似场景绿色低碳转型提供可复制、可推广的实践经验。

责编：戴蓉

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来源：湖南日报·新湖南客户端