中冶京诚以全程数字化建造世界首台创新发电装置

Bentley应用程序帮助新技术焕发生机，显著减少钢厂碳排放

将富余气体转化为电能

金属制造和加工需要大量的热能，而能否再利用这些热能对钢铁产业的可持续发展至关重要。冶炼过程中需要将煤加热到高温，产生焦炭，然后在高炉中使用焦炭将铁矿石转化为铁水。焦炭生产和高炉作业都会产生大量的过热气体副产品，其中含有高浓度二氧化碳和其他有害化学物质。长期以来，钢铁公司一直在寻求控制碳排放量的方法，并再利用气体，而不是将其浪费。当今大多数钢铁厂都利用发电机内的热气体进行现场发电。

“利用钢铁厂的富余气体发电，这不仅可以提高企业的自发电率，减少外购电和降低综合能耗指标，增加企业的经济效益，提高竞争力，而且更重要的是，它还可以减少排放，保护环境，带来环境和社会效益，” 中冶京诚工程技术有限公司 BIM 经理杨炳松表示，该公司是一家从事包含冶金、市政、水务、发电等领域的专业综合工程公司。

尽管利用富余气体进行现场发电的能力一直是金属制造业的福音，但目前的技术具有其局限性。现场发电机的热效率明显低于其他发电形式。此外，为金属加工提供足够电力所需的系统非常大，需要很大的占地面积。中冶京诚长期以来致力于推动钢铁行业的可持续发展，尤其是利用钢铁厂中高炉运行的富余气体来进行发电。在这种情况下，中冶京诚需要找到一种方法来提高现场的发电量，并减小发电设备的尺寸。实现这两个目标的关键在于确定如何大幅提高发电过程的能源效率。

确定如何开发新技术

2020年，中冶京诚取得了技术上的突破，发明了世界上第一台设计超级紧凑、占地面积又非常小的超高压亚临界燃气发电机组的制造工艺。中冶京诚的技术有望将富余气体的发电效率提高 60% 以上，同时大幅缩小所需的占地面积。虽然中冶京诚开发了这项技术，但他们随后必须将制造工艺付诸实践，在现有的金属制造厂中组装新的发电机。中冶京诚与龙腾特钢有限公司及其位于中国江苏常熟的钢铁厂合作，开始试点在现有的生产车间中实施新技术。

中冶京诚很快就遇到了许多挑战。他们的新技术提出了如何控制电力系统负荷流并防止电力反向传输的问题。设计中融入了来自多个专业的技术，包括设备、热能、气体和通风、电气工程和水处理等专业。在如此有限的空间内装入这么多个系统，提高了整体设计中发生碰撞的风险。此外，这些专业的团队分散在其合作伙伴的总部和项目场地中，使得沟通、协调和合作变得困难。设计团队不得不找到一种方法，以在建造新系统的同时，将对工厂持续运营的干扰降至最低。中冶京诚需要找到一种发电机组设计方法，以便能够克服其面临的所有挑战。

创建一个数字复制品以避免碰撞

中冶京诚很快确定，他们可以利用Bentley 应用程序，部署其创新型新一代系统，走向数字化。首先，他们使用ProjectWise 创建了一个协同式数字环境，使来自不同专业和地点的团队能够无缝协作，这大大减少了错误、遗漏和碰撞。接下来，他们使用无人机来拍摄工作现场区域和工厂的影像，以创建现有环境的实景模型，然后将其导入到Bentley 应用程序中，帮助中冶京诚进行设计和放置组件。由于他们选择的所有Bentley 软件都是开源软件，设计团队可以开发出与他们现有工作习惯紧密结合的高效设计工具，大大提高了效率。例如，通过为管道设计创建自定义工具，他们的工作效率提高了两倍。

一旦设计团队完成各个组件的设计，就创建了整个发电单元的联合模型，优化了设计，并确定如何控制电力系统的负荷流，防止电流的反向传输。然后，他们使用AssetWise 建立了一个工程数据中心，其中包含发电单元全生命周期的详细信息。该数据中心不仅可协助施工，现在还可用于促进运营和维护。“AssetWise已经成为建立数字化工厂的基础，” 杨炳松先生表示。最后，他们使用SYNCHRO 创建了四维模型，并围绕持续的工厂运营精心规划施工。他们确定了如何将施工材料运进工地，整合新旧资产，并安全地连接高炉车间的气体排放管道。  

实现可观的环境效益

实现整个设计过程的数字化帮助中冶京诚减少了碰撞和错误，使最终设计变得更高效。中冶京诚利用这项新技术建造了世界上第一台 60 兆瓦的亚临界高炉煤气发电装置，这是发电机组小型化的一个突破。正如预期的那样，该发电机组的发电效率比传统的中压发电机组高 60%，可生产电力 4.5 亿千瓦时，足够 100 万人用电，每年可为工厂节省 2.3 亿元人民币的电费。此外，高效的设计使他们能够更有效地生产钢铁，每吨生产成本降低了 70 元人民币。

这项新技术还带来了显著的环境效益。通过采集和再利用钢铁生产中释放的气体来发电，每年可减少 14 亿标准立方米的高炉排放。此外，通过使用效率高达 98% 的湿法脱硫，加上集成烟囱和冷却塔，大幅降低了二氧化硫、氮氧化物、灰尘和其他物质的排放。中冶京诚表示，通过满足钢铁厂本身的电能需求，极大地减少了当地电网的负荷，这有助于该地区实现碳中和目标。

“Bentley 软件已经成为我们在工程设计数字化方面不可或缺的工具。该公司一直在不断探索和开发新技术，以帮助我们在不久的将来实现工程设计智能化。” 中冶京诚工程技术有限公司 BIM 经理杨炳松表示。