余热余能利用发电设备标准化现状

/中国电器工业协会 尹航 卢琛钰 崔鹤松/

余热余能利用发电设备标准化现状

/中国电器工业协会 尹航 卢琛钰 崔鹤松/

一、引言

能源是经济社会发展的基础，同时也是影响经济社会发展的重大问题。随着我国经济社会的快速发展，能源特别是化石能源使用量急剧增加，能源对经济社会发展的制约作用日益凸显，对赖以生存的自然环境的影响也更加突出。解决能源制约作用，一方面要大力开发新能源，增加清洁能源供给量；另一方面必须要提高能源利用率，推动全社会节能降耗减排。《节能减排“十二五”规划》、《工业节能“十二五”规划》均将余热余压回收利用、工业副产煤气回收利用等作为节能工程的重要内容。余热余能利用已经被国家作为解决能源问题、促进节能减排的工作重点。

余热余能利用发电产业作为朝阳产业，领域内涵盖多种技术方向，其中不乏新兴技术，标准缺失现象严重，可参照借鉴的标准非常少，亟需从系统角度来规划标准化工作发展，以标准的研制与应用促进科技成果的转化和应用，充分发挥技术标准的基础保障和支撑引领作用。

二、典型技术方向

目前余热余能领域主要的技术有：以余热锅炉匹配汽轮机所组成的发电系统；以生物质、城市垃圾、污泥等低热值废弃物为燃料的锅炉汽轮机系统；以有机工质作为循环工质推动汽轮机做功的有机工质循环发电系统；螺杆膨胀发电系统；往复式内燃燃气发电电站等。螺杆膨胀发电系统和往复式内燃燃气发电电站作为中低温废气余热利用领域新兴技术，以适用范围广、灵活性强、性价比高等技术特点逐渐被市场所认可，已初步形成较好的经济效益和社会效益。本文以这两种技术为案列浅析余热余能发电设备领域的标准化现状。

1、螺杆膨胀发电系统

1.1 原理与应用

螺杆膨胀发电系统主要是通过螺杆膨胀机回收余热蒸汽、热水、热液及烟气余热（回收余热蒸汽、70-80℃以上热水热液以及150℃以上烟气余热）来拖动发电机发电的余热余能利用技术。螺杆膨胀机作为一种新型的中低温动力机，主要由一对螺杆转子、机壳体、轴承、同步齿轮、密封组件以及联轴器等组成的动力机。螺杆膨胀机工作过程是由吸气过程、膨胀过程和排气过程三个过程组成，具有如下特点：

① 对工质要求低：同时适用于过热蒸汽、饱和蒸汽、汽水两相及热水热液，能除垢自洁，允许热源压力、流量大范围内波动。②使用安全简单：不容易飞车、不需要专门暖机、不盘车，可以直接冲转运转安全可靠。③ 长期无大修，维护方便：运行操作简单，螺杆转子粗大坚实，可以长期不大修，小修简单方便，运行维护费用很低，不需要专门的专业技术人员。④ 应用范围广：可用于工业余热废热回收发电，也可用于可再生能源发电（地热、太阳热能及生物质热能）。

我国科研企业经过十几年长期的自主工业技术研发，螺杆膨胀机的单机技术水平和应用水平都达到国际领先技术水平，完成了石化、钢铁、冶金、电力、建材和轻工等十几个行业发电的示范应用。

1.2 标准化情况

近年来，随着我国低温余热发电技术的迅速发展，螺杆膨胀机得到了广泛应用。截至2013年底，国内外均无针对螺杆膨胀机的技术标准，设计制造单位一般采用或参考电力和机械行业相关标准、规范或企业标准。

2011年国家标准化管理委员会批准成立全国螺杆膨胀机标准化技术委员会（SAC/TC512），负责螺杆膨胀机领域的标准化工作。通过组织国内相关科研院所和企业开展低热值余热余能和废气利用发电技术的研究，该标委会建立并不断完善螺杆膨胀机专业领域技术标准体系，并拟在“十二五”期间制定基础通用、产品和方法等技术标准10项（详见表1），目前已有两项标准发布，重点解决螺杆膨胀发电技术推广应用中标准短缺问题，为规范产品市场管理、提升产品质量以及我国工业领域能源综合利用和节能减排任务的落实提供标准化支撑。

表1 螺杆膨胀机标委会“十二五”期间标准制定工作计划

国际标准化方面，目前螺杆膨胀机专业领域尚无对口的标准化技术组织。

2、往复式内燃燃气发电电站

2.1 原理与应用

往复式内燃燃气电站主要是利用燃气发动机拖动发电机发电，发电产生的废水和废气通过余热回收装置来实现制热、制冷的余热余能利用技术。该系统首先由燃气生成系统（如沼气工程、秸秆气焚烧炉）生成燃气，进入输送系统（稳压罐、调压、稳压）后进入燃气预处理装置（如脱硫、脱水、脱焦、去除粉尘颗粒等），再进入燃气发动机带动发电机运转，得到高品位电能；同时余热能利用回收装置将燃气发动机排出的冷却水和废气中的热量进行回收用于供热、制冷，再将更低温的废热供应生活热水。此系统可以燃用天然气、煤层气和“可燃废气”，“可燃废气”是指各种工业生产中产生的可燃废气，如煤矿瓦斯、沼气、焦炉煤气、秸秆气等。

往复式内燃燃气发电机组作为燃气电站的动力设备最突出的优点是发电效率比较高（机组的发电效率通常在30%～40%），设备集成度高，安装快捷，对于气体中的粉尘要求不高，基本不需要水，设备的单位千瓦造价也比较低，其配套余热利用设备也相对灵活，小型的余热设备均可很好的配套使用，在余热余能利用领域具有广阔的发展空间。目前，国内企业生产的燃气发动机应用于电站可实现30%以上的发电效率，配套余热锅炉或制冷机组，电站综合能源利用率可达70%以上。

2.2 标准化情况

（1）国内标准化情况

全国往复式内燃燃气发电设备标准化技术委员会（SAC/TC372）成立于2008年11月，主要负责固定往复式内燃燃气发电设备领域国家标准的制修订工作。从广义的技术领域范畴看，固定式燃气发电设备延伸到相关产业链标准化技术领域的研究，该专业的标准技术领域涵盖了包括天然气（煤层气）发电机组、页岩气发电机组；可再生能源的生物质气（秸秆气、沼气）发电机组；可燃废气（瓦斯、油井伴生气、焦炉煤气、炼化尾气）发电机组；燃气安全输送、燃气预处理装置和工艺；燃气电站工程技术、燃气电站安全管理；燃气发电冷热电综合利用等技术领域。

在标委会成立以前，一直没有全国性专业标准化技术委员会统筹行业标准发展规划体系的研究，致使固定式燃气发电设备行业即无标准体系，标准制修订工作也基本处于空白状态。2009年10月，该标委会组织国内相关科研单位和生产企业完成了燃气发电设备标准体系项目研究报告，涵盖了现行燃气发电设备标准行业标准现状分析、确定了燃气发电设备行业标准中长期发展规划等内容。经过近4年的努力，该标委会已组织完成了中大功率瓦斯发电机组、中大功率沼气发电机组、往复式内燃燃气电站余热能利用设计规范、往复式内燃燃气电站安全设计规范等4项国家标准的研制，已初步满足了燃气发电设备行业对标准的需求。

“十二五”期间，该标委会以国家产业政策为导向，拟制定标准17项（详见表2），完善标准体系。在节能减排与低碳技术标准领域，重点开展燃气发电机组污染物排放限值及测量方法、燃气发电机组余热能制冷装置、燃气发电机组热能集成装置等标准的研究和制定；在清洁能源和可再生能源发电设备标准领域，重点开展生物质能发电设备、内燃燃气沼气发电设备、天然气发电机组等标准的研究和制定；在服务新农村和城镇化建设方面，重点开展撬装式生物质能燃气电站、燃气发电机组等产品标准的研究和制定。

（2）国际标准化情况

燃气发电设备国际标准领域归口为ISO/TC70内燃机技术委员会，国内对口标委会是全国内燃机标准化技术委员会（SAC/TC177），秘书处承担单位为中国上海内燃机研究所。

ISO/TC70负责内燃机和内燃发电设备两大技术领域的标准制修订，在内燃发电设备领域主要有ISO8528《往复式内燃机交流发电机组》系列12个标准，主要规定了内燃发电设备通用的技术要求、试验方法，没有针对性的制定燃气发电设备的标准，因此不能满足燃气发电机组的特殊要求。

表2 燃气发电设备专业领域“十二五”标准制定工作计划

SAC/TC177积极组织国内标委会和优势企业参与ISO/TC70/ WG15的工作，分别成立了ISO 8528—7、ISO8528—9中国专家工作组，目前正在进行以我国为主修订的ISO 8528-7：1994《往复式内燃交流发电机组第7部分：用于技术条件和设计的技术说明》、ISO8528—9：1994《往复式内燃交流发电机组 第9部分：机械振动的测量和评定》国际标准的草案编制工作。SAC/TC372作为国内对口管理的标委会，已组织国内的优势企业单位参加了两项标准的修订工作，正在准备《低浓度瓦斯发电机组》和《柴油/沼气双燃料发电机组》2项国际标准提案。

三、小结

余热余能利用发电是节能减排的重要内容，然而发展时间尚短，标准化方面存在一定问题。经过几年的发展，各个技术方向的标准体系已经初步建立，产业急需的标准制定工作已经开展，但由于标准制修订的流程时间限制，一定程度上还存在的标准缺失现象；国际标准化整体水平不高，新型技术领域没有对口标准化组织，某些技术领域没有全国性标委会，无法和国际标准化组织对口；开展余热余能利用发电领域的共性技术研究和基础共性标准制定工作，发挥标准的基础和引领作用。

为提高标准的应用程度与适用性，促进产业的快速发展，建议如下：

① 标准与科技协调推进。开展技术前瞻性研究，逐渐加强标准在科研过程中的协调和指导作用，通过制定超前标准等形式，在研发结束后即形成有效的技术标准，从而有效指导产业向正确方向发展。② 产业链相关标委会标准协调。余热余能发电涉及多个技术领域，加强产业链上下游相关标委会之间的协调，避免重复立项、多头立项，可以采用一个标准化技术委员会牵头、其他相关标委会积极配合的工作方式。③ 标准化科研专项支持。设立余热余能发电领域标准化专项科研资金，促进企业、科研院所、检测机构、国家重点实验室之间的合作，针对行业急需标准开展重点突破，并建立技术进步与标准更新挂钩的长效机制。