/中國電器工業(yè)協(xié)會 尹航 盧琛鈺 崔鶴松/

余熱余能利用發(fā)電設備標準化現(xiàn)狀

/中國電器工業(yè)協(xié)會 尹航 盧琛鈺 崔鶴松/

一、引言

能源是經濟社會發(fā)展的基礎，同時也是影響經濟社會發(fā)展的重大問題。隨著我國經濟社會的快速發(fā)展，能源特別是化石能源使用量急劇增加，能源對經濟社會發(fā)展的制約作用日益凸顯，對賴以生存的自然環(huán)境的影響也更加突出。解決能源制約作用，一方面要大力開發(fā)新能源，增加清潔能源供給量；另一方面必須要提高能源利用率，推動全社會節(jié)能降耗減排?！豆?jié)能減排“十二五”規(guī)劃》、《工業(yè)節(jié)能“十二五”規(guī)劃》均將余熱余壓回收利用、工業(yè)副產煤氣回收利用等作為節(jié)能工程的重要內容。余熱余能利用已經被國家作為解決能源問題、促進節(jié)能減排的工作重點。

余熱余能利用發(fā)電產業(yè)作為朝陽產業(yè)，領域內涵蓋多種技術方向，其中不乏新興技術，標準缺失現(xiàn)象嚴重，可參照借鑒的標準非常少，亟需從系統(tǒng)角度來規(guī)劃標準化工作發(fā)展，以標準的研制與應用促進科技成果的轉化和應用，充分發(fā)揮技術標準的基礎保障和支撐引領作用。

二、典型技術方向

目前余熱余能領域主要的技術有：以余熱鍋爐匹配汽輪機所組成的發(fā)電系統(tǒng)；以生物質、城市垃圾、污泥等低熱值廢棄物為燃料的鍋爐汽輪機系統(tǒng)；以有機工質作為循環(huán)工質推動汽輪機做功的有機工質循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)；螺桿膨脹發(fā)電系統(tǒng)；往復式內燃燃氣發(fā)電電站等。螺桿膨脹發(fā)電系統(tǒng)和往復式內燃燃氣發(fā)電電站作為中低溫廢氣余熱利用領域新興技術，以適用范圍廣、靈活性強、性價比高等技術特點逐漸被市場所認可，已初步形成較好的經濟效益和社會效益。本文以這兩種技術為案列淺析余熱余能發(fā)電設備領域的標準化現(xiàn)狀。

1、螺桿膨脹發(fā)電系統(tǒng)

1.1 原理與應用

螺桿膨脹發(fā)電系統(tǒng)主要是通過螺桿膨脹機回收余熱蒸汽、熱水、熱液及煙氣余熱（回收余熱蒸汽、70-80℃以上熱水熱液以及150℃以上煙氣余熱）來拖動發(fā)電機發(fā)電的余熱余能利用技術。螺桿膨脹機作為一種新型的中低溫動力機，主要由一對螺桿轉子、機殼體、軸承、同步齒輪、密封組件以及聯(lián)軸器等組成的動力機。螺桿膨脹機工作過程是由吸氣過程、膨脹過程和排氣過程三個過程組成，具有如下特點：

① 對工質要求低：同時適用于過熱蒸汽、飽和蒸汽、汽水兩相及熱水熱液，能除垢自潔，允許熱源壓力、流量大范圍內波動。②使用安全簡單：不容易飛車、不需要專門暖機、不盤車，可以直接沖轉運轉安全可靠。③ 長期無大修，維護方便：運行操作簡單，螺桿轉子粗大堅實，可以長期不大修，小修簡單方便，運行維護費用很低，不需要專門的專業(yè)技術人員。④ 應用范圍廣：可用于工業(yè)余熱廢熱回收發(fā)電，也可用于可再生能源發(fā)電（地熱、太陽熱能及生物質熱能）。

我國科研企業(yè)經過十幾年長期的自主工業(yè)技術研發(fā)，螺桿膨脹機的單機技術水平和應用水平都達到國際領先技術水平，完成了石化、鋼鐵、冶金、電力、建材和輕工等十幾個行業(yè)發(fā)電的示范應用。

1.2 標準化情況

近年來，隨著我國低溫余熱發(fā)電技術的迅速發(fā)展，螺桿膨脹機得到了廣泛應用。截至2013年底，國內外均無針對螺桿膨脹機的技術標準，設計制造單位一般采用或參考電力和機械行業(yè)相關標準、規(guī)范或企業(yè)標準。

2011年國家標準化管理委員會批準成立全國螺桿膨脹機標準化技術委員會（SAC/TC512），負責螺桿膨脹機領域的標準化工作。通過組織國內相關科研院所和企業(yè)開展低熱值余熱余能和廢氣利用發(fā)電技術的研究，該標委會建立并不斷完善螺桿膨脹機專業(yè)領域技術標準體系，并擬在“十二五”期間制定基礎通用、產品和方法等技術標準10項（詳見表1），目前已有兩項標準發(fā)布，重點解決螺桿膨脹發(fā)電技術推廣應用中標準短缺問題，為規(guī)范產品市場管理、提升產品質量以及我國工業(yè)領域能源綜合利用和節(jié)能減排任務的落實提供標準化支撐。

表1 螺桿膨脹機標委會“十二五”期間標準制定工作計劃

國際標準化方面，目前螺桿膨脹機專業(yè)領域尚無對口的標準化技術組織。

2、往復式內燃燃氣發(fā)電電站

2.1 原理與應用

往復式內燃燃氣電站主要是利用燃氣發(fā)動機拖動發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電產生的廢水和廢氣通過余熱回收裝置來實現(xiàn)制熱、制冷的余熱余能利用技術。該系統(tǒng)首先由燃氣生成系統(tǒng)（如沼氣工程、秸稈氣焚燒爐）生成燃氣，進入輸送系統(tǒng)（穩(wěn)壓罐、調壓、穩(wěn)壓）后進入燃氣預處理裝置（如脫硫、脫水、脫焦、去除粉塵顆粒等），再進入燃氣發(fā)動機帶動發(fā)電機運轉，得到高品位電能；同時余熱能利用回收裝置將燃氣發(fā)動機排出的冷卻水和廢氣中的熱量進行回收用于供熱、制冷，再將更低溫的廢熱供應生活熱水。此系統(tǒng)可以燃用天然氣、煤層氣和“可燃廢氣”，“可燃廢氣”是指各種工業(yè)生產中產生的可燃廢氣，如煤礦瓦斯、沼氣、焦爐煤氣、秸稈氣等。

往復式內燃燃氣發(fā)電機組作為燃氣電站的動力設備最突出的優(yōu)點是發(fā)電效率比較高（機組的發(fā)電效率通常在30%～40%），設備集成度高，安裝快捷，對于氣體中的粉塵要求不高，基本不需要水，設備的單位千瓦造價也比較低，其配套余熱利用設備也相對靈活，小型的余熱設備均可很好的配套使用，在余熱余能利用領域具有廣闊的發(fā)展空間。目前，國內企業(yè)生產的燃氣發(fā)動機應用于電站可實現(xiàn)30%以上的發(fā)電效率，配套余熱鍋爐或制冷機組，電站綜合能源利用率可達70%以上。

2.2 標準化情況

（1）國內標準化情況

全國往復式內燃燃氣發(fā)電設備標準化技術委員會（SAC/TC372）成立于2008年11月，主要負責固定往復式內燃燃氣發(fā)電設備領域國家標準的制修訂工作。從廣義的技術領域范疇看，固定式燃氣發(fā)電設備延伸到相關產業(yè)鏈標準化技術領域的研究，該專業(yè)的標準技術領域涵蓋了包括天然氣（煤層氣）發(fā)電機組、頁巖氣發(fā)電機組；可再生能源的生物質氣（秸稈氣、沼氣）發(fā)電機組；可燃廢氣（瓦斯、油井伴生氣、焦爐煤氣、煉化尾氣）發(fā)電機組；燃氣安全輸送、燃氣預處理裝置和工藝；燃氣電站工程技術、燃氣電站安全管理；燃氣發(fā)電冷熱電綜合利用等技術領域。

在標委會成立以前，一直沒有全國性專業(yè)標準化技術委員會統(tǒng)籌行業(yè)標準發(fā)展規(guī)劃體系的研究，致使固定式燃氣發(fā)電設備行業(yè)即無標準體系，標準制修訂工作也基本處于空白狀態(tài)。2009年10月，該標委會組織國內相關科研單位和生產企業(yè)完成了燃氣發(fā)電設備標準體系項目研究報告，涵蓋了現(xiàn)行燃氣發(fā)電設備標準行業(yè)標準現(xiàn)狀分析、確定了燃氣發(fā)電設備行業(yè)標準中長期發(fā)展規(guī)劃等內容。經過近4年的努力，該標委會已組織完成了中大功率瓦斯發(fā)電機組、中大功率沼氣發(fā)電機組、往復式內燃燃氣電站余熱能利用設計規(guī)范、往復式內燃燃氣電站安全設計規(guī)范等4項國家標準的研制，已初步滿足了燃氣發(fā)電設備行業(yè)對標準的需求。

“十二五”期間，該標委會以國家產業(yè)政策為導向，擬制定標準17項（詳見表2），完善標準體系。在節(jié)能減排與低碳技術標準領域，重點開展燃氣發(fā)電機組污染物排放限值及測量方法、燃氣發(fā)電機組余熱能制冷裝置、燃氣發(fā)電機組熱能集成裝置等標準的研究和制定；在清潔能源和可再生能源發(fā)電設備標準領域，重點開展生物質能發(fā)電設備、內燃燃氣沼氣發(fā)電設備、天然氣發(fā)電機組等標準的研究和制定；在服務新農村和城鎮(zhèn)化建設方面，重點開展撬裝式生物質能燃氣電站、燃氣發(fā)電機組等產品標準的研究和制定。

（2）國際標準化情況

燃氣發(fā)電設備國際標準領域歸口為ISO/TC70內燃機技術委員會，國內對口標委會是全國內燃機標準化技術委員會（SAC/TC177），秘書處承擔單位為中國上海內燃機研究所。

ISO/TC70負責內燃機和內燃發(fā)電設備兩大技術領域的標準制修訂，在內燃發(fā)電設備領域主要有ISO8528《往復式內燃機交流發(fā)電機組》系列12個標準，主要規(guī)定了內燃發(fā)電設備通用的技術要求、試驗方法，沒有針對性的制定燃氣發(fā)電設備的標準，因此不能滿足燃氣發(fā)電機組的特殊要求。

表2 燃氣發(fā)電設備專業(yè)領域“十二五”標準制定工作計劃

SAC/TC177積極組織國內標委會和優(yōu)勢企業(yè)參與ISO/TC70/ WG15的工作，分別成立了ISO 8528—7、ISO8528—9中國專家工作組，目前正在進行以我國為主修訂的ISO 8528-7：1994《往復式內燃交流發(fā)電機組第7部分：用于技術條件和設計的技術說明》、ISO8528—9：1994《往復式內燃交流發(fā)電機組 第9部分：機械振動的測量和評定》國際標準的草案編制工作。SAC/TC372作為國內對口管理的標委會，已組織國內的優(yōu)勢企業(yè)單位參加了兩項標準的修訂工作，正在準備《低濃度瓦斯發(fā)電機組》和《柴油/沼氣雙燃料發(fā)電機組》2項國際標準提案。

三、小結

余熱余能利用發(fā)電是節(jié)能減排的重要內容，然而發(fā)展時間尚短，標準化方面存在一定問題。經過幾年的發(fā)展，各個技術方向的標準體系已經初步建立，產業(yè)急需的標準制定工作已經開展，但由于標準制修訂的流程時間限制，一定程度上還存在的標準缺失現(xiàn)象；國際標準化整體水平不高，新型技術領域沒有對口標準化組織，某些技術領域沒有全國性標委會，無法和國際標準化組織對口；開展余熱余能利用發(fā)電領域的共性技術研究和基礎共性標準制定工作，發(fā)揮標準的基礎和引領作用。

為提高標準的應用程度與適用性，促進產業(yè)的快速發(fā)展，建議如下：

① 標準與科技協(xié)調推進。開展技術前瞻性研究，逐漸加強標準在科研過程中的協(xié)調和指導作用，通過制定超前標準等形式，在研發(fā)結束后即形成有效的技術標準，從而有效指導產業(yè)向正確方向發(fā)展。② 產業(yè)鏈相關標委會標準協(xié)調。余熱余能發(fā)電涉及多個技術領域，加強產業(yè)鏈上下游相關標委會之間的協(xié)調，避免重復立項、多頭立項，可以采用一個標準化技術委員會牽頭、其他相關標委會積極配合的工作方式。③ 標準化科研專項支持。設立余熱余能發(fā)電領域標準化專項科研資金，促進企業(yè)、科研院所、檢測機構、國家重點實驗室之間的合作，針對行業(yè)急需標準開展重點突破，并建立技術進步與標準更新掛鉤的長效機制。