余熱余能利用發(fā)電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀

/中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì) 尹航 盧琛鈺 崔鶴松/

余熱余能利用發(fā)電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀

/中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì) 尹航 盧琛鈺 崔鶴松/

一、引言

能源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，同時(shí)也是影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重大問題。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的制約作用日益凸顯，對(duì)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(dòng)全社會(huì)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(chǎn)煤氣回收利用等作為節(jié)能工程的重要內(nèi)容。余熱余能利用已經(jīng)被國(guó)家作為解決能源問題、促進(jìn)節(jié)能減排的工作重點(diǎn)。

余熱余能利用發(fā)電產(chǎn)業(yè)作為朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，領(lǐng)域內(nèi)涵蓋多種技術(shù)方向，其中不乏新興技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)缺失現(xiàn)象嚴(yán)重，可參照借鑒的標(biāo)準(zhǔn)非常少，亟需從系統(tǒng)角度來規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)化工作發(fā)展，以標(biāo)準(zhǔn)的研制與應(yīng)用促進(jìn)科技成果的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用，充分發(fā)揮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)保障和支撐引領(lǐng)作用。

二、典型技術(shù)方向

目前余熱余能領(lǐng)域主要的技術(shù)有：以余熱鍋爐匹配汽輪機(jī)所組成的發(fā)電系統(tǒng)；以生物質(zhì)、城市垃圾、污泥等低熱值廢棄物為燃料的鍋爐汽輪機(jī)系統(tǒng)；以有機(jī)工質(zhì)作為循環(huán)工質(zhì)推動(dòng)汽輪機(jī)做功的有機(jī)工質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)；螺桿膨脹發(fā)電系統(tǒng)；往復(fù)式內(nèi)燃燃?xì)獍l(fā)電電站等。螺桿膨脹發(fā)電系統(tǒng)和往復(fù)式內(nèi)燃燃?xì)獍l(fā)電電站作為中低溫廢氣余熱利用領(lǐng)域新興技術(shù)，以適用范圍廣、靈活性強(qiáng)、性價(jià)比高等技術(shù)特點(diǎn)逐漸被市場(chǎng)所認(rèn)可，已初步形成較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文以這兩種技術(shù)為案列淺析余熱余能發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀。

1、螺桿膨脹發(fā)電系統(tǒng)

1.1 原理與應(yīng)用

螺桿膨脹發(fā)電系統(tǒng)主要是通過螺桿膨脹機(jī)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(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的余熱余能利用技術(shù)。螺桿膨脹機(jī)作為一種新型的中低溫動(dòng)力機(jī)，主要由一對(duì)螺桿轉(zhuǎn)子、機(jī)殼體、軸承、同步齒輪、密封組件以及聯(lián)軸器等組成的動(dòng)力機(jī)。螺桿膨脹機(jī)工作過程是由吸氣過程、膨脹過程和排氣過程三個(gè)過程組成，具有如下特點(diǎn)：

① 對(duì)工質(zhì)要求低：同時(shí)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(nèi)波動(dòng)。②使用安全簡(jiǎn)單：不容易飛車、不需要專門暖機(jī)、不盤車，可以直接沖轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠。③ 長(zhǎng)期無(wú)大修，維護(hù)方便：運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，螺桿轉(zhuǎn)子粗大堅(jiān)實(shí)，可以長(zhǎng)期不大修，小修簡(jiǎn)單方便，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用很低，不需要專門的專業(yè)技術(shù)人員。④ 應(yīng)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?zé)帷⑻?yáng)熱能及生物質(zhì)熱能）。

我國(guó)科研企業(yè)經(jīng)過十幾年長(zhǎng)期的自主工業(yè)技術(shù)研發(fā)，螺桿膨脹機(jī)的單機(jī)技術(shù)水平和應(yīng)用水平都達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)水平，完成了石化、鋼鐵、冶金、電力、建材和輕工等十幾個(gè)行業(yè)發(fā)電的示范應(yīng)用。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)化情況

近年來，隨著我國(guó)低溫余熱發(fā)電技術(shù)的迅速發(fā)展，螺桿膨脹機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。截至2013年底，國(guó)內(nèi)外均無(wú)針對(duì)螺桿膨脹機(jī)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)制造單位一般采用或參考電力和機(jī)械行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2011年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)成立全國(guó)螺桿膨脹機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC512），負(fù)責(zé)螺桿膨脹機(jī)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化工作。通過組織國(guó)內(nèi)相關(guān)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(shù)的研究，該標(biāo)委會(huì)建立并不斷完善螺桿膨脹機(jī)專業(yè)領(lǐng)域技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，并擬在“十二五”期間制定基礎(chǔ)通用、產(chǎn)品和方法等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)10項(xiàng)（詳見表1），目前已有兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，重點(diǎn)解決螺桿膨脹發(fā)電技術(shù)推廣應(yīng)用中標(biāo)準(zhǔn)短缺問題，為規(guī)范產(chǎn)品市場(chǎng)管理、提升產(chǎn)品質(zhì)量以及我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域能源綜合利用和節(jié)能減排任務(wù)的落實(shí)提供標(biāo)準(zhǔn)化支撐。

表1 螺桿膨脹機(jī)標(biāo)委會(huì)“十二五”期間標(biāo)準(zhǔn)制定工作計(jì)劃

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化方面，目前螺桿膨脹機(jī)專業(yè)領(lǐng)域尚無(wú)對(duì)口的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)組織。

2、往復(fù)式內(nèi)燃燃?xì)獍l(fā)電電站

2.1 原理與應(yīng)用

往復(fù)式內(nèi)燃燃?xì)怆娬局饕抢萌細(xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電產(chǎn)生的廢水和廢氣通過余熱回收裝置來實(shí)現(xiàn)制熱、制冷的余熱余能利用技術(shù)。該系統(tǒng)首先由燃?xì)馍上到y(tǒng)（如沼氣工程、秸稈氣焚燒爐）生成燃?xì)?，進(jìn)入輸送系統(tǒng)（穩(wěn)壓罐、調(diào)壓、穩(wěn)壓）后進(jìn)入燃?xì)忸A(yù)處理裝置（如脫硫、脫水、脫焦、去除粉塵顆粒等），再進(jìn)入燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，得到高品位電能；同時(shí)余熱能利用回收裝置將燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)排出的冷卻水和廢氣中的熱量進(jìn)行回收用于供熱、制冷，再將更低溫的廢熱供應(yīng)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(chǎn)中產(chǎn)生的可燃廢氣，如煤礦瓦斯、沼氣、焦?fàn)t煤氣、秸稈氣等。

往復(fù)式內(nèi)燃燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組作為燃?xì)怆娬镜膭?dòng)力設(shè)備最突出的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)電效率比較高（機(jī)組的發(fā)電效率通常在30%～40%），設(shè)備集成度高，安裝快捷，對(duì)于氣體中的粉塵要求不高，基本不需要水，設(shè)備的單位千瓦造價(jià)也比較低，其配套余熱利用設(shè)備也相對(duì)靈活，小型的余熱設(shè)備均可很好的配套使用，在余熱余能利用領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展空間。目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用于電站可實(shí)現(xiàn)30%以上的發(fā)電效率，配套余熱鍋爐或制冷機(jī)組，電站綜合能源利用率可達(dá)70%以上。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)化情況

（1）國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化情況

全國(guó)往復(fù)式內(nèi)燃燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC372）成立于2008年11月，主要負(fù)責(zé)固定往復(fù)式內(nèi)燃燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備領(lǐng)域國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作。從廣義的技術(shù)領(lǐng)域范疇看，固定式燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備延伸到相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)領(lǐng)域的研究，該專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)領(lǐng)域涵蓋了包括天然氣（煤層氣）發(fā)電機(jī)組、頁(yè)巖氣發(fā)電機(jī)組；可再生能源的生物質(zhì)氣（秸稈氣、沼氣）發(fā)電機(jī)組；可燃廢氣（瓦斯、油井伴生氣、焦?fàn)t煤氣、煉化尾氣）發(fā)電機(jī)組；燃?xì)獍踩斔?、燃?xì)忸A(yù)處理裝置和工藝；燃?xì)怆娬竟こ碳夹g(shù)、燃?xì)怆娬景踩芾?；燃?xì)獍l(fā)電冷熱電綜合利用等技術(shù)領(lǐng)域。

在標(biāo)委會(huì)成立以前，一直沒有全國(guó)性專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)統(tǒng)籌行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展規(guī)劃體系的研究，致使固定式燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備行業(yè)即無(wú)標(biāo)準(zhǔn)體系，標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作也基本處于空白狀態(tài)。2009年10月，該標(biāo)委會(huì)組織國(guó)內(nèi)相關(guān)科研單位和生產(chǎn)企業(yè)完成了燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系項(xiàng)目研究報(bào)告，涵蓋了現(xiàn)行燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析、確定了燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃等內(nèi)容。經(jīng)過近4年的努力，該標(biāo)委會(huì)已組織完成了中大功率瓦斯發(fā)電機(jī)組、中大功率沼氣發(fā)電機(jī)組、往復(fù)式內(nèi)燃燃?xì)怆娬居酂崮芾迷O(shè)計(jì)規(guī)范、往復(fù)式內(nèi)燃燃?xì)怆娬景踩O(shè)計(jì)規(guī)范等4項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的研制，已初步滿足了燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備行業(yè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的需求。

“十二五”期間，該標(biāo)委會(huì)以國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策為導(dǎo)向，擬制定標(biāo)準(zhǔn)17項(xiàng)（詳見表2），完善標(biāo)準(zhǔn)體系。在節(jié)能減排與低碳技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域，重點(diǎn)開展燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組污染物排放限值及測(cè)量方法、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組余熱能制冷裝置、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組熱能集成裝置等標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定；在清潔能源和可再生能源發(fā)電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域，重點(diǎn)開展生物質(zhì)能發(fā)電設(shè)備、內(nèi)燃燃?xì)庹託獍l(fā)電設(shè)備、天然氣發(fā)電機(jī)組等標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定；在服務(wù)新農(nóng)村和城鎮(zhèn)化建設(shè)方面，重點(diǎn)開展撬裝式生物質(zhì)能燃?xì)怆娬?、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組等產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定。

（2）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化情況

燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域歸口為ISO/TC70內(nèi)燃機(jī)技術(shù)委員會(huì)，國(guó)內(nèi)對(duì)口標(biāo)委會(huì)是全國(guó)內(nèi)燃機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC177），秘書處承擔(dān)單位為中國(guó)上海內(nèi)燃機(jī)研究所。

ISO/TC70負(fù)責(zé)內(nèi)燃機(jī)和內(nèi)燃發(fā)電設(shè)備兩大技術(shù)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)制修訂，在內(nèi)燃發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域主要有ISO8528《往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)交流發(fā)電機(jī)組》系列12個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，主要規(guī)定了內(nèi)燃發(fā)電設(shè)備通用的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法，沒有針對(duì)性的制定燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，因此不能滿足燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的特殊要求。

表2 燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備專業(yè)領(lǐng)域“十二五”標(biāo)準(zhǔn)制定工作計(jì)劃

SAC/TC177積極組織國(guó)內(nèi)標(biāo)委會(huì)和優(yōu)勢(shì)企業(yè)參與ISO/TC70/ WG15的工作，分別成立了ISO 8528—7、ISO8528—9中國(guó)專家工作組，目前正在進(jìn)行以我國(guó)為主修訂的ISO 8528-7：1994《往復(fù)式內(nèi)燃交流發(fā)電機(jī)組第7部分：用于技術(shù)條件和設(shè)計(jì)的技術(shù)說明》、ISO8528—9：1994《往復(fù)式內(nèi)燃交流發(fā)電機(jī)組 第9部分：機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量和評(píng)定》國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的草案編制工作。SAC/TC372作為國(guó)內(nèi)對(duì)口管理的標(biāo)委會(huì)，已組織國(guó)內(nèi)的優(yōu)勢(shì)企業(yè)單位參加了兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作，正在準(zhǔn)備《低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組》和《柴油/沼氣雙燃料發(fā)電機(jī)組》2項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)提案。

三、小結(jié)

余熱余能利用發(fā)電是節(jié)能減排的重要內(nèi)容，然而發(fā)展時(shí)間尚短，標(biāo)準(zhǔn)化方面存在一定問題。經(jīng)過幾年的發(fā)展，各個(gè)技術(shù)方向的標(biāo)準(zhǔn)體系已經(jīng)初步建立，產(chǎn)業(yè)急需的標(biāo)準(zhǔn)制定工作已經(jīng)開展，但由于標(biāo)準(zhǔn)制修訂的流程時(shí)間限制，一定程度上還存在的標(biāo)準(zhǔn)缺失現(xiàn)象；國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化整體水平不高，新型技術(shù)領(lǐng)域沒有對(duì)口標(biāo)準(zhǔn)化組織，某些技術(shù)領(lǐng)域沒有全國(guó)性標(biāo)委會(huì)，無(wú)法和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)口；開展余熱余能利用發(fā)電領(lǐng)域的共性技術(shù)研究和基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)制定工作，發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)和引領(lǐng)作用。

為提高標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程度與適用性，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，建議如下：

① 標(biāo)準(zhǔn)與科技協(xié)調(diào)推進(jìn)。開展技術(shù)前瞻性研究，逐漸加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)在科研過程中的協(xié)調(diào)和指導(dǎo)作用，通過制定超前標(biāo)準(zhǔn)等形式，在研發(fā)結(jié)束后即形成有效的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而有效指導(dǎo)產(chǎn)業(yè)向正確方向發(fā)展。② 產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)標(biāo)委會(huì)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)。余熱余能發(fā)電涉及多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游相關(guān)標(biāo)委會(huì)之間的協(xié)調(diào)，避免重復(fù)立項(xiàng)、多頭立項(xiàng)，可以采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)牽頭、其他相關(guān)標(biāo)委會(huì)積極配合的工作方式。③ 標(biāo)準(zhǔn)化科研專項(xiàng)支持。設(shè)立余熱余能發(fā)電領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化專項(xiàng)科研資金，促進(jìn)企業(yè)、科研院所、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之間的合作，針對(duì)行業(yè)急需標(biāo)準(zhǔn)開展重點(diǎn)突破，并建立技術(shù)進(jìn)步與標(biāo)準(zhǔn)更新掛鉤的長(zhǎng)效機(jī)制。