GB-T 30138-2013往复式内燃燃气电站余热利用系统设计规范

往复式内燃燃气电站余热利用系统设计规范Designcodeforexhaustandcoolingwaterheatrecoverysystemofgaselectricpowerplantwithreciprocatinginternalcombustionengines2013-12-17发布中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布I本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准由中国电器工业协会提出。本标准由全国往复式内燃燃气发电设备标准化技术委员会(SAC/TC372)归口。本标准起草单位：中国石油集团济柴动力总厂、山西汾西重工有限责任公司、郑州金阳电气有限公司、淄博淄柴新能源有限公司、机械工业北京电工技术经济研究所、青岛凯能锅炉设备有限公司、煤炭工业太原设计研究院、青岛依科节能环保设备有限公司、青岛汽车散热器有限公司、烟台荏原空调设备有限公司。1往复式内燃燃气电站余热利用系统设计规范本标准规定了往复式内燃燃气电站(以下简称“燃气电站”)的余热利用系统工程的设计原则、设备本标准适用于陆用往复式内燃燃气电站余热利用系统的工程设计。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T1576工业锅炉水质GB/T1883.1往复式内燃机词汇第1部分：发动机设计和运行术语GB/T7190.1玻璃纤维增强塑料冷却塔第1部分：中小型玻璃纤维增强塑料冷却塔GB/T7190.2玻璃纤维增强塑料冷却塔第2部分：大型玻璃纤维增强塑料冷却塔GB/T12145火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量GB18361溴化锂吸收式冷(温)水机组安全要求GB/T18362直燃型溴化锂吸收式冷(温)水机组GB/T18431蒸汽和热水型溴化锂吸收式冷水机组GB/T28056烟道式余热锅炉通用技术条件GB50049小型火力发电厂设计规范GB/T50062电力装置的继电保护和自动装置设计规范NB/T47004板式热交换器3术语和定义GB/T1883.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。燃气发动机gasengine一种基本燃用气体燃料工作的发动机。燃气发电机组gasgeneratingset燃气电站gaselectricpowerplant由一台或数台燃气发电组及其相关系统组成的供电电源。2余热exhaustandcoolingwaterheat燃气发电机组排烟的热能、燃气发动机缸套水、中冷水的热能和润滑油的热能等。燃气冷热电联产系统gas-firedcombinecoolingheatingandpowersystem布置在用户附近，以燃气发电机组发电，并利用燃气发电机组余热制冷、供热，同时向用户输出电能、冷(热)的分布式能源供应系统。燃气冷热电联产总效率gas-firedcombinecoolingheatingandpoweroverallefficiency燃气冷热电联产系统发电和余热利用的总有效热量占发动机消耗燃料总热量的百分比。余热利用系统exhaustandcoolingwaterheatrecoverysystem以环境温度为基准，对燃气电站运行过程中排出的热载体热能回收利用的系统。余热锅炉exhaustheatboiler以燃气发电机组排气为热源，产生蒸汽或热水的锅炉。补燃型余热锅炉complementarycombustiontypeexhaustheatboiler具有补充燃烧装置的余热锅炉。余热吸收式冷(温)水机组exhaustheatabsorptionchillers(heater)直接利用燃气发电机组排烟和缸套水进行制冷、制热的机组。可分为烟气型及烟气热水型冷(温)水机组。除利用余热外，还带有燃烧器，可通过直接燃烧燃气制冷、制热的余热吸收式冷(温)水机组。可分为补燃烟气型及补燃烟气热水型冷(温)水机组。热负荷heatload供热系统的热用户(或用电设备)在单位时间内所需的供热量。冷幅coolrange冷却装置被冷却介质的出口出水温度与湿球温度之差。4总则4.1燃气电站余热利用系统的设计宜不影响发电机组的性能要求，如有特殊要求时，可按制造商和用户的技术协议进行设计，其影响应在燃气发电机组制造商允许范围内。4.2燃气电站余热利用系统宜对燃气发电机组缸套水和烟气热量进行联合利用，其燃气冷热电联产总效率应不小于70%。4.3余热利用设备应靠近发动机布置，并应设有设备安装、检修、运输的空间及场地，设备间的净距离应符合各余热设备的安装技术要求。4.4燃气电站余热利用系统外表面温度高于50℃的设备和管道宜进行保温隔热，对不宜保温且人员3可能接触的部位应设护栏或警示牌。4.5设备室外布置时，应根据环境条件和设备的要求设置相关防护措施。4.6余热利用设备的能效等级应满足国家现行有关标准的要求。4.7燃气电站余热利用系统设计中应执行国家和地方有关环境保护和劳动安全设计的法律、法规和标准。5余热容量的确定燃气电站余热容量应依据燃气发电机组发电装机容量计算确定，燃气发电机组缸套水余热(中冷水余热可参照使用)按公式(1)计算，烟气余热按公式(2)计算。 (1)式中：Qk——单位时间内燃气发电机组缸套水余热总和，单位为千瓦(kW);Wk;——燃气发电机组缸套水流量，单位为立方米每小时(m³/h);Ck;——燃气发电机组缸套水比热，单位为千焦每立方米每摄氏度[kJ/(m³·℃)];Tk.;——燃气发电机组缸套水出口温度，单位为摄氏度(℃);Tke.;——燃气发电机组缸套水进口温度，单位为摄氏度(℃)。………(2)式中：Q,——单位时间内燃气发电机组产生的烟气余热总和，单位为千瓦(kW);E;——燃气发电机组烟气流量，单位为立方米每小时(m³/h);C、C₂——余热利用设备烟气平均定压比热，单位为千焦每立方米每摄氏度[kJ/(m³·℃)],按附录A计算确定；T,.——余热利用设备烟气进口温度，单位为摄氏度(℃);Tp₂.;——余热利用设备排气温度，单位为摄氏度(℃)。6余热利用系统工艺选型余热利用系统应根据用户需要和机组现场情况综合选用制热余热利用系统和制冷余热利用系统。系统工程设计宜根据实际应用条件选择如附录B所示工艺流程。7设备要求7.1余热锅炉与烟气系统7.1.1余热锅炉的技术条件应符合GB/T28056。7.1.2余热锅炉参数的选择应满足用户要求。当设计热负荷和最大热负荷相差较大时可选用补燃型余热锅炉。7.1.3余热锅炉烟气阻力应满足燃气发电机组允许背压的要求。7.1.4余热锅炉在使用过程中，任何时候不应缺水。7.1.5余热锅炉前后端烟气系统应符合如下要求：a)在余热锅炉烟气管道进口端应设置旁通管道，旁通管直径应不小于燃气发电机组排气主管道4b)当使用补燃余热锅炉时，在锅炉出口处应额外设置一条排烟管道，其排烟能力应满足补燃燃料燃烧后的最大排烟要求；c)在锅炉进气口前烟气管道上应设置防爆阀；d)在锅炉进气口前与旁通烟道相连处三通管上应设置烟量调节装置，余热利用烟道阀门与旁通烟道阀门应有可靠的连锁；e)烟气余热利用烟道应采用可靠的保温措施；f)烟道阀门应能保证在最高排烟温度下长期、可靠运行。7.1.6余热锅炉与燃气发电机组宜采用一对一配置，当采用多台燃气发电机组合用一个总烟道对应一台余热锅炉时，各燃气发电机组的排烟应不相互影响，且烟气应不流向停止运行的设备，余热锅炉烟气入口前应设有泄爆口。7.1.7各段烟道底的设计均应向余热锅炉方向设置一定倾斜度，最低点设置排水口，并对保温结构采取防水措施。7.1.8余热锅炉及烟气管道应设支吊架支撑。7.1.9烟道上每隔一定距离应设置温度补偿装置。b)一般寒冷地区，可采用露天布置，应对导压管、排污管等易冻损的部位采取伴热措施；7.1.11余热锅炉污染物的排放应符合国家、地方环保法规的规定。7.2余热(补燃)吸收式冷(温)水机组与烟气系统7.2.1余热(补燃)吸收式冷(温)水机组的技术条件应符合GB/T18362与GB/T18431的要求。7.2.2余热(补燃)吸收式冷(温)水机组的安全要求应符合GB18361的要求。7.2.3利用燃气发电机组缸套水余热的余热(补燃)吸收式冷(温)水机组热水阻力应满足燃气发电机组正常工作的要求。7.2.4余热(补燃)吸收式冷(温)水机组烟气阻力应满足燃气发电机组允许排气背压的要求。7.2.5余热(补燃)吸收式冷(温)水机组前后端烟气系统布置宜参照7.1.5的要求。7.2.6余热利用系统的烟气与缸套水的自动调节阀的调节特性应满足燃气发电机组和余热(补燃)吸收式冷(温)水机组的要求，调节装置的动作应由余热(补燃)吸收式冷(温)水机组控制。7.2.7燃气发电机组和余热(补燃)吸收式冷(温)水机组宜采用一对一配置，当采用多台燃气机组合用一个总烟道对应一台余热(补燃)吸收式冷(温)水机组时，各燃气发电机组的排烟不应相互影响，且烟气不应流向停止运行的设备，余热(补燃)吸收式冷(温)水机组烟气入口前应设有泄爆口。7.2.8燃气发电机组和余热(补燃)吸收式冷(温)水机组之间的烟道上以及容易聚集烟气的地方，均应安装泄爆装置。泄爆装置的泄压口应设在安全处。7.2.10余热(补燃)吸收式冷(温)水机组污染物的排放应符合国家、地方环保法规的规定。7.3.1.1水泵的选用应根据锅炉参数选择并满足如下要求：a)蒸汽锅炉给水泵应能在正常运行点下长期连续运行，在任何允许运行工况下均不发生汽蚀；b)热水锅炉所配循环水泵耐温性能应根据系统给水温度和循环水温度确定。57.3.1.2给水系统应至少设置一台备用给水泵，宜采用电动给水泵为常用给水设备。7.3.1.3余热回收装置给水系统一般应包括水泵、压力表、截止阀、止回阀及管路附件，各设备宜按如图1原则配置，并符合如下要求：a)泵的进出口均应设置切断阀；b)泵的进出口管道尺寸宜比泵管口大一规格；c)泵的吸入口应设置过滤器；d)泵出口应安装止回阀；e)泵的进出口均应设置压力表；f)泵体前后管路上均应设支架。说明：①、⑦——截止阀；⑥——单向止回阀。7.3.1.4余热回收装置宜至少设置两台独立动力的水泵，在一台发生故障停止工作时，其余水泵的排量应能满足各工况下的余热回收装置用水。7.3.1.5水泵扬程应按公式(3)计算，应满足最大给水压力要求并增加15%的裕量。H=(H₁+H₂+H₃+H₄+H₅)×115%…(3)式中：H—水泵扬程，单位为米(m);H₁——水泵吸水管管路阻力损失，单位为米(m);H₂——水泵压力管管路阻力损失，单位为米(m);H₃——换热器、余热锅炉、余热制冷机组等设备内部阻力损失，单位为米(m);H₄——水泵吸水池最低水位与电站使用管路最高点的标高差，单位为米(m);H₅——用户供水口要求的扬程，单位为米(m)。7.3.2.1补给水应经软水器软化处理后方能使用，处理后的水质应符合GB/T1576的要求，当用于有过热器的蒸汽锅炉时水质应符合GB/T12145的要求。7.3.2.2软水器的容量应不小于余热利用系统最大给水消耗量。7.4热交换器7.4.1燃气发电机组缸套水余热利用宜采用间接交换系统，缸套水侧换热系统的阻力应小于燃气发电机组冷却系统允许阻力。换热设备宜选用板式热交换器，其性能要求应符合NB/T47004的要求。7.4.3热交换器前后应设置温度监控系统，如图2所示，温度监控系统应确保热交换器的使用不影响6燃气发电机组的性能。T温度控制器换热器截止阀调节阀截止阀截止阀缸套水进口缸套水出口温度传感器7.5.1冷却塔性能要求应符合GB/T7190.1、GB/T7190.2的要求。7.5.2冷却塔的容量和台数根据热(补燃)吸收式冷(温)水机组的额定冷却水量选取，可选用较大规格7.5.3宜优先选用横流式冷却塔，经常缺水干旱的地区宜选用节水型闭式冷却塔。式中：V——冷却塔的额定水量，单位为立方米每小时(m³/h);V₁——余热(补燃)吸收式冷(温)水机组的额定水流量，单位为立方米每小时(m³/h)。7.5.5选用冷却塔型号规格时，除考虑冷却水量外，还应考虑冷幅影响，在设计中冷幅宜取3℃~5℃,冷却塔出水温度应不低于大气中的湿球温度。7.6控制系统7.6.1余热利用控制系统宜与燃气发电机组控制系统安装在同一控制室内，并独立布置。7.6.2余热利用控制系统应设置监控设备，对下列参数进行监控：a)热水型余热系统或余热制冷系统：1)水温，℃;4)排烟温度，℃。b)蒸汽型余热系统：7GB/T30138—20133)蒸汽温度，℃;4)排烟温度，℃。7.6.3继电保护和安全自动装置设计，应符合GB/T50062的有关规定。7.6.4控制室报警及保护，应符合GB50049的有关规定。7.6.5控制系统设备和仪表应采用不间断电源供电，系统电源的配置，应符合下列规定：a)配电箱应设两路交流380V/220V电源进线；b)控制盘应设两路交流220V电源进线。7.6.6控制室的门窗宜选用隔声门窗，室内环境设计应符合隔声、室温、通风等劳动保护要求。7.6.7在循环管道上应设置缺水报警系统，并在控制面板上可监视。8能源综合利用率对于有计量要求的燃气电站，冷热电联产能源综合利用率应按公式(5)计算。η——电站热(冷)电联产能源综合利用率，单位为1,以百分数表示；P;——燃气发电机组的发电功率，单位为千瓦(kW);Q,——单位时间内余热利用总量，热水型余热利用系统或余热制冷利用系统按公式(6)计算，蒸汽型余热利用系统按公式(7)计算，单位为千瓦(kW);M.——燃气发电机组进气口燃气流量，单位为立方米每小时(m³/h);H——燃气发电机组进气口燃气的低热值，单位为千焦每立方米，(kJ/m³)。 (6)Q,——单位时间内余热利用总量，单位为千瓦(kW);C;、C,——介质的比热，单位为千焦每立方米每摄氏度[kJ/(m³·℃)];G;——余热热交换器水流量，单位为立方米每小时(m³/h);△Tw.——余热热交换器进出水温差，单位为摄氏度(℃);G.,——热水型余热锅炉或余热制冷机组介质流量，单位为立方米每小时(m³/h);Q,——单位时间内余热利用总量，单位为千瓦(kW);C;——介质的比热，单位为千焦每立方米每摄氏度[kJ/(m³·℃)];G.——余热热交换器水流量，单位为立方米每小时(m³/h);△T——余热热交换器进出水温差，单位为摄氏度(℃);8D;——蒸汽产量，单位千克每小时(kg/h);I.,——一定压力和温度下蒸汽型余热锅炉出口蒸汽的热焓，单位千焦每千克(kJ/kg);Iw;——蒸汽型余热锅炉进口的水的热焓，单位为千焦每千克(kJ/kg)。8.2.1燃气发电机组进气口：d)可燃组分体积百分比含量(对于瓦斯电站和沼气电站)。8.2.2燃气发电机组输出端：8.2.3热水型余热锅炉或余热制冷机组进出口端：8.2.4蒸汽型余热锅炉进出口端：e)蒸汽温度，℃。8.2.5缸套水余热热交换器进出口端：b)累计流量，m³;8.3计量仪器要求计量仪器应经检定合格，并在有效期内。类型和准确度应