ISO 3977:1991/Amd 1:1995
(Amendment)Gas turbines — Procurement — Amendment 1
Gas turbines — Procurement — Amendment 1
Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition — Amendement 1
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL
IS0
STANDARD 3977
First edition
1991-1 1-1 5
AMENDMENT 1
1995-1 1-01
Gas turbines - Procurement
AMENDMENT 1 : Basic procurement
information for combined-cycle plants
Turbines à gaz - Spécifications pour l'acquisition
AMENDEMENT I: Informations sur /es spécifications de base pour
l'acquisition d'installations à cycle combiné
Reference number
IS0 3977:1991/Amd.l :I 995(E)
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IS0 3977:1991/Amd. 1:1995(E)
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide
federation of national standards bodies (IS0 member bodies). The work of
preparing International Standards is normally carried out through IS0
technical committees. Each member body interested in a subject for which
a technical committee has been established has the right to be
represented on that committee. International organizations, governmental
and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. IS0
collaborates closely with the International Electrotechnical Commission
(IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
Draft International Standards adopted by the technical committees are
circulated to the member bodies for voting. Publication as an International
Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting
a vote.
Amendment 1 to International Standard IS0 3977:1991 was prepared by
Technical Committee iSO/TC 192, Gas turbines.
O IS0 1995
All rights reserved Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced
or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and
microfilm, without permission in writing from the publisher
International Organizabon for Standardization
Case postale 56 CH-I21 1 Genève 20 Switzerland
Printed in Switzerland
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O IS0 IS0 3977:1991 /Amd.l:1995(E)
Gas turbines - Procurement
AMENDMENT I : Basic procurement information for combined-
cycle plants
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Redesignate existing annexes C to F as annexes D to G. Add a new annex C as shown in the following pages.
e
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O IS0
IS0 3977:1991/Amd. 1 :1995(E)
Annex C
(normative)
Basic procurement information for combined-cycle plants
C.3.2.2 steam-injected gas turbine cycle: A
C.l Introduction
combined thermodynamic cycle in which the steam
generated is admitted totally or in part into the gas
This annex provides assistance and technical infor-
turbine in order to produce additional power and/or to
mation to be used in the procurement of combined-
reduce NoXemissions (see figure Ç.5).
cycle plant systems and their auxiliaries employing
gas turbines covered by this International Standard.
C.3.2.3 cogeneration combined cycle: A combined
thermodynamic cycle in which steam is provided to a
This annex applies to unfired combined-cycle power
process at some point along the steam expansion.
plants only and includes new units, the retro-fitting of
(See figure C.8.)
a new steam cycle to existing gas turbines, or the
repowering of existing steam plant boilers with one or
NOTE - This cycle may also be referred to as “Combined
more new gas turbines. With suitable adjustments, it
Heat and Power (CHP) Combined Cycles” when heat is
0
may also be used as a general guideline for combined-
used in the downstream process for purposes of heating.
cycle plants with supplementary firing or other cycle
configurations.
6.3.2.4 process steam: Steam extracted from the
steam cycle for purposes other than power generation,
C.2 Basis in the standards
C.3.3 Equipment
There is no general standard yet available covering the
entire combined-cycle field. Current standards for the C.3.3.1 heat-recovery steam generator (HRSG): A
main components are to be applied wherever steam generator that uses the heat contained in the
pertinent. gas turbine exhaust to produce steam at one or more
pressure levels.
In some cases, combined-cycle plants may not
NOTE - The two main design options are (see figure C.1):
conform fully to the provisions of this International
Standard. Hence, it is the spirit rather than the letter - HRSG with forced water/steam circulation in the
evaporator, with a mostly vertical structure;
of these provisions that must be applied.
- HRSG with natural waterlsteam circulation in the
evaporator, with a mostly horizontal structure.
Once-through configuration is also applicable, but so far not
C.3 Definitions of terms
0
yet widely used (not shown in figure C.l).
For the purposes of this annex, the following
C.3.3.2 bypass damper: One or more exhaust gas
particular definitions shall apply.
valve(s) or damper(s1 that divert the gas turbine
exhaust gas form the heat-recovery steam generator
C.3.1 combined cycle: Any system comprising one
to the bypass stack, as one way to enable simple-
or more gas turbines (topping cycle) with heat
cycle operation of the gas turbine (see figure C.2).
recovery steam generators in the exhaust producing
steam for additional power and possibly process heat
C.3.3.3 bypass stack: An additional exhaust gas
(steam bottoming cycle).
stack installed upstream of the HRSG for use during
simple-cycle operation of the gas turbine with the
steam bottoming cycle inactive (see figure C.2).
C.3.2 Thermal cycles
C.3.3.4 selective catalytic reduction (SCR): A NO,
C.3.2.1 unfired combined cycle: A combined
reduction system in which the NO, in the exhaust
thermodynamic cycle in which all energy input is
gases reacts with injected ammonia to form nitrogen
supplied to the gas turbine portion of the cycle (see
and water.
figure C.4).
NOTE - SCR NO, reduction catalytic converters are
NOTE - This cycle is selected for new power generation
located in the HRSG according to the temperature
applications primarily due to its high efficiency and
requirements and limitations (see figure C.3).
simplicity.
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O IS0 IS0 3977: 1991 /Amd. 1 : 1995(E)
If, however, the purchaser should prefer certain
C.3.4 Cycle or equipment options
parameters or a particular configuration he shall
explicitly specify the same.
C.3.4.1 pressure level (of HRSG): Section compris-
ing at least one evaporator with, if applicable, its
The data to be specified. by the purchaser are to be
associated economizer and superheater.
defined fully with regard to the boundaries of the
cycle and the limits of supply.
C.3.4.2 single-pressure steam combined cycle: A
combined thermodynamic cycle in which the steam is If, for some reason, the scope of supply is divided
among various suppliers, preference should be given
generated at one pressure level only.
to the following division of work:
NOTE - This is the simplest steam bottoming cycle (see
figure C.4). - the gas turbine, including bypass stack and
bypass damper(s1;
C.3.4.3 multi-pressure steam combined cycle: A
- the entire steam cycle, including the heat-recovery
combined thermodynamic cycle in which the steam is
steam generator, the steam turbine, the con-
generated at more than one pressure level. (See
denser and other components in the steam/water
figure C.6.)
cycle and also the control system. (If no air-cooled
condenser is used, the cooling water system may
NOTE - This is a more complex steam bottoming cycle
or may not be included within the scope of supply
applied where economically justified in order to achieve
for the steam cycle);
higher plant efficiency than with a single-steam-pressure
combined cycle.
- balance of plant;
C.3.4.4 reheat-steam combined cycle: A combined
- civil work;
thermodynamic cycle in which the steam is reheated
- station electrical equipment (switchgear, trans-
at some lower pressure during the steam expansion.
for mers, cabling 1.
NOTE - This cycle is applied in conjunction with multi-
pressure steam generation where economically justified to
This split provides for a possible phased construction
increase plant efficiency (see figure C.7).
and later expansion of the simple cycle gas turbine
into a combined cycle.
C.3.4.5 single-shaft arrangement: An arrangement
In principle, other divisions of work are also possible,
in which the steam and gas turbine drive one
for example:
generator common to both. (See, e.g., figure C.9.)
- the condenser may be considered not as part of
C.3.4.6 multi-shaft arrangement: An arrangement
the steam cycle but rather either as a separate
of steam and gas turbines in which each gas turbine
item of supply or as part of the cooling system;
and each steam turbine drives its own generator.
- the steam turbine may also be considered as a
NOTE - This arrangement allows connection of more than
separate item of supply independent of the
one GT/HRSG to a single steam turbine.
steam/water cycle.
These arrangements, however, imply that the various
suppliers are no longer responsible for the optim-
C.4 Site conditions for the combined cycle
ization of the whole cycle and cannot take proper
account of all the component's specific design
In a combined cycle, the steam cycle utilizes the
parameters. Moreover, definition of the interfaces
usable heat contained in the exhaust gas of the gas
may become difficult and overall guarantees are not
turbine. Efficient and economical utilization of the
possible.
exhaust gas heat depends not only on the basic
thermodynamics involved but also to a large extent on
For evaluation of plant performance the purchaser
the specific and proprietary characteristics of the
must clearly and fully define any normal design
various cycle components.
conditions, site conditions or other specific conditions
that differ from IS0 standard reference conditions.
It is therefore recommended that the purchaser This applies particularly to the cold end of the steam
specify his evaluation criteria and requirements and cycle where insistence upon the standard conditions,
leave the choice of the most appropriate steam cycle
if these differ from the actual site conditions, may
and its parameters to the suppliers according to their result in an inappropriate turbine design and, conse-
practice and experience. This could include the type of quently, in off-design operation of the steam turbine.
steam turbine, the choice of single-pressure or multi-
pressure steam cycle, the configuration of the steam
The energy contained in the gas turbine exhaust gas
cycle, and the steam turbine exhaust pressure. is determined by the mass flow, temperature and
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chemical composition of the exhaust gas. These C.5.3 Boiler conditions
factors depend on the type of gas turbine under
In establishing IS0 standard combined cycle data the
consideration, its load, the type of fuel, the presence
values given in table C.l may be used.
of steam or water injection, the pressure losses at the
inlet and outlet of the gas turbine, and on the ambient
conditions, i.e., ambient temperature, barometric The standard reference condition for the exhaust gas
pressure and relative humidity. at the outlet from the stack is the pressure
corresponding to a static pressure of 101,3 kPa at
ground level.
Discharge conditions on the steam side vary widely
with the condensing system prescribed or selected
and with the temperature of the cooling medium. The For the purposes of general comparison, the network
purchaser shall provide the supplier with the following gas pressure to the gas turbine is considered as
information regarding the cooling system employed meeting the supplier's requirements.
and site conditions.
C.5.4 Discharge conditions of the bottoming
a) Direct water-cooling (fresh water, sea water):
analysis of the cooling water; maximum permiss- cycle
ible cooling water flow; cooling water inlet
Depending on the cooling system prescribed or
temperature range and design temperature; maxi-
mum permissible cooling water outlet tempera- selected, the following standard reference discharge
ture; and/or maximum permissible rise in cooling conditions may be defined:
a
water temperature.
a) 4,5 kPa and a cooling water temperature of 15 OC:
for direct cooling and wet cooling tower;
b) Recirculation cooling with a cooling tower (wet,
dry or hybrid): atmospheric conditions and analysis
b) 16,6 kPa: for hybrid cooling towers or direct air
of the make-up water.
cooling at IS0 ambient conditions.
cl Air-cooling : atmospheric conditions, minimum,
maximum and average design.
C.5.5 Make-up water conditions
NOTE - There are often advantages in establishing a basis
The standard reference condition of the make-up
for reference. The standard reference (for instance for
water for the steam cycle is 15 OC.
catalogue) conditions at which ISO-power, ISO-efficiency,
ISO-heat rate and ISO-specific fuel consumption of the
combined cvcle are defined, are indicated in C.5.
C.5.6 Process steam conditions
When cogeneration is planned, the purchaser must
C.5 IS0 standard reference conditions for
provide the supplier with the following information at
the combined cycle the specific interface point:
- required mass flows of steam;
C.5.1 Ambient conditions
- related steam pressure and steam temperatures
of total supply of heat;
The IS0 reference atmospheric inlet conditions for a
combined cycle are the same as those for the gas
- condensate return conditions.
turbine itself (see 4.1):
- a pressure of 101,3 kPa; Because these depend upon the process, no standard
conditions can be defined.
- a temperature of 15 OC;
- a relative humidity of 60 %.
C.6 Ratings
C.5.2 Compressor inlet conditions
C.6.1 General
The gas turbine inlet filtration pressure losses are
supplier specific according to their standard offering. The rating of an unfired combined-cycle plant depends
In the absence of supplier data, a pressure drop of on the gas turbine cycle and on the steam cycle and
1 kPa between atmospheric pressure and pressure at related parameters.
compressed intake flange can be considered as
normal and therefore as a standard value.
Whenever the gas turbine can be operated indepen-
dently of the combined cycle, e.g., via a bypass stack,
Site air quality or specific customer requirements may
the ratings of the gas turbine in this operating mode
dictate other values.
shall be as defined in clause 6.
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O IS0
Table C.l- Boiler conditions
Dual pressure Triple pressure
Condition Unit Single pressure
kPa 3 3,3
Pressure losses (gas-side) 2,s
10
K 15 10
Pinch point
K 25 25 25
Superheater terminal temperature difference
5
K 5 5
Economizer approach temperature difference
Heat losses (percentage of heat exchanged,
1 1 1
Y0
uniformly distributed)
Mass losses:
Y0 O O O
without bypass
Y0
with bypass 0,5 0,5 0.5
Boiler feedwater temperature with:
"C 50 50 50
gas firing (1 O0 % CH4)
"C 130 130 130
oil firing (fuel No. 2)
The following definition based on exergy is rec-
The combined cycle rated output, heat rate and the
ommended
steam produced depend on specific site conditions.
Accordingly, the 1 O0 % base-load output from the gas
Pei + Eq
turbine(s) under site conditions is to be selected as
EE =-
the basis for calculating the total electric output. The
Ef
rating must therefore not be specified unless
where
particular factors (like grid load, etc.) require that the
maximum output be limited or supplementary firing of
is the exergetic efficiency, in watts;
EE
the HRSG be specified or permitted.
is the net exergy flux of process heat, in
E,
watts;
C.6.2 IS0 standard ratings
is the exergy flux content of fuel, in watts.
Ef
The supplier may, for reference purposes, define
The standard types of fuel and gas turbine operating
standard ratings for the combined cycle based on its
modes involved (limited to 100 YO of the base load)
net output under the standard reference conditions as
shall conform to clause 6.
indicated in C.5.
No standard ratings can be defined separately for the
The net output is understood as the power delivered
0
steam section of the combined cycle alone because
on the high-voltage side of the main transformer.
gas turbine exhaust gas conditions are not defined by
this International Standard.
The net utilization rate is given by
C.7 Equipment
C.7.1 Standards
where
Combined-cycle systems are installations combining
is the net electric power delivered to grid,
several different components.
Pei
in watts;
Specific standards applicable for these individual
components cover design and materials, etc. Where
is the total heat flux supplied to process, in
Qout
applicable, reference should be made to these
watts;
standards when tendering a combined-cycle plant.
Q,, is the total heat flux in process return
streams, in watts;
C.7.2 Scope of supply
is the heat flux to cycle based on net
The scope of supply may vary widely depending on
QcYc
purchaser requirements, site conditions and con-
specific energy, in watts.
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IS0 3977:1991 /Amd. 1 : 1995(E) O IS0
figurations of the steam cycle and the condensing i) range of ambient temperatures prevailing for
system. A certain minimum scope of supply, base-load operation of the combined cycle;
however, is necessary to ensure an integrated system
any standards that shall be followed;
j)
that will function as a unit.
k) operation mode (base load, two shifts, daily start
A combined-cycle plant shall include, but not be
and stop);
limited to, the following equipment:
I) equipment cyclic life criteria;
- the gas turbineb) and associated generator(s1;
m) special or abnormal modes (load rejection,
- the heat-recovery steam generator(s1 including
transient conditions, emergency shut-down);
catalysts (if specified);
- the steam turbine and associated generator (if n) environmental requirements.
generator is not common with gas turbine
generator);
Requirements to be indicated by the manufacturer:
- the condensing system, including air removal
possible loading rate under cold and hot
equipment;
conditions;
- the condensate forwarding system;
restrictions on restarting the plant after a shut-
down;
- the feedwater storage system, including the
feedwater de-aerator (if not combined with the
minimum operating load;
condensing system) and the forwarding system
for it;
limitations on possible dry operation of the boiler
- the control and protection equipment; (perhaps partially);
- the piping and valves;
limitations, if any, of possible self-contained
operation;
- all equipment needed for adequate combined-
cycle start-up and shut-down;
limitations, if any, of frequency control;
- electrical equipment (tran
...
NORME IS0
INTERNATIONALE
3977
Première édition
1991-1 1-1 5
AMENDEMENT 1
1995-1 1-01
Turbines à gaz - Spécifications pour
l'acquisition
AMENDEMENT 1 : Informations sur les
spécifications de base pour l'acquisition
à cycle combiné
d'installations
Gas turbines - Procurement
AMENDMENT I: Basic procurement information for combined-cycle plants
Numéro de référence
IS0 3977:1991/Amd.l:1995(F)
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IS0 3977~991 /Amd.l:1995(F]
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d'organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de I'ISO. Chaque comité membre intéressé par une
étude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouverne-
mentales, en liaison avec I'ISO participent également aux travaux. i'lS0
collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale
(CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques
sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication comme
Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comi-
tés membres votants.
L'Amendement 1 à la Norme internationale IS0 3977:1991 a été élaboré
par le comité technique lSO/TC 192, Turbines à gaz.
O IS0 1995
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publica-
tion ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme Que ce soit et par aucun procédé,
électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de
l'éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 CH-121 1 Genève 20 Suisse
Imprimé en Suisse
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O IS0 IS0 3977:1991 /Amd.l:1995(F)
Turbines à gaz - Spécifications pour l'acquisition
AMENDEMENT 1 : Informations sur les spécifications de base
pour l'acquisition d'installations à cycle combiné
Renurnérotei les annexes C à F, D à G respectivement, et ajouter la nouvelle annexe C suivante.
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O IS0
IS0 3977:1991 /Amd.l:1995(F)
Annexe C
(nor mat ive)
Informations sur les spécifications de base pour l'acquisition d'installations à
cycle combiné
chaleur est ajoutée à la partie turbine à gaz du cycle.
C.l Introduction
(Voir figure C.4.)
La présente annexe fournit une aide et des informa-
NOTE - C'est le cycle choisi pour les nouvelles applica-
tions techniques à utiliser lors de l'acquisition de sys-
tions énergétiques de par son haut rendement et sa sim-
tèmes à cycle combiné et de leurs auxiliaires compre-
plicité.
nant des turbines à gaz couvertes par la présente
Norme internationale.
C.3.2.2 cycle de turbine à gaz avec injection de
vapeur: Cycle thermodynamique combiné dans lequel
La présente annexe s'applique uniquement aux sys-
tout ou partie de la vapeur générée est admise dans la
tèmes à cycle combiné non chauffé et traite de nou-
turbine à gaz afin de produire un supplément
veaux équipements, de l'application d'un nouveau
d'énergie et/ou de réduire les émissions d'oxyde
cycle vapeur aux turbines à gaz existantes ou de la
d'azote. (Voir figure C.5.)
modification de la puissance des chaudières à vapeur
par adjonction d'une ou plusieurs nouvelle(s) turbine(s)
à gaz. Avec certaines adaptations, cette annexe peut
C.3.2.3 cycle combiné à cogénération de vapeur:
aussi servir de ligne directrice pour les systèmes à
Cycle thermodynamique combiné dans lequel de la
cycle combiné à chauffage complémentaire ou pour
vapeur est fournie à un procédé par prélèvement en
d'autres cycles.
certains points du circuit de détente. (Voir figure C.8.)
NOTE - Ce cycle est aussi appelé ((cycle combiné chaleur
et énergie (CHP))) lorsque la chaleur est utilisée en aval
C.2 Normalisation
pour le chauffage.
II n'existe pas encore de norme générale couvrant en
C.3.2.4 vapeur de procédé: Vapeur prélevée dans le
totalité le domaine des cycles combinés. Les normes
cycle de vapeur pour les applications non éner-
actuelles concernant les principaux composants sont
gétiques.
applicables lorsqu'elles sont pertinentes.
Dans certains cas, les systèmes à cycle combiné
c.3.3 Équipement
peuvent ne pas être totalement conformes à la pré-
sente Norme internationale. II convient donc de
C.3.3.1 générateur de vapeur à récupération de
s'inspirer des dispositions de la présente Norme in-
chaleur (HRSG): Générateur de vapeur qui utilise la
ternationale plutôt que de les suivre au pied de la let-
chaleur des gaz d'échappement de la turbine à gaz
tre.
pour produire de la vapeur à un ou plusieurs niveau(x)
de pression.
NOTE - II existe deux conceptions principales de généra-
C.3 Définitions
teurs de vapeur à récupération de chaleur (voir figure C.1):
Pour les besoins de la présente annexe, les définitions
- HRSG avec circulation forcée d'eau et/ou de vapeur
suivantes s'appliquent.
dans l'évaporateur, à structure généralement verticale;
- HRSG avec circulation naturelle d'eau et/ou de vapeur
C.3.1 cycle combiné: Système comprenant une ou
dans l'évaporateur, à structure généralement hori-
plusieurs turbine(s1 à gaz (début de cycle) et des gé-
zontale.
nérateurs de vapeur à récupération de chaleur produi-
Une configuration à circuit ouvert non représentée à la
sant un supplément d'énergie et éventuellement un
figure C.l existe aussi mais n'est pas encore d'application
chauffage de procédé (fin de cycle).
étendue.
C.3.2 Cycles thermiques
C.3.3.2 dispositif de dérivation: Un ou plusieurs
vanne(s1 ou registre(s1 d'échappement qui dirigeht)
les gaz d'échappement de la turbine $I gaz du généra-
C.3.2.1 cycle combiné non chauffé: Cycle thermo-
teur de vapeur à récupération de chaleur vers
dynamique combiné dans lequel l'intégralité de la
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NOTE - Cette disposition permet de connecter plusieurs
la cheminée de dérivation, permettant ainsi à la tur-
turbines à gaz et/ou générateurs de vapeur à récupération
bine à gaz de fonctionner en cycle simple. (Voir fi-
de chaleur à une seule turbine à vapeur.
gure C.2.)
C.3.3.3 cheminée de dérivation: Cheminée de gaz
d'échappement supplémentaire installée en amont du
HRSG et utilisée lors d'un fonctionnement de la tur-
C.4 Conditions d'installation pour un cycle
bine à gaz en cycle simple, le cycle vapeur étant alors
combiné
inactif.
Dans un cycle combiné, le cycle vapeur utilise la cha-
C.3.3.4 réduction catalytique sélective: Système
leur des gaz d'échappement de la turbine à gaz.
de réduction dans lequel l'oxyde d'azote des gaz
L'utilisation efficace et économique de la chaleur des
d'échappement réagit avec l'ammoniac injecté pour
gaz d'échappement ne dépend pas que des principes
former de l'azote et de l'eau.
thermodynamiques fondamentaux mais aussi des
caractéristiques propres à chaque composant du cy-
NOTE - Les convertisseurs de réduction catalytique sé-
cle.
lective de l'oxyde d'azote sont situés dans le HRSG en
fonction des exigences de la température et des limitations
(voir figure C.3).
II est donc recommandé au client de préciser ses
critères d'évaluation et ses exigences, et il lui est
conseillé de laisser les fournisseurs, compte tenu de
0
leur expérience, choisir le cycle de vapeur le mieux
C.3.4 Options de cycles ou d'équipement
approprié. Cela peut inclure le type de turbine à va-
peur, le choix du cycle (à pression unique ou à plu-
C.3.4.1 niveau de pression (du HRSG): Étage com-
sieurs niveaux de pression), la configuration du cycle
prenant au moins un évaporateur avec, si possible, un
de vapeur et la pression d'échappement de la turbine
économiseur et un surchauffeur.
à vapeur.
C.3.4.2 cycle combiné à niveau de pression uni-
Si, toutefois, le client préfère certains paramètres ou
que de vapeur: Cycle thermodynamique combiné
une configuration particulière, il doit spécifier son
dans lequel la vapeur est générée à un seul niveau de
choix.
pression.
Les données que le client doit spécifier sont à définir
NOTE - Il s'agit du cycle vapeur le plus simple (voir
en fonction des limites du cycle et celles de l'offre.
figure C.4).
Si, pour certaines raisons, l'offre provient de plusieurs
C.3.4.3 cycle combiné à plusieurs niveaux de
fournisseurs, il est préférable de choisir la division
pression de vapeur: Cycle thermodynamique combi-
suivante du travail:
né dans lequel la vapeur est générée à plusieurs
niveaux de pression. (Voir figure C.6.)
- turbine à gaz avec cheminée de dérivation et re-
NOTE - II s'agit d'un cycle vapeur plus complexe, utilisé
gistre(s) de dérivation;
0
pour des raisons économiques afin d'atteindre un rende-
ment plus élevé que celui du cycle combiné à niveau de
- ensemble du cycle vapeur, dont le générateur de
pression unique de vapeur.
vapeur à récupération de chaleur, la turbine à va-
peur, le condenseur et les autres composants du
C.3.4.4 cycle combiné à réchauffage de vapeur:
cycle vapeur/eau ainsi que le système de com-
Cycle thermodynamique combiné dans lequel la va-
mande. (En l'absence du condenseur à refroidis-
peur est réchauffée à un niveau de pression inférieur
sement par air, le système de refroidissement par
lors de la détente de la vapeur.
eau peut éventuellement ne pas faire partie de
l'offre concernant le cycle vapeur.);
NOTE - Ce cycle est utilisé avec un système à plusieurs
niveaux de pression de vapeur afin d'augmenter le rende-
ment de l'installation (voir figure C.7). - bilan des installations;
- génie civil;
C.3.4.5 disposition à un arbre: Disposition dans
laquelle les turbines à vapeur et à gaz entraînent une
même génératrice. (Voir figure C.9.) - équipement électrique de l'installation (appareil-
lage de connexion, transformateurs, câblage).
C.3-4.6 disposition à plusieurs arbres: Disposition
de turbines à vapeur à gaz dans laquelle chaque tur- à une construc-
Cette répartition permet de procéder
tion en plusieurs phases et à une transformation ulté-
bine à gaz et chaque turbine à vapeur entraîne sa pro-
pre génératrice. rieure du cycle simple en un cycle combiné.
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IS0 3977:1991 /Amd. 1 :1995(F)
NOTE - II est souvent utile d’établir une base de
réfé-
En principe, d’autres divisions sont possibles, par
rence. Les conditions normales de référence (par exemple
exemple:
celles du catalogue), sur lesquelles sont basés la puissance
ISO, le rendement ISO, le flux thermique IS0 et la con-
- le condenseur peut être considéré comme ne
sommation spécifique IS0 de combustible du cycle combi-
faisant pas partie du cycle vapeur mais plutôt
né sont définies et indiquées en C.5.
comme un élément séparé de l’offre ou faisant
partie du système de refroidissement;
C.5 Conditions normales de référence IS0
- la turbine à vapeur peut être aussi considérée
pour les cycles combinés
comme un élément séparé de l’offre indépendant
du cycle vapeudeau.
C.5.1 Conditions ambiantes
Ces dispositions impliquent toutefois que les diffé-
Les conditions atmosphériques de référence IS0 à
rents fournisseurs ne sont plus responsables de
l‘admission pour un cycle combiné sont identiques à
l’optimisation de l’ensemble du cycle et qu’ils ne peu-
celles de la turbine à gaz (voir 4.1 1:
vent pas prendre en compte tous les paramètres de
conception propres à chaque composant. De plus, la
- pression: 101,3 kPa;
définition des interfaces peut devenir difficile dans ces
conditions et la garantie générale du système ne peut
- température: 15 OC;
être accordée.
- humidité relative: 60 YO.
Pour l‘évaluation des performances de l’installation, le
client doit parfaitement définir les conditions de con-
C.5.2 Conditions à rentrée du compresseur
ception, les conditions du site ou toute autre condition
particulière qui diffère des conditions de référence
Les pertes de charge du filtre d‘admission de la tur-
ISO. Cela s’applique tout particulièrement à la partie
bine à gaz dépendent du fournisseur. En l’absence de
froide du cycle vapeur lorsque le strict respect des
données de la part du constructeur, une perte de
normes, si elles diffèrent des conditions du site, peut
charge de 1 kPa entre la pression atmosphérique et la
entraîner une conception impropre de la turbine et
pression d’entrée du compresseur peut être consi-
compromettre son fonctionnement.
dérée comme normale et par conséquent servir de
valeur standard.
L’énergie des gaz d’échappement de la turbine à gaz
est déterminée par le débit-masse, la température et
La qualité de l‘air du site ou les exigences du client
la composition chimique des gaz d’échappement. Ces
peuvent dicter d’autres valeurs.
facteurs dépendent du type de turbine à gaz, de sa
charge, du type de combustible, de la présence d‘un
C.5.3 Conditions relatives aux chaudières
équipement d’injection de vapeur et/ou d‘eau ainsi
que des pertes de pression à l’admission et à I‘échap-
Les valeurs données dans le tableau C.1 peuvent être
pement de la turbine à gaz et des conditions ambian-
utilisées pour établir les données normales IS0 pour
tes (température ambiante, pression barométrique et
les cycles combinés.
humidité relative).
La condition normale de référence pour les gaz
Les conditions de détente de la vapeur varient énor-
0
d’échappement à la sortie de la cheminée est la pres-
mément avec le système de condensation prescrit ou
sion correspondant à une pression statique de
sélectionné et avec la température du fluide de re-
1 01,3 kPa au niveau du sol.
froidissement. Le client doit donner au fournisseur les
informations suivantes concernant le système de
Pour les besoins d’une comparaison générale, la
refroidissement employé et les conditions de site.
pression du gaz du réseau à l‘entrée de la turbine à
gaz est considérée comme remplissant les exigences
a) Refroidissement direct par eau (eau douce, eau de
du fournisseur.
mer): analyse de l’eau de refroidissement, débit
maximal autorisé, plage de températures de l‘eau
à l’admission et sa température pour la concep- C.5.4 Conditions de détente en fin de cycle
tion, température maximale autorisée à I‘échappe-
Selon le système de refroidissement prescrit ou sé-
ment et/ou augmentation de température maxi-
lectionné, les conditions normales de référence de
male autorisée.
détente suivantes peuvent être définies:
b) Refroidissement par circulation d’eau avec tour de
refroidissement (humide, sèche ou hybride): con- a) 4,5 kPa et température de l’eau de refroidis-
ditions atmosphériques et analyse de l’eau sement de 15 OC pour un refroidissement direct et
tour de refroidissement humide;
d’appoint.
c) Refroidissement par air: conditions atmosphé-
b) 16,6 kPa: pour tours de refroidissement hybrides
riques minimales et maximales et moyennes pour
ou refroidissement direct par air aux conditions
la conception.
ambiantes ISO.
4
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Tableau C.1- Conditions relatives aux chaudières
Unité Pression Double Triple
Condition
simple pression pression
Pertes de charge (côté gaz) kPa 3
2.5 3.3
Pincement de l'évaporateur K 15 10 10
Différence de température du surchauffeur en sortie K 25 25 25
Différence d'approche de l'économiseur K 5 5 5
Pertes de chaleur (pourcentage de chaleur échangée,
1 1
uniformément répartie) % 1
Pertes massiques:
O
sans dérivation % O O
avec dérivation YO
0.5 O. 5 0,5
Température de l'eau d'alimentation de la chaudière avec
chauffage au gaz (100 YO CH4) "C 50 50 50
chauffage au fioul (fioul no 2) "C 130 130 130
C.5.5 Conditions relatives à l'eau d'appoint La puissance totale du cycle combiné, le rendement
énergétique et la vapeur produite dépendent des
conditions spécifiques du site. Alors, 100 % de la
La température normale de référence de l'eau
puissance de sortie de base de la (des) turbineb) à
d'appoint pour le cycle vapeur est de 15 OC.
gaz du site doit être sélectionnée comme base de
calcul de la production électrique totale. Les caracté-
C.5.6 Conditions relatives à la vapeur de
ristiques ne doivent donc pas être spécifiées à moins
procédé
que des facteurs particuliers (comme la charge du
réseau électrique) n'exigent que la puissance de sortie
Quand un fonctionnement en cogénération est prévu,
maximale soit limitée ou qu'un chauffage supplé-
le client doit donner au fournisseur les informations
mentaire du générateur de vapeur à récupération de
suivantes au point d'interface spécifique:
chaleur soit spécifié ou autorisé.
- débits-masses de vapeur exigés;
C.6.2 Caractéristiques IS0 de référence
- pression et températures de vapeur associées ou
fourniture totale de la chaleur; Le fournisseur peut définir comme base de référence
des caractéristiques normales pour le cycle combiné
O
- conditions de retour du condensat.
basées sur la puissance de sortie nette dans les con-
ditions normales de référence définies en C.5.
Ces conditions dépendant du procédé, aucune condi-
On entend par puissance de sortie nette, la puissance
tion normale ne peut être définie.
délivrée par le transformateur principal côté haute
tension.
C.6 Caractéristiques
Le taux d'utilisation net est donné par la formule
C.6.1 Généralités
Les caractéristiques d'une installation à cycle combiné
non chauffé dépendent du cycle de la turbine à gaz, où
du cycle vapeur et des paramètres associés.
est la puissance électrique nette délivrée
Pel
au réseau, en watts;
Lorsque la turbine à gaz peut fonctionner indépen-
damment du cycle combiné, par exemple par I'inter-
est le flux thermique total fourni au procé-
Qout
médiaire d'une cheminée de dérivation, les caracté-
dé, en watts;
ristiques de la turbine à gaz dans ce mode de fonc-
tionnement doivent être définies comme prescrit à
est le flux thermique total dans les circuits
Q,,
l'article 6.
de retour du procédé, en watts;
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O IS0
IS0 3977:1991 /Amd. 1 : 1995IF)
- système de condensation, y compris l'équipement
est le flux thermique du cycle basé sur
Qcvc
de purge d'air;
l'énergie spécifique nette, en watts.
- système d'évacuation des condensats;
L'équation suivante basée sur I'exergie est recom-
mandée - système de stockage de l'eau d'alimentation, y
compris le désaérateur (s'il n'est pas combiné
avec le système de condensation) et le système
d'évacua ti o n ;
- équipement de contrôle et de protection;
où
- tuyauterie et vannes;
EE est le rendement exergétique, en watts;
- tout équipement nécessaire à, la mise en marche
E, est le flux exergétique net du procédé
et à l'arrêt du cycle combiné;
thermique, en watts;
- équipement électrique (transformateurs, pan-
E, est le flux exergétique contenu dans le
neaux de distribution, câblage, appareillage de
combustible, en watts.
connexion, etc.);
Les types de combustibles normaux et les modes de
- système de protection de l'équipement contre
fonctionnement normaux des turbines à gaz (limités à
l'incendie.
100 YO de la puissance de base) doivent être confor- 0
mes à l'article 6.
C.8 Conditions de fonctionnement des
Aucune caractéristique normale ne peut être définie
séparément pour la partie vapeur du cycle combiné installations à cycle combiné
car les conditions concernant les gaz d'échappement
II convient d'accorder toute son attention aux condi-
de la turbine à gaz ne sont pas définis par la présente
tions de fonctionnement suivantes spécifiques aux
Norme internationale.
installations à cycle combiné.
c.7 Équipement
Les exigences devant être spécifiées par le client
doivent comprendre au moins:
C.7.1 Normes
capacité de démarrage à froid;
Les systèmes à cycle combiné sont des installations
taux de charge à températures basse et élevée;
regroupant plusieurs composants différents.
charge minimale;
Des normes spécifiques applicables à chaque compo-
présence d'un registre et d'une cheminée de déri-
sant couvrent la conception, les matériaux, etc. II
vation;
convient de se référer à ces normes lors d'un appel
d'offre pour une installation à cycle combiné.
fonctionnement à sec de la chaudière (éventuel-
lement partiellement);
C.7.2 Étendue de la fourniture
fonctionnement autonome (réserve tournante
avec le dispositif de sectionnement de I'alter-
L'étendue de la fourniture peut varier énormément en
nateur ouvert ou isolé en îlot);
fonction des exigences du client, des conditions du
site et de la configuration du cycle vapeur et du sys-
exigences du réseau local (contrôle de fréquence
tème de condensation. Une étendue minimale de
et/ou plage de fréquences, plage de tensions,
fourniture est nécessaire afin de garantir un système
plage de puissances réactives);
intégré qui fonctionne comme une seule unité.
plage de températures applicable au système de
condensation;
Une installation à cycle combiné doit comprendre au
moins les équipements suivants:
plage de températures ambiantes pour un fonc-
tionnement à puissance de base du cycle combi-
- turbine(4 à gaz et génératrice(s1 associée(s);
né;
- générateur(s1 de vapeur à récupération de chaleur,
toute norme devant être respectée;
y compris les catalyseurs si spécifié;
- turbine à vapeur et génératrice associée (lorsque
mode de fonctionnement (à la puissance de base,
deux équipes, arrêt et mise en marche jour-
la génératrice ne fait pas partie de la turbine à
naliers);
gaz);
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durée de vie de l’équipement;
I)
C.10 Impact sur l‘environnement
I
~
m) modes spéciaux ou anormaux (rejet de charge,
C.10.1 Généralités
conditions de régime transitoire, arrêt d’urgence);
n) spécifications relatives à l‘environnement. Les exigences de l’article 9 relatives à l‘acoustique, à
la pollution thermique et chimique de l’atmosphère
par la turbine à gaz et sur le site lui-même s‘appliquent.
Exigences devant être indiquées par le fabricant:
taux de charge possible à températures basse et
a) En complément l’incidence sur l’environnement de
élevée;
toute autre installation doit être traitée de manière
similaire.
limitations concernant la remise en marche de
b)
l‘installation après un arrêt;
C.10.2 Effets thermiques sur l‘eau
charge minimale;
La législation locale peut limiter la température maxi-
limites relatives à un possible fonctionnement à
male des rejets d’eau de refroidissement, l’élévation
sec de la chaudière (éventuellement partiel-
de température maximale due à l’évacuation d’eau, la
lement);
charge thermique rejetée dans une rivière, un lac ou
tout autre point d’eau, etc.
limites, le cas échéant, relatives à un éventuel
fonctionnement autonome;
Ces effets doivent être pris en compte lors du choix
du cycle de refroidissement et de ses paramètres de
limites, le cas échéant, relatives à un contrôle de
conception.
fréquence;
limites, le cas échéant, relatives à un fonction-
C.10.3 Émissions visibles
nement à température élevée du condenseur;
Des lois ou règlements locaux peuvent préciser des
toute norme applicable.
niveaux d’émissions visibles à la cheminée et/ou à la
tour de refroidissement.
C.9 Équipement de commande et de
protection
C.ll Renseignements techniques à fournir
par le client lors de l‘appel d‘offre
L’équipement de commande doit comprendre tous
les dispositifs nécessaires au fonctionnement de
L‘article 1 O indique les principaux renseignements que
l’installation à cycle combiné conformément aux critè-
le client doit fournir.
res d’automatisation définis par le client selon
l’article 7.
Le tableau C.2 présente les informations concernant
le type d’installation que le client souhaite construire,
Des dispositifs de commande appropriés pour limiter
par exemple installer de nouveaux équipements de
la pression et les changements de pression doivent
cycle combiné, appliquer un nouveau cycle vapeur aux
être fournis pour un contrôle de sécurité du régime de
turbines à gaz existantes ou augmenter la puissance
pression de l’installation pendant le fonctionnement
des chaudières à vapeur avec un (une) ou plusieurs
du cycle combiné, de sa mise en marche à son arrêt.
nouvelle(s) turbineb) à gaz et/ou nouvel (nouveaux)
générateur(s1 de vapeur à récupération de chaleur.
Des dispositifs limiteurs de surpression tels que des
clapets de sécurité doivent être fournis afin de proté- Les dispositions suivantes concernent certains détails
ger le système dans les cas d‘urgence comme le propres aux installations à cycle combiné.
dysfonctionnement des dispositifs de commande.
C.11.1 Machine entraînée
Des dispositifs de commande appropriés pour limiter
la température et les changements de température
Sauf spécification contraire, la machine entraînée
doivent être fournis pour un contrôle de sécurité du
dans un cycle combiné est un alternateur.
régime de température de l‘installation pendant le
fonctionnement du cycle combiné, de sa mise en
marche à son arrêt.
C.11.2 Applications
Des dispositifs de commande et de protection spéci-
Les applications possibles des cycles combinés con-
fiques aux équipements tels que turbines à gaz, turbi-
cernent le fonctionnement en condensation (générant
nes à vapeur et pompes, sont définis dans les normes
exclusivement de l’électricité) ou la cogénération (de
pertinentes et font partie de l’offre.
procédé ou distribution de chaleur).
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Tableau C.2 - Renseignements techniques à fournir par le client lors de l'appel d'offre
Nouveau Modification
Nouveaux
Renseignements
cycle de puissance
équipements
X
X X
Yonditions du site
- Plages de températures et de pressions
- Altitude
- Plan d'implantation
- Qualité et disponibilité de l'eau
- Charges du sol et données sismiques
- Espace disponible
X X X
Exigences environnementales
- Échappement
- Bruit
- Restriction concernant les rejets thermiques
- Eau rejetée
X X X
Système de refroidissement
- Température et plage de températures de l'eau
- Courbe de la température de l'eau en fonction de la température
ambiante
- Qualité de l'eau
X X
X
Garanties requises
- Performances
- Bruit
- Émissions
- Démarrage et prise de charge
- Disponibilité
X X X
Spécifications relatives aux commandes et à l'instrumentation
X
X
Spécifications relatives au combustible
X
X X
Exigences électriques
- Vitesse ou variation de fréquence, niveaux de tension
- Connexions au réseau
X X
X
Programme
X X x
Évaluation, optimisation
- Critères
- Profil de fonctionnement
X X X
Exigences relatives à l'interface du procédé
- Conditions et profil de la vapeur
- Retour de procédé: quantité, température, qualité
Performance de l'équipement existant
X
- Turbine à gaz
débit d'échappement, température, analyse, énergie
débit d'échappement, profil de température
courbes de correction de la pression d'échappement
X
- Turbine à vapeur
bilan thermique
limitation de la machine à l'admission et à l'échappement de
chaque carter (F, P, T)
X
- Alternateur
courbes de performance
capacité
X
- Auxiliaires
X
X X
Étendue de la fourniture
X X X
Préférences et exigences concernant le cycle et l'équipement
X
X
Plans des équipements existants
- Plan en coupe de l'installation
- Schéma électrique unifilaire
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- caractéristiques du système de retour du conden-
~ C.11.3 Étendue de la fourniture
sat pour un fonctionnement dans les conditions
de conception et en conditions extrêmes;
Le client doit clairement définir l’étendue de la fourni-
ture et les limites de l’offre concernant les systèmes
- si un chauffage supplémentaire est possible et
auxiliaires et/ou le génie civil. Même lors d’une com-
dans ce cas, jusqu’à quel point;
mande d’une installation clé en main, auquel cas la
plupart des limites relatives aux fournitures et les
- disponibilité en combustible (primaire et de rem-
interfaces entre les différents systèmes font partie de
l’ensemble de l’offre, des interfaces externes avec placement).
d’autres fournisseurs existent et doivent être claire-
ment spécifiées.
C.11.6.2 Des informations doivent aussi être four-
nies sur les connexions au réseau électrique et sur
toutes les opérations nécessaires au maintien de la
C.11.4 Impact sur l’environnement
fréquence du réseau, etc.
Outre les dispositions de 10.4 c), toutes les caracté-
ristiques particulières concernant le système de re-
C.11.6.3 Si la turbine à gaz ne fait pas partie de
froidissement, comme les limites du débit-masse de
l’ensemble de l’offre, les gaz d’échappement de la
l’eau de refroidissement, la température de l’eau re-
turbine à gaz, c‘est-à-dire la composition chimique, le
cyclée, le dégagement de vapeur de la tour de refroi-
débit-masse, la contre-pression admissible, la tempé-
dissement, doivent être indiquées. Les mêmes dis-
rature et sa distribution, doivent être spécifiés.
positions s‘appliquent aussi aux caractéristiques con-
cernant l’eau d’appoint et l‘évacuation d‘eau.
L’influence des changements de contre-pression sur
les performances de la turbine à gaz et les caracté-
Des informations doivent aussi être fournies sur la
ristiques des gaz d’échappement doivent être fournis.
qualité de l’analyse chimique de l’eau de refroidis-
sement (particulièrement toutes variations tempo-
C.11.6.4 Les caract
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.