某發(fā)電企業(yè)CO2排放量和減排分析

1、某發(fā)電企業(yè)C02排放量和減排分析發(fā)布時間：2013-10-10 10:04:26摘 要:分析了電力企業(yè)CO2排放量的計算模式，提出IPCC排放因子 計算模式、實測方法、物料衡算方法和宏觀模型方法，并就影響排放因子的因素進行校核，提出電力生產(chǎn)低碳發(fā)展靜脈循環(huán)經(jīng)濟模式下的捕獲和資 源化應用CCU減排思路.關(guān)鍵詞：火力發(fā)電;CO2排放量；計算模式；排放因子；靜脈低碳模式Analysis on Carbon Dioxide Emissionand Reductionof Thermal Power PlantAbstract:The qua ntify ing mode of the carb on

2、dioxide emissio ns for thermal power plant includesIPCCCO2emissionfactormode, practicalmeasureme ntmode, mass con servati onmode and quantifying mod-el, IPCC CO2emission factor need t o be checked, the best mode of low-carb on electricity produ ctio n isCCU(CO2Capture and Use).Key words:thermal powe

3、r plant;amountof CO2emission;calculati ngmode;emissi onfactor;i ntra-ve nouslow-carb onmodel低碳經(jīng)濟(Low CarbonEconomy)1作為一種新的能源發(fā)展觀成為世界能源生產(chǎn)和發(fā)展的制約因素國際能源署報告表明，世界CO2排放量在 2010年后將會以更快的速度增長，尤以美國和中國最為明顯中國火力發(fā)電以煤為主的能源結(jié)構(gòu)在未來幾十年不會改變，燃煤發(fā)電的環(huán)境成本最高2.研究者稱地球今后的氣候主要取決于大氣中的C02濃度增加的程度，這與C02的增溫效應及生命期密切相關(guān)3.有效的計算方法是掌握碳源排放量的手段，

4、目前主要采用IPCC推薦方法,根據(jù)各國基礎(chǔ)資料，用物料衡算、排放系數(shù)和決策樹方法進行估算.排放量估算方法的研究必須考慮碳源的類型、各種不確定因素，比如電力燃料的燃燒完全性等.全球總的碳排放量可以通過諸多方法確定，如宏觀模型、直接測量、計算和估算等.具體到某一國家、某一企業(yè)甚至某個人的排放量，目前使用的主要是統(tǒng)計方法，而不是檢測方法.統(tǒng)計方法是宏觀方法，存在 不確定性；對于企業(yè),根據(jù)具體數(shù)據(jù)的直接計算方法更合理和準確排放量的計算通常采用間接的方法，發(fā)電廠以燃燒的煤炭量進行計算，而不是去直 接計算捕獲量.1 IPCC推薦C02排放量計算方法4基于聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會 IPCC(I nte

5、rgovernme ntalPanel on Climate Change)國家溫室氣體排放清單指南 C02排放量計 算為:碳排放量=藝能源i的消費量？能源i的排放系數(shù),i為能源種類(Emi ssi ons GHG, fuel=Fuel Con sumpti on fuelEmissio n Factor GHG, fuel).計算的關(guān)鍵是排放系數(shù)，對化石燃料，一般采用國際通用的IPCC默認值作 為排放系數(shù)進行CO2排放量的計算，各種能源的碳排放系數(shù)見表 14.表1各種能源的碳排放系數(shù)表Ti (X)2 rm ission factors of i!iffrrrnt Ljpr furls能源種類

6、碳排放系數(shù)(IOIPCC的排放系數(shù)適合宏觀排放量統(tǒng)計計算，具體到某個企業(yè)排放量會存 在差異.俄羅斯關(guān)于鋼鐵企業(yè)排放量的計算方法規(guī)定了碳的發(fā)射系數(shù)和氧 化系數(shù)兩個概念，排放量為燃料的能量含量與發(fā)射系數(shù)和氧化系數(shù)的乘積. IPCC方法中工業(yè)生產(chǎn)CO2排放量區(qū)分為燃料燃燒和工藝過程排放兩 部分,由于將燃料數(shù)據(jù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)分開統(tǒng)計，不易反映集中排放的特點. 由煤到電的轉(zhuǎn)換過程可在實驗室得到理論值，但在實際生產(chǎn)中是不可能的,所以使用IPCC推薦的系數(shù)肯定是有出入的.具體到一個企業(yè)實體，如某 火力發(fā)電廠，據(jù)煤質(zhì)及鍋爐設(shè)備的相應參數(shù)和管理決定的燃燒效率的不同，轉(zhuǎn)換系數(shù)也不同.因此在計算CO2排放量時,會導入高

7、度不確定性. 排放系數(shù)與火電廠的發(fā)電煤耗息息相關(guān) ，發(fā)電煤耗降低、排放系數(shù)自然 也有所降低火力發(fā)電的能源消耗量是個動態(tài)數(shù)，各個企業(yè)煤耗依據(jù)管理水 平、主體設(shè)備的不同會存在差異 .宏觀統(tǒng)計時一般使用的是國家發(fā)改委和t/ 104t)能源種類碳排放系數(shù) (104|/ IO4t)原煤0. 755 9燃料油0.618 5洗精煤O 755 9其他石油制品0*585 7焦灰0. 855 0液化行油氣0. 504 2其他焦化產(chǎn)品0- 644 9天然氣0. 448 3原油0. 585 7焦爐煤氣0. 354 8汽油().553 8煉廠干氣0. 46() 2煤油0. 571 4其他煤氣0. 354 8柴油0, 5

8、92 1水電核電0IPCC的排放系數(shù)適合宏觀排放量統(tǒng)計計算r具體到某個國家統(tǒng)計局公布的統(tǒng)計數(shù)字.不過這個數(shù)字也不是一成不變，比如在2000 年，中國火電廠平均每千瓦時電的煤耗是 0?392 kg標準煤,而目前已經(jīng)下 降到0?36 kg左右，預計到2020年可以下降到0?32 kg.根據(jù)相關(guān)資料報道 ,CO2排放系數(shù)（t/t標煤）中,國家發(fā)改委能源研究所 推薦值為0?67、日本能源經(jīng)濟研究所參考值為 0?68（日本能源與經(jīng)濟統(tǒng) 計手冊,2003年版）、美國能源部能源信息署參考值為 0?69 （ DOE/EIA InternationalEnergy Outlook2002）.與以上的推薦值（0?

9、67）基本相當.以相當于單位煤當量的29 307 kJ/kg的化石燃料燃燒，煤炭、石油和天然氣的CO2排放系數(shù)（以碳計）分別為0?6510?755,0?50?585,0?3950?447.我國原國家計委能源所測定的煤炭、石油、天然氣的CO2的排放系數(shù)（以碳計）分別為0?651,0?543,0?4046.5）綜合能源消耗宏觀CO2排放研究.綜合能源消耗宏觀 CO2排放由IPCC碳排放計算式轉(zhuǎn)換為Et= 8 fEf+ 8 mEm+8 nEn,式中:Et為碳排放量,Ef為煤炭消耗標準煤量,8為煤炭消耗的碳排放轉(zhuǎn)換 系數(shù);Em為以標準煤計算的石油消耗量，8 m為石油消耗的碳排放轉(zhuǎn)換系 數(shù);En為天然氣

10、消耗標準煤量，8n為天然氣消耗的碳排放轉(zhuǎn)換系數(shù).國內(nèi) 研究者得出的碳排放轉(zhuǎn)換系數(shù)8煤炭（t/t標準煤）為0?747 6;石油（t/t標準煤）為0?5825;天然氣（t/t標準煤）為0?44357.2實測與物料衡算方法2?1實測方法實測方法的前提條件是有國家或相關(guān)部門認可的監(jiān)督手段，如煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）,采用監(jiān)測手段或在線計量設(shè)施連續(xù)監(jiān)測排放氣體的 流量（流速）、CO2濃度,以兩者乘積直接計算瞬時排放量,通過統(tǒng)計計算總 排放量.此方法監(jiān)測精確，然而監(jiān)督成本較高.目前僅美國的CEMS運行比 較完善,我國現(xiàn)有的CEMS系統(tǒng)并不理想.推薦的煙氣中CO2濃度分析方法有非分散紅外氣體分析儀法

11、、容量滴定法和氣相色譜法，現(xiàn)多采用非分散紅外線氣體分析儀法，此方法的缺點是無法消除CO、碳氫化合物和水汽的干擾.2?2物料衡算方法2?2?1 物料衡算方法CO2排放量分析燃燒1 kg C產(chǎn)生44/12 kg CO2.物料衡算方法CO2排放量分析方法適用于既定的生產(chǎn)系統(tǒng)、工序、燃燒設(shè)備等的碳平衡計算單純以燃煤量的多少來比較不同鍋爐的經(jīng)濟性是不妥的，須折算到統(tǒng)一標準,規(guī)定低位發(fā)熱量為29 307 kJ/kg的煤為標準煤，將發(fā)熱量不是29 3 07kJ/kg的煤統(tǒng)一折算到29 307 kJ/kg來進行比較，用于計算和比較標 準煤耗.下面進行CO2排放量計算，以熱電廠為例全面計算，如果是單純發(fā)電的電

12、廠,則在計算式中不包括供熱煤耗即可.電廠綜合熱效率（n 0）.n 0=（供熱量+供電量）/（供熱標煤量+供電標煤量）,1 kg標煤熱值=0?029 3 GJ.統(tǒng)一計量單位后的綜合熱效率計算公式為n 0=(Q葉36Eg)/(Bx 0?029 3) x 100%,式中:Qr 為供熱量，GJ;Eg為供電量,萬kW?h;B為總標煤耗量,t.在已知電廠供電量和供熱量的基礎(chǔ)上，可以計算標準煤消耗量.B=(Qr+36Eg)/0?0293 n 0.以電廠實際燃煤的含碳量(C)來計算CO2的產(chǎn)生量 MC02=XCX (44/12)=B x C/Qcoal x Cx (44/12)=(Qr+36Eg)/29?3

13、n 0 x 29?3/Qcoal xCx (44/12).MCO2=(44/12)C(Qr+36Eg)/29?3 n 0 x 29?3/Qcoal=(44/12)C(Qr+36Eg)/( n OQcoal),式中:C為煤的含碳量,kg/t;Qcoal為煤的實際熱值,kJ/kg.2?2.2含碳量分析和校核煤的種類不同，含碳量也就不同，產(chǎn)生的CO2也就不一樣.煤中碳含量約為 20%70%. 般電廠使用貧煤，煙煤,褐煤較多，含碳量約為55%.用煤的收到基燃燒熱值 Qar代替煤的實際熱值Qcoal,以收到基含碳量C ar代替C進行計算,總CO2的產(chǎn)生量為MCO2= (44/12)Car(Qr+36Eg

14、)/(n 0Qar)2?2?3收到基低位發(fā)熱量 Qn et,ar 校核燃料的發(fā)熱量包括低位發(fā)熱量和高位發(fā)熱量，單位為kJ/kg,MJ/kg.高位發(fā)熱量Qgr指1 kg煤完全燃燒 時放出的全部熱量,包括煙氣中水蒸汽凝結(jié)時放出的熱量；低位發(fā)熱量 Qnet指在1 kg煤完全燃燒時放出的全部熱量中扣除水蒸汽汽化潛熱后所得 的熱量，即煤中可燃質(zhì)的一部分燃燒熱量被用于水分的汽化，沒有得到利用.我國均采用低位發(fā)熱量，有些國家采用高位發(fā)熱量，必要時說明.高位發(fā)熱 量與低位發(fā)熱量間的換算公式為9()0 狀血=1100 + 1(X)J "厲“一 25 1(9” MiV)2?2?4不完全燃燒校核 按照平均

15、煤耗，煤中有多少克的碳，也就會生成相應的二氧化碳，這是在煤 完全燃燒的情況下產(chǎn)生的，只是個定性的值.不完全燃燒碳平衡計算所需的設(shè)備排出的灰渣、飛灰及煙塵中的含碳量是計算的重要數(shù)據(jù).引入燃料氧化效率的CO2排放量為E=S e=藝(TJ x tC/TJTC) %,式中:E為碳總排放量;e為分品種燃料的碳排放量;TJ為分品種燃料的實 際消費量;tC/TJ為分品種單位燃料含碳量;TC為非能源利用固碳量；n為 燃料的氧化率,%.如果煤炭燃燒設(shè)備落后，氧化率低,排放系數(shù)就較低.依據(jù)能源消費量、燃燒 率、含碳量和碳氧化率等指標，可直接計算出該種產(chǎn)品消費能源所引起的 碳排放量 "* 一一32H66(

16、Gin(：ni+:二伙J式中:q為固體未完全燃燒熱損失，;Gs,Gm,Gh 分別為爐渣、漏煤和各 種灰的質(zhì)量，kg/h;Cs,Cm,Ch 分別為爐渣、漏煤和各種灰的含碳量，;B 為燃料消耗量,kg/h或m3/h;Qnet,ar 為單位燃料輸入鍋爐的熱量,kJ/k g 或 kJ/m3.燃料中還有少量的碳在爐內(nèi)未完全燃燒生成一氧化碳氣體隨煙氣逸出鍋爐排入大氣，但考慮到這些一氧化碳最終仍將氧化成二氧化碳，因此將這 少量的碳也歸入鍋爐燃燒生成二氧化碳的碳量中.2?2?5 有脫硫裝置的電廠的排放校核脫硫裝置對C02排放量的影響是基于熱力學、動力學和微觀化學平衡的復雜過程，可能表現(xiàn)為正影響，也可能表現(xiàn)為負

17、影響石灰石膏法脫硫過程中產(chǎn)生大量二氧化碳，脫除1 t二氧化硫產(chǎn)生0?7 t二氧化碳.濕法脫硫脫硫劑和C02之間存在酸堿物質(zhì)的平 衡反應,如堿性脫硫劑氨類、石灰類及雙堿法Na2CO3或NaOH液吸收煙氣中的S02的同時也吸收C02.其化學反應式為Ca(OH)2+CO2=CaCO3 J +H2O,CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2同時濕法溶液對CO2的溶解平衡存在影響，遵循亨利定律,CO2分壓p(CO2)和水溫(T)之間存在如下關(guān)系(428 C )溶解平衡主要取決于吸收液的 pH,pH不同時碳酸化合物的比例不同.脫硫 吸收液的pH通?？刂圃??55?7 之間，此時游離CO2和HCO3-

18、是碳 酸的主要形式.另一方面，從動力學的角度看，物理吸收和化學吸收都受氣相擴散速度(或氣膜阻力)和液相擴散速度(或液膜阻力)的影響,脫硫工程上常用加強氣液 兩相的擾動來消除氣膜與液膜的阻力 ，動力學因素影響溶解度平衡關(guān)系.馬 麗麗8等研究表明流體的流動引起二氧化碳-水體系遠離原有靜態(tài)溶解 平衡.在常溫25?5 C下,原有靜態(tài)飽和狀態(tài)下溶解在水中的二氧化碳的量 約有6?55%被解吸出來，亨利系數(shù)可產(chǎn)生高達15%的偏差.3 宏觀模型與企業(yè)產(chǎn)能方法3?1宏觀模型方法美國勞倫斯-伯克利國家實驗室研究開發(fā)的LEAP模型(Long-range Energy AlternativesPlan-ningSys

19、tem)9是一個能源-環(huán)境情景分析模型.模型從能源供應、能源加工轉(zhuǎn)換、終端能源需求等環(huán)節(jié)預測在不同 驅(qū)動因素影響下全社會中長期的能源供應與需求，并計算能源在流通和消費過程中的大氣污染物及溫室氣體排放量.王克等10利用LEAPChina長期能源替代規(guī)劃系統(tǒng)模型模擬了 3個不同 情景下中國鋼鐵行業(yè)2000-2030 年CO2排放量及相應的減排潛力，根據(jù) 減排成本評估其可行性并識別重點減排技術(shù) .主春杰11等運用對數(shù)平均迪氏指數(shù)法LMDI(Logarithmic Mean Divisia Index)對中國部分省份、區(qū)域能源消費導致的二氧化碳排放量進行了分解分析，將二氧化碳排放總量的變化分解成5個主

20、要影響因素，即化石燃料的排放系數(shù)、能源消費結(jié)構(gòu)、能源強度、人均GDP和人口總數(shù).3?2 企業(yè)產(chǎn)能方法以企業(yè)產(chǎn)量和產(chǎn)能為基礎(chǔ)12,采用同時考慮燃料燃燒和工藝過程因素的 綜合排放因子計算點源的排放量匯總得總排放量13為(Ecu jji = f P山;(Ecu丿排=(EF)ji( P2)jt( A )ji( T)ji：f 匕叫力=E式中:(EC02)ji為第j個行業(yè)第i個企業(yè)C02年排放量；(EF)ji為該企業(yè) CO2 綜合排放因子 ;(P1)ji 為產(chǎn)品年產(chǎn)量 ;(P2)ji 為企業(yè)產(chǎn)能 ;(A)ji 為產(chǎn)能 利用系數(shù) ;(T)ji 為設(shè)備平均利用時間 ;(E)C02 為整個行業(yè)排放總量 (C02

21、 estimated perindustry).4 火力發(fā)電 “低碳突圍 ”存在問題分析 低碳發(fā)展對中國中長期能源環(huán)境建設(shè)具有顯著的多重效應.煤樣的分析是確定煤炭質(zhì)量的依據(jù) , 所以火力發(fā)電企業(yè)關(guān)于入廠和入爐煤質(zhì)的分析十分 重要 ,采樣和分析方法必須嚴格化 ,否則對其潛在排放系數(shù)產(chǎn)生的影響不可 估量,進而對排放量估算結(jié)果產(chǎn)生影響 ,導致排放量估算結(jié)果的不確定性.電力部門燃煤的低位發(fā)熱量數(shù)值與煤化所的研究結(jié)果相比普遍偏低 , 其原 因是多方面的 ,也就是說 ,基于不同的環(huán)節(jié) (生產(chǎn)、銷售和消費 )煤炭的質(zhì)量 有差別在我國是一個客觀現(xiàn)實, 而這個事實使得溫室氣體排放的估算量存在不同程度的不確定性

22、14. 火力發(fā)電 C02 排放量和減排量是一項基礎(chǔ) 研究工作 , 需要在以下方面進行完善 : 基于火力發(fā)電實體的排放因子研究是必須完善的 . 需要解決各種不確 定影響因素的干擾 . 協(xié)調(diào)好 C02 排放源和吸收匯的關(guān)系是關(guān)鍵 . 在發(fā)展綠色能源的同時 ,傳統(tǒng)火力發(fā)電企業(yè)實現(xiàn)碳減排的基本出發(fā)點是 C 02 捕獲和存儲 ,即 CCS(Carbon Capture and Storage) 技術(shù) ,將二氧 化碳從工業(yè)或相關(guān)能源的排放源中分離出來 (捕獲), 輸送到一個經(jīng)過選擇 的地點加以封存 ,使本可能排入大氣中的二氧化碳儲存于地質(zhì)結(jié)構(gòu)中,并且長期與大氣隔絕的一個過程 .CCS 可以使單位發(fā)電碳排放

23、量減少 85%9 0%. 如何使傳統(tǒng)火力發(fā)電企業(yè)在減排的同時將其作為一個盈利的市場是需要認真研究的，如果CCS技術(shù)能在火力發(fā)電生產(chǎn)過程取得突破性進展，那么高污染發(fā)電廠將成為 碳中立”企業(yè)同時在強調(diào)二氧化碳排放源頭控 制的同時,不要忽視二氧化碳資源化利用的價值，由CCS轉(zhuǎn)變?yōu)镃CU,即二氧化碳捕集和利用(C02Capture and Utilization)的技術(shù).制約CCS技術(shù)發(fā)展的一個重要因素，就是它的成本很高，捕獲每噸二氧化碳大約需2040美元.CCU是發(fā)展中國家更加實際的減排路線.高碑店電廠是個很好 的例證,資源化用于二氧化碳生產(chǎn)碳酸汽水的嘗試，同時每噸干冰賣出去的價格是1200元,食品

24、級二氧化碳的生產(chǎn)成本是600元/t.積極開展CCU技術(shù)的研究是降低捕獲成本的有效途徑.如果把電力生產(chǎn)看作是動脈經(jīng)濟 的話,CO2捕獲和資源化利用屬于靜脈經(jīng)濟，只有兩者合理匹配才是火力發(fā)電的低碳經(jīng)濟模式.某發(fā)電企業(yè)CO2排放量和減排分析RSS打印 復制鏈接 大 中 小 發(fā)布時間：2013-10-1010:04:262黃雷,張彩虹，秦琴.環(huán)境成本與林木生物質(zhì)發(fā)電J.電力需求側(cè)管理,2 007,9(1):77-80.HUANGLei, ZHANG Caiho ng,QINQin.En viro nmentalCostand Generationby Woody BiomassJ. Power De-

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