一種基于當(dāng)日灰平衡法的發(fā)電企業(yè)煤燃燒碳排放因子測試方法

葛志松 陳 琪 蔡 萍 任庚坡 上海交通大學(xué) 上海市計量測試技術(shù)研究院 上海市節(jié)能監(jiān)察中心

一種基于當(dāng)日灰平衡法的發(fā)電企業(yè)煤燃燒碳排放因子測試方法

葛志松1、2陳 琪2蔡 萍1任庚坡3
1 上海交通大學(xué)
2 上海市計量測試技術(shù)研究院
3 上海市節(jié)能監(jiān)察中心

熱、電生產(chǎn)行業(yè)中煤燃燒碳排放因子的測算有必要建立規(guī)范的抽樣、測試及數(shù)據(jù)處理的方法。在對影響發(fā)電企業(yè)煤燃燒碳排放因子的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，參照GB/T 10184-2015《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》，基于當(dāng)日灰平衡法對燃煤機(jī)組的碳氧化率進(jìn)行了計算，提出了一種新的煤燃燒碳排放因子關(guān)鍵參數(shù)的測試流程和計算方法。

碳排放因子 發(fā)電企業(yè) 灰平衡法

建立碳排放交易體系的主要參數(shù)有兩個，一是能源活動水平數(shù)據(jù)，如燃料的消耗量（按低位熱值折標(biāo)煤）等；二是溫室氣體的排放因子，尤其是在化石燃料燃燒過程中，常常用被消耗燃料的單位熱值產(chǎn)生的CO2量來表示，其計量單位通常采用tCO2/GJ。其中，能源活動水平數(shù)據(jù)相對容易獲得，而碳排放因子隨行業(yè)、用能設(shè)備、用能水平的不同，其測試方法也存在較大的差異，如何獲得各種條件下較為準(zhǔn)確的、可以反映區(qū)域排放平均水平的碳排放因子是建立碳排放交易體系必須面對的一個問題。

根據(jù)《IPCC 2006溫室氣體清單指南》中的數(shù)據(jù)，在發(fā)達(dá)國家，電力和熱能生產(chǎn)所導(dǎo)致的溫室氣體排放量約占總排放量的25%左右，是溫室氣體排放清單中最重要的組成部分。據(jù)此，有必要對熱、電生產(chǎn)行業(yè)中煤燃燒碳排放因子的抽樣、測試及數(shù)據(jù)處理的方法進(jìn)行研究和統(tǒng)一，逐步完善碳排放核算體系，支撐碳排放交易市場有序發(fā)展。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀

目前國際和國內(nèi)采用的碳排放因子數(shù)據(jù)，絕大多數(shù)仍然來源于《IPCC 2006溫室氣體清單指南》。在《中國溫室氣體清單研究》中指出該指南是以發(fā)達(dá)國家的技術(shù)水平為基準(zhǔn)獲得的排放數(shù)據(jù)，與我國實際情況存在一定差異。近年來，國內(nèi)也逐步組織力量對IPCC的缺省值進(jìn)行修正和更新。2004年中國完成了首次《國家信息通報》，其中對于1994年中國碳排放量進(jìn)行了初步統(tǒng)計。在此次統(tǒng)計中，堅持遵循了IPCC方法，并盡可能采用國內(nèi)官方的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對《IPCC清單指南》中推薦的默認(rèn)排放因子根據(jù)我國實際情況進(jìn)行了部分修正。根據(jù)國家發(fā)改委能源研究所的報告，此次統(tǒng)計仍然存在較大的不確定性，主要是數(shù)據(jù)統(tǒng)計基礎(chǔ)比較薄弱造成統(tǒng)計數(shù)據(jù)的獲得有很大困難，以及由于資金、時間等客觀原因造成觀測的時間尺度、觀測點和抽樣點代表性不夠充分，排放因子和排放量的測算有較大的不確定性。

2010年中國開始準(zhǔn)備編制第2次《國家信息通報》。為了降低統(tǒng)計的不確定性，2011年5月我國發(fā)布了《省級溫室氣體清單編制指南》，要求各省參考該指南編制省級氣體清單。該清單指出，各種燃料品種的單位發(fā)熱量和含碳量，各種燃料主要燃燒設(shè)備的碳氧化率，以及移動源主要燃燒設(shè)備的甲烷和氧化亞氮的排放因子原則上需要通過實際測試獲得，以便正確反映當(dāng)?shù)厝紵O(shè)備的技術(shù)水平和排放特點。如當(dāng)?shù)財?shù)據(jù)無法獲得，建議采用該清單推薦的化石燃料燃燒溫室氣體排放因子或利用IPCC國家溫室氣體清單指南推薦的缺省排放因子。

2012年12月，上海市發(fā)布了《上海市溫室氣體排放核算與報告指南（試行）》，該方法只針對本市的CO2氣體排放，其他的5種溫室氣體暫時未納入該指南范圍。該辦法中，基于《中國溫室氣體清單研究》和《IPCC2006國家溫室氣體清單指南》，提供了能源活動中排放因子的缺省值。對于本市的碳排放因子，該方法中鼓勵“排放主體對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行檢測，檢測方法和結(jié)果經(jīng)主管部門認(rèn)可后，可直接作為相關(guān)參數(shù)的數(shù)據(jù)值?！?/p>

2 關(guān)鍵參數(shù)

燃煤燃燒時的碳排放因子的基本計算公式如下。

式中：EF——煤燃燒時的CO2排放因子，tCO2/ GJ；CC煤——煤燃燒時的單位熱值含碳量，tC/ GJ；OF煤——煤燃燒時的碳氧化率，%。

其中，單位熱值含碳量CC煤主要是燃煤低位熱值NCV煤日和燃煤含碳量Car的函數(shù)，碳氧化率OF煤主要是燃煤含碳量、燃煤灰分Aar、飛灰含碳量C灰、爐渣含碳量C渣的函數(shù)。在常規(guī)的算法里，碳氧化率OF煤的計算還需采集爐渣產(chǎn)量、飛灰產(chǎn)量和除塵效率，其中爐渣、飛灰的產(chǎn)量原則上可通過稱量的方式獲取，如有特殊原因不能獲取稱量值的，可按照DL/T 5142《火力發(fā)電廠除灰設(shè)計規(guī)程》中的估算方法進(jìn)行估算，采用估算值時，除塵系統(tǒng)效率取100%。爐渣和飛灰的含碳量根據(jù)該月中每次樣本檢測值取算術(shù)平均值，且每月的檢測次數(shù)不低于1次。飛灰和爐渣樣本的檢測需遵循DL/T 567.6《飛灰和爐渣可燃物測定方法》的要求。如果在計算燃煤機(jī)組碳氧化率時，部分測量值無法通過測試的方法獲得，則取碳氧化率的缺省值98%。

在國家發(fā)改委發(fā)布的《中國發(fā)電企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南》（試行）中，提出的燃煤低位發(fā)熱值的測量方法和實驗室及設(shè)備儀器標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)遵循GB/T 213《煤的發(fā)熱量測定方法》中的相關(guān)規(guī)定，頻率為每天至少一次。燃煤年平均低位發(fā)熱值由日平均低位熱值加權(quán)平均計算得到，其權(quán)重是燃煤日消耗量。這里面存在幾處不明確的地方，例如未明確進(jìn)行發(fā)熱量測試的燃煤的抽樣位置，未明確被測試的樣品是燃煤的收到基還是空氣干燥基，未明確在燃煤使用過程中發(fā)生煤種更換的處理方法等。

在2015年發(fā)布的GB/T 32151.1《溫室氣體排放核算與報告要求 第一部分：發(fā)電企業(yè)》中，基本上沿用了這個測試方法，但是在排放因子數(shù)據(jù)獲取的章節(jié)，又提出對于燃煤的單位熱值含碳量，企業(yè)應(yīng)每天采集入爐煤的縮分樣品，每月的最后一天將該月的每天獲得的縮分樣品混合，測量其元素碳含量與低位發(fā)熱量，入爐煤的縮分樣品的制備應(yīng)符合GB 474的要求。燃煤元素碳含量的具體測量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合GB/T 476要求，燃煤低位發(fā)熱量的具體測量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合GB/T 213要求。上一個測試方法中不明確的問題，在新版的標(biāo)準(zhǔn)中仍然沒有明確，又引入了新的問題，即未明確燃煤年平均低位發(fā)熱值到底是由日平均低位發(fā)熱值加權(quán)平均計算得到，還是由月平均低位發(fā)熱值加權(quán)平均得到。

3 測量流程設(shè)計

為了統(tǒng)一測量流程，明確燃煤、飛灰、爐渣的取樣和測試方法，明確燃煤使用過程中發(fā)生煤種更換的處理方法，將測量的流程設(shè)計如下。

3.1 煤的低位熱值檢測

3.1.1 采樣制樣

燃煤的采樣制樣應(yīng)遵循GB 474《煤樣的制備方法》，以入爐煤為對象進(jìn)行制備，每天按班組至少進(jìn)行2次采樣，當(dāng)天采樣完畢后，將該日所有縮分樣品混合作為當(dāng)日制得煤樣進(jìn)行檢測分析。

如果在同一天發(fā)生燃煤更換批次的情況，則每個批次入爐煤至少要進(jìn)行一次采樣制樣，前后不同批次的燃煤縮分樣品不進(jìn)行混合，分別作為當(dāng)日制得煤樣進(jìn)行檢測分析。

3.1.2 檢測過程

檢測應(yīng)遵循GB/T 213《煤的發(fā)熱量測定方法》，以入爐煤縮分樣品收到基為檢測基準(zhǔn)，檢測得到當(dāng)日燃煤低位熱值NCV煤日。

如果在同一天發(fā)生燃煤更換批次的情況，對前后不同批次的燃煤縮分樣品的收到基為檢測基準(zhǔn)均進(jìn)行檢測，得到兩個批次燃煤低位熱值NCV煤日1和NCV煤日2。

3.1.3 計算方法

通常情況下，取當(dāng)日燃煤低位熱值NCV煤日作為日碳排放因子的計算依據(jù)。

如果在同一天發(fā)生燃煤更換批次的情況，對兩個批次燃煤低位熱值NCV煤日1和NCV煤日2取平均得到當(dāng)日燃煤低位熱值NCV煤日，作為日排放因子的計算依據(jù)。

3.2 煤的含碳量檢測

3.2.1 采樣制樣

同3.1.1。

3.2.2 檢測過程

檢測應(yīng)遵循GB/T 476《煤中碳和氫的測定方法》，以入爐煤縮分樣品收到基為檢測基準(zhǔn)，檢測得到當(dāng)日燃煤含碳量Car日。

如果在同一天發(fā)生燃煤更換批次的情況，對前后不同批次的燃煤縮分樣品的收到基為檢測基準(zhǔn)均進(jìn)行檢測，得到兩個批次燃煤含碳量Car1日和。

3.2.3 計算方法

通常情況下，取當(dāng)日燃煤含碳量Car日作為日碳排放因子的計算依據(jù)。

如果在同一天發(fā)生燃煤更換批次的情況，對兩個批次燃煤含碳量Car1日和Car2日取平均得到當(dāng)日燃煤含碳量Car日，作為日排放因子的計算依據(jù)。

3.3 煤的灰分檢測

3.3.1 采樣制樣

同3.1.1。

3.3.2 檢測過程

檢測應(yīng)遵循GB/T 212《煤的工業(yè)分析方法》，以入爐煤縮分樣品收到基為檢測基準(zhǔn)，檢測得到當(dāng)日燃煤灰分Aar日。

如果在同一天發(fā)生燃煤更換批次的情況，對前后不同批次的燃煤縮分樣品的收到基為檢測基準(zhǔn)均進(jìn)行檢測，得到兩個批次燃煤灰分Aar1日和。

3.3.3 計算方法

通常情況下，取當(dāng)日燃煤灰分Aar日作為日碳排放因子的計算依據(jù)。

如果在同一天發(fā)生燃煤更換批次的情況，對兩個批次燃煤灰分Aar1日和Aar2日取平均得到當(dāng)日燃煤灰分Aar日，作為日排放因子的計算依據(jù)。

3.4 飛灰和爐渣的含碳量檢測

3.4.1 采樣制樣

飛灰和爐渣的采樣應(yīng)遵循DL/T 567.3《飛灰和爐渣樣品的采集》，每天至少進(jìn)行1次采樣，并遵循DL/T 567.4《入爐煤、入爐煤粉、飛灰和爐渣樣品的制備》進(jìn)行制樣，當(dāng)天采樣制樣完畢后，將該日所有縮分樣品混合作為當(dāng)日制得樣品進(jìn)行檢測分析。

如果在同一天發(fā)生燃煤更換批次的情況，則相對于每個批次入爐煤至少要進(jìn)行一次飛灰和爐渣的采樣和制樣，前后不同批次的燃煤對應(yīng)的飛灰和爐渣的縮分樣品不進(jìn)行混合，分別作為當(dāng)日制得樣品進(jìn)行檢測分析。

3.4.2 檢測過程

檢測應(yīng)遵循DL/T 567.6《飛灰和爐渣可燃物測定方法》，以飛灰和爐渣的縮分樣品空氣干燥基為檢測基準(zhǔn)，檢測得到當(dāng)日飛灰和爐渣的含碳量

C灰日和C渣日。

如果在同一天發(fā)生燃煤更換批次時，以前后不同批次燃煤相對應(yīng)的飛灰和爐渣縮分樣品的空氣干燥基為檢測基準(zhǔn)進(jìn)行檢測，得到兩個批次的飛灰和爐渣含碳量C灰1日、C渣1日和C灰2日、C渣2日。

3.4.3 計算方法

通常情況下，取當(dāng)日飛灰和爐渣的含碳量C灰日和C渣日作為日碳排放因子的計算依據(jù)。

如果在同一天發(fā)生燃煤更換批次的情況，對兩批次的飛灰和爐渣含碳量C灰1日、C渣1日和C灰2日、C渣2日取平均得到當(dāng)日飛灰和爐渣的含碳量C灰日和C渣日，作為日排放因子的計算依據(jù)。

4 基于單日灰平衡的算法設(shè)計

在按照上述測量方法獲得單日的燃煤低位發(fā)熱量NCV煤日、燃煤含碳量Car日、燃煤灰分Aar日、飛灰含碳量C灰日、爐渣含碳量C渣日之后，參考GB/T 10184《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》，當(dāng)日的各個關(guān)鍵參數(shù)以每千克燃料量收到基為基礎(chǔ)進(jìn)行計算。

當(dāng)日煤燃燒的單位熱值含碳量CC煤日按照下式進(jìn)行計算：

式中：CC煤日——當(dāng)日燃煤應(yīng)用基的單位熱值含碳量，tC/GJ；NCV煤日——當(dāng)日燃煤應(yīng)用基的低位發(fā)熱量，GJ/t；Car日——當(dāng)日燃煤應(yīng)用基的元素含碳量，%。

計算燃煤機(jī)組的碳氧化率OF煤日時，采用基于當(dāng)日每千克燃料量的灰平衡方法，從燃煤中的灰分與飛灰、爐渣的物料平衡角度，按照式（3）進(jìn)行計算。式中：OF煤日——當(dāng)日煤燃燒時的碳氧化率，%；Aar日——當(dāng)日燃煤應(yīng)用基灰分質(zhì)量含量，%；alz——當(dāng)日爐渣占整個灰分質(zhì)量含量，%；afh——當(dāng)日飛灰占整個灰分質(zhì)量含量，%；C渣日——當(dāng)日爐渣的元素含碳量，%；C灰日——當(dāng)日飛灰的元素含碳量，%；其中，alz和afh可以根據(jù)燃煤鍋爐的燃燒方式與爐膛形式，從GB 10184-2015中附錄D里查灰、渣比例表獲得。

則每日煤燃燒時的CO2排放因子計算可以參考公式（1），計算如下：

式中：EF日——當(dāng)日煤燃燒時的CO2排放因子，tCO2/GJ。

則一段時間內(nèi)（nd）的煤燃燒時的CO2排放因子可以由每日煤燃燒時的CO2排放因子算術(shù)平均得到，計算如下：

5 結(jié)語

本文在對影響發(fā)電企業(yè)煤燃燒碳排放因子的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，參照GB/T 10184-2015《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》，提出了一種規(guī)范的熱、電生產(chǎn)行業(yè)中煤燃燒碳排放因子的抽樣、測試及數(shù)據(jù)處理的方法和流程，基于當(dāng)日灰平衡法對燃煤機(jī)組的碳氧化率計算公式進(jìn)行了修正，提出了一種新的煤燃燒碳排放因子計算方法，該計算方法仍需在后期的實踐過程中加以檢驗和完善。

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節(jié)能信息與動態(tài)

徐匯區(qū)強化政策導(dǎo)向推進(jìn)節(jié)能減排工作

近年來，徐匯區(qū)商務(wù)委采取措施，大力推進(jìn)節(jié)能減排工作：（1）加大政策引導(dǎo)。修訂完善《徐匯區(qū)節(jié)能降耗專項資金管理辦法》，加大對節(jié)能技術(shù)改造、推廣交通節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)等專項節(jié)能降耗扶持力度，計劃投入2400萬元用于既有建筑能耗監(jiān)測平臺運行。（2）聚焦重點區(qū)域項目。積極推進(jìn)漕開發(fā)104工業(yè)區(qū)管理節(jié)能，建設(shè)園區(qū)樓宇能耗監(jiān)測平臺，強化用能管理，推進(jìn)能源管控中心等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。（3）加強宣傳動員。推進(jìn)上海體育場、恒隆港匯、光啟城等大型商務(wù)樓宇節(jié)能降耗，力爭“十三五”期間樓宇能耗水平每年下降1%。

（區(qū)商委）

美研制成功CIGS柔性太陽能電池

最近，美國洛杉磯新創(chuàng)公司（Sunflare）研制成功了柔性太陽能電池。該電池使用由銅（Cu）、銦（In）、鎵（Ga）、硒（Se）四種元素構(gòu)成最佳比例的黃銅礦結(jié)晶薄膜，可伸縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、擠壓變形而不失去性能。電池?zé)o比柔軟，攜帶時可像墻紙一樣卷起來，貼附于任何物體的表面，很適合農(nóng)村地區(qū)和便攜式項目。該電池具有光吸收能力強、發(fā)電穩(wěn)定性好、轉(zhuǎn)化效率高、白天發(fā)電時間長、發(fā)電量高、生產(chǎn)成本低及能源回收周期短等諸多優(yōu)勢，較傳統(tǒng)太陽能電池輕65%，發(fā)電效率則要高出10%，發(fā)電成本僅為1.07美元/瓦。

（李忠東 譯）

Coal-Fired Carbon Emission Factor Test Method of Power Generation Enterprises Based on Same Day Grey Balance Method

Ge Zhisong, Chen Qi, Cai Ping, Ren Gengpo
Shanghai Jiaotong University
Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology
Shanghai Energy Saving Supervision Center

It’s necessary to build up standard sampling, testing and data processing method for measuring heat and electricity producing industry coal fired carbon emission factor. The article carries out analysis on key parameters of influencing power generation enterprises coal fired carbon emission factor according to GB/T 10184-2015 . The author calculates carbon oxidation rate of coal fired unit based on same day grey balance method and puts forward one

b

rand new testing process and calculation method of coal fired carbon emission factor key parameter.

Carbon Emission Factor, Power Generation Enterprises, Grey Balance Method

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.08.009