火力發(fā)電廠減排措施研究

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CO2作為造成全球氣候變暖的“罪魁禍首”，其性質(zhì)及減排技術(shù)的研究越來越引起學(xué)者的重視。在我國，CO2的排放主要來自于化石燃料的燃燒。而煤炭作為化石燃料在我國一次能源消費結(jié)構(gòu)中占有絕對的主體地位[1]，在2014年煤炭消費量占能源消費總量的66.0%以上，而我國的天然氣儲量和產(chǎn)量都比較貧乏，每年都需要依賴大量進口。同時從我國的石油儲量和產(chǎn)量方面來講，供需矛盾很大[2]。火力發(fā)電廠發(fā)電、供熱主要以燃燒煤炭為主，其在2004年占煤炭消費總量的50%以上[3]。研究測算火力發(fā)電廠碳排放量及分析其減排方法和措施具有重要意義。

1碳排放測算方法

在對某電廠進行碳排查時，首先得確定該廠的核算邊界。核算邊界以電廠法人為界，識別、測算邊界內(nèi)所有生產(chǎn)設(shè)施產(chǎn)生的CO2排放。CO2的排放源包括化石燃料燃燒排放、脫硫過程排放、電廠外購入電排放。其中化石燃料包括發(fā)電燃煤、鍋爐輔助燃燒（啟動及穩(wěn)燃）所用燃料油、廠區(qū)辦公用車及生產(chǎn)用車所耗油。1.1化石燃料CO2排放量測算化石燃料CO2排放量測算公式為:E=AD×EF[4、5、6]（1）其中：E為CO2排放量；AD為活動水平；EF為排放因子。1.1.1活動水平活動水平的測算公式為：AD=FC×NCV（2）其中：FC為化石燃料的消耗量；NCV為化石燃料的平均低位發(fā)熱值。在實際統(tǒng)計中，化石燃料統(tǒng)計方法有月消耗量、年消耗量兩種，部分電廠細化到統(tǒng)計日消耗量。化石燃料的平均低位發(fā)熱值根據(jù)消耗量的統(tǒng)計方法測算得出月平均值、年平均值。月平均低位發(fā)熱值、年平均低位發(fā)熱值為日平均低位發(fā)熱值加權(quán)平均所得，權(quán)重為燃料日消耗量；為簡化測算，年平均低位發(fā)熱值也可按月平均低位發(fā)熱值加權(quán)平均得到，其權(quán)重為燃料月消耗量。燃煤的統(tǒng)計量以入爐煤量為準，輔助用油以運行臺賬統(tǒng)計為準，辦公及生產(chǎn)用車燃油以加油發(fā)票為準。燃煤低位發(fā)熱值每天至少測量一次[7]，用油低位發(fā)熱值電廠一般不進行試驗測量，其值以國家測定數(shù)據(jù)為準。1.1.2排放因子EF=CC×OF×44/12（3）其中：CC為化石燃料的單位熱值含碳量；OF為化石燃料的碳氧化率；44/12為二氧化碳與碳的分子質(zhì)量比。燃油的單位熱值和碳氧化率以推薦值進行測算[5]。燃煤單位熱值含碳量計算公式為：C煤CC煤=（4）NCV煤其中：CC煤為燃煤單位熱值含碳量，C煤為燃煤的元素含碳量。燃煤單位熱值含碳量以月統(tǒng)計為準，年平均單位熱值含碳量以月平均值加權(quán)平均得到，權(quán)重為燃煤量。而元素碳含量對于大部分電廠未進行測算，無法獲得。對此可根據(jù)燃燒煤種采取缺省值[5]，也可根據(jù)文獻[8]、[9]、[10]，由經(jīng)驗擬合公式算得干燥基碳含量，再換算到收到基。公式為：Cd=35.411-0.199Vd-0.341Ad-0.412St,d+1.632Qgr,d（5）經(jīng)過大量數(shù)據(jù)比對，實測Cd值與擬合Cd之差一般在2.00%以內(nèi)。碳氧化率計算公式G渣×C渣+G灰×C灰/η除塵OF煤=1-（6）FC煤×NCV煤×CC煤其中：G渣、G灰為爐渣、飛灰產(chǎn)量，C渣、C灰為爐渣、飛灰含碳量，η除塵為除塵器除塵效率。爐渣、飛灰計算中，可按年計算，也可按月計算，除塵器除塵效率由廠家提供，若電廠對除塵器做過性能試驗或進行過技術(shù)改造工作，除塵效率以試驗結(jié)果為準。部分電廠廠區(qū)爐渣飛灰為外包，沒有對爐渣飛灰產(chǎn)量進行統(tǒng)計，對此可根據(jù)文獻[11]進行估算，公式為：Qnet,v,ar×q4Ghz=GmAar+（7）33870×100其中Ghz為灰渣總產(chǎn)量，Gm為燃煤量，Aar為收到基灰分，Qnet，v,ar為收到基低位發(fā)熱量，q4為固體未完全燃燒熱損失。灰渣、飛灰量分配根據(jù)爐型進行分配，分配比例見文獻[4]。q4由鍋爐廠家提供。電廠在投產(chǎn)后基本都做過鍋爐性能試驗或鍋爐技術(shù)改造工作，設(shè)計值與實測值偏差較大，實際計算中q4以試驗結(jié)果為準。1.2脫硫過程CO2排放測算對于燃煤機組，都配備有脫硫裝置。脫硫過程所用脫硫劑有效成分為碳酸鹽，所以脫硫過程也會產(chǎn)生CO2，其計算公式為：E脫硫=CAL×EFK（8）其中：E脫硫為脫硫過程的二氧化碳排放量，CAL為碳酸鹽消耗量，EFk為脫硫劑排放因子，k為脫硫劑類型。脫硫過程CO2排放測算過程，脫硫劑轉(zhuǎn)化率取100%，脫硫劑排放因子按文獻[4]進行計算。1.3凈購入電力CO2排放測算凈購入電力CO2排放測算公式為：E電=AD電×EF電（9）其中：E電為凈購入電力CO2排放量，AD電為凈購入電力量，EF電為凈購入電力排放因子。其排放因子根據(jù)國家主管部門最新公布的區(qū)域電網(wǎng)排放因子計算。

2減排分析

2.1燃煤CO2減排分析在對電廠的實際碳盤查中，發(fā)現(xiàn)部分電廠爐渣含碳量高達15%，爐渣含碳量過高，造成發(fā)電煤耗增加。而飛灰含碳量是決定固體未完全燃燒熱損失q4的關(guān)鍵因素。飛灰含碳量每提高1%，根據(jù)不同機組容量，供電煤耗提高0.8~2.09g/kWh[12]。以一臺600MW機組燃燒煙煤，機組年利用小時數(shù)視5000h為例，飛灰含碳量降低1%，供電煤耗視為降低0.8%，由經(jīng)驗值知一噸煙煤排放兩噸CO2，全年CO2可減排約4800t，減排量可觀。所以降低爐渣、飛灰含碳量，提高碳氧化率，對降低發(fā)電、供熱煤耗，減少CO2排放活動水平具有重要意義。降低爐渣飛灰含碳量可通過改變火焰中心高度、延長燃料在爐膛的停留時間，在燃燼區(qū)適當(dāng)提高氧量，降低煤粉細度、合理調(diào)整配風(fēng)，燃燒煤種上盡量選擇接近于設(shè)計煤種。提高除塵效率有利于提高碳氧化率。對于除塵效率的提高，可以通過調(diào)整除塵器的排煙溫度，避免煙氣結(jié)露，粘結(jié)在電除塵器上，導(dǎo)致除塵效率降低，同時控制煙氣流速，減少二次揚塵；在平時維護中應(yīng)定期檢查除塵系統(tǒng)中管道、除塵器本體保溫和密封情況，不合格處及時更換處理。2.2燃油CO2和外購電CO2減排分析燃油分為鍋爐輔助用油和辦公、生產(chǎn)用車用油。對于鍋爐輔助用油主要用于鍋爐啟動、運行穩(wěn)燃。減少輔助用油可通過加強運行技術(shù)人員專業(yè)知識培訓(xùn)和提高操作能力，減少機組非停次數(shù)，提高機組低負荷穩(wěn)燃技術(shù)。條件允許下，可優(yōu)化改造點火裝置，降低起機燃油量。機組投產(chǎn)后外購電主要用于廠區(qū)機組全停時所用電。減少外購電需減少機組停機次數(shù)。2.3脫硫過程CO2減排分析在測算脫硫過程CO2排放量時，脫硫劑轉(zhuǎn)化率取值為100%，實際中并未達到。以一臺600MW機組燃燒煙煤，機組年利用小時數(shù)視為5000h，脫硫為濕法脫硫，脫硫效率為95%為例，一臺機組一年消耗脫硫劑約4wt，脫硫效率提高1%，脫硫劑耗量減少約500t，CO2排放減少約200t。脫硫劑對于濕法脫硫來說，設(shè)定適當(dāng)?shù)腜H值和維持PH值的穩(wěn)定是提高脫硫效率的關(guān)鍵因素；調(diào)整合適的液氣比，可以保證漿液與SO2的充分接觸；在保證脫硫效率的同時可適當(dāng)增加高位循環(huán)泵的運行時間，進而可以增加漿液與SO2的接觸時間；加強監(jiān)視氧化風(fēng)機向吸收塔的供氣，使氧化反應(yīng)趨于完全，提高除塵效率的同時，可有效預(yù)防噴嘴堵塞。對于干法脫硫，可以提高脫硫劑與燃煤混合均勻性，適當(dāng)降低脫硫劑細度。2.4單位供電量CO2排放量減排分析在對電廠盤查的過程中發(fā)現(xiàn)，部分電廠廠用電率在5%以上。對于相同上網(wǎng)電量，降低廠用電率和供電煤耗，進而減少發(fā)電量和燃煤耗量，最終對減少CO2排放具有重要意義。可以通過生產(chǎn)廠區(qū)優(yōu)化照明布置，更換高效節(jié)能照明設(shè)施等方法降低廠用電率；而輔機運行方式合理與否對機組的廠用電量、供電煤耗影響也很大。2017年全國將全面實行碳交易，為此電廠應(yīng)及時請相關(guān)權(quán)威單位對自身進行碳排放情況摸查，電廠應(yīng)劃分單獨的相關(guān)部門、相關(guān)責(zé)任人負責(zé)展開碳排放計算基礎(chǔ)資料的收集工作。為真實、準確反映電廠排放量，建議核查近幾年排放情況，同時相關(guān)數(shù)據(jù)搜集部門應(yīng)規(guī)范日常數(shù)據(jù)管理，防止數(shù)據(jù)缺失影響后期計算。

3總結(jié)

在計算電廠碳排放時，數(shù)據(jù)須真實可靠，入爐煤化驗等數(shù)據(jù)臺賬收集須規(guī)范。計算過程最大可能的細化，同時在輔助油耗量、脫硫劑耗量等數(shù)據(jù)統(tǒng)計上盡可能分機組進行，便于對比機組間排放情況，后期有利于機組優(yōu)化。機組運行中，通過各種手段降低爐渣飛灰含碳量、提高除塵效率，進而降低燃煤CO2排放量；對于燃油，可以通過對運行技術(shù)人員專業(yè)操作技能培訓(xùn)，穩(wěn)定低負荷機組運行，減少機組非停次數(shù)；提高脫硫過程脫硫效率可以減少脫硫劑消耗量，進而降低因脫硫產(chǎn)生的CO2排放；可以通過優(yōu)化廠區(qū)照明設(shè)備和輔機運行方式，以此降低廠用電率，最終達到CO2的減排。

作者:索新良 王鵬輝 單位:華電電力科學(xué)研究院

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