一種基于當日灰平衡法的發電企業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 上海市計量測試技術研究院 上海市節能監察中心

一種基于當日灰平衡法的發電企業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
2 上海市計量測試技術研究院
3 上海市節能監察中心

熱、電生產行業中煤燃燒碳排放因子的測算有必要建立規范的抽樣、測試及數據處理的方法。在對影響發電企業煤燃燒碳排放因子的關鍵參數進行分析的基礎上，參照GB/T 10184-2015《電站鍋爐性能試驗規程》，基于當日灰平衡法對燃煤機組的碳氧化率進行了計算，提出了一種新的煤燃燒碳排放因子關鍵參數的測試流程和計算方法。

碳排放因子 發電企業 灰平衡法

建立碳排放交易體系的主要參數有兩個，一是能源活動水平數據，如燃料的消耗量（按低位熱值折標煤）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，能源活動水平數據相對容易獲得，而碳排放因子隨行業、用能設備、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確的、可以反映區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《IPCC 2006溫室氣體清單指南》中的數據，在發達國家，電力和熱能生產所導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。據此，有必要對熱、電生產行業中煤燃燒碳排放因子的抽樣、測試及數據處理的方法進行研究和統一，逐步完善碳排放核算體系，支撐碳排放交易市場有序發展。

1 國內外現狀

目前國際和國內采用的碳排放因子數據，絕大多數仍然來源于《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達國家的技術水平為基準獲得的排放數據，與我國實際情況存在一定差異。近年來，國內也逐步組織力量對IPCC的缺省值進行修正和更新。2004年中國完成了首次《國家信息通報》，其中對于1994年中國碳排放量進行了初步統計。在此次統計中，堅持遵循了IPCC方法，并盡可能采用國內官方的統計數據，對《IPCC清單指南》中推薦的默認排放因子根據我國實際情況進行了部分修正。根據國家發改委能源研究所的報告，此次統計仍然存在較大的不確定性，主要是數據統計基礎比較薄弱造成統計數據的獲得有很大困難，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年中國開始準備編制第2次《國家信息通報》。為了降低統計的不確定性，2011年5月我國發布了《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熱量和含碳量，各種燃料主要燃燒設備的碳氧化率，以及移動源主要燃燒設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，以便正確反映當地燃燒設備的技術水平和排放特點。如當地數據無法獲得，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“排放主體對相關參數進行檢測，檢測方法和結果經主管部門認可后，可直接作為相關參數的數據值。”

2 關鍵參數

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，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。在常規的算法里，碳氧化率OF煤的計算還需采集爐渣產量、飛灰產量和除塵效率，其中爐渣、飛灰的產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《火力發電廠除灰設計規程》中的估算方法進行估算，采用估算值時，除塵系統效率取100%。爐渣和飛灰的含碳量根據該月中每次樣本檢測值取算術平均值，且每月的檢測次數不低于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%。

在國家發改委發布的《中國發電企業溫室氣體排放核算方法與報告指南》（試行）中，提出的燃煤低位發熱值的測量方法和實驗室及設備儀器標準應遵循GB/T 213《煤的發熱量測定方法》中的相關規定，頻率為每天至少一次。燃煤年平均低位發熱值由日平均低位熱值加權平均計算得到，其權重是燃煤日消耗量。這里面存在幾處不明確的地方，例如未明確進行發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生煤種更換的處理方法等。

在2015年發布的GB/T 32151.1《溫室氣體排放核算與報告要求 第一部分：發電企業》中，基本上沿用了這個測試方法，但是在排放因子數據獲取的章節，又提出對于燃煤的單位熱值含碳量，企業應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熱量，入爐煤的縮分樣品的制備應符合GB 474的要求。燃煤元素碳含量的具體測量標準應符合GB/T 476要求，燃煤低位發熱量的具體測量標準應符合GB/T 213要求。上一個測試方法中不明確的問題，在新版的標準中仍然沒有明確，又引入了新的問題，即未明確燃煤年平均低位發熱值到底是由日平均低位發熱值加權平均計算得到，還是由月平均低位發熱值加權平均得到。

3 測量流程設計

為了統一測量流程，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生煤種更換的處理方法，將測量的流程設計如下。

3.1 煤的低位熱值檢測

3.1.1 采樣制樣

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

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

3.1.2 檢測過程

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

如果在同一天發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均進行檢測，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，取當日燃煤低位熱值NCV煤日作為日碳排放因子的計算依據。

如果在同一天發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取平均得到當日燃煤低位熱值NCV煤日，作為日排放因子的計算依據。

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，檢測得到當日燃煤含碳量Car日。

如果在同一天發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均進行檢測，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，取當日燃煤含碳量Car日作為日碳排放因子的計算依據。

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

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

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

如果在同一天發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均進行檢測，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，取當日燃煤灰分Aar日作為日碳排放因子的計算依據。

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

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遵循DL/T 567.3《飛灰和爐渣樣品的采集》，每天至少進行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》進行制樣，當天采樣制樣完畢后，將該日所有縮分樣品混合作為當日制得樣品進行檢測分析。

如果在同一天發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的飛灰和爐渣的縮分樣品不進行混合，分別作為當日制得樣品進行檢測分析。

3.4.2 檢測過程

檢測應遵循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，檢測得到當日飛灰和爐渣的含碳量

C灰日和C渣日。

如果在同一天發生燃煤更換批次時，以前后不同批次燃煤相對應的飛灰和爐渣縮分樣品的空氣干燥基為檢測基準進行檢測，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。

如果在同一天發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。

4 基于單日灰平衡的算法設計

在按照上述測量方法獲得單日的燃煤低位發熱量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程》，當日的各個關鍵參數以每千克燃料量收到基為基礎進行計算。

當日煤燃燒的單位熱值含碳量CC煤日按照下式進行計算：

式中：CC煤日——當日燃煤應用基的單位熱值含碳量，tC/GJ；NCV煤日——當日燃煤應用基的低位發熱量，GJ/t；Car日——當日燃煤應用基的元素含碳量，%。

計算燃煤機組的碳氧化率OF煤日時，采用基于當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）進行計算。式中：OF煤日——當日煤燃燒時的碳氧化率，%；Aar日——當日燃煤應用基灰分質量含量，%；alz——當日爐渣占整個灰分質量含量，%；afh——當日飛灰占整個灰分質量含量，%；C渣日——當日爐渣的元素含碳量，%；C灰日——當日飛灰的元素含碳量，%；其中，alz和afh可以根據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——當日煤燃燒時的CO2排放因子，tCO2/GJ。

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

5 結語

本文在對影響發電企業煤燃燒碳排放因子的關鍵參數進行分析的基礎上，參照GB/T 10184-2015《電站鍋爐性能試驗規程》，提出了一種規范的熱、電生產行業中煤燃燒碳排放因子的抽樣、測試及數據處理的方法和流程，基于當日灰平衡法對燃煤機組的碳氧化率計算公式進行了修正，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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[5] 陳鵬. 中國煤炭性質、分類和利用[M ] . 2 版. 北京: 化學工業出版社, 2007: 36-39.

節能信息與動態

徐匯區強化政策導向推進節能減排工作

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

（區商委）

美研制成功CIGS柔性太陽能電池

最近，美國洛杉磯新創公司（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）四種元素構成最佳比例的黃銅礦結晶薄膜，可伸縮、彎曲、扭轉、擠壓變形而不失去性能。電池無比柔軟，攜帶時可像墻紙一樣卷起來，貼附于任何物體的表面，很適合農村地區和便攜式項目。該電池具有光吸收能力強、發電穩定性好、轉化效率高、白天發電時間長、發電量高、生產成本低及能源回收周期短等諸多優勢，較傳統太陽能電池輕65%，發電效率則要高出10%，發電成本僅為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