燃煤電廠碳排放對(duì)可控運(yùn)行參數(shù)變化的敏感性分析

劉士勖

摘要：經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，人們對(duì)電能的需求也逐漸增加。電力行業(yè)中燃煤電廠的碳排放量巨大，是進(jìn)行碳減排的重點(diǎn)對(duì)象之一。歐盟等發(fā)達(dá)地區(qū)已開(kāi)始采用碳排放交易機(jī)制來(lái)激勵(lì)高碳排放企業(yè)主動(dòng)進(jìn)行碳減排，我國(guó)也正逐步建立完善的碳交易市場(chǎng)及相關(guān)法律機(jī)制，探索制定碳稅政策。本文就燃煤電廠碳排放對(duì)可控運(yùn)行參數(shù)變化的敏感性展開(kāi)探討。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠;碳排放;敏感性分析;可控運(yùn)行參數(shù)

1燃煤電廠二氧化碳排放量影響因素分析

（一）供電煤耗對(duì)二氧化碳排放量的影響。

燃煤電廠在運(yùn)行時(shí)要消耗大量的煤，煤炭的燃燒將排放大量二氧化碳。這里用供電煤耗作為電廠CO2排放的影響因素之一。供電煤耗又稱供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗，它是指火力發(fā)電廠每向外提供1kWh電能平均耗用的標(biāo)準(zhǔn)煤量（單位：g/kWh）。理論上在設(shè)計(jì)負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)電廠煤耗最低，超負(fù)荷運(yùn)行與低負(fù)荷運(yùn)行都將導(dǎo)致煤耗上升。電廠實(shí)際運(yùn)行中大多處于滿負(fù)荷或者低負(fù)荷運(yùn)行，超負(fù)荷運(yùn)行的范圍與時(shí)間對(duì)最終煤耗下降程度影響不大，因此此處不深入討論。因此可以認(rèn)為，隨著負(fù)荷的降低，供電煤耗呈上升趨勢(shì)。在這方面，許多學(xué)者結(jié)合電廠實(shí)際運(yùn)行進(jìn)行了大量可靠的測(cè)量，結(jié)果表明：機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷越高，煤耗越小，并且機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷增大，鍋爐效率增高，汽輪機(jī)熱耗減小，供電煤耗減小。

（二）廠用電率二氧化碳排放量的影響。

廠用電率是指燃煤發(fā)電機(jī)組電力生產(chǎn)過(guò)程中所必需的自用電量所占發(fā)電量的百分比。綜合廠用電率=（發(fā)電機(jī)有功電量一上網(wǎng)電量）/發(fā)電機(jī)有功電量一般情況下，廠用電率約占機(jī)組容量的5-10%，而廠用電主要消耗在汽機(jī)系統(tǒng)的輔機(jī)、脫硫設(shè)備、脫硝設(shè)備、脫碳設(shè)備和除塵設(shè)備等輔助系統(tǒng)上。廠用電率越高，廠用耗電量越大，上網(wǎng)電量越少，發(fā)電煤耗上升。因此，在考慮脫硫設(shè)備、脫硝設(shè)備等由于電耗對(duì)產(chǎn)生的二氧化碳排放量大小的影響時(shí)，可將廠用電率作為影響指標(biāo)之一進(jìn)行考慮。

（三）脫硫劑對(duì)二氧化碳排放量的影響。

作為脫硫反應(yīng)的主要參與反應(yīng)物，脫硫劑消耗量的變化會(huì)給二氧化碳排放帶來(lái)較大影響。目前電廠大多使用鈣基脫硫劑，如石灰石等。在計(jì)算脫硫過(guò)程二氧化碳排放時(shí)，真正參與反應(yīng)的是石灰石中的碳酸鈣（CaC03），因此石灰石中的CaCO2含量以及脫硫效率是影響CO2排放的重要因素。通過(guò)改進(jìn)脫硫工藝和改善脫硫劑的性能可以提高脫硫效率。因此脫硫劑品種的選擇和改善脫硫劑的性能成為日益關(guān)注的焦點(diǎn)。脫硫劑利用率低會(huì)帶來(lái)兩方面的問(wèn)題：一是脫硫劑耗量增大、煤渣量增大，這將增加二氧化碳的直接排放量;二是影響現(xiàn)有除塵設(shè)備的正常運(yùn)行，這都將會(huì)明顯增加發(fā)電成本，同時(shí)，這將增加二氧化碳的間接排放量。

2燃煤電廠CO2排放指標(biāo)分配

排放績(jī)效是指單位經(jīng)濟(jì)活動(dòng)排放的污染物數(shù)量或者是排放強(qiáng)度，是貫穿于排放標(biāo)準(zhǔn)、總量分配、發(fā)電績(jī)效、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)、排污權(quán)交易中的環(huán)境管理鏈條的新機(jī)制。排放績(jī)效的引入，核心是在電力行業(yè)建立一種污染防治新機(jī)制，協(xié)調(diào)電力發(fā)展與污染減排的關(guān)系，促進(jìn)清潔電力機(jī)制的形成。因此，將排放績(jī)效作為衡量電廠經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的污染排放指標(biāo)，采用排放績(jī)效標(biāo)準(zhǔn)對(duì)燃煤電廠CO2的允許排放量進(jìn)行分配。其首要工作是確定未來(lái)電廠的排放控制目標(biāo)和績(jī)效標(biāo)準(zhǔn)值，然后按照電廠的發(fā)電量來(lái)確定電廠未來(lái)的排放指標(biāo)，具體步驟如下。（1）預(yù)測(cè)控制目標(biāo)年燃煤電廠發(fā)電量Gaera。結(jié)合地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、用電發(fā)展情況預(yù)測(cè)控制目標(biāo)年的電廠發(fā)電量Gaera。（2）確定控制目標(biāo)年電廠CO2排放總量Eaera。首先在滿足上級(jí)環(huán)保部門(mén)的要求下，確定地區(qū)控制目標(biāo)年CO2排放總量。在確定地區(qū)CO2排放總量之后，要根據(jù)地區(qū)電力行業(yè)的發(fā)展情況，確定電廠CO2排放量在地區(qū)排放量中的比例。（3）確定電廠CO2排放績(jī)效標(biāo)準(zhǔn)GPSaera。在確定目標(biāo)年電廠CO2排放量和發(fā)電量后，就可以得到控制目標(biāo)年的排放績(jī)效標(biāo)準(zhǔn)。

3碳敏感性計(jì)算模型

機(jī)組運(yùn)行參數(shù)分為可控運(yùn)行參數(shù)和不可控運(yùn)行參數(shù)2種，從機(jī)組運(yùn)行角度出發(fā)研究碳減排措施，選取現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員能夠干預(yù)調(diào)整的主要可控運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行碳敏感性分析。鍋爐效率、汽輪機(jī)絕對(duì)內(nèi)效率及廠用電率對(duì)燃煤供電碳排放強(qiáng)度的影響最大，根據(jù)碳敏感性分析思路，可對(duì)影響前2個(gè)系統(tǒng)效率的主要可控運(yùn)行參數(shù)建立碳敏感性計(jì)算模型。為直觀表現(xiàn)廠用電率變化對(duì)MCO2的影響，選取廠用電量建立碳敏感性計(jì)算模型。

4煤炭固定燃燒CO2排放量計(jì)算

在煤炭固定燃燒方面，燃煤電廠可根據(jù)自己能夠獲取的工業(yè)分析數(shù)據(jù)不同的詳盡程度選擇不同的計(jì)算公式。

Wgr：煤炭固定燃燒CO2排放量（統(tǒng)計(jì)值），噸;

Wcoal：消耗的原煤量（統(tǒng)計(jì)值），噸;

Car：煤炭加權(quán)平均含碳量（加權(quán)平均，統(tǒng)計(jì)值），百分比;

Aar：煤炭灰分（加權(quán)平均，統(tǒng)計(jì)值），百分比;

q4：鍋爐固體未完全燃燒熱損失（統(tǒng)計(jì)值），百分比;

可以取廠里各機(jī)組的統(tǒng)計(jì)值，無(wú)統(tǒng)計(jì)值的可采用下列參照值：煙煤、褐煤，q4=1%;貧煤，q4=1.5%;無(wú)煙煤，q4=2.5%;劣質(zhì)無(wú)煙煤，q4=4%。

灰渣平均含碳量，即灰渣中平均含碳量占

燃煤灰量的百分比;

12：二氧化碳的摩爾質(zhì)量，無(wú)量綱;

44：碳元素的摩爾質(zhì)量，無(wú)量綱;

Qnet，ar：收到基低位發(fā)熱量，兆焦/千克;

Cheat：《省級(jí)溫室氣體清單編制指南（試行）》提供的單位熱值含碳量，噸碳/萬(wàn)億焦耳;

R：碳氧化率，由用戶提供，可選用省級(jí)清單里建議的燃煤發(fā)電鍋爐平均值98%;1000：?jiǎn)挝晦D(zhuǎn)換系數(shù)。

結(jié)語(yǔ)

實(shí)現(xiàn)燃煤電廠碳減排的前提之一就是對(duì)燃煤電廠碳排放量能準(zhǔn)確的核算。在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中各可控運(yùn)行參數(shù)常見(jiàn)的變化范圍下，鍋爐側(cè)可控運(yùn)行參數(shù)的碳敏感性在所有負(fù)荷率下都高于汽輪機(jī)側(cè)可控運(yùn)行參數(shù)的碳敏感性;排煙溫度、排煙含氧量及飛灰含碳量在高負(fù)荷率下的碳敏感性較高，過(guò)熱蒸汽壓力的碳敏感性相對(duì)于其他蒸汽參數(shù)較高，且隨負(fù)荷率升高而降低。

參考文獻(xiàn)

[1]劉煥章，常太華，劉吉臻，等.2007.電站鍋爐溫室氣體排放量的計(jì)算[J].熱能動(dòng)力工程，22（6）：665-668.

華潤(rùn)電力（滄州運(yùn)東）有限公司，河北滄州?061724