燃煤電廠碳排放對可控運行參數變化的敏感性分析

劉士勖

摘要：經濟的發展，城市化進程的加快，人們對電能的需求也逐漸增加。電力行業中燃煤電廠的碳排放量巨大，是進行碳減排的重點對象之一。歐盟等發達地區已開始采用碳排放交易機制來激勵高碳排放企業主動進行碳減排，我國也正逐步建立完善的碳交易市場及相關法律機制，探索制定碳稅政策。本文就燃煤電廠碳排放對可控運行參數變化的敏感性展開探討。

關鍵詞：燃煤電廠;碳排放;敏感性分析;可控運行參數

1燃煤電廠二氧化碳排放量影響因素分析

（一）供電煤耗對二氧化碳排放量的影響。

燃煤電廠在運行時要消耗大量的煤，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準煤耗，它是指火力發電廠每向外提供1kWh電能平均耗用的標準煤量（單位：g/kWh）。理論上在設計負荷下運行時電廠煤耗最低，超負荷運行與低負荷運行都將導致煤耗上升。電廠實際運行中大多處于滿負荷或者低負荷運行，超負荷運行的范圍與時間對最終煤耗下降程度影響不大，因此此處不深入討論。因此可以認為，隨著負荷的降低，供電煤耗呈上升趨勢。在這方面，許多學者結合電廠實際運行進行了大量可靠的測量，結果表明：機組運行負荷越高，煤耗越小，并且機組運行負荷增大，鍋爐效率增高，汽輪機熱耗減小，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電機組電力生產過程中所必需的自用電量所占發電量的百分比。綜合廠用電率=（發電機有功電量一上網電量）/發電機有功電量一般情況下，廠用電率約占機組容量的5-10%，而廠用電主要消耗在汽機系統的輔機、脫硫設備、脫硝設備、脫碳設備和除塵設備等輔助系統上。廠用電率越高，廠用耗電量越大，上網電量越少，發電煤耗上升。因此，在考慮脫硫設備、脫硝設備等由于電耗對產生的二氧化碳排放量大小的影響時，可將廠用電率作為影響指標之一進行考慮。

（三）脫硫劑對二氧化碳排放量的影響。

作為脫硫反應的主要參與反應物，脫硫劑消耗量的變化會給二氧化碳排放帶來較大影響。目前電廠大多使用鈣基脫硫劑，如石灰石等。在計算脫硫過程二氧化碳排放時，真正參與反應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。通過改進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注的焦點。脫硫劑利用率低會帶來兩方面的問題：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;二是影響現有除塵設備的正常運行，這都將會明顯增加發電成本，同時，這將增加二氧化碳的間接排放量。

2燃煤電廠CO2排放指標分配

排放績效是指單位經濟活動排放的污染物數量或者是排放強度，是貫穿于排放標準、總量分配、發電績效、競價上網、排污權交易中的環境管理鏈條的新機制。排放績效的引入，核心是在電力行業建立一種污染防治新機制，協調電力發展與污染減排的關系，促進清潔電力機制的形成。因此，將排放績效作為衡量電廠經濟活動的污染排放指標，采用排放績效標準對燃煤電廠CO2的允許排放量進行分配。其首要工作是確定未來電廠的排放控制目標和績效標準值，然后按照電廠的發電量來確定電廠未來的排放指標，具體步驟如下。（1）預測控制目標年燃煤電廠發電量Gaera。結合地區經濟發展水平、用電發展情況預測控制目標年的電廠發電量Gaera。（2）確定控制目標年電廠CO2排放總量Eaera。首先在滿足上級環保部門的要求下，確定地區控制目標年CO2排放總量。在確定地區CO2排放總量之后，要根據地區電力行業的發展情況，確定電廠CO2排放量在地區排放量中的比例。（3）確定電廠CO2排放績效標準GPSaera。在確定目標年電廠CO2排放量和發電量后，就可以得到控制目標年的排放績效標準。

3碳敏感性計算模型

機組運行參數分為可控運行參數和不可控運行參數2種，從機組運行角度出發研究碳減排措施，選取現場運行人員能夠干預調整的主要可控運行參數進行碳敏感性分析。鍋爐效率、汽輪機絕對內效率及廠用電率對燃煤供電碳排放強度的影響最大，根據碳敏感性分析思路，可對影響前2個系統效率的主要可控運行參數建立碳敏感性計算模型。為直觀表現廠用電率變化對MCO2的影響，選取廠用電量建立碳敏感性計算模型。

4煤炭固定燃燒CO2排放量計算

在煤炭固定燃燒方面，燃煤電廠可根據自己能夠獲取的工業分析數據不同的詳盡程度選擇不同的計算公式。

Wgr：煤炭固定燃燒CO2排放量（統計值），噸;

Wcoal：消耗的原煤量（統計值），噸;

Car：煤炭加權平均含碳量（加權平均，統計值），百分比;

Aar：煤炭灰分（加權平均，統計值），百分比;

q4：鍋爐固體未完全燃燒熱損失（統計值），百分比;

可以取廠里各機組的統計值，無統計值的可采用下列參照值：煙煤、褐煤，q4=1%;貧煤，q4=1.5%;無煙煤，q4=2.5%;劣質無煙煤，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量，無量綱;

44：碳元素的摩爾質量，無量綱;

Qnet，ar：收到基低位發熱量，兆焦/千克;

Cheat：《省級溫室氣體清單編制指南（試行）》提供的單位熱值含碳量，噸碳/萬億焦耳;

R：碳氧化率，由用戶提供，可選用省級清單里建議的燃煤發電鍋爐平均值98%;1000：單位轉換系數。

結語

實現燃煤電廠碳減排的前提之一就是對燃煤電廠碳排放量能準確的核算。在機組實際運行中各可控運行參數常見的變化范圍下，鍋爐側可控運行參數的碳敏感性在所有負荷率下都高于汽輪機側可控運行參數的碳敏感性;排煙溫度、排煙含氧量及飛灰含碳量在高負荷率下的碳敏感性較高，過熱蒸汽壓力的碳敏感性相對于其他蒸汽參數較高，且隨負荷率升高而降低。

參考文獻

[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算[J].熱能動力工程，22（6）：665-668.

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