CN108205047A - 一种锅炉温室气体排放的监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锅炉温室气体排放的监测方法及系统。锅炉温室气体排放监测方法的步骤包括：确定与锅炉温室气体直接排放量和间接排放量相关的指标参数；确定监测点并测试锅炉的指标参数；根据测试得到的上述指标参数，计算锅炉温室气体排放量。本发明还涉及一种锅炉温室气体排放的监测系统，包括燃料参数采集模块、烟气参数采集模块、锅炉辅机参数采集模块和运算显示模块，计算出的锅炉温室气体排放结果会在运算显示模块的界面中显示。本发明可准确、便捷地计算出锅炉的温室气体排放量，避免了因估算手段的不同而导致计算结果出现偏差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及温室气体排放的监测及计算，尤其是涉及一种锅炉温室气体排放的监测方法及系统，属于节能减排技术领域。
背景技术
我国温室气体排放居于世界首位，发展低碳经济与可持续发展经济已势在必行。2009年，我国确定了控制温室气体排放的行动目标，明确至2020年全国单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40％～45％。我国的锅炉是温室气体排放大户，统计数据显示，仅是工业锅炉每年燃煤4～5亿吨，每年排放CO2约1.64亿吨。为了控制锅炉温室气体的排放，有效地对锅炉温室气体排放进行监测统计是一个很重要的课题。现阶段，我国大部分锅炉实现了对SO2、NOx等酸性气体以及衡量燃烧效率的CO和粉尘的监测，但对温室气体的监测较少。目前也缺乏统一、规范的关于锅炉温室气体排放的测算、监测、统计及考核的方法和标准。当前采用的温室气体排放总量和绩效数据多以估算为主，计算结果容易出现偏差。同时，针对锅炉温室气体排放的计算工具缺失，导致运算效率较低、经济成本与时间成本增加。温室气体监测与统计手段的不足，直接影响到温室气体减排手段实施效果的评估。
CN102803847A公开了一种确定锅炉系统二氧化碳排放量的方法，该方法采用能量平衡法，需要计算蒸汽在各种状态时的能量，计算过程繁杂，不便于操作；而且该方法未考虑到锅炉辅机的能量消耗引起的二氧化碳排放量，即未能从整个系统的生命周期出发进行考虑，计算结果不科学。
因此，有必要开发一种锅炉温室气体排放的监测方法及系统来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种锅炉温室气体排放的监测方法，以解决现有技术中的锅炉温室气体排放的统计结果容易出现偏差、运算效率低等问题。
为了解决上述问题，本发明公开了一种锅炉温室气体排放的监测方法，包括以下步骤：
一种锅炉温室气体排放的监测方法，包括以下步骤：
步骤一：确定与锅炉温室气体直接排放量和间接排放量相关的指标参数，所述指标参数包括燃料参数、烟气参数及锅炉辅机参数；确定具体的参数数值能保证计算过程的标准性和统一性，可消除估算数值带来的偏差；
步骤二：确定监测点，测试锅炉的指标参数，其中，燃料参数可在燃料入炉前取样并使用燃料衡器称重后再通过元素分析确定，烟气参数可通过在监测点设置的烟气分析仪确定，锅炉辅机参数可通过读取电表或采用电力分析仪测试确定；
步骤三：根据测试得到的上述指标参数，计算锅炉温室气体排放量，包括锅炉温室气体直接排放量和锅炉辅机耗电引起的间接排放量。锅炉温室气体的排放量不仅应该考虑直接排放量，也应考虑锅炉辅机耗电引起的间接排放量，这对总体的锅炉温室气体的能耗及排放量才有一个比较科学、比较全面的参考意义。
进一步地，所述燃料参数至少包括基元素Car、Har、Oar、Nar、Sar，基水分Mar、基灰分Aar的含量，燃料热值以及单位时间的燃料消耗量；所述烟气参数至少包括烟气中O2、CO2、CO、H2、SO2的浓度以及过量空气系数；所述锅炉辅机参数至少包括水泵、风机的耗电量以及电力排放因子。
进一步地，所述燃料为煤，所述燃料衡器的精度不低于0.5级。
进一步地，步骤三中所述的锅炉温室气体排放量的计算过程如下：
(一)确定温室气体直接排放量，直接排放量的计算公式为：
直接排放量＝锅炉燃烧产生烟气量×温室气体体积含量×温室效应潜能值
锅炉产生的温室气体一般只有CO2，而CO2对应的温室效应潜能值为1，因此，直接排放量＝锅炉燃烧产生烟气量×CO2体积含量；
计算直接排放量时，锅炉烟气中CO2体积含量通过烟气分析仪监测得到；锅炉燃料燃烧产生的烟气量以烟气分析为主变量，与燃料特性系数建立方程计算得到；锅炉燃料产生的烟气量的计算根据公式(1)：
根据燃煤的化学计算，得到的烟气成分与燃料特性系数之间的关系：
21＝RO2+O2+0.605CO+β(RO2+CO) (2)
Car、Har、Oar、Nar、Sar、Mar和Aar之间的相关关系的方程如下：
Car+Har+Oar+Nar+Sar+Mar+Aar＝100 (8)
kOar＝-0.95042kCar+89.122 (9)
方程(5)、(6)、(7)中：
其中，各符号的含义如下：
Vy—锅炉燃料燃烧产生的烟气量；
—烟气中二氧化碳的体积含量；
CO2—烟气中二氧化碳的体积分数；
RO2—烟气中的三原子气体的体积分数，主要包括二氧化碳和二氧化硫；
O2—烟气中的氧气的体积分数；
CO—烟气中的一氧化碳的体积分数；
β—燃料的特性系数；
Car、Har、Oar、Nar、Sar、Mar和Aar—分别为燃料的收到基碳含量、氢含量、氧含量、氮含量、硫含量、基水分和基灰分；
M—燃料的燃料量；
Vk—燃料所需的空气量；
α—燃烧的空气过量系数；
(二)确定温室气体间接排放量，间接排放量的计算公式为：
间接排放量＝辅机电力使用量×电力排放因子
其中，电力排放因子从当年国家发改委发布的《中国区域电网基准线排放因子》获取。
(三)确定锅炉温室气体排放量，计算公式为：
锅炉温室气体排放量＝直接排放量+间接排放量。
本发明的目的之二是提供一种锅炉温室气体排放的监测系统，包括以下模块：燃料参数采集模块、烟气参数采集模块、锅炉辅机参数采集模块和运算显示模块；
所述燃料参数采集模块用于采集燃料的参数，具体可在燃料入炉前取样并使用燃料衡器称重后再通过元素分析确定；
所述烟气采集模块用于采集烟气的参数，具体可通过在监测点设置的烟气分析仪测试确定；
所述锅炉辅机参数采集模块用于采集锅炉辅机的参数，具体可通过读取电表或采用电力分析仪测试确定；
所述运算显示模块根据上述采集到的燃料参数、烟气参数和锅炉辅机参数计算出锅炉温室气体排放量，其中包括锅炉温室气体直接排放量和锅炉辅机耗电引起的间接排放量。
进一步地，所述燃料参数至少包括基元素Car、Har、Oar、Nar、Sar，基水分Mar、基灰分Aar的含量，燃料热值以及单位时间的燃料消耗量；所述烟气参数至少包括烟气中O2、CO2、CO、H2、SO2的浓度以及过量空气系数；所述锅炉辅机参数至少包括水泵、风机的耗电量以及电力排放因子。
进一步地，所述燃料为煤，所述燃料衡器的精度不低于0.5级。
进一步地，所述运算显示模块包括上述的锅炉温室气体排放量的计算过程。
与现有技术相比，本发明可准确、便捷地计算出锅炉的温室气体排放量，避免了因估算手段的不同而导致计算结果出现偏差的问题。同时，根据上述监测方法开发的监测计算系统，可以快速直接得到锅炉的温室气体排放结果，提高了运算效率，节约经济成本和时间成本。
附图说明
图1是锅炉系统各部件及测点布置示意图。
图2是锅炉温室气体排放监测系统的运算界面图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。
本发明提供了一种锅炉温室气体排放的监测方法及系统，能准确、快速地监测与计算出锅炉温室气体的排放量。下面以15台企业的在用锅炉为例详细说明其计算过程。
参见图1，锅炉系统各主要组成部件分别为：炉膛1、蒸汽压力表2、蒸汽管道3、烟气通道4、烟囱5、排渣口6、给水管7、给水压力表8、风机9。烟气分析仪的测点布置在烟气通道4中，电力分析仪的测点布置在辅机的配电柜。
锅炉温室气体排放监测方法的步骤包括：
(1)确定与锅炉温室气体排放量相关的指标参数，气体排放量包括直接排放量和间接排放量。
上述指标参数主要包括与锅炉温室气体直接排放量的指标参数和与锅炉温室气体间接排放量的指标参数。与锅炉温室气体直接排放量相关的参数：燃料特性参数，包括燃料的各基元素的含量，包括Car、Har、Oar、Nar、Sar，燃料的基水分Mar、基灰分Aar的含量，燃料热值及单位时间的燃料消耗量；烟气参数，包括烟气中O2、CO2、CO、H2、SO2的浓度和过量空气系数。与锅炉温室气体间接排放量相关的参数：锅炉辅机的耗电量和电力排放因子，锅炉辅机一般至少包括水泵、风机等用电设备。
(2)确定监测点，测试锅炉的指标参数，包括燃料参数、烟气参数及锅炉辅机耗电量的参数。
测试方法具体如下：
①燃料参数的测试：入炉的原煤先进行取样，再使用燃料衡器对原煤进行称重(衡器的精度不低于0.5级)；
②烟气参数的测试：烟气参数和过量空气系数可以通过放置在各监测点的烟气分析仪进行监测获得；
③锅炉辅机耗电量参数的测试：可通过读取电表的数据直接获得各辅机的耗电量或使用电力分析仪进行监测来获得各辅机的耗电量。
(3)根据测试的参数值代入方程来计算锅炉温室气体的直接排放量和间接排放量，包括烟气二氧化碳排放量和点折算碳排放量。
计算过程如下：
①锅炉温室气体的总排放量公式：
锅炉温室气体的排放量＝直接排放量+间接排放量
②直接排放量的方程：
直接排放量＝锅炉燃烧产生烟气量×温室气体体积含量×温室效应潜能值
锅炉产生的温室气体一般只有CO2，而CO2对应的温室效应潜能值为1，因此直接排放量＝锅炉燃烧产生烟气量×CO2体积含量。
计算直接排放量时，锅炉烟气中CO2体积含量通过烟气分析仪监测得到；锅炉燃料燃烧产生的烟气量以烟气分析为主变量，与燃料特性系数建立方程计算得到。锅炉燃料产生的烟气量的计算根据公式(1)：
根据燃煤的化学计算，得到的烟气成分与燃料特性系数之间的关系：
21＝RO2+O2+0.605CO+β(RO2+CO) (2)
在已知烟气中的氧气、二氧化硫和一氧化碳的条件下，只需得到Car、Har、Oar、Nar和Sar就可得到烟气中二氧化碳的体积分数。
Car、Har、Oar、Nar、Sar、Mar和Aar之间的相关关系的方程如下：
Car+Har+Oar+Nar+Sar+Mar+Aar＝100 (8)
kOar＝-0.95042kCar+89.122 (9)
方程(5)、(6)、(7)中：
其中，各符号的含义如下：
Vy—燃料燃烧产生的烟气量；
—烟气中二氧化碳的体积含量；
CO2—烟气中二氧化碳的体积分数；
RO2—烟气中的三原子气体的体积分数，主要包括二氧化碳和二氧化硫；
O2—烟气中的氧气的体积分数；
CO—烟气中的一氧化碳的体积分数；
β—燃料的特性系数；
Car、Har、Oar、Nar、Sar、Mar和Aar—分别为燃料的收到基碳含量、氢含量、氧含量、氮含量、硫含量、基水分和基灰分；
M—燃料的燃料量；
Vk—燃料所需的空气量；
α—燃烧的空气过量系数。
③间接排放量的公式：
间接排放量＝电力使用量×电力排放因子
其中，电力排放因子从当年国家发改委发布的《中国区域电网基准线排放因子》获取。
本发明还公开了一种基于上述温室气体排放监测方法的监测系统，在计算锅炉温室气体排放量时，可使用设有实现上述计算方法的监测系统，以提高运算效率和直观性。该系统包括燃料参数采集模块、烟气参数采集模块、锅炉辅机参数采集模块和运算显示模块；所述燃料参数采集模块用于采集燃料的参数，具体可在燃料入炉前取样并使用燃料衡器称重后再通过元素分析确定；所述烟气采集模块用于采集烟气的参数，具体可通过在监测点设置的烟气分析仪测试确定；所述锅炉辅机参数采集模块用于采集锅炉辅机的参数，具体可通过读取电表或采用电力分析仪测试确定；所述运算显示模块根据上述采集到的燃料参数、烟气参数和锅炉辅机参数计算出锅炉温室气体排放量，其中包括锅炉温室气体直接排放量和锅炉辅机耗电引起的间接排放量。监测系统可根据指标测试结果进行快捷、准确运算，并将温室气体排放结果显示在运算显示模块中，参见图2。
以15台企业的在用锅炉为例，监测并计算锅炉的温室气体排放，并与《IPCC国家温室气体清单指南》(简称IPCC)计算结果相比较。目前国际上通用的温室气体排放的量化方法是IPCC。
IPCC可以通过公式CO2排放量＝活动数据×排放因子来估算出锅炉的温室气体排放量。两种方法得到的结果对比见表1。
表1两种方法得到的结果对比
| 锅炉编号 | 锅炉型号 | kgCO2(监测法) | kgCO2(IPCC量化法) | 偏差 |
| 1 | DGS-50/3.82-G1 | 21811.63 | 21485.44 | 1.52％ |
| 2 | DGS-50/3.82-G1 | 21503.07 | 21767.13 | -1.21％ |
| 3 | SZL-1.25-AⅡ | 3102.40 | 3073.70 | 0.93％ |
| 4 | SZL8-1.25-AⅡ | 1787.76 | 1908.92 | -6.35％ |
| 5 | SZL-1.25-AⅡ | 3811.91 | 3678.59 | 3.62％ |
| 6 | HG1021/18.2—YM3 | 348616.70 | 365677.95 | -4.67％ |
| 7 | HG1021/18.2—YM3 | 309871.65 | 302103.07 | 2.57％ |
| 8 | HG1021/18.2—YM3 | 304271.63 | 307151.72 | -0.94％ |
| 9 | HG1021/18.2—YM3 | 355671.27 | 380187.41 | -6.45％ |
| 10 | SZL8-1.25-AⅡ | 1720.57 | 1849.26 | -6.96％ |
| 11 | SZL6-1.25-T | 1396.22 | 1531.26 | -8.82％ |
| 12 | DZL4.5-1.25-M | 1087.43 | 1149.85 | -5.43％ |
| 13 | DZG4-1.25-M.A | 1372.91 | 1370.53 | 0.17％ |
| 14 | YWW-3500BMF | 728.26 | 917.42 | -20.62％ |
| 15 | DZL4.5-1.25-M | 438.94 | 486.48 | -9.77％ |
从表1可以看出，本发明的监测法与IPCC量化法得出的结果总体偏差不大，但监测法得到的数据大部分比IPCC量化法得到的数据偏小，是因为IPCC中燃料热值排放因子的缺省值通常比实际情况要偏大。而14号锅炉偏差较大，是因为IPCC量化法采用的燃料热值排放因子的缺省值与14号锅炉的实际情况相差较大。
实践表明，本发明通过对锅炉温室气体排放的监测，可科学地计算出锅炉的温室气体排放，提高了准确性；同时结合根据该方法开发的监测系统，可以快速直接地得到锅炉的温室气体排放结果，提高了运算的效率。
以上结合具体实施例仅为了解释本发明的原理，仅为示例性的。本发明并不局限于上述实施例，并且能够在不脱离本发明的保护范围内进行各种修改和改变。
Claims (8)
1.一种锅炉温室气体排放的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：确定与锅炉温室气体直接排放量和间接排放量相关的指标参数，所述指标参数包括燃料参数、烟气参数及锅炉辅机参数；
步骤二：确定监测点，测试锅炉的指标参数，其中，燃料参数可在燃料入炉前取样并使用燃料衡器称重后再通过元素分析确定，烟气参数可通过在监测点设置的烟气分析仪确定，锅炉辅机参数可通过读取电表或采用电力分析仪测试确定；
步骤三：根据测试得到的上述指标参数，计算锅炉温室气体排放量，包括锅炉温室气体直接排放量和锅炉辅机耗电引起的间接排放量。
2.根据权利要求1所述的锅炉温室气体排放的监测方法，其特征在于，所述燃料参数至少包括基元素Car、Har、Oar、Nar、Sar，基水分Mar、基灰分Aar的含量，燃料热值以及单位时间的燃料消耗量；所述烟气参数至少包括烟气中O2、CO2、CO、H2、SO2的浓度以及过量空气系数；所述锅炉辅机参数至少包括水泵、风机的耗电量以及电力排放因子。
3.根据权利要求1所述的锅炉温室气体排放的监测方法，其特征在于，所述燃料为煤，所述燃料衡器的精度不低于0.5级。
4.根据权利要求1所述的锅炉温室气体排放的监测方法，其特征在于，步骤三中所述的锅炉温室气体排放量的计算过程如下：
(一)确定温室气体直接排放量，直接排放量的计算公式为：
直接排放量＝锅炉燃烧产生烟气量×温室气体体积含量×温室效应潜能值锅炉产生的温室气体一般只有CO2，而CO2对应的温室效应潜能值为1，因此
直接排放量＝锅炉燃烧产生烟气量×CO2体积含量；
计算直接排放量时，锅炉烟气中CO2体积含量通过烟气分析仪监测得到；锅炉燃料燃烧产生的烟气量以烟气分析为主变量，与燃料特性系数建立方程计算得到；锅炉燃料产生的烟气量的计算根据公式(1)：
根据燃煤的化学计算，得到的烟气成分与燃料特性系数之间的关系：
21＝RO2+O2+0.605CO+β(RO2+CO) (2)
Car、Har、Oar、Nar、Sar、Mar和Aar之间的相关关系的方程如下：
Car+Har+Oar+Nar+Sar+Mar+Aar＝100 (8)
kOar＝-0.95042kCar+89.122 (9)
方程(5)、(6)、(7)中：
其中，各符号的含义如下：
Vy—锅炉燃料燃烧产生的烟气量；
—烟气中二氧化碳的体积含量；
CO2—烟气中二氧化碳的体积分数；
RO2—烟气中的三原子气体的体积分数，主要包括二氧化碳和二氧化硫；
O2—烟气中的氧气的体积分数；
CO—烟气中的一氧化碳的体积分数；
β—燃料的特性系数；
Car、Har、Oar、Nar、Sar、Mar和Aar—分别为燃料的收到基碳含量、氢含量、氧含量、氮含量、硫含量、基水分和基灰分；
M—燃料的燃料量；
Vk—燃料所需的空气量；
α—燃烧的空气过量系数；
(二)确定温室气体间接排放量，间接排放量的计算公式为：
间接排放量＝辅机电力使用量×电力排放因子
其中，电力排放因子从当年国家发改委发布的《中国区域电网基准线排放因子》获取；
(三)确定锅炉温室气体排放量，计算公式为：
锅炉温室气体排放量＝直接排放量+间接排放量。
5.一种锅炉温室气体排放的监测系统，包括燃料参数采集模块、烟气参数采集模块、锅炉辅机参数采集模块和运算显示模块，其特征在于：
所述燃料参数采集模块用于采集燃料的参数，具体可在燃料入炉前取样并使用燃料衡器称重后再通过元素分析确定；
所述烟气采集模块用于采集烟气的参数，具体可通过在监测点设置的烟气分析仪测试确定；
所述锅炉辅机参数采集模块用于采集锅炉辅机的参数，具体可通过读取电表或采用电力分析仪测试确定；
所述运算显示模块根据上述采集到的燃料参数、烟气参数和锅炉辅机参数计算出锅炉温室气体排放量，其中包括锅炉温室气体直接排放量和锅炉辅机耗电引起的间接排放量。
6.一种根据权利要求5所述的锅炉温室气体排放的监测系统，其特征在于：所述燃料参数至少包括基元素Car、Har、Oar、Nar、Sar，基水分Mar、基灰分Aar的含量，燃料热值以及单位时间的燃料消耗量；所述烟气参数至少包括烟气中O2、CO2、CO、H2、SO2的浓度以及过量空气系数；所述锅炉辅机参数至少包括水泵、风机的耗电量以及电力排放因子。
7.一种根据权利要求5所述的锅炉温室气体排放的监测系统，其特征在于，所述燃料为煤，所述燃料衡器的精度不低于0.5级。
8.一种根据权利要求5所述的锅炉温室气体排放的监测系统，其特征在于，所述运算显示模块包括权利要求4所述的锅炉温室气体排放量的计算过程。
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