CN115015488A - 一种火力发电机组碳排放在线自动核算系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种火力发电机组碳排放在线自动核算系统及方法，通过烟气流量测量单元与原有的CEMS系统结合，通过动态计量烟气量，并同步测量烟气中CO2浓度，结合生产数据中的脱硫、生物质掺烧等数据，计算燃料燃烧产生的二氧化碳排放量M1′和系统碳排放量M，实现CO2的在线监测，与SO2、NOx等污染物的同步测量，减少人为干扰因素，保证了数据的统一性、完整性和连续性，同时减少各级管理部门对碳排放数据的核查等工作量。
Description
技术领域
本发明涉及碳排放监测技术领域，特别是涉及一种火力发电机组碳排放在线自动核算系统及方法。
背景技术
在“碳达峰、碳中和”的国际、国内大大背景下，碳排放数据的准确性、可靠性极其重要。现有的火力发电机组具有CEMS系统(污染物在线监测系统)，是对大气污染源排放的气态污染物和颗粒物进行浓度和排放总量连续监测并将信息实时传输到主管部门的装置，CEMS系统包括气态污染物监测子系统、颗粒物监测子系统、烟气参数监测子系统和数据采集处理与通讯子系统，其中，气态污染物监测子系统主要用于监测气态污染物SO2、NOx等的浓度和排放总量，而其中的CO2由于在排放烟气中的占比远大于SO2、NOx，因此相同的烟气量条件下将产生数量级的差距，无法实现碳排放在线自动核算。
目前，火力发电行业核算碳排放的主要方法为依靠人工按照《企业温室气体排放核算方法和报告指南发电设施》的计算方法进行核算后申报。但实际在碳排查的过程中发现，采用该计算方法因为人为或是设备原因，导致填报数据中入炉煤和入厂煤数据混用，自有设备校验器不满足校准要求、元素碳基准值取值不当等原因，导致碳排放数据准确性、可靠性下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种火力发电机组碳排放在线自动核算方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种火力发电机组碳排放在线自动核算方法，
在烟道中设置测量点，在测量点上设置烟气流量测量单元；
通过烟气流量测量单元检测测量点的动压，并计算烟气流速Vs，
计算烟气流量Q，
从CEMS系统中获得二氧化碳排放参数，包括二氧化碳浓度C、烟气温度ts、烟气压力P，动态计量烟气量QN，
计算燃料燃烧产生的二氧化碳排放量M1′，
判断是否存在其他的二氧化碳排放量，获得系统碳排放量M，
判断系统碳排放量M是否满足允许偏差，若满足，则生成报表，对外发送；
若系统碳排放量M的偏差不满足允许偏差，则需要对火力发电机组进行设备核查、检修，对生产数据进行核查，查找问题原因，按照规定报送碳排放数据。
优选地，所述方法还包括如下步骤：
判断电厂输出的电量中是否包括外购电力，若包括外购电力，则计算外购电力对应的二氧化碳排放量M1″，生产过程中的二氧化碳排放量M1＝M1′+M1″。
优选地，所述方法还包括如下步骤：
判断火力发电机组中的脱硫系统的类型，若为石灰石-石膏湿法脱硫工艺，则需计算脱硫过程中的二氧化碳排放量M2。
优选地，所述方法还包括如下步骤：
从所述CEMS系统获取脱硫系统参数和SO2脱除量为QSO2，根据石灰石-石膏湿法脱硫工艺的原理，计算脱硫过程中的二氧化碳排放量M2，
获取脱硫系统参数，并计算脱硫过程中产生的二氧化碳排放量M2。
优选地，所述方法还包括如下步骤：
判断火力发电机组的燃料是否包括生物质燃料，若包括，则按照温室气体核算指南相关要求计算生物质掺烧部分的二氧化碳排放量M3，并在系统碳排放量M中减去相应数值。
优选地，所述方法还包括如下步骤：
不定期开展生产数据计算对比，采用其他排放系数核算方法对系统碳排放量M进行核算，判断由上述步骤获得系统碳排放量M是否准确，若不准确，则修正允许偏差。
为了实现上述目的，本发明还采用了如下技术方案：
一种火力发电机组碳排放在线自动核算系统，包括烟气流量计算模块、CEMS系统和二氧化碳排放计算单元，
所述烟气流量计算模块用于计算烟气流量Q，包括若干烟气流量测量单元，烟道内设有若干测量点，所述烟气流量测量单元对应设置在所述测量点上，用于检测所述测量点的动压Pd；
所述CEMS系统用于获取二氧化碳排放参数，包括二氧化碳浓度C、烟气温度ts、烟气压力P，以动态计量烟气量QN；
所述二氧化碳排放计算单元用于计算燃料燃烧产生的二氧化碳排放量M1′，并判断是否存在其他的二氧化碳排放量，获得系统碳排放量M；
还包括数据比对单元，用于判断系统碳排放量M是否满足允许偏差；
还包括数据发送单元，用于在判断系统碳排放量M满足允许偏差时生成报表，对外发送；
还包括提醒单元，用于在系统碳排放量M的偏差不满足允许偏差时提示用户对火力发电机组进行设备核查、检修，对生产数据进行核查。
优选地，所述二氧化碳排放计算单元还用于判断电厂输出的电量中是否包括外购电力，并计算外购电力对应的二氧化碳排放量M1″；
所述二氧化碳排放计算单元还用于判断火力发电机组中的脱硫系统的类型，并计算脱硫过程中的二氧化碳排放量M2；
所述二氧化碳排放计算单元还用于判断火力发电机组的燃料是否包括生物质燃料，计算生物质掺烧部分的二氧化碳排放量M3，并在系统碳排放量M中减去相应数值。
优选地，系统还包括检验模块，所述检验模块用于不定期输入生产数据采用其他排放系数核算方法核算出来的系统碳排放量M，并与系统获得系统碳排放量M对比，判断是否准确，并及时修正允许偏差。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
上述技术方案中所提供的火力发电机组碳排放在线自动核算方法及系统，通过烟气流量测量单元与原有的CEMS系统结合，通过动态计量烟气量，计算，燃料燃烧产生的二氧化碳排放量M1′，实现CO2的在线监测，且可以与SO2、NOx等污染物的同步测量，减少人为干扰因素，保证了数据的统一性、完整性和连续性，同时减少各级管理部门对核查等工作量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中提供的火力发电机组碳排放在线自动核算方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如附图1所示，本发明实施例提供了一种火力发电机组碳排放在线自动核算方法，包括如下步骤：
步骤一、在烟道中设置测量点，在测量点上设置烟气流量测量单元，烟气流量测量单元用于检测测量点的动压，而测量点按照按照GB/T 16157-1996《固定污染源排期中颗粒物测定与气态污染物采样方法》中规定，根据烟道尺寸设置。烟气流量测量单元可以为矩阵式流量测量单元，其规格和测量范围满足本发明实施例的使用要求。
步骤二、通过烟气流量测量单元检测测量点的动压，并计算烟气流速Vs，
步骤三、通过烟气流量计算模块获取各个烟气流量测量单元的烟气流速Vs，并计算整个烟道的烟气流量Q，
步骤四、从CEMS系统中获得二氧化碳排放参数，包括二氧化碳浓度C、烟气温度ts、烟气压力P，动态计量烟气量QN，
步骤五、计算燃料燃烧产生的二氧化碳排放量M1′，
因二氧化碳在排放烟气中的占比远大于SO2、NOx，因此相同的烟气量条件下将产生数量级的差距，SO2、NOx的排放量在使用标气标定的条件下在可接受误差范围之内，而二氧化碳的排放量若仅使用标定而无其余手段验证，则可能存在较大差距，直接影响系统碳排放量M的核算。因此，本发明实施例先将测量计算到的烟气流量折算成标态下的动态的烟气量，而后在计算动态烟气量中的二氧化碳排放量M1′。
步骤六、判断是否存在其他的二氧化碳排放量，获得系统碳排放量M。
M1′仅为生产过程中燃料燃烧产生的二氧化碳排放量，而整个火力发电机组还可能会有其他的装置会产生二氧化碳，因此，系统碳排放量M不一定等于M1′。
具体的，
步骤6.1、判断电厂输出的电量中是否包括外购电力，若包括外购电力，则
计算外购电力对应的二氧化碳排放量M1″，生产过程中的二氧化碳排放量M1＝M′1+M1″，则此时系统碳排放量M也包括外购电力对应的二氧化碳排放量M1″。
步骤6.2、判断火力发电机组中的脱硫系统的类型，若为石灰石-石膏湿法脱硫工艺，则需计算脱硫过程中的二氧化碳排放量M2，从所述CEMS系统获取脱硫系统参数和SO2脱除量为QSO2，根据石灰石-石膏湿法脱硫工艺的原理，计算脱硫过程中的二氧化碳排放量M2，
获取脱硫系统参数，并计算脱硫过程中产生的二氧化碳排放量M2，此时，系统碳排放量M也包括脱硫过程中的二氧化碳排放量M2，若不采用该脱硫系统，则系统碳排放量M不包括M2。
步骤6.3、判断火力发电机组的燃料是否包括生物质燃料，若包括，则按照温室气体核算指南相关要求计算生物质掺烧部分的二氧化碳排放量M3，并在系统碳排放量M中减去相应数值。该计算过程为现有技术，在此不再赘述。
火力发电机组的燃料不仅包括化石燃料，有时还会包括生物质燃料，生物燃量按照现有的规范标准，属于生物固定大气中碳成长所得，所以掺烧生物质部门在碳达峰和碳中和中是不计列的，因此，在系统碳排放量M中需减去。
上述步骤6.1、6.2、6.3并没有先后顺序之分，只要在计算过程中进行相应判断并计入或减去相应的二氧化碳排放量即可。
当火力发电机组的发电量中包括外购电力，且需考虑石灰石-石膏湿法脱硫的二氧化碳排放量M2，则系统碳排放量M＝M1+M2；同时，若燃料中包括了生物质燃料，则系统碳排放量M＝M1+M2-M3。
基于上述方法，本发明实施例的系统包括烟气流量计算模块、CEMS系统和二氧化碳排放计算单元，
所述烟气流量计算模块用于计算烟气流量Q，包括若干烟气流量测量单元，烟道内设有若干测量点，所述烟气流量测量单元对应设置在所述测量点上，用于检测所述测量点的动压Pd；
所述CEMS系统用于获取二氧化碳排放参数，包括二氧化碳浓度C、烟气温度ts、烟气压力P，以动态计量烟气量QN；
所述二氧化碳排放计算单元用于计算燃料燃烧产生的二氧化碳排放量M1′，并判断是否存在其他的二氧化碳排放量，获得系统碳排放量M；
所述二氧化碳排放计算单元还用于判断电厂输出的电量中是否包括外购电力，并计算外购电力对应的二氧化碳排放量M1″；
所述二氧化碳排放计算单元还用于判断火力发电机组中的脱硫系统的类型，并计算脱硫过程中的二氧化碳排放量M2；
所述二氧化碳排放计算单元还用于判断火力发电机组的燃料是否包括生物质燃料，计算生物质掺烧部分的二氧化碳排放量M3，并在系统碳排放量M中减去相应数值。
由此获得符合按照GB/T 16157的测量要求和参照DL/T 2376的相关规定的系统碳排放量相关数据，实现了二氧化碳的在线监测，且在计算机终端设置二氧化碳排放计算单元，结合所述CEMS系统获得脱硫系统参数和SO2脱除量为QSO2等实时数据，实现不同核算边界条件下实际的系统碳排放量M。
步骤七、判断系统碳排放量M是否满足允许偏差，若满足，则生成报表，对外发送；
若系统碳排放量M的偏差不满足允许偏差，则需要对火力发电机组进行设备核查、检修，对生产数据进行核查，查找问题原因，按照规定报送碳排放数据。
本发明实施例的系统碳排放量M是在火力发电机组的各个设备正常运行，但在日常发电过程中，可能某个设备发生故障导致最终核算出来的系统碳排放量M偏离正常值。因此，若判断系统碳排放量M与正常值的偏差不满足允许偏差，则对火力发电机组进行设备核查、检修，对生产数据进行核查，查找问题原因，按照规定报送碳排放数据。允许偏差可有工作人员依据国家标准设置。
具体的，本发明实施例的系统包括数据比对单元、数据发送单元和提醒单元，数据比对单元用于判断系统碳排放量M是否满足允许偏差；数据发送单元用于在判断系统碳排放量M满足允许偏差时生成报表，对外发送；提醒单元用于在系统碳排放量M的偏差不满足允许偏差时提示用户对火力发电机组进行设备核查、检修，对生产数据进行核查，检修和核查可由工作人员进行，而后由提醒单元生成核查报告，对故障原因进行修正后，按照规定报送满足允许偏差的碳排放数据。
除此之外，本发明实施例的方法还包括对比步骤，具体为，不定期开展生产数据计算对比，采用其他排放系数核算方法对系统碳排放量M进行核算，判断由上述步骤获得系统碳排放量M是否准确，若不准确，则修正允许偏差。
具体的其他排放系数核算方法为：调用生产数据收到基碳含量，燃料燃烧量，根据发电企业温室气体核算方法与报告指南的计算方法，燃烧生成的碳排放量E燃烧(E燃烧＝M1')，
其中FCi为第i种化石燃料的消耗量，Car,i为第i种燃料的收到基碳含量，OFi为第i种化石燃量的碳氧化率。
生产数据主要对比的是燃烧燃料产生的二氧化碳排放量M1′，其他的二氧化碳排放量都是直接计算值，不存在测量CO2浓度偏差的问题，因此，采用其他排放系数核算方法对系统碳排放量M进行核算时，对比生产数据中的碳排放量即可。
对应的，本发明实施例的系统还包括检验模块，所述检验模块用于不定期输入生产数据采用其他排放系数核算方法核算出来的系统碳排放量M，并与系统获得系统碳排放量M对比，判断是否准确，并及时修正允许偏差。不定期地根据生产数据进行核算对比，可以在系统碳排放量M与正常值偏差较大时，对在线设备或运行数据进行核查提供依据，提高检修和核查效率。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种火力发电机组碳排放在线自动核算方法，其特征在于，
在烟道中设置测量点，在测量点上设置烟气流量测量单元；
通过烟气流量测量单元检测测量点的动压，并计算烟气流速Vs，
计算烟气流量Q，
从CEMS系统中获得二氧化碳排放参数，包括二氧化碳浓度C、烟气温度ts、烟气压力P，动态计量烟气量QN，
计算燃料燃烧产生的二氧化碳排放量M1′，
判断是否存在其他的二氧化碳排放量，获得系统碳排放量M，
判断系统碳排放量M是否满足允许偏差，若满足，则生成报表，对外发送；
若系统碳排放量M的偏差不满足允许偏差，则需要对火力发电机组进行设备核查、检修，对生产数据进行核查，查找问题原因，对问题进行修正后，按照规定报送满足允许偏差的碳排放数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
判断电厂输出的电量中是否包括外购电力，若包括外购电力，则计算外购电力对应的二氧化碳排放量M1”，生产过程中的二氧化碳排放量M1＝M1'+M1”。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
判断火力发电机组中的脱硫系统的类型，若为石灰石-石膏湿法脱硫工艺，则需计算脱硫过程中的二氧化碳排放量M2。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
从所述CEMS系统获取脱硫系统参数和SO2脱除量为
根据石灰石-石膏湿法脱硫工艺的原理，计算脱硫过程中的二氧化碳排放量M2，
获取脱硫系统参数，并计算脱硫过程中产生的二氧化碳排放量M2。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
判断火力发电机组的燃料是否包括生物质燃料，若包括，则按照温室气体核算指南相关要求计算生物质掺烧部分的二氧化碳排放量M3，并在系统碳排放量M中减去相应数值。
6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
不定期开展生产数据计算对比，采用其他排放系数核算方法对系统碳排放量M进行核算，判断由上述步骤获得系统碳排放量M是否准确，若不准确，则修正允许偏差。
7.一种火力发电机组碳排放在线自动核算系统，其特征在于，包括烟气流量计算模块、CEMS系统和二氧化碳排放计算单元，
所述烟气流量计算模块用于计算烟气流量Q，包括若干烟气流量测量单元，烟道内设有若干测量点，所述烟气流量测量单元对应设置在所述测量点上，用于检测所述测量点的动压Pd；
所述CEMS系统用于获取二氧化碳排放参数，包括二氧化碳浓度C、烟气温度ts、烟气压力P，以动态计量烟气量QN；
所述二氧化碳排放计算单元用于计算燃料燃烧产生的二氧化碳排放量M1′，并判断是否存在其他的二氧化碳排放量，获得系统碳排放量M；
还包括数据比对单元，用于判断系统碳排放量M是否满足允许偏差；
还包括数据发送单元，用于在判断系统碳排放量M满足允许偏差时生成报表，对外发送；
还包括提醒单元，用于在系统碳排放量M的偏差不满足允许偏差时提示用户对火力发电机组进行设备核查、检修，对生产数据进行核查。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述二氧化碳排放计算单元还用于判断电厂输出的电量中是否包括外购电力，并计算外购电力对应的二氧化碳排放量M1″；
所述二氧化碳排放计算单元还用于判断火力发电机组中的脱硫系统的类型，并计算脱硫过程中的二氧化碳排放量M2；
所述二氧化碳排放计算单元还用于判断火力发电机组的燃料是否包括生物质燃料，计算生物质掺烧部分的二氧化碳排放量M3，并在系统碳排放量M中减去相应数值。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，
还包括检验模块，所述检验模块用于不定期输入生产数据采用其他排放系数核算方法核算出来的系统碳排放量M，并与系统获得系统碳排放量M对比，判断是否准确，并及时修正允许偏差。
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