TWI440850B - 用於測定自蒸氣產生系統排放之二氧化碳之方法 - Google Patents

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Description

用於測定自蒸氣產生系統排放之二氧化碳之方法
本發明係關於一種用於測定自用以加熱一工作流體之蒸氣產生系統排放的二氧化碳之方法。
本申請案主張2009年6月4日申請之臨時申請案61/184,136及2009年9月21日申請之臨時申請案61/244,278之優先權，該等案之全部內容係以引用之方式併入本文。
隨著全球越來越關注溫室氣體(且尤其為二氧化碳)之排放，存在對儘可能精確量化此等排放不斷增長之需求，以使作出旨在減少其等之努力。減少溫室氣體之一方法係改良既有技術使得其等更有效。然而，即使於既有技術中有最佳改良，但充其量亦導致減少約幾個百分比之溫室氣體排放。因此，重要的是用以量測排放中之此等減少量之方法係足夠精密以便可精確記錄該等減少量。若用以測定及記錄此等改良之方法具有較高不確定度，則此等改良之數值將毫無疑問會丟失。
既有技術使用煙囪中之二氧化碳及煙氣流速之量測方法或利用燃料流量之二氧化碳及燃料中之碳含量的計算方法。在該兩種情況下，流量之量測會得到顯著不確定度，其通常大於經計算之二氧化碳排放中之約7%。此對於諸如煤炭之固體燃料尤其確實。當差異係用以測定二氧化碳排放中之變化時，此較大不確定度變得更有問題。
因此，期望具有一種可精確估計自燃燒製程排放之二氧化碳之量的方法。僅於進行溫室排放物之精確量化後，才有減少此等氣體排放之各種方法效力之實際測定。
本文揭示一種方法，其包括量測進入一蒸氣產生系統之一給水第一能量；量測離開該蒸氣產生系統之一蒸氣第二能量；扣去該第一能量與該第二能量間之差異以測定由該蒸氣產生系統吸收之一總能量；將由該蒸氣產生系統吸收之該總能量除以該蒸氣產生系統之效率以測定至該蒸氣產生系統之一熱輸入；及測定由至該蒸氣產生系統之該熱輸入排放之碳。
本文亦揭示一種方法，其包括計算一鍋爐內藉由一工作流體經受物態變化時吸收之總能量；將由該鍋爐吸收之該總能量除以該鍋爐之效率以測定至該鍋爐之一熱輸入；及測定由至該鍋爐之該熱輸入排放之碳。
應瞭解雖然術語第一、第二、第三等可用於本文以描述各種元件、組件、區域、層體及/或區段，但此等元件、組件、區域、層體及/或區段不應由此等術語加以限制。此等術語僅係用以區分一元件、組件、區域、層體或區段與另一元件、組件、區域、層體或區段。因此，在不脫離本發明之教示下，以下論述之一第一元件、組件、區域、層體或區段可定義一第二元件、組件、區域、層體或區段。如本文所用，術語「及/或」包括一或多種相關列出項目之任何及所有組合。
本文所用之術語係僅為描述特定實施例，且不意欲為限制。如本文所用，單數形式「一」及「該」意欲亦包含複數形式，除非文中另有明確說明。另應瞭解當術語「包括」及/或「包含」用於本技術說明書中時，其指定存在所述特徵、區域、整體、步驟、操作、元件及/或組件，但不排除存在額外的一或多種其他特徵、區域、整體、步驟、操作、元件、組件及/或其集合。
除非另有指明，否則本文所用之所有術語(包含技術與科學術語)具有如由本發明所屬技術一般熟練者所共同瞭解之相同意思。另應瞭解諸如通用字典中所定義者之術語應視為具有與相關技術及本發明內容中之意思相一致的意思，且不應以理想化或過度正式概念理解，除非本文特意如此定義。
本文揭示一種可精確估計自一蒸氣產生系統排放之二氧化碳之量的方法。於一實施例中，該方法包括量測於一蒸氣產生系統內藉由一工作流體吸收之總能量並將該所吸收之總能量除以該蒸氣產生系統之效率以獲得總熱輸入。然後由該總熱輸入測定碳排放。
該工作流體可包括水、氨或其類似物。於一實施例中，該工作流體係水。於一例示性實施例中，該方法包括量測供應至蒸氣產生系統(例如於給水入口處)之一給水第一能量及在各點(例如於蒸氣出口處)離開該蒸氣產生系統之一蒸氣或熱水第二能量並將該第一能量減去該第二能量以提供該蒸氣產生系統中「所吸收能量」之量測。然後將此所吸收之能量除以該蒸氣產生系統之效率以測定熱輸入。接著利用該熱輸入以計算排放至環境中之二氧化碳之質量。
此方法稱為能量平衡方法，此緣於其不量測進入蒸氣產生系統中之任何直接含碳輸入，但卻估計自進入及離開該蒸氣產生系統之工作流體之流排放的碳。由於工作流體之溫度及壓力較蒸氣產生系統中經燃燒之燃料的重量或由該蒸氣產生系統產生之煙氣之量可得以更精確量測，故此方法係更精密及更精確。
能量平衡方法或熱損失方法係因其係由給水能量與蒸氣能量間(當工作流體係水)之差值及蒸氣產生系統之效率測定碳排放且不直接量測燃料輸入或氣態排出流而如此命名。能量平衡方法可精確用以測定諸如油及氣體燃燒蒸氣產生器、粉煤燃燒蒸氣產生器、循環流體化床蒸氣產生器、司爐-燃煤蒸氣產生器、起泡流體化床蒸氣產生器等之蒸氣產生器中之碳排放。用於前述蒸氣產生器之一例示性蒸氣產生系統係一鍋爐。蒸氣產生系統中所用之燃料可係煤炭、粉煤、汽油、重油、柴油及其類似物。此方法不同於即時或線上量測之相似特性其他方法之處在於其包含一空氣加熱器及量測在該熱加熱器出口處的柵格中之煙氣氧含量及煙氣溫度。此包含改善該方法之精確性且可連續測定效率。
圖1係一蒸氣產生系統100內之一鍋爐10之例示性描述。該蒸氣產生系統100將於下文稱為一鍋爐系統100。該蒸氣產生系統100係由一空氣系統、一燃料系統、一煙氣系統及一蒸氣及水系統構成。該空氣系統係由一進氣道系統構成，其包括鼓風機30、空氣預加熱器32、34及風箱及燃燒器36。此進氣道系統進一步包括一空氣預加熱器32，其在空氣進入主空氣加熱器34之前加熱空氣，該主空氣加熱器在空氣排放入燃料系統(粉碎機)、風箱及燃燒器36中之前加熱空氣。
風箱及燃燒器36係具有氣密封裝之鍋爐10的部份，燃料於其中燃燒。鍋爐10係由水冷壁18組成，於其中水煮沸為蒸氣。蒸氣及水系統包括管及用以將經燃燒之燃料與空氣之熱量傳導至水及蒸氣的熱傳表面。給水進入節熱器12中之蒸氣及水系統，其加熱給水並接著將其送至汽包14，在該汽包中令其與在熔爐水冷壁18中循環之水混合。使用自然循環或以循環泵16使水於水冷壁中循環，直至充足熱量將其轉變為蒸氣。此水蒸氣或蒸氣離開該汽包並被引至初級過熱器20，接著引至最終過熱器22。在蒸氣離開鍋爐及通向產生動力之蒸氣汽輪機或通向執行有用操作之製程之前，過熱器將溫度升至飽和溫度以上。
蒸氣減溫配置(有時稱為恒溫器)係用以控制蒸氣溫度及防止系統金屬之過熱。在此情況下，水係經噴灑於減溫器中以藉由蒸發冷卻蒸氣。將噴灑水注入二級過熱器22中，同時將主蒸氣自該二級過熱器22移除。來自鍋爐之蒸氣亦係經運輸至汽包24且係用作輔助蒸氣。當需要改善水品質時，水可以放空之形式排出。
就動力產生設施而言，可返回一部份蒸氣以予以再加熱並接著使其回至蒸氣汽輪機。蒸氣及水系統之再熱部份包括用以將其返回至蒸氣汽輪機之前升高蒸氣溫度之熱傳表面24。離開節熱器之燃燒產物稱為煙氣且其進入煙氣系統。煙氣系統包括一熱空氣品質控制系統(AQCS)，且若適用，則空氣預加熱器34之煙氣側包括一顆粒控制裝置40及可能之額外AQCS設備。因此，煙氣在經由一煙囪42允許進入大氣中之前，會行徑熱空氣品質控制系統及顆粒控制裝置40。於一些鍋爐配置中，一氣體再循環鼓風機38係用以將煙氣之一部份再循環至熔爐以改善熱傳。
燃料(例如粉煤)及空氣係經由燃燒器36引入鍋爐10中。油及氣體亦可經由燃燒器36引入風箱中以便於點燃燃料或作為主燃料。鍋爐10中產生之煙氣係用以將給水加熱為蒸氣，然後其可用以驅動一動力產生器。接著將煙氣經由一空氣加熱器34排放至一煙囪42。將由燃料燃燒產生之灰分自鍋爐10之底部去除。由鍋爐10產生之飛灰係藉由位於空氣預加熱器34或以下如示空氣預加熱器之熱側上的顆粒控制裝置40而去除。來自節熱器之灰分亦可如圖1所示得以去除。
關於圖1，鍋爐系統100包括三個主要系統，一空氣及煙氣系統，一燃料系統與蒸氣及水系統。於該空氣及煙氣系統中，空氣被引入一或多個鼓風機30，其稱為強制通風機(FD風機)並接著將其引入可將此空氣引至一空氣預加熱器34之進氣道系統。將來自此空氣預加熱器34之空氣或在該空氣預加熱器34不存在下之空氣引入風箱及燃燒器36中，其中燃料與空氣混合用於燃燒並在鍋爐10中燃燒。然後使此煙氣通過空氣預加熱器34之熱傳表面並至污染控制設備，然後排放至大氣中。
燃料系統係視鍋爐系統中燃燒之燃料類型而定。氣態燃料係最簡單的，其中氣體係直接供至燃燒器。油系統可加熱用於運輸之油或加熱用於霧化之蒸氣。固體燃料通常係在三種佈局司爐或轉動爐篦、流體化床或粉煤中燃燒。於粉煤系統中，於粉碎機中研磨煤炭至精細粉末，其中亦引入空氣以乾燥煤炭及將其送至用於燃燒之燃燒器36與鍋爐10。進入粉碎機之空氣溫度藉由混合來自空氣加熱器之熱空氣與未經加熱之空氣而受控。
於蒸氣水系統中，水首先係於節熱器12中加熱，然後將其引入汽包14，其中使水蒸氣混合物透過熔爐水冷壁循環並回至汽包14，此自液體分離蒸氣。使液體再循環至水冷壁18，而將蒸氣送至一級過熱器20用於額外的熱傳。
就超臨界鍋爐或淡水加熱器而言，不使用汽包，此因入口與出口流體間無顯著密度差異之故。將來自一級過熱器20之蒸氣送至依鍋爐源之設計的其他過熱表面。在許多情況下，蒸氣減溫器(或降溫器)係用作最終蒸氣溫度之控制。於一些單元設計中，有多於一個減溫或降溫階段。於許多鍋爐設計中，併入再熱區段。此區段獲取已用於製程中之蒸氣並於將其返回至製程之前再熱之。用於此再熱之熱傳表面係以主蒸氣過熱器於煙氣流中混合。
為測定自鍋爐排放之碳，較佳量測蒸氣之溫度及壓力。由於蒸氣之溫度與壓力可輕易及精確量測，故蒸氣或水之焓亦可精確測定。在鍋爐不同點之蒸氣的質量與焓可得以量測且可藉由使用等式Q=MH(其中M係質量，H係比焓)而用於測定蒸氣之能量。藉由測定在鍋爐不同點之蒸氣能量與進入鍋爐之給水之能量間的差異，可測定蒸氣及水所吸收之能量。鍋爐效率可藉由蒸氣及水所吸收之能量除以鍋爐中燃燒之熱量而界定。因此蒸氣及水中之能量除以鍋爐效率，可估計至鍋爐之熱輸入。至鍋爐之熱輸入可用於估計碳排放。
此章節後將有大量等式。此等等式係用於測定基於蒸氣與給水間之能量差異的碳排放。下列術語表可對讀者有用，用於確定下列等式中所用之各種術語之意思。如於下列等式中可見，有大量串在一起之術語。此等組合術語之意思可使用表1而判斷。
主要流QMS 中吸收之能量係於以下等式(1)中給出：
Q MS =(M FW -M SB -M Bd -M Aux )(H MS -H FW )　(1)，
其中MFW 係給水之質量，MSB 係吹灰蒸氣之質量，MBd 係排汙之質量，Maux 係輔助蒸氣之質量，HMS 係主蒸氣之焓，HFW 係給水之焓。給水之質量係自站儀之初始測量，其係相較冷凝物流而由脫氣器周圍之能量平衡而確定。吹灰及輔助蒸氣流之質量流量(若可用及於使用中)係準確性對該方法之總精度並非很關鍵之二次流量。排汙流量(若於使用中)亦係次要，且可藉由閥之開放及閥之流動特性而予以估計。蒸氣或水流之焓係藉由使用基於量測溫度及/或壓力之ASME蒸氣表而測定。除非於循環中使用排汙冷卻器，然後使用自該冷卻器之排出液(當其離開該循環時)，否則排汙焓係基於汽包壓力下之飽和液體。
吹灰蒸氣中吸收之能量係以下式(2)提供：
Q SB =M SB (H sb -H FW )　(2)，
其中MSB 與HFW 係如上指明且Hsb 係吹灰蒸氣之焓。
排汙蒸氣中吸收之能量係以下式(3)提供：
Q Bd =M Bd (H bd -H FW )　(3)，
其中MBd 與HFW 係如上指明且Hbd 係排汙蒸氣之焓。任何輔助蒸氣中吸收之能量係以下式(4)提供：
Q AUX =M AUX (H AUX -H FW )　(4)，
其中MAUX 與HFW 係如上指明，且HAUX 係輔助蒸氣之焓。由霧滴變為主蒸氣而吸收之能量係以下式(5)提供：
QrMSspray =MrMSspray (H MS -H MSspray )　(5)，
其中QrMSspray 與MrMSspray 分別係霧滴變為主蒸氣之能量比及霧滴變為主蒸氣之質量比，HMS 係如上指明且HMSspray 係主蒸氣霧滴之焓。再熱蒸氣中吸收之能量係以下式(6)提供：
QrRH =MrCRH (H HRH -H CRH )　(6)，
其中QrRH與MrCRH分別係再熱蒸氣之能量比與質量比且HHRH 與HCRH 分別係熱再熱蒸氣與冷再熱蒸氣之焓。冷再熱CRH之質量比係由扣除再次進入鍋爐之前高性能(HP)汽輪機中之估計洩漏率，及自汽輪機之任何抽氣量或抽空量的主蒸氣MrMS之質量流量決定。對給水加熱器之抽氣量可由該加熱器周圍之熱平衡計算得。加熱器周圍之熱平衡係由抽汽放出之能量等於給水所吸收之能量構成。由霧滴變為再熱蒸氣而吸收之能量係以下式(7)提供：
QrRHspray =MrRHspray (H HRH -HRH RHSpray )　(7)，
其中QrRHspray 與MrRHspray 係霧滴變為再熱蒸氣之焓比與質量比，HHRH 與HRHRHspray 分別係熱再熱蒸氣之焓及作為再熱蒸氣的霧滴之焓。
鍋爐中吸收之總能量可使用下式(8)計算，其中等式(1)至(7)之能量加在一起。標準化等式(5)至(7)以去除比率。
Q BLR =Q MS +Q MSspray +Q Bd +Q SB +Q AUX +Q RH +Q RHspray 　(8)，
其中QMS 、MMSspray 、QBd 、QSB 、QAUX 、QRH 及QRHspray 具有如上指明之意思。繼測定由鍋爐吸收之總能量與如根據ASME PTC 4-2008能量平衡方法測定鍋爐效率後，可使用等式(9)或(10)所示關係測定供至鍋爐之熱量。
其中等式(10)之QFIRED 係等式(9)之熱輸入，等式(10)之QBLR 係等式(9)所吸收之能量及等式(10)之ηBLR 係等式(9)之鍋爐效率。如上所指，鍋爐之效率可使用美國機械工程師協會性能試驗標準4-2008方法(ASME PTC 4)提供之計算方法而得以計算。將於以下詳細描述此方法。
瞭解到熱輸入可用於測定基於每百萬英製熱單位(BTU)之二氧化碳的重量之碳排放及經燃燒之熱輸入。碳排放可由以下等式(11)、(12)與(13)確定：
磅二氧化碳/百萬BTU　(11)，
磅二氧化碳/千瓦　(12)，及
噸二氧化碳/小時　(13)，
其中MqCO2 、MeCO2 及MteCO2 分別係以磅/BTU計之二氧化碳的質量，基於每kW之二氧化碳排放之質量及基於噸/小時之二氧化碳排放的質量，MFrCF係燃料中之碳的質量分率，MqCO2 係以磅/BTU計之二氧化碳質量及MWCO2 係二氧化碳之分子量，及QFIRED 係至蒸氣產生系統之熱輸入。其他排放物可以碳排放之相似方式而使用以下等式(14)與(15)估計：
磅Em/kw　(14)，及
Em噸/hr　(15)，
其中MeEm與MteEm分別表示以每kW計之排放物之質量及以噸/小時計之排放物之質量，且其中QFIRED 具有如上指明之相同意思。於一實施例中，等式(14)與(15)可用於估計氧化氮，二氧化硫、一氧化碳及其他排放物之量。
流至鍋爐之燃料流量可由以下等式(15a)確定：
噸/小時　(15a)
美國機械工程師協會性能試驗標準4-2008燃燒蒸氣產生器(ASME PTC4-2008)係美國國家標準學會(ANSI)為測定蒸氣產生器效率之標準。此標準定義效率為「燃料效率」並依據各種蒸氣產生器設計之定義，提供用於測定鍋爐或蒸氣產生效率之方法。該方法進一步提供兩種用以測定效率之方法，熱輸入方法與能量平衡方法。ASME燃料效率定義為輸出能對燃料中之化學能之比；輸出能定義為在蒸氣產生器邊界內未回收的工作流體所回收之能量。
本專利所述方法採用如根據ASME-PTC 4(2008)所測定之輸出能除以效率以確定燃料中燃燒之化學能(熱)。ASME PTC 4 2008方法係為使用試驗儀器之性能保證類型試驗且於試驗期間收集燃料及灰分之樣品。本文所描述之計算及估算遵循此方法，除了作出某些修飾以可線上、即時測定效率及輸出以外。標準水準試驗係意欲提供不確定度約為0.5%之水準。本專利申請案所述方法使用依據計算定期收集之燃料及灰分分析。
由於此等樣品不會在計算期間獲得，故額外的不確定度會累加至所估算之結果。於許多實例中，此不確定度係最小的，此因煤炭係來自連續源之故。工業經驗及公開報導表示此將向熱輸入導入少於0.1%之誤差。未經燃燒之碳在灰分中之碳及煙氣中之一氧化碳(CO)之濃度兩者中明顯可見。大多數工廠定期量測灰分中之碳，故此係煤炭粉碎機磨損之標示。工廠通常量測污染物之一氧化碳。碳損失參數之量值係少於1%且因此此等參數之變化通常導致對熱輸入少於0.1%之影響，即使數值變化大於10%。因此，定期取樣燃料與灰分並保存此等分析之資料庫可於測定熱輸入中取得高水準精確度。然後此歷史記錄可用於建立在結果中得到最低不確定度之分析。此分析係基於除了所接收基準以外之無水分及灰分基準而進行。接著，無水分及灰分基準可藉由更普遍水分及灰分分析而調節。
此方法亦使用灰分流中及煙氣中以一氧化碳形式之燃料與碳的分析以測定經燃燒之碳。當使用化學計量計算時，其亦可用以測定理論空氣與經修正之理論空氣。此等測定係基於磅/百萬BTU(即碳或空氣之磅數/所產生之百萬BTU)或磅/燃料磅數(即每磅所用燃料之碳或空氣之磅數)。大多數損失係基於每磅燃料之百分比損失(BTU損失/HHV)而確定。一些損失係基於總BTU損失而確定且可藉由除以燃料流量之初始估值乘以熱值而轉換為每磅燃料之百分比。損失之測定使用燃料流量之初始估值且於已確定效率時再次進行計算。
為使用ASME PTC 4方法以測定鍋爐效率，較佳進行各種因素之評估。如下所列之此等因素包括進行煤炭之最終分析(即測定煤炭之主成份，諸如碳、氫、氮、氧、硫、水分及灰分之質量百分比)、煤炭之估計分析(即測定固定碳、揮發性物質、水分、灰分及較高熱值)、估算燃燒之濕及乾產物、使用空氣加熱器入口與出口兩處之煙氣測定過量空氣含量、計算空氣加熱器入口與出口兩處之燃燒產物及煙氣組成、測定焓並計算離開空氣加熱器之煙氣經修正而於其中無洩露的溫度。分析來自蒸氣產生器之灰分或廢棄物樣品的灰分中之碳含量。或者，許多工廠使用燃燒損失(LOI)步驟以估計灰分中之碳。
煤炭之最終分析與灰分分析可測定乾廢棄物中之可燃物，測定經燃燒之碳，測定理論空氣及測定修正未燃燒之碳的理論空氣。
煤炭之最終分析與灰分分析可遵循等式(16)-(23)。等式(16)量測廢棄物中之可燃物。
CR=MpFA ×MpC FA +MpBA ×MpC BA 　(16)，
其中CR係廢棄物中之可燃物，MpFA係變為飛灰的灰分之百分比(即灰分之質量百分比)；MpCFA 係飛灰中碳之質量百分比，MpBA係底部灰分之質量百分比及MpCBA 係底部灰分中碳之質量百分比。於等式(16)中，「Mp」表示前文以指定標注之各自成份或產物的「質量百分比」。應注意藉由包含其等碳含量與等式(16)中所收集之灰分流量的百分比而包含額外的灰分源。單元中之灰分分佈通常係基於單元設計估算。就粉煤燃燒單元而言，由於引入熔爐中之燃料極細，故假設80%之灰分以飛灰之形式離開熔爐而20%落至底部。由於落至底部之大多數灰分係吹灰水冷壁引起，故灰分中幾乎無碳，且由於此樣品之收集經常十分困難(或有時不可行)，故此經常調整假定低碳值。可取得灰分之定期樣品且可對其分析碳含量。此資訊可存儲於資料庫中。最新樣品結果可用於先前計算。存儲及指向此資訊將不僅提供線上系統之資訊，而且助於觀察錯誤或無代表性之樣品。
乾廢棄物(來自燃料與未經燃燒之碳的灰分)係於等式(17)中估算，經燃燒之碳係於等式(18)中估算，理論空氣係於等式(19)與(20)中估算，且對於經燃燒之碳的理論空氣係於等式(21)至(23)中估算。乾廢棄物
其中DR係乾廢棄物，MpAsF係燃料中之灰分的質量百分比，且CR係於以上等式(16)中指明。若可適用，則來自石灰岩與SO2 之流體化床反應的固體沉澱物可用於對於總乾廢棄物之上述等式中。自PTC4之方法係以引用之方式併入參考。
經燃燒之碳之質量百分比係
其中MpCb係經燃燒之碳之質量百分比，MpCF係燃料中之碳的質量百分比，DR與CR具有如上所指明之其等通用意，思。
理論空氣可藉由以下等式(19)、(19a)及(20)確定：
MFrThA =0.1151×MpCF +0.3430×MpH 2 F +0.0431×MpSF -.0.0432×MpO 2 F (19)，
其中MFrThA係以磅空氣/磅乾基燃料計的理論空氣之質量，等式19a MFrThAw係基於濕基準之理論空氣。MpH2 F係氫之質量百分比，MpSF係硫之質量百分比及MpO2 F係氧之質量百分比。
其中MqThAf係以磅/BTU每磅燃料計之理論空氣的質量，MFrThA係以磅空氣/BTU計之理論空氣之質量且HHV係以BTU/磅計之較高熱值。
修正經燃燒的碳之理論空氣係由以下等式(21)給出：
MFrThACr =0.1151×MpCb +0.3430×MpH 2 F +0.0431×MpSF (1+.5MFrSc )-0.0432×MpO 2 F 　(21)，
其中MFrThACr係以磅/磅燃料計之修正經燃燒的碳的理論空氣，其中MFrSc係收集硫之質量分率(其對非流體化床單元通常為零)且其中MpCb、MpH2 F、MpSF及MpO2 F具有以上指明之相同意思。等式(21)可以等式(22)與(23)之形式表達
以磅/BTU計　(22)，
以莫耳/燃料質量計　(23)，
其中MqThACr與MoThACr表示以磅/BTU計之修正經燃燒之碳的理論空氣質量及莫耳數。
基於磅/百萬BTU之理論空氣係燃料最終分析之品質的良好氣壓計。對所有煙煤而言，應預期765磅/百萬BTU之以濕基準計之理論空氣(19a)為+/-2.6%(20磅/百萬BTU)。因此，無論煤炭如何變化，除非使用不同等級煤炭，否則最大變化為+/- 2.6%且自西部次煙煤至東部煙煤之變化係極不可能，即使工廠購買現貨市場煤炭。
使用以下等式(24)、(25)及(26)估計燃燒之濕及乾產物。乾產物之莫耳數可由以下等式(24)估算：
其中MoDPc係乾產物之莫耳數，MpCb、MFrSc及MpSF係如上指明，MpNf係燃料中之氮的質量百分比且MoCO2 Sb係吸收劑中之二氧化碳的莫耳數。
每莫耳乾燥空氣之水分的莫耳數係由以下等式(25)估算：
MoWA =1.608×MFrWA 　(25)，
其中MoWA表示水分之莫耳數且其中MFrWA係以磅水/磅乾燥空氣計之比濕度。燃燒之濕產物的莫耳數可由以下等式(26)估算：
其中MoWPc表示燃燒之濕產物的莫耳數，MoDPc、MpH2 F與MFrWA係如上指明。MpWF與MoWSb分別係給水之質量百分比及吹灰蒸氣中之水之莫耳數。
過量空氣含量係使用空氣加熱器入口與出口處之煙氣中所量測之百分比氧而確定。此分別係由等式(27)與(28)確定。
其中DVpO2 =基於體積乾基之百分比氧且其中Mo表示作為詞頭的術語之莫耳數，MoDPc與MoThACr係乾燥產物之莫耳數及修正經燃燒之碳的理論空氣之莫耳數。基於濕氧體積基準之過量空氣係由等式(28)表示
其中VpO2 係以濕體積基準之氧之百分比計。
在空氣加熱器入口與出口兩處之燃燒產物及煙氣組成係使用以下所列化學計量計算而確定。下標z表示位置特定資訊。組成之不同係空氣自較高壓入口向較低壓出口洩露之結果。
進入鍋爐位置z前之乾燥空氣係由下列等式(29)至(42)估算。
磅/BTU　(29)，
其中Mq表示以磅/BTU計之質量，MqDAz表示位置z處以磅/BTU計之乾燥空氣質量，MqThACr表示以磅/BTU計之每磅燃料之理論空氣磅數之質量且XpAz表示位置z處以濕氧體積基準計之過量空氣。
磅/磅燃料　(30)，
進入鍋爐位置z前之濕空氣係以等式(31)與(32)給出
MqAz =(1+MFrWA )MqDAz 磅/BTU　(31)，
MFrAz =(1+MFrWA )MFrDAz 磅/磅燃料　(32)，
其中，術語MqAz、MFrWA、MqDAz及MFrDAz係以上詳述。
來自燃料之濕氣體可由以下等式(33)確定。
磅/BTU　(33)，
其中，術語MqFgF係燃料中之濕氣體之以磅/BTU計之質量，MpAsF係燃料中之灰分的質量百分比，MpUbC係未經燃燒之碳的質量百分比，MFrSc係經收集的硫之質量分率，MpSF係燃料中硫之質量百分比。
來自燃料中之水的水分可以下列的等式(34)估計
磅/BTU　(34)，
其中，MqWF係燃料中之水以磅/BTU計之質量而MpWF係燃料中之水的質量百分比。
來自燃料中H2 燃燒的水分可以如下等式(35)估計
磅/BTU　(35)，
其中MqWH2 F係燃料中之濕氫以磅/BTU計之質量而MpH2 F係燃料中之氫之質量百分比。
來自吸收劑(若可適用，諸如針對一CFB型單元)之二氧化碳可以如下等式(36)估計
磅/BTU　(36)，
其中MqCO2 b與MFrCO2 b係分別來自吸收劑之二氧化碳以磅/BTU計之質量及二氧化碳之理論質量。
來自吸收劑之水可由如下等式(37)估計
其中MqWSb與MFrWSb係吸收劑中之水以磅/BTU計之質量及吸收劑中水之質量分率。
額外的水(若適用，來自吹灰、霧化蒸氣及其類似物)係由如下等式(38)估計
其中MFrWADz係每磅燃料燃燒所增加之水分之質量分率，MrStz係所增加之蒸氣/水之質量流速而MrF係燃料之質量流速(初始估值)。
其中MqWADz係每磅燃燒燃料所增加之水分以磅/BTU計之質量。
煙氣中之總水分係藉由將前述等式獲得之水分值求和而於等式(40)中給出，
MqWFgz =MqWF +MqWvF +MqWH 2 F +MqWSb +MqWAz +MqWADz 　(40)，
其中MqWvF係燃料中之水蒸氣以磅/BTU計之質量。燃料中之水蒸氣係存在於氣態燃料中。
以磅/BTU計之總濕煙氣重量係於等式(41)中給出，其中
MqFgz =MqDAz +MqWAz +MqFgF +MqCO 2 Sb +MqWSb +MqWADz 　(41)，
離開鍋爐之煙氣流量係於下式(42)中所示。以下等式(42)中所示之乾燥煙氣重量係由將等式(40)減去等式(41)而獲得
MqDFgz =MqFgz -MqWFgz 　(42)。
焓係如下所述測定。如於ASME PTC 4 2008公開案中詳細述之，焓係基於Joint Army Navy Air Force/North American Space Agency(JANAF/NASA)相關而確定。如於ASME PTC 4 2008中指出，參考溫度77℉可用於有效計算，JANAF等式亦參照77℉。ASME PTC 4 2008中乾燥煙氣之焓可基於15.3% CO2 、3.5% O2 、0.1% SO2 及81.1% N2 之組成。若過量空氣含量少於300%，則由於化石燃料之燃燒，因此組成之變化引起的誤差並不顯著。本專利呈現之方法使用以上陳述之ASME PTC 4相關或由煙氣之各自組份計算及基於重量組成組合。就非標準燃料而言，應使用各自組份方法且基於重量組合。
歸因於水蒸氣之焓係由以下等式(43)提供
HWv =0.4408×T +2.381E -5 ×T 2 +9.638E -9 ×T 3 -34.1　(43)，
其中HWv係水蒸氣之焓且T係以K之溫度。
蒸氣與水之焓係以下式(44)與(45)提供
HSt =0.4329×T +3.958E -5 T 2 +1062.2　(44)，
HW =T -32　(45)，
其中HSt係蒸氣之焓而HW係水之焓。
殘餘物之焓係以下式(46)提供
HRs =0.167+1.09E -4 T 2 -2.843E -8 T 3 -12.95　(46)，
其中HRs係殘餘物之焓。
乾燥煙氣之焓係以等式(47)列於以下，如
HDFg =-0.1231899E 3 +0.4065568×Tk +0.5795050E -5 Tk 2 +0.631121E -7 Tk 3 -0.2924434E -10 Tk 4 +0.2491009E -14 Tk 5 　(47)，
其中HDFg係乾燥煙氣之焓。
煙氣之焓係列於如下等式(48)中，
HFg= (1-MFrWFg )HDFg +MFrWFg ×HWv +MFrRsFg ×HRs 　(48)，
其中HFg係煙氣之焓，MFrWFg係煙氣中之水分之質量分率，MFrRsFg係煙氣中之殘餘物之質量分率且其中HDFg、HWv及HRs係以上指明。當灰分之濃度係大於15 lm/百萬BTU時，僅使用MFrRsFg。若使用之，則參見ASME PTC 4 2008以計算。
使用等式(19)、(50)與(51)對無洩漏之離開空氣加熱器之煙氣之溫度進行修正。
空氣之平均比熱係於等式(49)中所提供
BTU/磅F　(49)，
煙氣之平均比熱係列於以下等式(50)中
BTU/磅F　(50)，
其中HATFgLv係在煙氣離開溫度下之空氣之焓，HAEn係在空氣進入溫度下之空氣之焓，TAEn係空氣進入空氣加熱器之溫度，TFgLv係煙氣離開空氣加熱器之量測溫度，HFgTFgLv係在煙氣離開溫度下之煙氣之焓，HFgTFgLvCr係在煙氣離開修正溫度下之煙氣之焓，MqFgLv係離開空氣加熱器以磅/BTU計之總濕煙氣而MqFgEn係進入空氣加熱器以磅/BTU計之總濕煙氣。
由於經修正之溫度係用以確定煙氣之平均比熱，故此係迭代計算。熱電偶之電網安裝於空氣加熱器空氣進入處，其作為空氣入口溫度。測點濕度計可用以提供線上相對濕度。於大多數情況下，一氧化碳(CO)、總烴及氫濃度可忽略不計。若一些經量測或測定值顯著，則可由量測數據計算或指定得非零數值。
ASME PTC 4方法考量以下效率損失與獲取。此等損失與獲取係如下所列：
a)損失
i)　乾燥氣體損失
ii)來自燃料之水損失
(1)　因燃料中之氫燃燒形成水之損失
(2)　因燃料中之液體水之損失
(3)　因氣態燃料中之水蒸氣之損失-此損失僅用於氣態燃料而不用於固體或液體燃料。
iii)　因空氣中之水分之損失
iv)　因未經燃燒之可燃物之損失
(1)　因未經燃燒之碳之損失
(2)　因未經燃燒之氫之損失-其視情況不可用或可忽略
(3)　因一氧化碳之損失-通常忽略不計
(4)　因粉碎機廢棄物之損失-若適用可為輸入之估值
v)　因殘餘物中之可感知熱之損失
vi)　因熱空氣品質控制設備之損失-其視情況不可用
vii)　因空氣滲透之損失-若視需要可包含有熱空氣品質控制系統(AQCS)
viii)　因形成氮氧化物(NOx)之損失
ix)　因表面輻射之損失-基於ASME PTC 4程序測定BTU/時損失而做出之估值，然後將此損失歸為測定百分比之因素。
x)　因額外水分之損失
xi)　因煆燒之損失-其視情況不可用
xii)　因吸收劑中之水的損失-其視情況不可用
xiii)　因濕灰坑之損失-如根據ASME程序估算
xiv)　因回收流之損失-其視情況不可用
xv)　自冷卻水之損失-其視情況不可用
xvi)　因內部供應空氣預加熱之損失-其視情況不可用
b)獲取
i)　因進入乾燥空氣之獲取
ii)　因空氣中之水分之獲取
iii)　因燃料中之可感知熱之獲取
iv)　因硫酸鹽化之獲取-其視情況不可用
v)　因輔助設備功率之獲取-其視情況不可用
vi)　因吸收劑中之可感知熱之獲取-其視情況不可用
vii)　因藉由額外水分供應之額外能量的獲取效率損失係如下計算。
i)　以百分比表示之乾燥氣體損失
QpLDFg =100×MqDFg ×HDFgLvCr 　(52)，
其中MqDFg係以乾燥煙氣磅/BTU之重量，HDFgLvCr係乾燥煙氣在離開空氣加熱器之修正溫度下之焓。
ii)來自燃料的水之損失可分為下列三種由等式(53)、(54)及(55)決定之類別
(1)因燃料中之氫燃燒形成水之損失
QpLH 2 F =100×MqWH 2 F (HStLvCr -HW Re)　(53)，
(2)因燃料中之液體水之損失
QpLWF =100×MqWF (HStLvCr -HW Re)　(54)，
(3)因氣態燃料中之水蒸氣之損失
QpLWvF =100×MqWvF ×HWvLvCr 　(55)，
其中MqWH2 F係燃料中之H2 燃燒之水分，HStLvCr係蒸氣在離開空氣加熱器之修正溫度下之焓，HWRe係水在參考溫度下之焓，及HWvLvCr係水蒸氣在離開空氣加熱器之修正溫度下之焓。
iii)因空氣中之水分之損失，其於以下等式(56)中表示
QpLWA =100×MFrWA ×MqDA ×HWvLvCr 　(56)，
其中MFrWA係以磅水/磅乾燥空氣計之比濕度，MqDA係以磅乾燥空氣/BTU計之重量，及HWvLvCr係水蒸氣在離開空氣加熱器之修正溫度下之焓。
iv)因未經燃燒之可燃物之損失
(1)　因未經燃燒之碳之損失，其係由等式(57)確定
其中MpUbC係每磅燃料之未經燃燒之碳的質量，HHVCr係廢棄物中碳之較高熱值且係等於14,500 BTU/磅，HHV=燃料較高熱值。
(2)　因殘餘物中未經燃燒之氫的損失(偵測氫之情況下，不使用平常所呈現之等式)，其係由等式(58)確定
其中MrRs係殘餘物之質量比，MpH2 Rs係殘餘物中之H2 之百分比(針對多種流稱得質量)，HHVH2 係H2 之較高熱值，為61,100 BTU/磅，MrF係以磅/時計之燃料流量及HHV係燃料之較高熱值。
(3)　因一氧化碳之損失，其係由等式(59)確定，自效率觀點，一氧化碳通常可忽略不計，然而若存在CO監測器，則其可輕易計算
其中DVpCO係一氧化碳乾體積，MoDFg係每磅燃料之乾燥煙氣的莫耳數，MwCO係一氧化碳之分子量(28.01)，HHVCO係CO 4,347 BTU/磅之較高熱值及HHV係燃料之較高熱值。
(4)因粉碎機廢棄物之損失，其係使用等式(60)計算
其中MrPr係粉碎機廢棄物之質量比，MrF係燃料流量，HHVPr係來自實驗分析之粉碎機廢棄物之熱值，及HPr係粉碎機廢棄物之焓(使用殘餘物在研磨機出口溫度下之焓)。
(5)因未經燃燒之烴之損失，其係由等式(61)確定，未經燃燒之烴通常係可忽略量，除了在可如下計量其等之某些習知方法中以外
其中DVpHc係以乾體積%計之總烴，MoDFg係每磅燃料之乾煙氣之莫耳數，MWHc表示烴之分子量(用於分析之參照氣體的分子量通常係丙烷44.096克/莫耳)，HHVHc係所用參考氣體之較高熱值及HHV係燃料之較高熱值。
v)　因殘餘物中之可感知熱之損失，其係由等式(62)確定
QpLRs =100ΣMqRsz ×HRsz 　(62)，
其中MqRsz係在特定位置處以磅/BTU計之殘餘物而HRsz係在該位置溫度下之殘餘物之焓。
vi)　因熱空氣品質控制設備之損失，其係由等式(63)確定
QpLAq =100[MqFgEn (HFgEn -HFgLv )-(MqFgLv -MqFgEn )(HAAqLv -HALvCr )]　(63)，
其中MqFgEn係進入AQCS之以磅/BTU計之氣體質量，MqFgLv係離開AQCS以磅/BTU計之煙氣質量，HFgEn係在入口溫度下之煙氣之焓，HFgLv係在離開溫度下之煙氣之焓，HAAqLv係在離開AQCS之氣體溫度下之濕空氣之焓及HALvCr係在離開空氣加熱器之氣體修正溫度下之濕空氣之焓。
vii)因平常鍋爐出口(例如氣體節熱器出口)與空氣加熱器出口間之空氣滲透之損失，其不包含熱AQCS中之洩露之損失，其係由等式(64)確定
QpLALg =100MqALg (HALvCr-HALgEn )　(64)，
其中MqALg係進入空氣加熱器之空氣以磅/BTU計之質量，HALgEn係在空氣進入空氣加熱器之溫度下之濕空氣之焓及HALvCr係在空氣離開空氣加熱器之修正溫度下之濕空氣的焓。
viii)因形成NOx 之損失
其中DVpNOx係NOx乾體積%，MoDFg係每磅燃料之乾燥煙氣之莫耳數，MwCO係一氧化碳之分子量(28.01克/莫耳)，HrNOx係形成氮氧化物之熱量(假定形成一氧化氮之熱量為約38,600 BTU/磅而假定形成二氧化氮之熱量為約35,630 BTU/磅)及HHV係燃料之較高熱值。
ix)　因表面輻射之損失，其係由以下等式確定
使用較多的等式(66)：
Hcaz =0.2(TDi )1/3 或Hcaz =0.35VAz 0.8 　(66)，
Hraz =0.847+2.637E -3 TDi +2.94E-6 TDi 2 +1.37E -9 TDi 3 　(67)，
QpLSrc =Σ(Hcaz +Hraz )Afz (TMnAfz -TMnAz )　(68)，
及
其中Hcaz係對流熱傳係數，Hraz係輻射熱傳係數，TDi係假定為50之表面溫度-周圍溫度，除了較高習知表面以外，Vaz係假定為1.67之接近表面之空氣速度及Tdi與Vaz可就試驗及多區域而量測或其等如上所述而假定。
x)　因額外的水分之損失，其係由等式(70)與(71)確定
QrLWAd =ΣMrStz (HStLvCr -HW Re )　(70)，
xi)　因煆燒之損失，其係由等式(72)與(73)確定
QrLClh =ΣMrSbk ×MFrClhk ×Hrk 　(72)，
xii)　因吸收劑中之水之損失，其可由等式(74)與(75)確定
QrLWSb =MrWSb (HStLvCr -HW Re )　(74)，
xiii)　因濕灰坑之損失，其係由等式(76)與(77)確定
QrLAp =10000×ApAf 　(76)，
xiv)　因回收流之損失，其以下詳述為回收氣流與回收固體流。
(1)回收氣流可由等式(78)與(79)確定
QrLRyFg =MrRyFg (HFgCr-HFgEn )　(78)，
(2)回收固體流可由等式(80)與(81)確定
QrLRyRs =MrRyRs (HRsLv -HRsEn )　(80)，
xv)自冷卻水之損失，其可由等式(82)與(83)確定
QrLCw =ΣMrCwn (HWLv -HWEn )　(82)，
xvi)因內部供應空氣預加熱之損失，其可由等式(84)與(85)確定
QrLAc =MrSt 36(HW 36-HW 24)　(84)，
用於計算效率之ASME PTC 4獲取係列於以下。
i)　因進入乾燥空氣之獲取可由等式(86)確定
QpBDA =100MqDA ×HDAEn 　(86)，
其中MqDA係以磅/BTU計之乾燥空氣及HDAEn係在空氣熱進入溫度下之乾燥空氣之焓。
ii)因空氣中之水分之獲取，其係由等式(87)確定
QpBWA =100MFrWA ×MqDA ×HWvEn 　(87)，
其中MFrWA係比濕度，MqDA係以磅/BTU計之質量及HWvEn係在空氣熱進入溫度下之水之焓。
iii)因燃料中之可感知熱之獲取，其係由等式(88)確定
其中HFEn係進入燃料之焓及HHV係燃料之較高熱值。
iv)因硫酸鹽化之獲取，其由等式(89)確定
其中MFrSc係收集硫之質量分率，MpSF係燃料中之硫之質量百分比，HRS1f係形成硫酸鹽化之熱量及HHV係燃料之較高熱值。
v)　因將輔助設備功率施加於蒸氣驅動設備及電驅動設備之獲取。
(1)　就蒸氣驅動設備而言，其可由等式(90)與(91)確定
其中MrStX係供應至設備之質量比，HStEn係至設備之蒸氣的焓，HStLv係在出口壓力下離開的蒸氣之焓及進入熵及EX係總驅動效率；及
(2)　就電驅動設備而言，其可由等式(92)確定
其中QX係輸入裝置以千瓦-時(kWh)計之能量及EX係總驅動效率。
vi)　因吸收劑中之可感知熱之獲取
其中MrSb係進入吸收劑之質量比，HSbEn係進入吸收劑之焓，MrF係進入燃料之質量比及HHV係燃料之較高熱值。
vii)　因額外的水分供應之額外能量之獲取，其係由等式(94)與(95)確定
QrBWAd =ΣMrStz (HStEnz -HWRe )　(94)，
其中MrStz係額外水分之質量流速，HStEnz係進入額外水分之焓，HWRe係在參考溫度下之水之焓，MrF係進入燃料之質量比及HHV係燃料之較高熱值。
然後藉由求和損失之和與獲取之和計算效率。
計算效率
EF =100-ΣQpL +ΣQpB 　(96)，
其中EF係效率，QpL係表示等式(52)-(85)中所列之各自損失之符號及QpB係表示等式(86)-(96)中所列之各自獲取之符號。
於一實施例中，為自蒸氣產生系統連續監測溫室氣體之排放，該蒸氣產生系統包括一在設施處燃燒之燃料的燃料分析資料庫。此資料庫將存儲所有分析樣品之最終、近似及HHV分析。針對各礦源，可保存基於無水分及灰分之複合平均分析。連同實施平均最終分析而使用定期(每日至每週或每連續負載)近似分析水分及灰分含量以構成「線上所接收」組成。長期而言，此方法將獲得比其他限制形式試驗更高之精確度。基於無水分及灰分，自既定礦之煤炭分析變化極小，因此，組合頻繁取樣與分析水分及灰分含量之此資訊將使線上系統能使用精確燃料特性以計算性能。此方法不排除使用「線上」燃料分析監測器，結果可單獨或與以上呈現之資料庫組合併入。
用於測定排放之前述能量平衡方法通常較目前所用之直接方法更精確，直接方法中碳含量係藉由量測進入蒸氣產生系統中之燃料流量或煙囪中之煙氣流速而測定。能量平衡方法連同直接方法或其他方法進行之不確定度分析可驗證此。能量平衡方法具有較直接方法更低之不確定度極限。此表明能量平衡方法之精確度。
由於此方法顯著減少二氧化碳量測中之不確定度之量，故此方法有優勢。精確定量諸等排放可提供用以減少此等排放之各種量測方法有效性之有價值數據。精確定量可導致減少此等排放之最有效方法的確定，由此促進以減少向環境排放二氧化碳之較新穎方法之開發。
於一實施例中，直接方法之不確定度極限係比能量平衡方法之不確定度極限小至少20%。於另一實施例中，直接方法之不確定度極限係比能量平衡方法之不確定度極限小至少30%。於又一方法中，直接方法之不確定度極限係比能量平衡方法之不確定度極限小至少40%。
以下實例(意指例示性，而非限制)闡述根據本文所述方法之各種實施例量測碳排放之能量平衡方法的精確度。
實例
此實例係用於測定如藉由三種不同方法測定之碳排放。此等方法係經試驗以測定哪種方法係最精確及以測定哪種方法提供具有最小標準偏差之一致精確結果。
三種不同方法係a)能量平衡方法、b)直接方法、與c)自第75部份附錄F之美國環境保護局連續排放監測系統(US EPA CEMS)方法。能量平衡方法係基於如上所詳述之鍋爐效率及能量輸入。此亦稱為能量平衡方法且有時稱為熱損失方法。
若干國際認可標準使用此方法，諸如ASME/ANSI PTC 4能量平衡效率方法，德國DIN 1942及草擬ISO標準，其緊密遵循德國DIN 1942標準。所有此等步驟併入此參考文獻中；然而，各特定標準可較小調整以符合線上計算方法。由於此等步驟之相似性，故不確定度分析之結果將不會與此處所呈現及詳述之內容顯著不同，其係基於如為線上計算修改之ASME PTC 4能量平衡效率方法。亦由於此等標準之相似性，故本文所列修改亦可適用於彼等標準。
根據能量平衡方法作出之量測方法將若干非標準量測方法併入發電廠配置以改善即時精確度。此等測度包括在空氣加熱器出口處柵格設計中之煙氣氧，其大小將視特定單元配置及導管大小而定。此等係關鍵特徵，此因吾等方法藉由安裝用於量測氧之柵格而與普通工廠配置不同之故。溫度柵格係安裝於空氣加熱器出口處。此等柵格係位在離開空氣加熱器之煙道中處之單獨量測件，該空氣加熱器係處在垂直於煙氣流動之平面內的相等區域近似中點處。柵格係由用以量測每一氧及溫度之最低4點構成，除非導管之尺寸係小於或等於100平方英尺。安裝此等柵格提供精確度優於其他量測方法之顯著改良。
溫度柵格係安裝於空氣加熱器之煙氣出口處。雖然許多其他工廠量測離開空氣加熱器之溫度，但此量測係基於極其有限數量未適宜分佈之探針以獲得代表性量測。溫度柵格之使用提供相較具有有限數量溫度探針之標準工廠，在煙氣出口及在空氣加熱器處之更精確量測。
證明給水流量量測並採取步驟以確保流量之不確定度係小於1.5%。
於直接方法中，二氧化碳排放係由所測得煤炭流量與燃料分析而測定。就已知燃料中之碳百分比及相應燃料流量而言，可直接測定二氧化碳之噸數。美國環境保護局連續排放監測系統(US EPA CEMS)方法使用所量測之煙囪流量與煙囪中所量測之CO2 以測定CO2 排放。此方法係於聯邦規例法典(Code of Federal Regulations)之標題40第75部份附錄F中詳述。
此實例之數據係藉由自在總負載或接近總負載下操作之單元收集兩小時時期數據而獲得。此數據係由大量分布之控制系統(DCS)工位號構成。數據存儲於工廠分布控制系統中，其中工位號係與時間標誌組合之特定量測位點，提供此期間每分鐘取樣之特定時間點之數據值。由此數據，可獲得平均值、標準偏差及樣品數。
根據能量平衡方法計算二氧化碳係列於以上等式(13)中。
使用直接方法計算CO 2
以下等式(97)係用於使用直接方法計算CO2 排放：
其中CO2 =在與煤炭流相同單元中之二氧化碳；碳%=燃料中之碳重量%；及煤炭流量=以磅/小時或噸/小時計之煤炭質量流。
使用CEMS方法計算CO 2
使用CEMS時，US EPA於標題40第75部份附錄F中指定程序以測定CO2 排放。EPA Eq. F-11係如以下等式(98)所呈示：
Eh =KCh Qh 　(98)，
其中Eh 係單元操作期間每小時之二氧化碳質量排放速度；對於二氧化碳，K=5.7x10-7 (每標準立方英尺噸數/二氧化碳百分比)；Ch 係單元操作期間每小時平均二氧化碳濃度，濕基準，或直接以二氧化碳監測器量測或使用等式F-14b由濕氧基準數據計算，二氧化碳百分比及Qh 係單元操作期間每小時平均體積流速，濕基準，以標準立方英尺-小時計。
不確定度計算
針對各參數，記錄平均值、標準偏差及樣品數。此等數值係用以測定不確定度之隨機分量。針對各輸入參數，藉由以下等式測定標準偏差值、平均標準偏差及不確定度之隨機分量。
樣品之標準偏差係使用等式(99)而測得
其中Sx 係樣品之標準偏差；X 係Xi 之平均值；N係點之數量及i係點數。測定標準偏差後，標準偏差之平均值係由如下等式(100)測定：
其中係標準偏差之平均值；Sx 係樣品之標準偏差；及N係點數。
各輸入已對最終結果之影響可藉由測定絕對靈敏度係數而予以考量。此係數係依據單元輸入變化之結果變化且係如下表達：
其中θ係絕對靈敏度係數；ΔR係輸入參數指定變化之結果變化且ΔX係輸入參數之變化。
一旦針對各輸入參數已測定此等數值，則可如下計算不確定度之隨機分量：
結果之隨機不確定度
SR 係結果之隨機不確定度；係參數i之絕對靈敏度係數，係標準偏差之平均值及N係輸入點之數。
除了針對各參數之不確定度之隨機分量以外，亦評估不確定度之系統分量。對此分析，可於通用類型儀器上作出估值。
下表1顯示對於此分析之估值：
總不確定度係隨機及系統(過去分別稱為精確度及偏差)分量之組合。隨機分量可藉由使用t因子(試驗t(Student's t))以調整95%之置信區間而得以調整。系統分量估值應在與隨機分量相同之置信區間內作出。對於95%之置信區間，在大於20次測量下，假定t因子為2。此分析結果清楚顯示對於兩個用戶，能量平衡方法(即本文所詳述方法)獲得三種方法中之最低不確定度。下表2顯示結果。
自表1與表2，可看出直接方法與CEMS方法兩者均有賴於趨向不準確之流量測度。就直接方法而言，流量測度係煤炭流量。即使具有現代重力進料器，煤炭作為非均質固體燃料亦係難以量測。此係由於煤炭自身之大小變化以及煤炭在稱量帶上之佈置。較舊單元不具有重力進料器，但具有計量輪子旋轉及假定煤炭體積與密度之定量加料裝置。
就CEMS而論，量測煙囪煙氣流量。煙囪流量係利用旋轉S型空速管或最佳3-孔探針而得以校準。次等探針具有4至8%範圍內之固有較差精確度。
圖2與3顯示3類量測方法間之比較。自圖2與3，可看出直接方法獲得較高值且估計不確定度之範圍無法涵蓋其他兩個所測值。此表明直接方法之不確定度估值可能太低而接近8%範圍之數值可係系統誤差之較佳估值。
雖然本發明已參照一些實施例而描述，但熟習此項技術者應瞭解在不脫離本發明之範圍下可作出各種變化及可以對等物替代其元件。另外，在不脫離本發明之實質範圍下，可作出許多修飾以調整特定狀況或材料用以教示本發明。因此，雖然本發明不意欲限於以實施本發明所考量之最佳模式揭示之特定實施例，但本發明將包括術語隨附申請專利範圍內之所有實施例。
10．．．鍋爐
12．．．節熱器
14．．．汽包
16．．．循環泵
18．．．水冷壁
20．．．初級過熱器
22．．．二級過熱器
24．．．汽包
30．．．鼓風機
32．．．空氣預加熱器
34．．．空氣預加熱器
36．．．燃燒器
38．．．氣體再循環鼓風機
40．．．顆粒控制裝置
42．．．煙囪
100．．．蒸氣產生系統
圖1係用於產生蒸氣之鍋爐之例示性描述；
圖2係表示針對能量平衡方法、直接方法及CEMS方法之不確定度極限的圖；及
圖3係表示針對能量平衡方法、直接方法及CEMS方法之不確定度極限的另一圖。
10．．．鍋爐
12．．．節熱器
14．．．汽包
16．．．循環泵
18．．．水冷壁
20．．．初級過熱器
22．．．二級過熱器
24．．．汽包
30．．．鼓風機
32．．．空氣預加熱器
34．．．空氣預加熱器
36．．．燃燒器
38．．．氣體再循環鼓風機
40．．．顆粒控制裝置
42．．．煙囪
100．．．蒸氣產生系統

Claims (30)

  1. 一種測定由輸送至蒸氣產生系統之熱輸入所排放碳的方法，其包括：量測進入一蒸氣產生系統之一第一給水能量；量測離開該蒸氣產生系統之一第二蒸氣或水之能量；減去該第一能量與該第二能量間之差值以測定藉由該蒸氣產生系統所吸收之一總能量；將由該蒸氣產生系統所吸收之該總能量除以該蒸氣產生系統之一效率以測定至該蒸氣產生系統之一熱輸入；及測定由輸送至該蒸氣產生系統之該熱輸入所排放的碳；其中該碳排放可由以下等式(11)、(12)及(13)確定： 其中MqCO2 、MeCO2 及MteCO2 分別係以磅/BTU計之二氧化碳之質量，以每千瓦(Kw)計之二氧化碳排放之質量及以噸/小時計之二氧化碳排放之質量，各自MFrCF係燃料中之碳的質量分率，HHV係較高熱值，MWCO2 係二氧化碳 之分子量，MWC 係碳的分子量及QFIRED 係輸送至該蒸氣產生系統之熱輸入。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括量測在一空氣加熱器之一出口處之一柵格中之煙氣氧含量及煙氣溫度。
  3. 如請求項1之方法，其進一步包括自該蒸氣產生系統定期取樣燃料與灰分並分析該燃料與該灰分。
  4. 如請求項1之方法，其進一步包括保存分析燃料及灰分之資料庫並使用來自該資料庫之數據以精確測定至該蒸氣產生系統之熱輸入。
  5. 如請求項4之方法，其中該資料庫係用於收集歷史記錄；該歷史記錄係用於分析提供最低不確定度之產量。
  6. 如請求項5之方法，其中該分析提供最低不確定度之產量係在除了就此接收之基準以外之無水分及灰分基礎上而進行；該就此接收之基準與就此接收之燃料有關。
  7. 如請求項1之方法，其中氮氧化物、二氧化硫及一氧化碳之量係利用以下等式(14)與(15)而確定： 其中MqEm、MeEm與MteEm係氮氧化物、二氧化硫或一氧化碳排放分別以磅/BTU計之質量，以每kW計之質量及以噸/小時計之質量，且其中QFIRED 係至該蒸氣產生系 統之熱輸入。
  8. 如請求項1之方法，其中藉由該蒸氣產生系統吸收之該總能量係由等式(8)獲得Q BLR =Q MS +Q MSspray +Q Bd +Q SB +Q AUX +Q RH +Q RHspray (8)，其中QMS 係主蒸氣之總能量；MMSspray 係引入主蒸氣中之霧滴之總能量，QBd 係排汙蒸氣之總能量，QSB 係吹灰蒸氣之總能量，QAUX 係輔助蒸氣之總能量，QRH 係再熱蒸氣之總能量及QRhspray 係引入再熱蒸氣中之霧滴之總能量。
  9. 如請求項8之方法，其中該主蒸氣之總能量QMS 係由等式(1)確定Q MS =(M FW -M SB -M Bd -M Aux )(H MS -H FW ) (1)，其中MFW 係給水之質量，MSB 係吹灰蒸氣之質量，MBd 係排汙水之質量，MAux 係輔助蒸氣之質量，HMS 係主蒸氣之焓，HFW 係給水之焓。
  10. 如請求項8之方法，其中該吹灰蒸氣之總能量係由以下等式(2)確定：Q SB =M SB (H sb -H FW ) (2)，其中QSB 係吹灰蒸氣之總能量，MSB 係吹灰蒸氣之質量，HFW 係給水之焓及Hsb 係吹灰蒸氣之焓。
  11. 如請求項8之方法，其中該排汙QBD 水之總能量係由以下 等式(3)確定：Q Bd =M Bd (H bd -H FW ) (3)，其中MBD 係排汙水之質量，HFW 係給水之焓及Hbd 係在汽包壓力之飽和條件下之排汙水之焓。
  12. 如請求項8之方法，其中該輔助蒸氣之總能量QAUX 係由以下等式(4)確定：Q AUX =M AUX (H AUX -H FW ) (4)，其中MAUX 係輔助蒸氣之質量，HFW 係給水之焓及HAUX 係輔助蒸氣之焓。
  13. 如請求項8之方法，其中藉由霧滴變為主蒸氣吸收之總能量係由以下等式(5)確定：Qr MSspray =Mr MSspray (H MS -H MSspray ) (5)，其中QrMSspray 與MrMSspray 分別係霧滴變為主蒸氣之能量比及霧滴變為主蒸氣之質量比，HMS 係主蒸氣之焓及HMSspray 係霧滴變為主蒸氣之焓。
  14. 如請求項8之方法，其中該再熱蒸氣中所吸收之總能量係由以下等式(6)確定：Qr RH =Mr CRH (H HRH -H CRH ) (6)，其中QrRH 與MrCRH 分別係再熱蒸氣之能量比與質量比且HHRH 與HCRH 分別係熱再熱蒸氣與冷再熱蒸氣之焓。
  15. 如請求項9之方法，其中由霧滴變為再熱蒸氣所吸收之總能量係以下式(7)提供：Qr RHspray =Mr RHspray (H HRH -HRH RHSpray ) (7)，其中QrRHspray 與MrRHspray 係霧滴變為再熱蒸氣之焓比與質量比，HHRH 與HRHRHspray 分別係熱再熱蒸氣之焓及作為再熱蒸氣的霧滴之焓。
  16. 如請求項1之方法，其進一步包括藉由下式(15a)測定至該蒸氣產生系統之燃料流量： 其中QFIRED 係至該蒸氣產生系統之熱輸入及HHV表示較高熱值。
  17. 如請求項1之方法，其進一步包括經由等式(29)確定進入鍋爐位置z前之乾燥空氣之量 其中Mq表示以磅/BTU計之質量，MqDAz表示位置z處以磅/BTU計之乾燥空氣質量，MqThACr表示以磅/BTU計之每磅燃料之理論空氣磅數之質量且XpAz表示位置z處以濕氧體積基準之過量空氣。
  18. 如請求項1之方法，其進一步包括由等式(31)與(32)確定進入位置z前之鍋爐的濕空氣 MqAz =(1+MFrWA )MqDAz 磅/BTU (31)，MFrAz =(1+MFrWA )MFrDAz 磅/磅燃料 (32)，其中術語Mq表示以磅/BTU計之質量，MqAz表示在位置z處以磅計之乾燥空氣之質量，MFrWA係濕空氣之質量分率，MqDAz表示在位置z處以磅/BTU計之乾燥空氣之質量及MFrDAz表示在位置z處乾燥空氣之質量分率。
  19. 如請求項1之方法，其進一步包括藉由下式(33)確定濕氣體： 其中，術語MqFgF係燃料中濕氣體以磅/BTU計之質量，MpAsF係燃料中灰分的質量百分比，MpUbC係未經燃燒之碳的質量百分比，MFrSc係經收集的硫之質量分率，MpSF係燃料中硫之質量百分比。
  20. 如請求項1之方法，其進一步包括經由等式(41)確定以磅/BTU計之總濕煙氣重量，其中MqFgz =MqDAz +MqWAz +MqFgF +MqCO 2 Sb +MqWSb +MqWADz (41)，其中MqFgz係在位置z處燃料中濕氣體以磅/BTU計之質量，MqDAz表示在位置z處乾燥空氣以磅/BTU計之質量，MqWAz表示在位置z處濕空氣以磅/BTU計之質量，MqFgF係燃料中濕氣體以磅/BTU計之質量，MqCO2 Sb係 吸收劑中二氧化碳以磅/BTU計之質量，MqWSb係以磅/BTU計之濕吸收劑質量及MqWADz係以磅/BTU計之每磅燃燒燃料所添加之水分質量。
  21. 如請求項1之方法，其進一步包括經由下式(21)確定之修正燃燒碳之理論空氣：MFrThACr =0.1151×MpCb +0.3430×MpH 2 F +0.0431×MpSF (1+.5MFrSc )-0.0432×MpO 2 F (21)，其中MFrThACr係以磅/磅燃料計的修正經燃燒之碳的理論空氣，其中MFrSc係收集硫之質量分率且其中MpCb、MpH2 F、MpSF及MpO2 F分別係碳之質量百分比，燃料中氫之質量百分比，燃料中硫之質量百分比及燃料中氧之質量百分比。
  22. 如請求項1之方法，其中該蒸氣產生系統之效率係藉由修改ASME PTC 4方法而確定。
  23. 如請求項1之方法，其中該蒸氣產生系統係一鍋爐。
  24. 一種測定由輸送至鍋爐之熱輸入所排放碳的方法，其包括：計算在一鍋爐內藉由一工作流體於其經受物態變化時吸收之總能量，將由該鍋爐吸收之該總能量除以該鍋爐之效率以確定至該鍋爐之一熱輸入；及確定由送至該鍋爐之該熱輸入所排放之碳，其中該碳之排放可由以下等式(11)、(12)及(13)確定： 其中MqCO2 、MeCO2 及MteCO2 分別係以磅/BTU計之二氧化碳的質量，每kW之二氧化碳磅數及每小時之二氧化碳噸數，MFrCF係燃料中碳的質量分率，HHV係較高熱值，MWCO2 係二氧化碳之分子量，及MWC 係碳之分子量及QFIRED 係至該鍋爐之熱輸入。
  25. 如請求項24之方法，其中該工作流體係水。
  26. 如請求項24之方法，其中計算藉由該工作流體吸收之總能量包括量測當該工作流體進入該鍋爐時之其一第一能量及該工作流體離開該鍋爐時之其一第二能量及將該第一能量減去該第二能量。
  27. 如請求項26之方法，其中該第一能量係給水於進入該鍋爐時之能量。
  28. 如請求項27之方法，其中該給水之能量係藉由反復驗證給水流量測量至流量之不確定度為小於1.5%而確定。
  29. 如請求項26之方法，其中該第二能量係蒸氣於離開該鍋爐時之第二能量。
  30. 如請求項24之方法，其中該鍋爐之效率係藉由修改ASME PTC 4方法而確定。
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