火力发电厂减排措施研究
火力发电厂减排措施研究 CO2作为造成全球气候变暖的“罪魁祸首”，其性质及减排技术的研究越来 越引起学者的重视。在我国，CO2的排放主要来自于化石燃料的燃烧。而煤炭作 为化石燃料在我国一次能源消费结构中占有绝对的主体地位[1]，在2014年煤炭 消费量占能源消费总量的66.0%以上，而我国的天然气储量和产量都比较贫乏， 每年都需要依赖大量进口。同时从我国的石油储量和产量方面来讲，供需矛盾很 大[2]。火力发电厂发电、供热主要以燃烧煤炭为主，其在2004年占煤炭消费总 量的50%以上[3]。研究测算火力发电厂碳排放量及分析其减排方法和措施具有重 要意义。1碳排放测算方法 在对某电厂进行碳排查时，首先得确定该厂的核算边界。核算边界以电厂 法人为界，识别、测算边界内所有生产设施产生的CO2排放。CO2的排放源包括 化石燃料燃烧排放、脱硫过程排放、电厂外购入电排放。其中化石燃料包括发电 燃煤、锅炉辅助燃烧（启动及稳燃）所用燃料油、厂区办公用车及生产用车所耗 油。1.1化石燃料CO2排放量测算化石燃料CO2排放量测算公式为:E=AD×EF[4、5、 6]（1）其中：E为CO2排放量；
AD为活动水平；
EF为排放因子。1.1.1活动水平 活动水平的测算公式为：AD=FC×NCV（2）其中：FC为化石燃料的消耗量；
NCV 为化石燃料的平均低位发热值。在实际统计中，化石燃料统计方法有月消耗量、 年消耗量两种，部分电厂细化到统计日消耗量。化石燃料的平均低位发热值根据 消耗量的统计方法测算得出月平均值、年平均值。月平均低位发热值、年平均低 位发热值为日平均低位发热值加权平均所得，权重为燃料日消耗量；
为简化测算， 年平均低位发热值也可按月平均低位发热值加权平均得到，其权重为燃料月消耗 量。燃煤的统计量以入炉煤量为准，辅助用油以运行台账统计为准，办公及生产 用车燃油以加油发票为准。燃煤低位发热值每天至少测量一次[7]，用油低位发 热值电厂一般不进行试验测量，其值以国家测定数据为准。1.1.2排放因子 EF=CC×OF×44/12（3）其中：CC为化石燃料的单位热值含碳量；
OF为化石燃料 的碳氧化率；
44/12为二氧化碳与碳的分子质量比。燃油的单位热值和碳氧化率 以推荐值进行测算[5]。燃煤单位热值含碳量计算公式为：C煤CC煤=（4）NCV 煤其中：CC煤为燃煤单位热值含碳量，C煤为燃煤的元素含碳量。燃煤单位热值 含碳量以月统计为准，年平均单位热值含碳量以月平均值加权平均得到，权重为 燃煤量。而元素碳含量对于大部分电厂未进行测算，无法获得。对此可根据燃烧 煤种采取缺省值[5]，也可根据文献[8]、[9]、[10]，由经验拟合公式算得干燥基碳含量，再换算到收到基。公式为：
Cd=35.411-0.199Vd-0.341Ad-0.412St,d+1.632Qgr,d（5）经过大量数据比对，实测 Cd值与拟合Cd之差一般在2.00%以内。碳氧化率计算公式G渣×C渣+G灰×C灰/η 除尘OF煤=1-（6）FC煤×NCV煤×CC煤其中：G渣、G灰为炉渣、飞灰产量，C 渣、C灰为炉渣、飞灰含碳量，η除尘为除尘器除尘效率。炉渣、飞灰计算中， 可按年计算，也可按月计算，除尘器除尘效率由厂家提供，若电厂对除尘器做过 性能试验或进行过技术改造工作，除尘效率以试验结果为准。部分电厂厂区炉渣 飞灰为外包，没有对炉渣飞灰产量进行统计，对此可根据文献[11]进行估算，公 式为：Qnet,v,ar×q4Ghz=GmAar+（7）33870×100其中Ghz为灰渣总产量，Gm为 燃煤量，Aar为收到基灰分，Qnet，v,ar为收到基低位发热量，q4为固体未完全燃 烧热损失。灰渣、飞灰量分配根据炉型进行分配，分配比例见文献[4]。q4由锅 炉厂家提供。电厂在投产后基本都做过锅炉性能试验或锅炉技术改造工作，设计 值与实测值偏差较大，实际计算中q4以试验结果为准。1.2脱硫过程CO2排放测 算对于燃煤机组，都配备有脱硫装置。脱硫过程所用脱硫剂有效成分为碳酸盐， 所以脱硫过程也会产生CO2，其计算公式为：E脱硫=CAL×EFK（8）其中：E脱 硫为脱硫过程的二氧化碳排放量，CAL为碳酸盐消耗量，EFk为脱硫剂排放因子， k为脱硫剂类型。脱硫过程CO2排放测算过程，脱硫剂转化率取100%，脱硫剂排 放因子按文献[4]进行计算。1.3净购入电力CO2排放测算净购入电力CO2排放测 算公式为：E电=AD电×EF电（9）其中：E电为净购入电力CO2排放量，AD电为 净购入电力量，EF电为净购入电力排放因子。其排放因子根据国家主管部门最 新公布的区域电网排放因子计算。
2减排分析 2.1燃煤CO2减排分析在对电厂的实际碳盘查中，发现部分电厂炉渣含碳 量高达15%，炉渣含碳量过高，造成发电煤耗增加。而飞灰含碳量是决定固体未 完全燃烧热损失q4的关键因素。飞灰含碳量每提高1%，根据不同机组容量，供 电煤耗提高0.8~2.09g/kWh[12]。以一台600MW机组燃烧烟煤，机组年利用小时 数视5000h为例，飞灰含碳量降低1%，供电煤耗视为降低0.8%，由经验值知一吨 烟煤排放两吨CO2，全年CO2可减排约4800t，减排量可观。所以降低炉渣、飞灰 含碳量，提高碳氧化率，对降低发电、供热煤耗，减少CO2排放活动水平具有重 要意义。降低炉渣飞灰含碳量可通过改变火焰中心高度、延长燃料在炉膛的停留 时间，在燃烬区适当提高氧量，降低煤粉细度、合理调整配风，燃烧煤种上尽量 选择接近于设计煤种。提高除尘效率有利于提高碳氧化率。对于除尘效率的提高， 可以通过调整除尘器的排烟温度，避免烟气结露，粘结在电除尘器上，导致除尘效率降低，同时控制烟气流速，减少二次扬尘；
在平时维护中应定期检查除尘系 统中管道、除尘器本体保温和密封情况，不合格处及时更换处理。2.2燃油CO2 和外购电CO2减排分析燃油分为锅炉辅助用油和办公、生产用车用油。对于锅炉 辅助用油主要用于锅炉启动、运行稳燃。减少辅助用油可通过加强运行技术人员 专业知识培训和提高操作能力，减少机组非停次数，提高机组低负荷稳燃技术。
条件允许下，可优化改造点火装置，降低起机燃油量。机组投产后外购电主要用 于厂区机组全停时所用电。减少外购电需减少机组停机次数。2.3脱硫过程CO2 减排分析在测算脱硫过程CO2排放量时，脱硫剂转化率取值为100%，实际中并 未达到。以一台600MW机组燃烧烟煤，机组年利用小时数视为5000h，脱硫为湿 法脱硫，脱硫效率为95%为例，一台机组一年消耗脱硫剂约4wt，脱硫效率提高 1%，脱硫剂耗量减少约500t，CO2排放减少约200t。脱硫剂对于湿法脱硫来说， 设定适当的PH值和维持PH值的稳定是提高脱硫效率的关键因素；
调整合适的液 气比，可以保证浆液与SO2的充分接触；
在保证脱硫效率的同时可适当增加高位 循环泵的运行时间，进而可以增加浆液与SO2的接触时间；
加强监视氧化风机向 吸收塔的供气，使氧化反应趋于完全，提高除尘效率的同时，可有效预防喷嘴堵 塞。对于干法脱硫，可以提高脱硫剂与燃煤混合均匀性，适当降低脱硫剂细度。
2.4单位供电量CO2排放量减排分析在对电厂盘查的过程中发现，部分电厂厂用 电率在5%以上。对于相同上网电量，降低厂用电率和供电煤耗，进而减少发电 量和燃煤耗量，最终对减少CO2排放具有重要意义。可以通过生产厂区优化照明 布置，更换高效节能照明设施等方法降低厂用电率；
而辅机运行方式合理与否对 机组的厂用电量、供电煤耗影响也很大。2017年全国将全面实行碳交易，为此电 厂应及时请相关权威单位对自身进行碳排放情况摸查，电厂应划分单独的相关部 门、相关责任人负责展开碳排放计算基础资料的收集工作。为真实、准确反映电 厂排放量，建议核查近几年排放情况，同时相关数据搜集部门应规范日常数据管 理，防止数据缺失影响后期计算。
3总结 在计算电厂碳排放时，数据须真实可靠，入炉煤化验等数据台账收集须规 范。计算过程最大可能的细化，同时在辅助油耗量、脱硫剂耗量等数据统计上尽 可能分机组进行，便于对比机组间排放情况，后期有利于机组优化。机组运行中， 通过各种手段降低炉渣飞灰含碳量、提高除尘效率，进而降低燃煤CO2排放量；
对于燃油，可以通过对运行技术人员专业操作技能培训，稳定低负荷机组运行， 减少机组非停次数；
提高脱硫过程脱硫效率可以减少脱硫剂消耗量，进而降低因 脱硫产生的CO2排放；
可以通过优化厂区照明设备和辅机运行方式，以此降低厂用电率，最终达到CO2的减排。
作者:索新良 王鹏辉 单位:华电电力科学研究院