煤發熱量推導含碳量公式計算CO2排放量方法探討

汪 毅，黃 靜，汪永祥

（1.東北電力設計院，吉林 長春 130021；2.中國市政工程東北設計研究院，吉林 長春 130021）

煤發熱量推導含碳量公式計算CO2排放量方法探討

汪 毅1，黃 靜2，汪永祥1

（1.東北電力設計院，吉林 長春 130021；2.中國市政工程東北設計研究院，吉林 長春 130021）

根據國內100余種典型煤種、煤質工業分析和元素分析數據資料，通過煤質低位發熱量分別計算含碳量，其結果與煤質元素分析含碳量值進行對比，發現煤質低位發熱量與含碳量之間呈正相關性。因此，采用煤質低位發熱量推導出含碳量計算公式無約束條件，可簡捷、快速地計算煤質的含碳量，計算CO2污染物排放量。采用物料平衡法推導出燃煤CO2污染物排放量計算方法，是較準確的計算方法，計算結果準確、可靠，可為火電工程設計、環境保護部門監管及電廠管理人員等提供借鑒。

煤發熱量；含碳量；煤元素分析；計算公式

隨著我國經濟建設快速發展，國家為防治大氣環境污染、低碳排放，降低溫室效應，對燃煤火電工程建設項目，采取煙氣污染物排放總量控制和煙氣污染物煙塵、SO2、NOx排放濃度達標排放雙重標準嚴控［1］，對排放的煙氣污染物（煙塵、SO2、NOx、CO2）需繳納排污費［2］，若煙氣污染物濃度超標尚需繳納超標排污費。由于火電工程項目前期建設階段，煤源、煤種及煤質尚不能確定，若確定煤源和取得燃煤檢驗的工業分析及元素分析數據資料，需要幾個月或相當長的時間，使工程設計、核算煙氣污染物排污費等滯后進行，給建設項目投資估算帶來困難。

目前，對火電工程CO2排放量尚無相應的計算方法、規范及依據，而用經驗公式推算又存在諸多問題。因此，根據收集國內100余種典型煤種、煤質工業分析和元素分析數據資料，經統計發現煤質低位發熱量隨著含碳量增加而增高，并且呈正相關性。因此，采用煤質低位發熱量推導出含碳量計算公式，該計算公式無約束條件，可簡捷、快速計算煤質含碳量及采用物料平衡法計算燃煤CO2污染物排放量。

1 煤發熱量推導含碳量計算公式

煤質低位發熱量為5 026～29 850 kJ／kg，其中Car含量為14.80%～77.59%，Har含量為0.73%～5.44%，Oar含量為0.20%～11.24%，Nar含量為0.14%～13.38%，Sar含量為0.15%～10.49%。根據有關煤質元素分析數據資料，按煤質低位發熱量由小往大排序，采用數理統計內插法分別計算各煤質的Qnet，ar／Car值，反復調試內插系數，計算結果與煤質元素分析含碳量進行對比，并計算其誤差。經統計回歸計算，發現煤質低位發熱量與含碳量呈正相關性［3－5］。因此，推導出采用煤質低位發熱量計算含碳量的公式。

當煤質低位發熱量為5 026～19 040 kJ／kg，含碳量計算公式如下：

式中 C——每kg煤質含碳量，%；

Qnet，ar——煤質低位發熱量，kJ／kg；

356——系數。

當煤質低位發熱量為19 040～29 850 kJ／kg，含碳量計算公式如下：

為驗證采用煤質低位發熱量推導的含碳量計算公式的準確度和適用性，抽出9個發熱量值之間跨度較大的不同類別的煤種、煤質發熱量及煤質元素分析數據見表1。根據煤質發熱量，采用含碳量計算公式（1）、（2）分別計算各煤質的含碳量，其計算結果與煤質元素分析數據含碳量值進行對比，相對誤差見表2。

表1 煤質元素分析數據

表2 煤質含碳量相對誤差

由表2可知：采用煤質低位發熱量推導的含碳量計算公式，計算煤質含碳量相對誤差除2.28%外，其余相對誤差為－1.29%～0.41%，誤差較小，準確度較好，公式具有適用性。

2 燃煤CO2排放量計算

燃煤CO2污染物排放量計算方法有多種［6－10］，如實測法、物料平衡法及經驗計算法等。

實測法分現場采樣檢驗分析法與固定污染源煙氣排放連續監測（CEMS）裝置2種方法，現場采樣回實驗室檢驗分析，費工費時，從現場采樣到出具報告，全過程操作繁瑣，時間長、費用較高；安裝煙氣排放連續監測在線計量裝置，可連續監測流量（流速）、CO2濃度，可直接計算瞬時CO2排放量，并可累計CO2總排放量，此方法監測準確、省工省時，但投資費用較高；經驗計算法其計算公式繁多，不同的經驗計算公式往往計算結果差異較大，可比性不強。

燃煤完全燃燒化學反應如下：

根據物料平衡法，煤質完全燃燒產生CO2排放量計算公式如下：

式中M——CO2排放量，t；

B——燃煤量，t；

Car——煤質收到基含碳量，%；

Aar——煤質收到基灰分，%；

AC——飛灰中含碳量，%；

44——CO2的摩爾質量；

12——碳的摩爾質量。

因煤質完全燃燒，AC／100≈0，可忽略不計，CO2排放量計算公式可簡化如下：

該CO2排放量計算公式無約束條件，可以簡捷、快速地計算燃煤CO2排放量，準確度及精密度較好，誤差較小，有廣泛的適用性。

3 煤質含碳量計算公式應用

3.1 案例概況

某擬建火電工程2×1 000 MW燃煤空冷機組，配套安裝2×2 750 t／h煤粉爐，燃煤設計有2種方案，其工程煤質基礎數據見表3。

3.2 案例計算

3.2.1 CO2排放量計算

根據煤質發熱量采用含碳量計算公式（1）、（2）及CO2排放量計算公式（4），分別計算工程案例中4種煤質含碳量及CO2排放量，其計算結果見表4。

表3 工程燃煤基礎數據

表4 含碳量及CO2排放量表

由表4可知，采用物料平衡法推導的CO2排放量計算公式無約束條件，可以簡捷、快速地計算燃煤CO2排放量，準確度及精密度都較好、誤差較小，有廣泛的適用性。

3.2.2 含碳量、CO2排放量誤差計算

采用含碳量計算公式及CO2排放量計算公式（4），分別計算4種煤質含碳量、CO2排放量與工程案例進行類比，可得如下結論。

a.采用燃煤含碳量計算公式無約束條件，可以簡捷、快速地計算煤質的含碳量，其相對誤差最大為1.14%，最小為－0.60%，準確度及精密度都較好、誤差較小，具有廣泛適用性。

b.采用物料平衡法推導的燃煤CO2排放量計算公式是計算CO2排放量較標準的計算方法，其計算結果準確、可靠，公式適用性強。

c.采用含碳量計算公式計算燃煤CO2排放量，相對誤差最大為1.06%，最小為－0.60%，準確度及精密度較好，誤差較小。

4 結束語

物料平衡法推導的燃煤CO2排放量計算公式是較標準的計算方法，其計算結果準確、可靠，公式適用性強；煤質發熱量含碳量計算公式無約束條件，可以簡捷、快速地計算燃煤含碳量、CO2排放量，準確度及精密度好，誤差較小，公式適用性廣泛，可為燃煤工程設計、環境保護部門監管和電廠管理人員提供借鑒。

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Discussion on Deriving Formula of Carbon Content and CO2Emissions from Coal Calorific

WANG Yi1，HUANG Jing2，WANG Yong?xiang1
（1.Northeast Electric Power Design Institute，Changchun，Jilin 130021，China；2.China Northeast Municipal Engineering Design and Research Institute，Changchun，Jilin 130021，China）

According to industrial analysis and elemental analysis data of coal quality of 100 species coal，calculating carbon content through coal calorific，comparing carbon elemental analysis，it is found that carbon content is correlated positively with calorific value of coal.Therefore the calculation formula of carbon content is derived from coal calorific.The formula is unlimited and easy that can rapidly calculate carbon content and CO2emission content.The method is accurate and reliable.The paper can provide useful reference for engineering design institute，the environmental protection department and manager of power plant.

Coal calorific；Carbon content；Coal elemental analysis；Formula

X773

A

1004－7913（2016）08－0005－03

汪 毅（1971—），男，學士，高級工程師，從事火電建設工程電氣工程設計及火電建設項目咨詢工作。

2016－02－27）