谈谈燃煤发电机组碳排放强度影响因素.docx

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1、谈谈燃煤发电机组碳排放强度影响因素目录摘要2前言31 .二氧化碳的生成与估算31.1. 碳的功与过3L2.燃煤电厂二氧化碳的生成4L 3.燃煤机组供电煤耗与二氧化碳排放强度5.6.61.4. 燃气机组二氧化碳的生成1.5. 燃气机组二氧化碳排放强度2 .目前发电行业碳排放强度72.1. 全国发电行业碳排放强度72.2. 五大电力碳排放强度82.2.1. 1.五大电力供电煤耗82.2.2. 五大电力清洁能源装机占比例9.92.2.3. 五大电力碳排放强度3 .十四五发电行业碳排放强度93.1. 十四五装机与发电量3.2. 十四五煤电供电煤耗与碳排放强度113.3. 五大电力碳排放强度124 .机

2、组类型124. 1.机组容量135. 2.锅炉型式145 .机组负荷156 .燃煤品质176.1. 单位热值含碳量与碳氧化率176. 2.硫分176. 3.挥发分187.空冷方式188.其他因素208.1.排烟方式a* 208.2. 环境温度219.降低碳排放强度途径229. 1.碳减排的挑战2210. .主要途径2210.1.1. 建煤电机组2310.1.2. 役燃煤机组进行节能改造239. 2. 3.亚临界机组改造249. 2. 4.超/超超临界旧机组改造249. 3.煤电机组掺烧生物质249. 3. 1.为什么掺烧生物质259. 3. 2.煤电掺烧生物质的技术途径269. 3. 3.煤电

3、机组掺烧生物质的经验269. 4. CCS299. 4. 1.富氧燃烧299. 4. 2.化学链燃烧3010.结论与建议31引用本文格式31摘要燃煤发电作为我国当前主导能源，其CO2排放在全社会占比举足轻重。为实现碳达峰、碳中和目标，迫切需要掌握现有燃煤发电机组碳排放强度影响因素，以不断降低碳排放强度。本文在陕北、宁东、准东及哈密4个大型煤电基地内，选择典型燃煤机组，研究碳排放强度与机组类型、运行负荷、燃煤品质、空冷方式等因素的关系。结果表明：高参数、大容量机组CO2排放强度相对较低，直接空冷机组CO2排放强度相对较高；随着机组负荷下降，CO2排放强度呈现增大趋势；燃煤单位热值含碳量、碳氧化率

4、、硫分、挥发分等均会影响CO2排放强度，排烟方式、环境温度等的影响可以忽略不计。本文研究结果可以为工程设计单位开展绿色低碳电厂设计优化及改造提供指导，为发电集团加强碳排放管理和降低碳排放强度提供路径，为电力调度部门优化负荷安排提供参考。关键词：燃煤电厂；二氧化碳；排放强度；碳达峰；碳中和刖百2016年11月4日巴黎协定正式生效。恰好在同一天，国务院印发十四五控制温室气体排放工作方案，首次明确提出大型发电集团单位供电二氧化碳排放控制在550克二氧化碳/千瓦时以内；11月7日，国家发改委、国家能源局对外正式发布电力发展”十四五规划，还先后发布了水电发展十四五规划、风电发展十四五规划、太阳能发展十四

5、五规划、生物质能发展十四五规划等。一时间，数据很多，需要梳理。如何理解碳排放强度550克二氧化碳/千瓦时（简称克/千瓦时），我国现在处在什么水平，到2030年将会处在什么水平？大型发电集团单位如五大电力情况如何，有没有难度？通过什么路径达到550克/千瓦时？这些问题将会本文中一一碳讨。近年来由温室效应导致的全球变暧问题愈发严重。为共同应对全球气候变化，中国承诺CO2排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和，即“3060”目标。能源活动为我国最大CO2温室气体排放源，在我国CO?总排放量中占比近90%,其CO2全部来自化石燃料燃烧，其中电力行业贡献超过40%。燃煤发电作为我

6、国当前主导能源，其CO?排放在整个电力行业中占比超过90%。为实现我国既定的“3060”目标，燃煤发电CO2减排受到各级政府及发电集团的高度重视，迫切需要掌握现有燃煤发电机组碳排放强度影响因素，为绿色低碳燃煤发电机组设计、改造提供依据，以不断降低碳排放强度。鉴于此，在陕北、宁东、准东及哈密4个大型煤电基地选择典型燃煤机组，依据中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南（试行）及相关方法，对其碳排放强度进行核算，并在此基础上开展碳排放强度影响因素研究。1 .二氧化碳的生成与估算1.1. 碳的功与过碳（化学符号C）是神奇的生命元素之一。我们说的有机物，就是碳氢化合物。三四十亿年的生命交响乐，主旋律

7、是碳的化学演变。可以说，没有碳，就没有生命。植物也含有碳，植物通过光合作用把氧气释放出来。矿物燃料(煤炭，石油，天然气等)燃烧生成二氧化碳(C02)。因此，与矿物燃料有关的能源、电力、生产、生活，都释放二氧化碳。二氧化碳是主要的温室气体，多了不行，会造成全球变暖、海平面上升、气候反常、土地干旱、沙漠化面积增大等负面影响。1.2. 燃煤电厂二氧化碳的生成我们主要讨论燃煤电厂的情况。先假设煤中碳完全燃烧生产二氧化碳：。2 - CO232443 67千克化学方程式C +分子量 12重量 1千克即1千克碳完全燃烧变成了 3.67千克二氧化碳，倍率是3.67,放大得有点吓人。不过，煤在实际燃烧中，有少量

8、的未完全燃烧，碳含在飞灰和灰渣中，也有微量的一氧化碳。煤中也不全是碳，还有氢、氧、氮、硫等元素，有灰分、水分。碳的含量因煤种而异，差别挺大，发热量差别也挺大。下表列举了一些电厂用褐煤、烟煤、无烟煤的煤质分析。项目单位褐煤1褐煤2烟煤1烟煤2据煤1混煤2无烟煤收到基碳含量C%39. 6326. 7257. 3358. 6346. 2866. 1449. 37收到基氢含量H%2. 112. 043. 262.712.712. 682. 40收到基氧含量0%10. 898.869. 430. 963. 830. 980. 75收到基氮含量H%0. 420. 550. 612.220. 781.623

9、. 66收到基硫含量S%0. 470. 900. 631.091.401. 092. 83收到基灰分A%6. 4831.7310.2431.7940. 0024. 1937. 19收到基水分M%40. 0029. 2018. 502.605. 003. 303. 80收到基低位发热量兆焦/千克13. 909. 2621.2321.5417. 1224. 3618. 24理论计算低位发热量兆焦/千克13. 479. 5621.3722. 6218. 0925. 1119. 34折算标煤含碳量(按收到基低位发热量)%83. 684. 579. 179. 879. 279. 679. 3理论计算低位

10、发热量/收到基低位发热量0. 971.031.011.051.06帽扇有了元素分析，可以门捷列夫公式估算理论计算低位发热量：Q=339C+1030H-109(0-S)-25M, kJ/kg,从上表中可以看到理论计算值与实测值比较接近。从公式也可以看得出，碳的发热量占了主要比例，简化计算折算到标煤发热量7000千卡/千克（按29307.6千焦/千克）的含碳量比例为：C/339cx29307.6=86.4%,即应该小于86.4%。表中不同煤种的计算结果为79-85%之间，基本上以80%左右为主，这就给我们估算标煤碳排放带来方便。在统计上，十四五电力规划中选取标煤二氧化碳的排放系数K=2.8,即1吨

11、标煤排放二氧化碳2.8吨。相当于考虑了理想倍率3.67 x折算标煤含碳量80%x转化系数95%。比如，十四五规划第1.1节中提到：十二五供电煤耗5年间累计降低18克标煤/千瓦时，年节约标煤7000万吨以上，减排二氧化碳约2亿吨，排放系数为2/0.7=2.857 01. 3.燃煤机组供电煤耗与二氧化碳排放强度能源发展战略行动计划（20142030年）给出了典型常规燃煤发电机组供电煤耗参考值（2014年9月发布）：典型常规燃煤发电机组供电煤耗参考值（单位：克/千瓦时）机组类型新建机组设计供电煤耗现役机组生产供电煤耗平均水平先进水平100万千瓦级湿冷282290285超超临界空冷2993173026

12、0万千瓦级湿冷285298290超超临界空冷30231530760万千瓦湿冷303 （循环流化床）306297级超临界空冷320 （循环流化床）32531760万千瓦级湿冷一320315亚临界空冷33733230万千瓦级湿冷310 （循环流化床）318313超临界空冷327 （循环流化床）33833530万千瓦级湿冷330320亚临界空冷347337注，不含燃用无烟煤的W火焰锅炉机组。供电煤耗X2.8即为各类机组的二氧化碳排放强度要求。iJW rJ J115/. /PI中电联给出了火电机组年均供电煤耗数值（包含了煤电、气电）:这是各种火电机组当年实际运行工况下的平均数值。2015年煤电机组平均

13、供电煤耗为318克标煤/千瓦时（扣除了气电机组）。按照上面标煤二氧化碳排放系数2.8计算，2015年我国煤电机组平均二氧化碳排放强度为318x2.8=890克二氧化碳/千瓦时。1.4. 燃气机组二氧化碳的生成燃气的主要成分是甲烷CH4。甲烷完全燃烧反应:化学方程式分子量CH】+ 202 =C02 +2H2016441千克2.75千克,_即1千克甲烷完全燃烧产生2.75千克二氧化碳，倍率为2.75,比碳的倍率3.67 小。按某燃气电厂用西气东输天然气，典型成分为甲烷摩尔比例96.2%,乙烷1.8%,低位热值为8089千卡/立方米，密度0.6982千克/立方米。热值换成千克为单位则8089/0.6982=11585.5千卡/千克。再则算到标煤热值则甲烷的摩尔比例为96.2x7000/11585.5 = 58.1%,比煤中碳折算比例（约80%）也小很多。1. 5.燃气机组二氧化碳排放强度燃机当然分儿类，如航改型、9E、9F型等。燃气联合循环机组净效率比煤电高很多。E型联合循环净效率在ISO标准工况下（环境温度15度）大约为52.5%, F型大约为59.5%(几个厂家平均值，最新机型已突破60%)。但是在实际运行工况下，环境温度、负荷率对效率