煤发热量推导含碳量公式计算CO2排放量方法探讨

汪 毅，黄 静，汪永祥

（1.东北电力设计院，吉林 长春 130021；2.中国市政工程东北设计研究院，吉林 长春 130021）

煤发热量推导含碳量公式计算CO2排放量方法探讨

汪 毅1，黄 静2，汪永祥1

（1.东北电力设计院，吉林 长春 130021；2.中国市政工程东北设计研究院，吉林 长春 130021）

根据国内100余种典型煤种、煤质工业分析和元素分析数据资料，通过煤质低位发热量分别计算含碳量，其结果与煤质元素分析含碳量值进行对比，发现煤质低位发热量与含碳量之间呈正相关性。因此，采用煤质低位发热量推导出含碳量计算公式无约束条件，可简捷、快速地计算煤质的含碳量，计算CO2污染物排放量。采用物料平衡法推导出燃煤CO2污染物排放量计算方法，是较准确的计算方法，计算结果准确、可靠，可为火电工程设计、环境保护部门监管及电厂管理人员等提供借鉴。

煤发热量；含碳量；煤元素分析；计算公式

随着我国经济建设快速发展，国家为防治大气环境污染、低碳排放，降低温室效应，对燃煤火电工程建设项目，采取烟气污染物排放总量控制和烟气污染物烟尘、SO2、NOx排放浓度达标排放双重标准严控［1］，对排放的烟气污染物（烟尘、SO2、NOx、CO2）需缴纳排污费［2］，若烟气污染物浓度超标尚需缴纳超标排污费。由于火电工程项目前期建设阶段，煤源、煤种及煤质尚不能确定，若确定煤源和取得燃煤检验的工业分析及元素分析数据资料，需要几个月或相当长的时间，使工程设计、核算烟气污染物排污费等滞后进行，给建设项目投资估算带来困难。

目前，对火电工程CO2排放量尚无相应的计算方法、规范及依据，而用经验公式推算又存在诸多问题。因此，根据收集国内100余种典型煤种、煤质工业分析和元素分析数据资料，经统计发现煤质低位发热量随着含碳量增加而增高，并且呈正相关性。因此，采用煤质低位发热量推导出含碳量计算公式，该计算公式无约束条件，可简捷、快速计算煤质含碳量及采用物料平衡法计算燃煤CO2污染物排放量。

1 煤发热量推导含碳量计算公式

煤质低位发热量为5 026～29 850 kJ／kg，其中Car含量为14.80%～77.59%，Har含量为0.73%～5.44%，Oar含量为0.20%～11.24%，Nar含量为0.14%～13.38%，Sar含量为0.15%～10.49%。根据有关煤质元素分析数据资料，按煤质低位发热量由小往大排序，采用数理统计内插法分别计算各煤质的Qnet，ar／Car值，反复调试内插系数，计算结果与煤质元素分析含碳量进行对比，并计算其误差。经统计回归计算，发现煤质低位发热量与含碳量呈正相关性［3－5］。因此，推导出采用煤质低位发热量计算含碳量的公式。

当煤质低位发热量为5 026～19 040 kJ／kg，含碳量计算公式如下：

式中 C——每kg煤质含碳量，%；

Qnet，ar——煤质低位发热量，kJ／kg；

356——系数。

当煤质低位发热量为19 040～29 850 kJ／kg，含碳量计算公式如下：

为验证采用煤质低位发热量推导的含碳量计算公式的准确度和适用性，抽出9个发热量值之间跨度较大的不同类别的煤种、煤质发热量及煤质元素分析数据见表1。根据煤质发热量，采用含碳量计算公式（1）、（2）分别计算各煤质的含碳量，其计算结果与煤质元素分析数据含碳量值进行对比，相对误差见表2。

表1 煤质元素分析数据

表2 煤质含碳量相对误差

由表2可知：采用煤质低位发热量推导的含碳量计算公式，计算煤质含碳量相对误差除2.28%外，其余相对误差为－1.29%～0.41%，误差较小，准确度较好，公式具有适用性。

2 燃煤CO2排放量计算

燃煤CO2污染物排放量计算方法有多种［6－10］，如实测法、物料平衡法及经验计算法等。

实测法分现场采样检验分析法与固定污染源烟气排放连续监测（CEMS）装置2种方法，现场采样回实验室检验分析，费工费时，从现场采样到出具报告，全过程操作繁琐，时间长、费用较高；安装烟气排放连续监测在线计量装置，可连续监测流量（流速）、CO2浓度，可直接计算瞬时CO2排放量，并可累计CO2总排放量，此方法监测准确、省工省时，但投资费用较高；经验计算法其计算公式繁多，不同的经验计算公式往往计算结果差异较大，可比性不强。

燃煤完全燃烧化学反应如下：

根据物料平衡法，煤质完全燃烧产生CO2排放量计算公式如下：

式中M——CO2排放量，t；

B——燃煤量，t；

Car——煤质收到基含碳量，%；

Aar——煤质收到基灰分，%；

AC——飞灰中含碳量，%；

44——CO2的摩尔质量；

12——碳的摩尔质量。

因煤质完全燃烧，AC／100≈0，可忽略不计，CO2排放量计算公式可简化如下：

该CO2排放量计算公式无约束条件，可以简捷、快速地计算燃煤CO2排放量，准确度及精密度较好，误差较小，有广泛的适用性。

3 煤质含碳量计算公式应用

3.1 案例概况

某拟建火电工程2×1 000 MW燃煤空冷机组，配套安装2×2 750 t／h煤粉炉，燃煤设计有2种方案，其工程煤质基础数据见表3。

3.2 案例计算

3.2.1 CO2排放量计算

根据煤质发热量采用含碳量计算公式（1）、（2）及CO2排放量计算公式（4），分别计算工程案例中4种煤质含碳量及CO2排放量，其计算结果见表4。

表3 工程燃煤基础数据

表4 含碳量及CO2排放量表

由表4可知，采用物料平衡法推导的CO2排放量计算公式无约束条件，可以简捷、快速地计算燃煤CO2排放量，准确度及精密度都较好、误差较小，有广泛的适用性。

3.2.2 含碳量、CO2排放量误差计算

采用含碳量计算公式及CO2排放量计算公式（4），分别计算4种煤质含碳量、CO2排放量与工程案例进行类比，可得如下结论。

a.采用燃煤含碳量计算公式无约束条件，可以简捷、快速地计算煤质的含碳量，其相对误差最大为1.14%，最小为－0.60%，准确度及精密度都较好、误差较小，具有广泛适用性。

b.采用物料平衡法推导的燃煤CO2排放量计算公式是计算CO2排放量较标准的计算方法，其计算结果准确、可靠，公式适用性强。

c.采用含碳量计算公式计算燃煤CO2排放量，相对误差最大为1.06%，最小为－0.60%，准确度及精密度较好，误差较小。

4 结束语

物料平衡法推导的燃煤CO2排放量计算公式是较标准的计算方法，其计算结果准确、可靠，公式适用性强；煤质发热量含碳量计算公式无约束条件，可以简捷、快速地计算燃煤含碳量、CO2排放量，准确度及精密度好，误差较小，公式适用性广泛，可为燃煤工程设计、环境保护部门监管和电厂管理人员提供借鉴。

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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，学士，高级工程师，从事火电建设工程电气工程设计及火电建设项目咨询工作。

2016－02－27）