燃煤电厂CO2排放计算模型与方法研究

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中国目前的工业能源主要以煤炭为主,大量燃烧煤碳排放的二氧化碳会导致区域及全球的温室效应增强。燃煤电厂是二氧化碳重要排放源,由燃煤电厂产生的CO2占总排放量50%左右,未来还将进一步增长。目前,大多数国家基于《2006IPCC国家温室气体指南》并结合本国国情计算燃煤电厂CO2排放量。但这些方法大多只考虑燃煤发电、湿法脱硫部分的CO2排放而没有考虑到其他因素对CO2排放的影响,未能形成统一的计算模型。同时,由于计算时采用固定的CO2排放因子,与实际CO2排放量相比存在较大差异。因此,详细精确的CO2排放量计算模型和方法有利于科学合理地制定燃煤发电厂的CO2减排指标。本文首先根据电厂的实际运行情况确定了燃煤电厂二氧化碳排放边界,并在考虑原煤开采、选煤洗煤、煤炭运输、煤炭燃烧、脱硫、脱硝、脱碳、除尘及外购电力等过程的二氧化碳排放量基础上,提出了一种燃煤电厂二氧化碳排放量的精确计算模型;同时针对部分电厂因缺少燃煤电厂二氧化碳排放量精确计算模型所需详细参数而无法计算等问题,结合RBF(Radial Basis Function)神经网络法提出了燃煤电厂二氧化碳排放量预测计算模型;文中还基于提出的CO2排放量精确计算模型,对不同装机容量的典型燃煤电厂进行案例计算分析,并与《中国燃煤电厂温室气体排放计算工具》计算结果进行比较;最后本文还基于Web开发设计了燃煤电厂二氧化碳排放量计算平台。结果表明:(1)通过分析燃煤电厂CO2排放边界,发现煤炭燃烧和脱硫过程会产生直接的二氧化碳排放,而原煤开采、洗煤选煤、煤碳运输、脱硝、除尘和外购电力环节会因耗能产生间接的二氧化碳排放;针对影响电厂CO2排放的影响因素,发现机组运行负荷越高,煤耗越小,单位电量产生的CO2排放相应减少;脱硫剂耗量的增大将增加二氧化碳的排放量;厂用耗电量越大,发电煤耗上升,CO2排放增加;煤的挥发分和固定碳的增加会导致CO2排放增加。(2)基于燃煤电厂CO2排放边界,考虑到中国燃煤电厂二氧化碳的排放特点及其活动数据和排放系数数据的可获得性,建立了燃煤电厂二氧化碳排放量精确计算模型。其中,采用修正的碳元素平衡法和硫元素平衡法分别对燃烧过程的CO2排放和脱硫过程的CO2排放进行修正计算;采用考虑电耗的修正的排放因子法对开采煤、洗选煤、煤运输、脱硝、脱碳、除尘和外购电力环节的CO2进行计算。该模型的计算结果可为国家制定煤炭、电力等领域节能减排发展战略提供参考。(3)考虑到电厂CO2排放量的发展趋势及影响因素,确定了本文用于影响因素法预测的六个影响因子,并基于RBF神经网络建立了燃煤电厂二氧化碳排放量预测计算模型。电厂可根据每年的相关参数通过该预测模型估测当年的CO2排放量。利用MATLAB编程软件实现RBF神经网络预测,确定本文模型适用的RBF神经网络的训练网络为:net=newrb(inputtrain,outputtrain,0,4,20,500)。该模型具有强大的非线性拟合能力,能弥补电厂因缺少二氧化碳排放量精确计算模型所需部分参数而无法计算的不足。(4)基于不同装机容量燃煤电厂的案例计算,发现:煤炭在锅炉中燃烧产生的二氧化碳最多,约占电厂二氧化碳排放总量的94.5%左右。各环节CO2排放量大小依次为:煤燃烧过程>煤运输过程>脱硫过程>脱硝过程≈洗选煤过程>外购电力过程>除尘过程。由于本文精确计算模型考虑到更多的影响因素和更全面的二氧化碳排放源,计算得到的CO2排放量比《中国燃煤电厂温室气体排放工具》计算结果多2.7%。
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