锅炉二氧化碳排放量的计算及其减少途径

锅炉二氧化碳排放量的计算及其减少途径

　锅炉二氧化碳排放量的计算及其减少途径梅国栋，韩瑞国（天津市计量技术研究所，天津300192）燃料品质、锅炉热损失之间的数量关系。讨论了减少锅炉二氧化碳排放的途径。

　　前言二氧化碳气体对地球的能量平衡、气温和雨量调节都有重要影响，是地球环境保护不容忽视的物质。当前，全球性气候变暖就与二氧化碳等气体的温室效应密切相关。有研究资料表明在对于全球气候变暖的贡献中，二氧化碳气体的增加约占55 ，其他微量气体的增加约占45 .

　　因此，为了防止全球气候变暖，必须降低大气中温室效应气体的浓度，这就要求对二氧化碳的排放进行有效控制。

　　化石燃料的燃烧是产生二氧化碳的主要来源之一，锅炉则是燃烧化石燃料主要的设备。因此，本文推导出计算锅炉二氧化碳排放量的公式，并据此讨论了减少锅炉二氧化碳排放的可能途径。

　　1计算公式的导出设锅炉每小时燃料消耗量为B ，这些燃料在燃烧过程中，必然有一部分固体碳没有完全燃烧而残留在锅炉的炉渣、漏煤和各种灰中，引起固体未完全燃烧热损失：式中：q―固体未完全燃烧热损失， ―分别为炉渣、漏煤和各种灰的含碳量，　B―燃料消耗量，kg/h或m―单位燃料输入锅炉的热量， kJ/kg或此外，燃料中还有少量的碳在炉内未完全燃烧生成一氧化碳气体随烟气逸出锅炉排入大气，但考虑到这些一氧化碳最终仍将氧化成二氧化碳，因此本文将这少量的碳也归入锅炉燃烧生成二氧化碳的碳量中。

　　由式（1）可知，锅炉每小时所消耗的燃料中没有燃烧的碳量为：于是，锅炉每小时已燃烧掉的碳量为式中：C―燃料的收到基含碳量， 其余同前。

　　则，锅炉每小时产生的二氧化碳气体的标准状态体积V为：由锅炉热效率定义η=城市环境与城市生态将式（3）代入式（2），整理得出：式中：Q―锅炉供出的有效热量，kJ/h η―锅炉的热效率， 其余同前。

　　2减少锅炉CO排放的途径2.1节约锅炉有效热量从公式（4）可见Q减少， V就降低的关系。

　　是锅炉供给用热设备的有效热量，是外界对锅炉提出的要求。为了减少CO排放量，锅炉的输出参数应该与用热设备的要求相匹配，同时，还应通过革新工艺、改造或更新用热设备、回收利用余热、减少输热损失等各种措施使锅炉有效热量得到充分合理地利用，把对锅炉有效热量的需求降到最低，现以我国现有的100多万台各类用蒸汽加热设备为例，其年耗蒸汽约14 .4亿t ，由于运行热效率普遍较低，每年可节约的锅炉有效热量就很大，由此可减少的锅炉CO排放量将十分可观。

　　2.2调整锅炉燃料结构和燃料品质从公式（4）可见，减小燃料的值可以减少排放量。Q是单位燃料收到基低位发热量、单位燃料物理热H、加热单位燃料或空气的外来热Q以及自用蒸汽热Q之和。Qr的大小主要取决于Q net， ar.这就表明为了减少CO排放，应该调整锅炉的燃料结构和燃料品质，尽可能采用含碳量与低位发热量之比C小的能源，即采用太阳能、核能、电能等取代化石燃料采用天然气、燃油代替燃煤。在同一种化石燃料值较小的，有利于减少CO的排放。

　　一般来说，烟煤优于无烟煤，轻油优于重油，天然气优于煤制气。

　　此外，对于给定的燃料，提高H有利于减少CO排放量。不过，由于它们占Q的比例很小，故C值的减少甚微，致使减少CO排放的作用很小。

　　2.3提高锅炉运行效率从公式（4）可见，锅炉排放的二氧化碳量与锅炉的效率η成反比。在其它条件不变时，η提高百分之几， V就同样减少百分之几。我国现有大小锅炉40余万台，实际运行效率比国外先进水平低20 以上，因此，通过提高锅炉运行效率来减少CO排放的潜力是很大的。

　　根据能量守恒，锅炉热效率与各项热损失之间存在以下关系：式中：η―锅炉的热效率， ―排烟热损失， ―气体未完全燃烧热损失， ―固体未完全燃烧热损失， ―散热损失， ―灰渣物理热损失， .

　　显然，提高锅炉热效率在于降低锅炉的各项热损失。本文仅对其中较大的两项进行讨论。

　　（1）降低排烟热损失排烟热损失是锅炉的主要热损失之一，可达10 20 .其大小主要取决于排烟温度t和排烟处空气系数αpy.一般来说， t每下降约将减少1个百分点，锅炉效率η相应提高1个百分点，从而导致V相应减少1/ηα将减少约0 .6个百分点，η相应提高0 .6个百分点，从而导致V（2）降低固体未完全燃烧热损失固体未完全燃烧热损失q的大小主要决定于锅炉类型、燃料品质、炉膛构造和运行操作状况。对层燃炉来说， q是锅炉最大的热损失项，可达20 以上，个别的甚至超过40 .燃油、燃气锅炉的q则很小，常可忽略。

　　由公式（5），η是q的函数，q降低将引起η相应提高。而在公式（4）中， q所在项带有负号。

　　这表明，固体未完全燃烧热损失q对锅炉CO排放的影响与锅炉的其它热损失相关，比较复杂。

　　进一步研究发现，锅炉供出单位有效热量所排放的二氧化碳量V与q以及与锅炉其它四项热损失的和∑q之间存在着如下关系：对某一具体锅炉，当锅炉的q四项热损失的和∑q等于某一个特异值V时，锅炉每供出单位有效热量所排放的二氧化碳量V与q无关，只决定于该锅炉所用燃料的含碳量与低位发热量之比。V值可通过解下列方程式求得，并可用来指导该锅炉的运行。

　　随机统计了51个煤样，它们的C值之间。本文取平均作为例子，求得V梅国栋等锅炉二氧化碳排放量的计算及其减少途径成图1.

　　二氧化碳与锅炉热损失关系可清楚看到：当∑q不随q变化，保持定值为5 .68×10当∑q不变，降低将下降，且∑q越大，下降越急剧。

　　当∑q不变，降低反而略有增大，且∑q越小越明显些。

　　还可以看到，若保持q不变， V随降低而降低， q越大则降幅越大。

　　从天津市的锅炉节能监测数据分析，目前，运行锅炉的排烟处空气系数和炉渣含碳量普遍偏高是造成锅炉运行效率低下的主要因素。究其原因，主要是负荷过低、煤种不适、煤的粒度不匀、燃烧调整不当以及炉膛构造缺陷、漏风漏煤等。通过加强管理、进行适当的设备技术改造、提高司炉操作技术水平，就可以较大幅度地提高锅炉运行效率。

　　3结束语据国际能源机构公布，1995年我国的二氧化碳排放量仅次于美国，居世界第二位。为防止下一世纪的地球变暖，履行国际气候公约，根据我国国情，对二氧化碳排放进行有效控制已势在必行，控制锅炉二氧化碳排放应是其中的重要内容之一。

　　综上所述，控制锅炉二氧化碳排放，一方面需要政府的宏观管理和政策调控，制定相应的政策并加大实施力度，合理调整产业结构、企业结构、产品结构和能源消费结构。另一方面，需要依靠节能技术的进步和科学管理，提高锅炉热效率、用热设备效率和供热系统的热效率。

　　本计算方法也适用于其它燃烧设备的CO排放计算。

　　国家技术监督局。GB10180―88工业锅炉热工试验规范。

　　天津市计量测试学会能源专业委员会主任，从事自动化仪表研究多年，获多项省部级科技进步奖，现从事能源测试技术研究，发表论文6篇，主持制定天津市地方标准3项。

　　环境科技简讯天津市政府下发《关于确保实现大气环境功能区质量达标的决定》为了确保实现天津市大气环境功能区质量达标，保障人民身体健康，促进天津经济、社会的可持续发展，依据《中华人民共和国大气污染防治法》、《国务院关于环境保护若干问题的决定》（国发[ 1996] 31号）及相关法规，天津市政府决定在全市进一步加强大气污染防治工作，并于6月21日向各区县人民政府、各委局、各直属单位下发了《关于确保实现大气环境功能区质量达标的决定》（津政发[ 2000] 43号，以下简称《决定》）。

　　此决定是天津市政府继1999年初发布《关于控制大气污染的通告》后下发的又一改善天津市大气环境质量的文件，主要特点是：内容围绕国家环保总局一控双达标的要求，重点突出，规定具体可操作性强，不但明确了具体的大气污染防治办法，而且明确了具体责任部门和行政监督管理部门，对违反规定的行为也明确了处罚部门每一条款都有法律依据，特别体现了贯彻《大气污染防治法》的精神。

　　《决定》共分四部分：一是加强综合治理，减少扬尘污染。二是优化能源结构，控制煤烟型污染。三是强化机动车排放污染的监督管理，减少机动车尾气污染。四是落实责任，严格执法，加强监察。