本發(fā)明涉及碳排放量計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種預(yù)測(cè)燃煤電廠碳排放量的計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

2010年10月中央政府發(fā)布的“十二五”規(guī)劃中已明確提出了實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展的核心內(nèi)容是向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，調(diào)整優(yōu)化以低碳經(jīng)濟(jì)為核心的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)，建立資源環(huán)境友好型社會(huì)，堅(jiān)持大力推廣節(jié)能技術(shù)，制定圍繞低碳經(jīng)濟(jì)的消費(fèi)模式和方針政策。而電力行業(yè)在能源轉(zhuǎn)換過程中排放的二氧化碳約占全國(guó)排放總量的50％，是二氧化碳減排的關(guān)鍵部門之一。截止到2014年底，中國(guó)全國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放同比下降了6.1％，比2010年累計(jì)下降了15.8％，“十二五”規(guī)劃要求下降17％的目標(biāo)已經(jīng)完成。

在“十三五”規(guī)劃中，能源局明確提出我國(guó)要完成到2020年單位GDP碳排放要比2005年下降40％～45％的國(guó)際承諾低碳目標(biāo)，并且要為完成中美氣候變化聯(lián)合聲明中提出的我國(guó)在2030年左右要達(dá)到碳排放的峰值的中長(zhǎng)期低碳發(fā)展目標(biāo)奠定基礎(chǔ)，同時(shí)要在大氣污染防治等環(huán)境指標(biāo)方面取得明顯成效。要完成上述目標(biāo)，需要各省市結(jié)合經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)際，結(jié)合本地特點(diǎn)，制定出科學(xué)的碳減排規(guī)劃和對(duì)策，有步驟、有計(jì)劃的完成碳減排指標(biāo)。由于我國(guó)的水資源和耕地資源的缺乏，我國(guó)以煤為主的能源消耗結(jié)構(gòu)將會(huì)持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，所以為了更好的實(shí)現(xiàn)碳排放減排，需要比較精確的碳排放量。

目前，我國(guó)燃煤電廠主要是通過《2006IPCC指南》中提供的方法一來計(jì)算CO₂排放量，即根據(jù)燃料特性直接獲得碳的缺省排放因子，根據(jù)電廠實(shí)際原煤耗量，乘上各煤種的排放因子，從而估算二氧化碳排放量。實(shí)際上，寬范圍的煤種排放因子對(duì)CO₂預(yù)測(cè)誤差較大，同時(shí)影響CO₂排放因子的主要影響因素除燃料類型外，還有機(jī)組裝機(jī)容量、機(jī)組使用年限與維護(hù)質(zhì)量以及燃料燃燒方式等。不同類型機(jī)組由于發(fā)電熱效率不同CO₂排放績(jī)效不同；相同容量機(jī)組由于使用年限和維護(hù)質(zhì)量的不同，CO₂排放因子也會(huì)有差異甚至產(chǎn)生較大差異。此外，由于燃燒方式不同，爐渣中未完全燃燒的碳含量不同，CO₂排放因子也會(huì)產(chǎn)生一定差異。因此，利用缺省因子只能得到相當(dāng)粗糙的結(jié)果，從而引入很大的不確定性。

目前為獲得較精確的二氧化碳排放，各研究者大多采用了一些基于碳平衡的精確數(shù)學(xué)模型，通過對(duì)原煤的煤質(zhì)分析進(jìn)行預(yù)測(cè)。而這種基于碳平衡的二氧化碳排放預(yù)測(cè)結(jié)果雖然較精確，但過程卻較復(fù)雜，成本相對(duì)較高。由于通過煙氣側(cè)進(jìn)行計(jì)算也是一種途徑，考慮到電廠一般具有尾氣氧氣濃度和二氧化硫濃度的檢測(cè)，以及燃煤的工業(yè)分析和熱值這些基本數(shù)據(jù)，本發(fā)明擬采用煙氣排放成分的方法，盡量利用電廠現(xiàn)有數(shù)據(jù)，在不增加檢測(cè)的情況下，較精確的預(yù)測(cè)二氧化碳排放量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種預(yù)測(cè)燃煤電廠碳排放量的計(jì)算方法，該計(jì)算方法根據(jù)電廠煙氣排放量和燃煤的燃料特性系數(shù)來預(yù)測(cè)二氧化碳排放量，是一種能夠適應(yīng)我國(guó)燃煤電廠實(shí)際情況的碳排放量的計(jì)算方法。

本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

一種預(yù)測(cè)燃煤電廠碳排放量的計(jì)算方法，所述計(jì)算方法包括下列步驟：

S1、建立數(shù)學(xué)模型，得出燃料特性系數(shù)β的關(guān)系式：

根據(jù)現(xiàn)有的煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)，利用多元線性回歸模型擬合出燃煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)A_ad、V_ad、FC_ad、Q_gr,ad與燃料特性系數(shù)β之間的關(guān)系式，其中A_ad、V_ad、FC_ad、Q_gr,ad分別表示為收到基下燃煤中的灰分含量(單位：％)、揮發(fā)分含量(單位：％)、固定碳含量(單位：％)和燃煤的高位發(fā)熱量(單位：MJ/kg)，得到褐煤和無煙煤關(guān)于燃料特性系數(shù)和工業(yè)分析數(shù)據(jù)之間的線性回歸方程；

S2、計(jì)算電廠燃燒的煤的燃料特性系數(shù)β值：

將電廠測(cè)得的燃煤工業(yè)分析數(shù)據(jù)A_ad、V_ad、FC_ad、Q_gr,ad根據(jù)煤種的不同帶入所述的褐煤或無煙煤關(guān)于燃料特性系數(shù)和工業(yè)分析數(shù)據(jù)之間的線性回歸方程中，計(jì)算出電廠燃煤的燃料特性系數(shù)β值；

S3、計(jì)算煙氣中二氧化碳的百分比含量CO₂：

將電廠檢測(cè)的尾氣中氧氣和二氧化硫的百分比含量和所述的計(jì)算出電廠燃煤的燃料特性系數(shù)β值帶入二氧化碳含量計(jì)算式計(jì)算出煙氣中二氧化碳的百分比含量；

S4、計(jì)算煙氣的排放總量V_y；

S5、計(jì)算二氧化碳的排放總量

將所述的煙氣中二氧化碳的百分比含量CO₂和所述的煙氣的排放總量V_y帶入公式即可計(jì)算得到電廠中CO₂的實(shí)際排放量。

進(jìn)一步地，所述的步驟S1、建立數(shù)學(xué)模型，得出燃料特性系數(shù)β的關(guān)系式具體如下：

S11、將無煙煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)和煤的燃料特性系數(shù)作為樣本數(shù)據(jù)，并將其帶入仿真軟件的線性回歸分析工具中，則X和Y分別表示為：

式中，A_i、V_i、FC_i、Q_i分別表示為第i個(gè)樣本中的空氣干燥基灰分(單位：％)、揮發(fā)分(單位：％)、固定碳(單位：％)和高位發(fā)熱量(單位：MJ/kg)，β_i為第i個(gè)樣本的燃料特性系數(shù)；

S12、根據(jù)仿真軟件分別對(duì)褐煤和無煙煤樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行逐步回歸分析，得到褐煤和無煙煤關(guān)于燃料特性系數(shù)和工業(yè)分析數(shù)據(jù)之間的線性回歸方程分別如下所示，

進(jìn)一步地，所述仿真軟件為MATLAB，所述線性回歸分析工具為stepwise命令，其中，stepwise命令的格式為：stepwise(X,Y)，其中X表示自變量數(shù)據(jù)，為n×m階矩陣，m表示自變量種類數(shù)，n表示每種自變量的樣本數(shù)，Y表示因變量數(shù)據(jù)，為n×1階矩陣，n表示因變量樣本數(shù)。

進(jìn)一步地，所述的二氧化碳含量計(jì)算式如下：

式中，CO₂表示煙氣中二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)，O₂表示煙氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)，SO₂表示煙氣中二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)。

進(jìn)一步地，所述的步驟S4、計(jì)算煙氣的排放總量V_y具體如下：

若電廠已經(jīng)測(cè)得煙氣排放的總量V_y，則直接使用該數(shù)據(jù)；

若電廠未測(cè)得煙氣排放的總量V_y，則可根據(jù)燃煤量和過量空氣系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，如下所示：

其中，M表示燃燒所用的燃料量(單位：t)，Q_net,ar表示燃料的低位發(fā)熱量(單位：MJ/kg)，α表示空氣過量系數(shù)，V₀表示每燃燒1噸煤所需的理論空氣量，其計(jì)算式為：

V₀＝(1.05×Q_net,ar+0.278)×1000

其中，O₂表示已檢測(cè)得到的煙氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

(1)相比我國(guó)目前較為通用的利用IPCC指南中的缺省因子進(jìn)行碳排放量計(jì)算的方法，本發(fā)明利用Matlab軟件進(jìn)行多元逐步線性回歸擬合出的燃料特性系數(shù)β的線性方程和根據(jù)檢測(cè)到的尾氣中氧氣和二氧化硫的濃度來計(jì)算二氧化碳排放量的方法更加精確，結(jié)果更為可靠，相對(duì)而言更有利于碳排放的監(jiān)測(cè)和控制。

(2)本發(fā)明公開的碳排放量的計(jì)算方法所采用數(shù)據(jù)均是常規(guī)燃煤電廠的基本檢測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算簡(jiǎn)單方便，因此并不需要價(jià)格昂貴的計(jì)量設(shè)備或檢測(cè)手段來檢測(cè)二氧化碳排放量，與其他一些基于碳平衡的計(jì)算方法相比，大大降低了檢測(cè)成本，實(shí)用性較強(qiáng)，具備推廣條件。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中公開的預(yù)測(cè)燃煤電廠碳排放量的計(jì)算方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例

本實(shí)施例利用電廠煙氣成分來計(jì)算二氧化碳排放量，其計(jì)算原理為：

式中，CO₂表示煙氣中二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)，V_y為煙氣排放總量。

根據(jù)燃燒方程，可以得到燃料特性系數(shù)和煙氣成分的關(guān)系如下所示：

21＝RO₂+O₂+0.605CO+β(RO₂+CO) (2)

其中，RO₂—煙氣中三原子氣體的體積分?jǐn)?shù)，主要有二氧化硫和二氧化碳；O₂—煙氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)；CO—煙氣中一氧化碳的體積分?jǐn)?shù)；β—燃料的特性系數(shù)。

由于實(shí)際燃煤電廠煙氣中一氧化碳濃度十分低，并且在管道中高溫?zé)煔獾淖饔孟?，部分一氧化碳?huì)被繼續(xù)氧化成二氧化碳，因此可忽略煙氣中的一氧化碳含量，即此時(shí)的二氧化碳含量計(jì)算式為：

電廠一般具有尾氣氧氣和二氧化硫濃度的檢測(cè)，因此由原理(3)可知，在已知煙氣中氧氣和二氧化硫含量的條件下，只需要得到燃料特性系數(shù)β就可以得到煙氣中二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)，其具體實(shí)施步驟包括：

S1、建立數(shù)學(xué)模型，得出燃料特性系數(shù)β的關(guān)系式：

根據(jù)大量的現(xiàn)有的煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)，利用多元線性回歸模型擬合出燃煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)A_ad、V_ad、FC_ad、Q_gr,ad與燃料特性系數(shù)β之間的關(guān)系式，其中A_ad、V_ad、FC_ad、Q_gr,ad分別表示為收到基下燃煤中的灰分含量(單位：％)、揮發(fā)分含量(單位：％)、固定碳含量(單位：％)和燃煤的高位發(fā)熱量(單位：MJ/kg)。具體實(shí)施方法如下所示：

在MATLAB中，stepwise命令的格式為：stepwise(X,Y)，其中X表示自變量數(shù)據(jù)，為n×m階矩陣(m表示自變量種類數(shù)，這里為4；n表示每種自變量的樣本數(shù))，Y表示因變量數(shù)據(jù)，為n×1階矩陣(n表示因變量樣本數(shù))。在《中國(guó)煤炭性質(zhì)、分類與利用》上分別選取51組褐煤和111組無煙煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)和煤的燃料特性系數(shù)作為樣本數(shù)據(jù)，并將其帶入stepwise命令中，則X和Y分別表示為：

式中，A_i、V_i、FC_i、Q_i分別表示為第i個(gè)樣本中的空氣干燥基灰分(單位：％)、揮發(fā)分(單位：％)、固定碳(單位：％)和高位發(fā)熱量(單位：MJ/kg)；β_i為第i個(gè)樣本的燃料特性系數(shù)。再根據(jù)MATLAB分別對(duì)褐煤和無煙煤樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行逐步回歸分析，并經(jīng)過進(jìn)一步調(diào)試，最終可得到褐煤和無煙煤關(guān)于燃料特性系數(shù)和工業(yè)分析數(shù)據(jù)之間的線性回歸方程分別如下所示，

其誤差范圍均在-2.5％—+2.5％之間，都在可接受的合理范圍內(nèi)。

S2、計(jì)算電廠燃燒的煤的燃料特性系數(shù)β值：

將電廠測(cè)得的燃煤工業(yè)分析數(shù)據(jù)A_ad、V_ad、FC_ad、Q_gr,ad根據(jù)煤種的不同帶入上述步驟1中利用線性回歸方法擬合得到的相應(yīng)的褐煤或無煙煤關(guān)于燃料特性系數(shù)和工業(yè)分析數(shù)據(jù)之間的線性回歸方程中，計(jì)算出電廠燃煤的燃料特性系數(shù)β值。

S3、計(jì)算煙氣中二氧化碳的百分比含量CO₂：

將電廠檢測(cè)的尾氣中氧氣和二氧化硫的百分比含量和上述步驟2所求的燃煤的燃料特性系數(shù)β值一起帶入式(3)即可計(jì)算出煙氣中二氧化碳的百分比含量。

S4、計(jì)算煙氣的排放總量V_y：

若電廠已經(jīng)測(cè)得煙氣排放的總量V_y，則可直接使用該數(shù)據(jù)；

若電廠未測(cè)得煙氣排放總量，則可根據(jù)燃煤量和過量空氣系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，如下所示：

其中，M—表示燃燒所用的燃料量，t；Q_net,ar—表示燃料的低位發(fā)熱量，MJ/kg；α—表示空氣過量系數(shù)；V₀—表示每燃燒1噸煤所需的理論空氣量，其計(jì)算式為：

V₀＝(1.05×Q_net,ar+0.278)×1000 (8)

其中，O₂—表示已檢測(cè)得到的煙氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)。

S5、計(jì)算二氧化碳的排放總量

將上述步驟3中所計(jì)算得到的煙氣中的CO₂百分比含量和步驟4中計(jì)算得到的煙氣排放總量V_y帶入式(1)即可計(jì)算得到電廠中CO₂的實(shí)際排放量。

如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。

綜上所述，本發(fā)明利用Matlab軟件進(jìn)行多元逐步線性回歸擬合出的燃料特性系數(shù)β的線性方程和根據(jù)檢測(cè)到的尾氣中氧氣和二氧化硫的濃度來計(jì)算二氧化碳排放量的方法計(jì)算結(jié)果精確可靠，更有利于碳排放的監(jiān)測(cè)和控制。該計(jì)算方法所采用數(shù)據(jù)均是常規(guī)燃煤電廠的基本檢測(cè)數(shù)據(jù)，不需要價(jià)格昂貴的計(jì)量設(shè)備或檢測(cè)手段來檢測(cè)二氧化碳排放量，降低了檢測(cè)成本，實(shí)用性較強(qiáng)。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。