鍋爐二氧化碳排放量的計算及其減少途徑

　鍋爐二氧化碳排放量的計算及其減少途徑梅國棟，韓瑞國（天津市計量技術研究所，天津300192）燃料品質、鍋爐熱損失之間的數量關系。討論了減少鍋爐二氧化碳排放的途徑。

　　前言二氧化碳氣體對地球的能量平衡、氣溫和雨量調節(jié)都有重要影響，是地球環(huán)境保護不容忽視的物質。當前，全球性氣候變暖就與二氧化碳等氣體的溫室效應密切相關。有研究資料表明在對于全球氣候變暖的貢獻中，二氧化碳氣體的增加約占55 ，其他微量氣體的增加約占45 .

　　因此，為了防止全球氣候變暖，必須降低大氣中溫室效應氣體的濃度，這就要求對二氧化碳的排放進行有效控制。

　　化石燃料的燃燒是產生二氧化碳的主要來源之一，鍋爐則是燃燒化石燃料主要的設備。因此，本文推導出計算鍋爐二氧化碳排放量的公式，并據此討論了減少鍋爐二氧化碳排放的可能途徑。

　　1計算公式的導出設鍋爐每小時燃料消耗量為B ，這些燃料在燃燒過程中，必然有一部分固體碳沒有完全燃燒而殘留在鍋爐的爐渣、漏煤和各種灰中，引起固體未完全燃燒熱損失：式中：q―固體未完全燃燒熱損失， ―分別為爐渣、漏煤和各種灰的含碳量，　B―燃料消耗量，kg/h或m―單位燃料輸入鍋爐的熱量， kJ/kg或此外，燃料中還有少量的碳在爐內未完全燃燒生成一氧化碳氣體隨煙氣逸出鍋爐排入大氣，但考慮到這些一氧化碳最終仍將氧化成二氧化碳，因此本文將這少量的碳也歸入鍋爐燃燒生成二氧化碳的碳量中。

　　由式（1）可知，鍋爐每小時所消耗的燃料中沒有燃燒的碳量為：于是，鍋爐每小時已燃燒掉的碳量為式中：C―燃料的收到基含碳量， 其余同前。

　　則，鍋爐每小時產生的二氧化碳氣體的標準狀態(tài)體積V為：由鍋爐熱效率定義η=城市環(huán)境與城市生態(tài)將式（3）代入式（2），整理得出：式中：Q―鍋爐供出的有效熱量，kJ/h η―鍋爐的熱效率， 其余同前。

　　2減少鍋爐CO排放的途徑2.1節(jié)約鍋爐有效熱量從公式（4）可見Q減少， V就降低的關系。

　　是鍋爐供給用熱設備的有效熱量，是外界對鍋爐提出的要求。為了減少CO排放量，鍋爐的輸出參數應該與用熱設備的要求相匹配，同時，還應通過革新工藝、改造或更新用熱設備、回收利用余熱、減少輸熱損失等各種措施使鍋爐有效熱量得到充分合理地利用，把對鍋爐有效熱量的需求降到最低，現以我國現有的100多萬臺各類用蒸汽加熱設備為例，其年耗蒸汽約14 .4億t ，由于運行熱效率普遍較低，每年可節(jié)約的鍋爐有效熱量就很大，由此可減少的鍋爐CO排放量將十分可觀。

　　2.2調整鍋爐燃料結構和燃料品質從公式（4）可見，減小燃料的值可以減少排放量。Q是單位燃料收到基低位發(fā)熱量、單位燃料物理熱H、加熱單位燃料或空氣的外來熱Q以及自用蒸汽熱Q之和。Qr的大小主要取決于Q net， ar.這就表明為了減少CO排放，應該調整鍋爐的燃料結構和燃料品質，盡可能采用含碳量與低位發(fā)熱量之比C小的能源，即采用太陽能、核能、電能等取代化石燃料采用天然氣、燃油代替燃煤。在同一種化石燃料值較小的，有利于減少CO的排放。

　　一般來說，煙煤優(yōu)于無煙煤，輕油優(yōu)于重油，天然氣優(yōu)于煤制氣。

　　此外，對于給定的燃料，提高H有利于減少CO排放量。不過，由于它們占Q的比例很小，故C值的減少甚微，致使減少CO排放的作用很小。

　　2.3提高鍋爐運行效率從公式（4）可見，鍋爐排放的二氧化碳量與鍋爐的效率η成反比。在其它條件不變時，η提高百分之幾， V就同樣減少百分之幾。我國現有大小鍋爐40余萬臺，實際運行效率比國外先進水平低20 以上，因此，通過提高鍋爐運行效率來減少CO排放的潛力是很大的。

　　根據能量守恒，鍋爐熱效率與各項熱損失之間存在以下關系：式中：η―鍋爐的熱效率， ―排煙熱損失， ―氣體未完全燃燒熱損失， ―固體未完全燃燒熱損失， ―散熱損失， ―灰渣物理熱損失， .

　　顯然，提高鍋爐熱效率在于降低鍋爐的各項熱損失。本文僅對其中較大的兩項進行討論。

　　（1）降低排煙熱損失排煙熱損失是鍋爐的主要熱損失之一，可達10 20 .其大小主要取決于排煙溫度t和排煙處空氣系數αpy.一般來說， t每下降約將減少1個百分點，鍋爐效率η相應提高1個百分點，從而導致V相應減少1/ηα將減少約0 .6個百分點，η相應提高0 .6個百分點，從而導致V（2）降低固體未完全燃燒熱損失固體未完全燃燒熱損失q的大小主要決定于鍋爐類型、燃料品質、爐膛構造和運行操作狀況。對層燃爐來說， q是鍋爐最大的熱損失項，可達20 以上，個別的甚至超過40 .燃油、燃氣鍋爐的q則很小，常可忽略。

　　由公式（5），η是q的函數，q降低將引起η相應提高。而在公式（4）中， q所在項帶有負號。

　　這表明，固體未完全燃燒熱損失q對鍋爐CO排放的影響與鍋爐的其它熱損失相關，比較復雜。

　　進一步研究發(fā)現，鍋爐供出單位有效熱量所排放的二氧化碳量V與q以及與鍋爐其它四項熱損失的和∑q之間存在著如下關系：對某一具體鍋爐，當鍋爐的q四項熱損失的和∑q等于某一個特異值V時，鍋爐每供出單位有效熱量所排放的二氧化碳量V與q無關，只決定于該鍋爐所用燃料的含碳量與低位發(fā)熱量之比。V值可通過解下列方程式求得，并可用來指導該鍋爐的運行。

　　隨機統(tǒng)計了51個煤樣，它們的C值之間。本文取平均作為例子，求得V梅國棟等鍋爐二氧化碳排放量的計算及其減少途徑成圖1.

　　二氧化碳與鍋爐熱損失關系可清楚看到：當∑q不隨q變化，保持定值為5 .68×10當∑q不變，降低將下降，且∑q越大，下降越急劇。

　　當∑q不變，降低反而略有增大，且∑q越小越明顯些。

　　還可以看到，若保持q不變， V隨降低而降低， q越大則降幅越大。

　　從天津市的鍋爐節(jié)能監(jiān)測數據分析，目前，運行鍋爐的排煙處空氣系數和爐渣含碳量普遍偏高是造成鍋爐運行效率低下的主要因素。究其原因，主要是負荷過低、煤種不適、煤的粒度不勻、燃燒調整不當以及爐膛構造缺陷、漏風漏煤等。通過加強管理、進行適當的設備技術改造、提高司爐操作技術水平，就可以較大幅度地提高鍋爐運行效率。

　　3結束語據國際能源機構公布，1995年我國的二氧化碳排放量僅次于美國，居世界第二位。為防止下一世紀的地球變暖，履行國際氣候公約，根據我國國情，對二氧化碳排放進行有效控制已勢在必行，控制鍋爐二氧化碳排放應是其中的重要內容之一。

　　綜上所述，控制鍋爐二氧化碳排放，一方面需要政府的宏觀管理和政策調控，制定相應的政策并加大實施力度，合理調整產業(yè)結構、企業(yè)結構、產品結構和能源消費結構。另一方面，需要依靠節(jié)能技術的進步和科學管理，提高鍋爐熱效率、用熱設備效率和供熱系統(tǒng)的熱效率。

　　本計算方法也適用于其它燃燒設備的CO排放計算。

　　國家技術監(jiān)督局。GB10180―88工業(yè)鍋爐熱工試驗規(guī)范。

　　天津市計量測試學會能源專業(yè)委員會主任，從事自動化儀表研究多年，獲多項省部級科技進步獎，現從事能源測試技術研究，發(fā)表論文6篇，主持制定天津市地方標準3項。

　　環(huán)境科技簡訊天津市政府下發(fā)《關于確保實現大氣環(huán)境功能區(qū)質量達標的決定》為了確保實現天津市大氣環(huán)境功能區(qū)質量達標，保障人民身體健康，促進天津經濟、社會的可持續(xù)發(fā)展，依據《中華人民共和國大氣污染防治法》、《國務院關于環(huán)境保護若干問題的決定》（國發(fā)[ 1996] 31號）及相關法規(guī)，天津市政府決定在全市進一步加強大氣污染防治工作，并于6月21日向各區(qū)縣人民政府、各委局、各直屬單位下發(fā)了《關于確保實現大氣環(huán)境功能區(qū)質量達標的決定》（津政發(fā)[ 2000] 43號，以下簡稱《決定》）。

　　此決定是天津市政府繼1999年初發(fā)布《關于控制大氣污染的通告》后下發(fā)的又一改善天津市大氣環(huán)境質量的文件，主要特點是：內容圍繞國家環(huán)保總局一控雙達標的要求，重點突出，規(guī)定具體可操作性強，不但明確了具體的大氣污染防治辦法，而且明確了具體責任部門和行政監(jiān)督管理部門，對違反規(guī)定的行為也明確了處罰部門每一條款都有法律依據，特別體現了貫徹《大氣污染防治法》的精神。

　　《決定》共分四部分：一是加強綜合治理，減少揚塵污染。二是優(yōu)化能源結構，控制煤煙型污染。三是強化機動車排放污染的監(jiān)督管理，減少機動車尾氣污染。四是落實責任，嚴格執(zhí)法，加強監(jiān)察。