《洁净煤技术》“典型燃煤行业降碳与质量基础协同控制技术”专题

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《洁净煤技术》“典型燃煤行业降碳与质量基础协同控制技术”专题

来源：洁净煤技术

行业视野: 洁净煤技术
类别; 71个
关键词; 89位
专家; 15篇
论文; 1161IP
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基于哈肯模型的质量基础设施内部要素协同机理

作者(Author)：华天熠, 龙妍, 王斌, 刘涛, 赵颖娜

摘要：“双碳”背景下,积极发挥计量、标准、合格评定(认证认可和检验检测)等国家质量基础设施(NQI)要素间的协同作用,可为火电等典型行业的率先碳达峰提供重要的一体化质量基础支撑服务。我国NQI协同创新和应用技术水平在个别地区、个别领域可达到国际先进水平,但总体还存在明显差距,NQI协同发展系统化不足,NQI协同的产业支撑能力薄弱。为促进NQI协同发展,构建了基于哈肯模型的NQI协同演化模型以深入探究NQI内部协同机理,根据识别的各要素内部序参量进行合理归一化处理,进而识别出NQI的序参量和关键变量,以系统分析目前我国NQI协同发展情况,并给出NQI协同支撑火电行业低碳发展建议。结果表明:我国NQI协同发展中的序参量为计量要素,关键变量是标准要素,计量要素的发展在NQI协同发展中起正向作用,标准要素的发展尚未对NQI发展形成正反馈作用;我国NQI三要素发展每年均有提升,其中以标准发展最快速,计量次之,合格评定最慢,计量发展受限于标准发展但也在推进,合格评定需要国家出台更多政策推动合格评定发展;我国NQI的发展存在地区差异性,尤其是合格评定的发展,需要国家出台相关政策鼓励不发达地区合格评定机构的发展。最后,在NQI协同支撑火电行业低碳发展方面,要加强碳排放计量等方面的标准制定,加强碳市场数据监管,提高碳数据的透明度和可信度,出台相关政策鼓励发电企业采用先进的低碳排放技术,并积极参与NQI的建设。

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2024年第08期

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软测量技术赋能燃煤电厂碳排放计量的研究进展

作者(Author)：姚顺春, 刘泽明, 卢志民, 郭松杰, 谢子立, 李峥辉, 黄泳如, 李龙千, 卢伟业, 陈小玄

摘要：火力发电企业作为我国能源结构的重要组成部分,长期以来是我国碳排放的主要来源,在我国和全球加速推动低碳经济发展的宏观环境下,火电企业积极响应国家“能耗双控”向“碳排放双控”转变的战略部署。在此背景下,精确计量燃煤电厂的碳排放量变得至关重要。在燃煤电厂碳计量中,烟气流量影响燃煤发电中在线监测法的精度,而燃煤消耗量、燃煤元素碳含量以及飞灰碳含量共同决定核算法的可靠性。目前,大多数燃煤发电企业只对流量和燃煤消耗量进行实时监测,在现场恶劣的环境中对燃煤元素碳含量以及飞灰碳含量进行短周期、高频次的直接监测需要花费较大的人力以及物力,流量监测设备也易受烟道环境影响。而软测量技术以其高效和低成本的特点,可为传统碳排放计量过程中关键参数的监测提供一种替代方法。鉴于此,首先阐述了软测量模型的建立过程,包含数据预处理、辅助变量选择、软测量模型建立以及模型校正。数据预处理能够确保数据质量,提高建模效率;辅助变量选择是从大量潜在的变量中筛选出对目标变量的辅助变量,进一步提高建模效率;软测量模型建立主要是基于机理建模和数据驱动建模,是实现目标变量预测的核心;模型校正通过实际的离线或在线数据,对模型进行进一步优化,提高模型的预测精度。其次,针对碳计量相关参数,分析了烟气流量、燃煤消耗量、燃煤元素碳含量和飞灰碳含量监测存在的问题,论述了软测量技术在上述碳计量关键参数的国内外研究进展和应用,评估了机理建模和数据驱动建模技术的有效性、准确性和实用性。其中,机理分析建模主要基于电厂锅炉进出口的能量平衡以及烟风质量守恒等原理,有着确定的数学物理关系式,具有高度可解释性和稳定性,但是建模过程复杂,预测精度较低;数据驱动建模主要是利用各种机器学习方法,基于电厂分布式控制系统(Distributedcontrolsystem,DCS)丰富的运行数据,对碳计量关键参数进行“黑箱建模”,克服了机理分析建模复杂的过程分析,精度相对较高,但是建模过程不明确,且模型对于不同机组的泛化能力较差。最后,对于软测量技术在碳排放计量领域的发展应用进行了总结与展望。对电厂各参数之间的时序结构、电厂自身计算能力的限制以及机理分析融合数据驱动方法的发展提出相关建议,并对国外二氧化碳预测性排放系统结合软测量技术在国内外燃煤电厂的应用进行展望。

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2024年第08期

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烟气碳排放监测数据补缺方法适用性

作者(Author)：陈公达, 程国辉, 蔡汝金, 邹祥波, 朱旺, 叶骥, 秦士伟, 唐顺, 卢伟业

摘要：烟气端碳计量技术近年来逐渐受瞩目,然而由于国内相关技术标准和体系尚待完善,该技术尚未在发电行业的正式推广应用,尤其在CO2监测数据补缺方面鲜有研究。探讨了CO2监测数据缺失时的有效补缺方法,在CO2浓度方面上对比了保持缺失段前最后有效值、基于缺省值与中位修正值的氧气换算三种补缺方法,在长周期碳排放量方面进一步增加对比了取180h内最大碳排放速率的补缺方法。研究结果显示,两机组烟气实际燃料燃烧的最大CO2体积分数在不同负荷率条件时不是固定值,且分布规律也各不同。燃煤机组的反演算最大CO2体积分数散布上下限差异约4%,在负荷率方向上总体变化小,整体反演算数据的中位值18.67%,与缺省值相差小,仅0.03%。燃气机组的反演算最大CO2体积分数在负荷率方向上变化存在两段显著差异,20%负荷率以下时,随负荷率上升而逐渐上升,20%负荷率以上时,随负荷率上升基本稳定,整体反演算数据的中位值11.38%,与缺省值差0.12%。在长周期考察中,用修正方法补缺后数据最接近于正常数据,1个月内造成的碳排放量偏差均控制在1.5t以内,从数据准确性角度看,该补缺方法有高适用性。此外,采用取180h最大值补缺的方法,虽可作为碳数据管理部门对企业的一种有效惩罚性管理手段,但长远来看,随着烟气监测法在火电行业的广泛推广,该方法可能会导致我国在国际层面的碳相关事务谈判或交易中我国火电行业的碳排放总量被高估。

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2024年第08期

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改进型火电机组烟气直测法碳计量不确定度评定方法

作者(Author)：黄辉, 刘俊, 崔洪滨, 李阳海, 刘栗, 贺俊, 徐万兵, 王楠, 周淼, 许涛, 徐龑

摘要：电力行业碳排放占全国总碳排放的40%以上,加快健全火电厂碳排放的精确计量和不确定度评定方法对电力行业碳排放精细化监管有重要作用。考虑到安装在电厂现场的浓度、流量等计量仪表长期运行后,其测量性能和精度发生变化,采用仪表出厂时的精度计算不确定度无法真实反映测量结果的可信度。提出了一种适用于生产实际,基于计量仪表定期检定结果的不确定度评定方法,并对湖北省某电厂660MW机组的碳排放在线监测结果进行不确定度评定,分析不确定度贡献,并提出优化建议。结果表明:该机组直测法碳计量结果的扩展相对不确定度为8.282%(包含因子k=2,置信水平95%)。除压强外,其余项均为B类不确定度占主导。是否考虑灵敏系数及B类不确定度评定方法的选择都会对结果产生显著影响。影响碳排放不确定度的主要来源为CO2浓度和烟气流量测量,采用更高精度的气体成分和流量测量仪器对测量仪表进行定期维护、校准以及优化烟道内测点布置等均有助于减小不确定度。

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2024年第08期

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基于深度学习的烟气温度和CO2浓度在线检测

作者(Author)：周颖, 娄春, 马晓春

摘要：基于低分辨率红外发射光谱采集技术,耦合深度学习计算方法,提出了一种烟气温度和CO2浓度在线检测方法。利用气体光谱辐射模型计算训练数据,基于多层感知器(MLP)神经网络反演火焰烟气温度和CO2浓度的分布,结果表明,MLP神经网络模型对温度、CO2和H2O体积分数的反演误差均低于1%,预测精度均大于94.5%,具有良好的泛化能力和预测能力。建立了一套基于深度学习与发射光谱耦合的烟气温度和CO2浓度在线检测装置,并对乙烯扩散火焰和C2H4/NH3部分预混火焰展开了研究。乙烯扩散火焰烟气温度和CO2体积分数的测量结果与模拟火焰结果相一致,验证了基于深度学习与发射光谱耦合的在线检测法的可行性。改变部分预混火焰的掺氨比例,分析火焰中轴上方不同高度处气体的温度和CO2浓度变化,结果表明,同一高度处的烟气温度会随着掺入氨气的增加而增大,而CO2体积分数会呈先增大后急剧减少的趋势。所提出的方法可以较灵敏的检测温度和CO2浓度的变化,用于多种火焰的燃烧诊断研究,在燃煤电厂碳排放在线检测上也有一定的应用前景。

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2024年第08期

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适用于生物质直接耦合煤发电过程的温室气体核算方法优化

作者(Author)：赵悦, 李小姗, 张立麒, 赵永椿

摘要：生物质与煤直接耦合燃烧发电作为降低火电行业碳排放的关键技术选择得到广泛关注,在双碳目标的推动下,准确量化生物质掺烧电力生产过程温室气体排放能有效提升发电行业碳排放数据的准确性与一致性,确保国内碳排放交易市场向更公平稳定的方向发展。介绍了国内外生物质耦合煤发电机组碳核算方法,提出生物质直接耦合发电机组温室气体核算边界、计算方法和核算参数的选取原则。结果表明:与现行核算法相比,基于生物质直接耦合煤发电的温室气体核算方法在核算边界、核算范围和计算方法上均有一定差异。对于核算边界,有必要新增燃料燃烧过程N2O排放、新增设备资源带来的间接碳排放;针对常见生物质是否可视为零碳燃料进行评估,发现在各省份生物质的最佳经济运输半径内秸秆、城市垃圾、林类剩余物等常见生物质均达到温室气体减排要求,且合理运输范围(48km)内均可视为零排放;在计算方法上,燃料消耗量建议根据碳排放量分层级选取测定方法,小比例掺烧时碳氧化率可直接选取缺省值99%,并且建议核算脱硫环节带来的碳排放,对循环流化床燃烧温度在1123K以下的工况需要进行N2O核算。

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2024年第08期

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燃煤电厂碳排放绩效核算及影响分析

作者(Author)：李朋, 周卫青, 白孝轩, 陈传敏, 刘松涛, 孙天祥

摘要：为提高火电碳排放核算准确性和时间分辨率,采用AspenPlus结合数学模型对碳排放绩效核算,并分析机组负荷、排烟温度、配风量、煤质成分对碳排放绩效的影响。结果表明,某燃煤电厂200MW机组燃料燃烧碳排放绩效为674.02g/kWh,钙法脱硫碳排放绩效为3.10g/kWh。对比实测法,核算偏差仅为4.07%,验证了核算方法的合理性。在碳排放绩效影响因素分析方面,100%THA、75%THA、50%THA、30%THA两两之间上升幅度依次为1.52%、3.86%和6.92%。排烟温度对于碳排放绩效影响相对较弱,温度由75℃升至145℃,碳排放绩效仅增长0.02%;随着配风量增加,碳排放绩效先上升后下降,5.00×105、6.80×105、8.00×105kg/h下碳排放绩效分别为682.74、673.48、679.20g/kWh;此外,含碳量低、低位热值较高的煤种碳排放绩效相对较低,煤粉水分增加碳排放绩效略微提升。

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2024年第08期

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基于实测数据的高炉煤气单位热值含碳量推荐值的修正方法

作者(Author)：万迎峰, 李秋军, 潘书婷, 范敏

摘要：炼铁工序是钢铁行业CO2排放量最大的主体工序,高炉煤气单位热值含碳量(简称CC)的取值,对于炼铁工序CO2排放量核算影响大。GB/T32151.5-2015附录B给出的高炉煤气CC推荐值(70.8×10-3t/GJ)为全碳组分CC,并非燃烧过程CC。基于某钢厂高炉煤气低位热值及主要组分含量实测数据,计算得出不同组分含量下高炉煤气CC实测值,分析不同组分含量高炉煤气低位发热量实测值、全碳组分CC实测值、燃烧过程CC实测值等实测参数变化。结合排放因子法广泛应用的现状,基于CC实测值波动情况,提出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等3种将CC推荐值修正为燃烧过程CC的方法,在各自适用条件修正值与实测值的偏差均小于5%;最后,用该钢厂高炉炼铁工序2021年有关统计数据,针对高炉煤气CC推荐值修正前后高炉本体碳排放计算结果进行对比分析,修正前高炉本体每吨铁的碳排放量-0.19t,修正后高炉本体每t铁的碳排放量0.415t,修正结果与真实碳排放情况较吻合。

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