鍋爐二氧化碳排放量的計(jì)算及其減少途徑

　鍋爐二氧化碳排放量的計(jì)算及其減少途徑梅國(guó)棟，韓瑞國(guó)（天津市計(jì)量技術(shù)研究所，天津300192）燃料品質(zhì)、鍋爐熱損失之間的數(shù)量關(guān)系。討論了減少鍋爐二氧化碳排放的途徑。

　　前言二氧化碳?xì)怏w對(duì)地球的能量平衡、氣溫和雨量調(diào)節(jié)都有重要影響，是地球環(huán)境保護(hù)不容忽視的物質(zhì)。當(dāng)前，全球性氣候變暖就與二氧化碳等氣體的溫室效應(yīng)密切相關(guān)。有研究資料表明在對(duì)于全球氣候變暖的貢獻(xiàn)中，二氧化碳?xì)怏w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(yīng)氣體的濃度，這就要求對(duì)二氧化碳的排放進(jìn)行有效控制。

　　化石燃料的燃燒是產(chǎn)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(shè)備。因此，本文推導(dǎo)出計(jì)算鍋爐二氧化碳排放量的公式，并據(jù)此討論了減少鍋爐二氧化碳排放的可能途徑。

　　1計(jì)算公式的導(dǎo)出設(shè)鍋爐每小時(shí)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(nèi)未完全燃燒生成一氧化碳?xì)怏w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(shí)所消耗的燃料中沒有燃燒的碳量為：于是，鍋爐每小時(shí)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(shí)產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w的標(biāo)準(zhǔn)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(guān)系。

　　是鍋爐供給用熱設(shè)備的有效熱量，是外界對(duì)鍋爐提出的要求。為了減少CO排放量，鍋爐的輸出參數(shù)應(yīng)該與用熱設(shè)備的要求相匹配，同時(shí)，還應(yīng)通過革新工藝、改造或更新用熱設(shè)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(duì)鍋爐有效熱量的需求降到最低，現(xiàn)以我國(guó)現(xiàn)有的100多萬(wàn)臺(tái)各類用蒸汽加熱設(shè)備為例，其年耗蒸汽約14 .4億t ，由于運(yùn)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(diào)整鍋爐燃料結(jié)構(gòu)和燃料品質(zhì)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(yīng)該調(diào)整鍋爐的燃料結(jié)構(gòu)和燃料品質(zhì)，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(yáng)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(wú)煙煤，輕油優(yōu)于重油，天然氣優(yōu)于煤制氣。

　　此外，對(duì)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(yùn)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(shí)，η提高百分之幾， V就同樣減少百分之幾。我國(guó)現(xiàn)有大小鍋爐40余萬(wàn)臺(tái)，實(shí)際運(yùn)行效率比國(guó)外先進(jìn)水平低20 以上，因此，通過提高鍋爐運(yùn)行效率來減少CO排放的潛力是很大的。

　　根據(jù)能量守恒，鍋爐熱效率與各項(xiàng)熱損失之間存在以下關(guān)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(xiàng)熱損失。本文僅對(duì)其中較大的兩項(xiàng)進(jìn)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(dá)10 20 .其大小主要取決于排煙溫度t和排煙處空氣系數(shù)αpy.一般來說， t每下降約將減少1個(gè)百分點(diǎn)，鍋爐效率η相應(yīng)提高1個(gè)百分點(diǎn)，從而導(dǎo)致V相應(yīng)減少1/ηα將減少約0 .6個(gè)百分點(diǎn)，η相應(yīng)提高0 .6個(gè)百分點(diǎn)，從而導(dǎo)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(zhì)、爐膛構(gòu)造和運(yùn)行操作狀況。對(duì)層燃爐來說， q是鍋爐最大的熱損失項(xiàng)，可達(dá)20 以上，個(gè)別的甚至超過40 .燃油、燃?xì)忮仩t的q則很小，常可忽略。

　　由公式（5），η是q的函數(shù)，q降低將引起η相應(yīng)提高。而在公式（4）中， q所在項(xiàng)帶有負(fù)號(hào)。

　　這表明，固體未完全燃燒熱損失q對(duì)鍋爐CO排放的影響與鍋爐的其它熱損失相關(guān)，比較復(fù)雜。

　　進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，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(xiàng)熱損失的和∑q之間存在著如下關(guān)系：對(duì)某一具體鍋爐，當(dāng)鍋爐的q四項(xiàng)熱損失的和∑q等于某一個(gè)特異值V時(shí)，鍋爐每供出單位有效熱量所排放的二氧化碳量V與q無(wú)關(guān)，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(dǎo)該鍋爐的運(yùn)行。

　　隨機(jī)統(tǒng)計(jì)了51個(gè)煤樣，它們的C值之間。本文取平均作為例子，求得V梅國(guó)棟等鍋爐二氧化碳排放量的計(jì)算及其減少途徑成圖1.

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

　　當(dāng)∑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(cè)數(shù)據(jù)分析，目前，運(yùn)行鍋爐的排煙處空氣系數(shù)和爐渣含碳量普遍偏高是造成鍋爐運(yùn)行效率低下的主要因素。究其原因，主要是負(fù)荷過低、煤種不適、煤的粒度不勻、燃燒調(diào)整不當(dāng)以及爐膛構(gòu)造缺陷、漏風(fēng)漏煤等。通過加強(qiáng)管理、進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)備技術(shù)改造、提高司爐操作技術(shù)水平，就可以較大幅度地提高鍋爐運(yùn)行效率。

　　3結(jié)束語(yǔ)據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)公布，1995年我國(guó)的二氧化碳排放量?jī)H次于美國(guó)，居世界第二位。為防止下一世紀(jì)的地球變暖，履行國(guó)際氣候公約，根據(jù)我國(guó)國(guó)情，對(duì)二氧化碳排放進(jìn)行有效控制已勢(shì)在必行，控制鍋爐二氧化碳排放應(yīng)是其中的重要內(nèi)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(diào)控，制定相應(yīng)的政策并加大實(shí)施力度，合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、企業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)。另一方面，需要依靠節(jié)能技術(shù)的進(jìn)步和科學(xué)管理，提高鍋爐熱效率、用熱設(shè)備效率和供熱系統(tǒng)的熱效率。

　　本計(jì)算方法也適用于其它燃燒設(shè)備的CO排放計(jì)算。

　　國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局。GB10180―88工業(yè)鍋爐熱工試驗(yàn)規(guī)范。

　　天津市計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)能源專業(yè)委員會(huì)主任，從事自動(dòng)化儀表研究多年，獲多項(xiàng)省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)，現(xiàn)從事能源測(cè)試技術(shù)研究，發(fā)表論文6篇，主持制定天津市地方標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)。

　　環(huán)境科技簡(jiǎn)訊天津市政府下發(fā)《關(guān)于確保實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境功能區(qū)質(zhì)量達(dá)標(biāo)的決定》為了確保實(shí)現(xiàn)天津市大氣環(huán)境功能區(qū)質(zhì)量達(dá)標(biāo)，保障人民身體健康，促進(jìn)天津經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，依據(jù)《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》、《國(guó)務(wù)院關(guān)于環(huán)境保護(hù)若干問題的決定》（國(guó)發(fā)[ 1996] 31號(hào)）及相關(guān)法規(guī)，天津市政府決定在全市進(jìn)一步加強(qiáng)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(guān)于確保實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境功能區(qū)質(zhì)量達(dá)標(biāo)的決定》（津政發(fā)[ 2000] 43號(hào)，以下簡(jiǎn)稱《決定》）。

　　此決定是天津市政府繼1999年初發(fā)布《關(guān)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(zhì)量的文件，主要特點(diǎn)是：內(nèi)容圍繞國(guó)家環(huán)保總局一控雙達(dá)標(biāo)的要求，重點(diǎn)突出，規(guī)定具體可操作性強(qiáng)，不但明確了具體的大氣污染防治辦法，而且明確了具體責(zé)任部門和行政監(jiān)督管理部門，對(duì)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(jù)，特別體現(xiàn)了貫徹《大氣污染防治法》的精神。

　　《決定》共分四部分：一是加強(qiáng)綜合治理，減少揚(yáng)塵污染。二是優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，控制煤煙型污染。三是強(qiáng)化機(jī)動(dòng)車排放污染的監(jiān)督管理，減少機(jī)動(dòng)車尾氣污染。四是落實(shí)責(zé)任，嚴(yán)格執(zhí)法，加強(qiáng)監(jiān)察。