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摘要：全球气候变化与碳排放的紧密关系引起了对气候变化问题的深刻关注。大量的碳排放被认为是气候变化的主要推动因素，不仅引起地球表面温度升高，还导致了一系列不可逆转的气候效应，如海平面上升、频繁的极端天气等事件。为了减缓气候恶化的速度，碳中和成为一项关键举措，其核心在于减少、抵消或清除等量的二氧化碳，以降低负面影响。中国在2020年9月正式宣布，承诺二氧化碳的排放力争于2030年之前实现碳达峰，努力争取于2060年前实现碳中和。这意味着在未来几十年内中国将完成产业结构转型，以降低二氧化碳排放为重点战略方向，积极为全球碳减排目标做出贡献。目前主要的二氧化碳排放源是燃煤的火力电厂。为了更有效地检测和控制这一排放源，研究改进传统的烟气检测系统，从而更准确地测量火力电厂的碳排放量，为碳中和战略提供了有力的数据支持。研究的优势在于提高了检测系统的精确性，使其更具适应性和高准确性，同时为科学家和决策者提供更可靠的数据，有助于更有效地制定和评估碳中和战略。通过对碳排放速率进行累积计算，能够更全面地了解碳排放的动态变化，为深入理解火力电厂的碳排放特性提供了重要的指导意义。

关键词：碳中和目标；火力电厂；碳排放检测。

引言：

当前全球气候正在逐渐变暖，引起的一系列气候问题已经成为当前环境保护方面的重要关注重点。二氧化碳的排放是全球气候变化问题的主要原因之一，因此各国为了维护人类的生存环境，纷纷提出碳中和目标，通过减少和抵消碳排放的方式减少二氧化碳排放，从而缓解当前的气候压力，改善自然环境。中国作为世界第一大碳排放大国，也提出了在2030年后二氧化碳的排放不再增长，达到峰值之后开始下降，努力争取2060年实现碳中和的目标。

目前我国火力电厂的碳排放计算方法主要通过燃料的碳核算方法，因此，研究在碳中和的目标背景下，对当前燃煤电厂的二氧化碳排放数据进行检测分析，为碳核查提供可靠的数据支撑，为我国进一步实现碳中和目标献力。

中国的火力电厂主要使用化石燃料，而这导致了大量的二氧化碳排放，成为我国温室气体排放的主要来源，根据中科院公布的含行业估算的2010年二氧化碳排放量名单，排在首位的电力和热力的生产和供应业的二氧化碳排放量占二氧化碳排放总量的40.1%。由此可见，准确检测固定污染源排放废气中的二氧化碳及来源，能够为二氧化碳的减排控制提供重要的数据依据，进一步研究二氧化碳对大气环境的影响，为早日实现“碳达峰、碳中和”的“双碳”目标做贡献。在实现碳中和的大背景下，我们迫切需要检测和分析火力电厂的碳排放情况。虽然传统的烟气检测系统能够提供一些排放数据，但在适应性和准确性方面存在一些问题。目前，我国煤炭企业的碳排放总量通常通过计量手段获取，然而，由于实测数据误差、计算误差以及机组操作参数误差等因素的影响，导致了计算结果容易存在误差。面对这一挑战，我们需要寻找更为可靠的检测手段来提高结果的准确度。通过对二氧化碳进行在线实时测量与计算，可以有效解决传统检测系统存在的人为干扰多、计算误差大、检测人力成本高等问题。这一创新方法为检测结果的可靠性提供了更多保证，有望为火力电厂的碳排放检测和分析提供更准确、实用的技术支持，为碳中和目标的实现提供更为可行的途径。这一努力将有助于我国更全面、科学地应对气候变化问题，实现更加环保和可持续的能源发展。

因此，对城镇火力电厂的碳排放研究成果具有一定的社会意义和经济意义。未来，二氧化碳的实时在线测量和计算，也可以作为碳排放量核实的重要基础。针对以上问题，需对现有的燃煤电厂烟气监控系统进行改造，采用累计法对燃煤电厂的碳排放量进行累计计算，从而更加精确地获得燃煤电厂的碳排放量。

本文以燃煤电厂二氧化硫和氮氧化物的测定为例，利用相似的测试方法，获得了烟气中二氧化碳的浓度。然后将排气温度、压力、流量，湿度等多种因素综合起来考虑，研究采用在线计算的方法来计算二氧化碳的排放量。该计算方法的优势在于能够全面考虑多个影响排放的因素，从而更准确地得出二氧化碳的实际排放量。

1.碳排放核算方法分析

政府间气候变化专门委员会（IPCC），其提供的IPCC碳排放量计算法过于宏观，并不总能在单个火力电厂或发电机组的情境中准确反映实际情况[1]。因为这种方法过于宏观，难以细致考虑火力电厂内部运行情况和排放特征受到的多种影响。为了更精准地了解火力电厂的碳排放，需要采用更为细致和个体化的检测和分析手段[2]。电力行业温室气体排放核算方法规定通过考虑发电厂燃料使用量、燃料发热量以及原材料使用量，结合排放因子来计算碳排放量。

中国学者对碳排放量核算进行了深入研究，包括对大型煤电基地的碳排放强度与机组运行条件、燃煤品质、空冷方式等因素的关系。马学礼等以陕北、宁东、准东及哈密4个大型煤电基地为研究对象，选择典型燃煤机组，研究碳排放强度与机组类型，运行负荷，燃煤品质，空冷方式等因素的关系[3]；李强根据 IPCC清单方法，建立了燃煤电厂碳排放污染传递效应的数学模型，并给出了各区域碳排放传递规模与经济利益的计算方法。在此基础上，利用已发布的各地区发电量、用电量、燃煤发电及减排工程中国区域网基准排放系数，利用关联数学模型，对2013、2017年中国的碳排放污染传递效应进行实证研究[4]；郑睿合、郑翔匀依循我国能源转型规划对燃煤发电量变化与碳排放量影响进行了研究分析，并得出结论既有燃煤机组可能不须满载运转，且随着超超临界燃煤机组替代既有机组，以及燃煤发电量降低下，2025年碳排放量较目前将减少2，500万吨[5]；高建强等通过对330MW燃煤机组在一定条件负荷下的碳排放进行了研究，结果表明，煤电的碳排放强度与机组负荷成负相关，而对其影响最大的系统是蒸汽发电系统、电厂用电系统以及锅炉系统。而目前普遍使用的是火力电厂，由于多种煤的掺混，各发电厂的燃煤品质也有差别，所以，用常规的计算方法得到的碳排放值很可能会有错误，而且还会受人为干扰和测量误差的影响。另外，核算的费用也很高[6]。这些研究结果凸显了了解碳排放的复杂性需要更全面、个体化的视角，以适应不同场景和条件的检测需求。这一努力为深入理解火力电厂碳排放特性提供了有益的方法和框架。

2.烟气二氧化碳排放浓度测量方法

根据《温室气体排放核算与报告要求 第1部分：发电企业》中要求，火力电厂的碳排放核算排放范围包括：化石燃料燃烧产生的碳排放量E燃烧如式（2）所示；脱硫过程的碳排放E脱硫；企业净购入使用电力产生的碳排放E电，化石燃料燃烧的二氧化碳排放因子EFi如式（4）所示，因此发电厂碳排放总量如式（1）所示：

对于烟气二氧化碳排放浓度的测定，目前国内外已有的方法有非分散红外吸收法（在线和便携式）、傅里叶变化红外光谱法（FTIR）、气敏电极法、化学吸收法（奥氏气体分析仪）、气相色谱法、容量滴定法。其中，非分散红外吸收法和傅里叶变换红外光谱法可用于固定源废气现场检测，非分散红外吸收法是目前燃煤电厂烟气组成测定中最常用的一种二氧化碳排放量测算方法，其优点是红外吸收法的红外传感器抗中毒性好、量程范围广、灵敏度高，缺点是仪器需要定期校准、烟气中水分对测定有干扰。

非分散红外吸收法检测固定源二氧化碳的方法与火力电厂普遍已有的SO2、NOx组分检测系统类似[7]。在火力电厂已有的烟气采样、前处理系统基础上，可以在已有的仪器上添加二氧化化碳分析仪器，或者在已有的仪器上加入相关的测试元件，从而达到对二氧化碳浓度的检测。同时将采集到的二氧化碳浓度测试数据集成到电厂烟气监控系统（CEMS）中，并传输到数据采集系统中，以达到实时监控、统计、报警的目的。

火力电厂排出的烟气将通过烟气采样探头进行加热采样，然后经过运输管节流阀门输送到烟气预处理装置中。烟气预处理装置采用致冷器、蠕动泵等方式除去烟气中的水份，并将其送至分析仪进行测试与分析。将测试结果传输到 PLC及烟气监控系统中，经计算、统计、监控，从而达到对火力电厂碳排放的整体监控与有效控制。烟气中二氧化碳具体测量流程如图1所示：

利用该装置测量出的火力电厂烟气中二氧化碳的体积浓度，换算标准状态下烟气二氧化碳质量浓度，具体计算公式如式（5）：

式中：

Csn----标准状态下二氧化碳质量浓度，单位为g/m3；

Cs ----二氧化碳检测系统检测的体积浓度，单位为%。

3烟气参数测量方法

火力电厂烟气参数的测量主要包括烟气温度、烟气压力、烟气流速、烟气湿度的检测。其中烟气温度检测采用热电偶检测，烟气湿度采用阻容法检测，烟气压力和烟气流速采用皮托管检测。在烟气参数测量过程中，将皮托管的取压口安装在烟道内中心位置，且与气流的流向保持一致。全压取压口正对气流方向、静压取压口背对气流方向，由压力传感器精确地获得烟气量压力。

在此基础上，将烟气动压、烟气温度、烟气静压、等多种参量有机结合，对烟气流动速度进行准确的预测。将测量到的测量结果通过流量信号传输到 DCS及烟气监控系统中，实现对烟气的实时检测与记录。为了保证测试结果的可靠性，要充分利用烟道直管段的长度以有效降低由流场干扰造成的误差，并将风向传感器引入到风速计中，以提高测试的全面性和准确性。通过这些深度改进，烟气流速测量装置在维持皮托管差压测量原理的基础上，通过全面的传感器集成和更准确的数据计算，提高了测量的准确性。

4.测量方法应用

在获得二氧化碳浓度及烟气流速的基础上，在分布式控制系统（DCS）中进行相关的计算。通过以上方法计算出二氧化碳排放量检测结果如表2所示：

通过对燃煤电厂在不同负荷下的实时检测数据进行综合分析，我们得出随着电厂负荷的增加，烟气中二氧化碳体积浓度和质量浓度波动不大，二氧化碳体积浓度15.38%～15.58%，二氧化碳质量浓度302.11g/m3～308.00g/m3。在电厂负荷由362MW上升到659MW的过程中，烟气流量从1263204.95m3/h增至1913908.73m3/h，二氧化碳排放速率从381623.24kg/h增至589483.89kg/h。反映了在高负荷情况下，电厂需要更多的能源，导致更多的燃煤燃烧，从而增加了二氧化碳的排放量。

电厂负荷的增加直接影响了二氧化碳的排放。因此，在实现碳中和的过程中，我们应该重点关注负荷管理和能源效率的提升，通过优化电厂运行方式、推动清洁能源转型等方式，降低对火力电厂化石燃料的依赖，从而有效减少二氧化碳排放。同时，检测和调整燃煤电厂在不同负荷下的运行参数，将成为实现碳中和目标的关键举措，以确保在电力需求增长的情况下，也能保持低碳环保的发展路径。这样的综合分析为制定碳中和战略和具体操作提供了有力支持，促使电力行业向更为可持续的未来发展。

5.结论及应用

实现燃煤的城镇火力电厂的碳减排和碳排放权交易是达成碳中和目标的必要步骤。其中，准确计算燃煤电厂的碳排放量能够帮助评估碳减排改造后的减排效果和实际排放水平，从而核定减排改造或参与排放权交易所涉及的成本和收益。这些关键数据将对燃煤电厂未来的生产经营决策起到指导作用，同时也为监管机构进行环保监察提供了基础。本文以660MW超超临界机组为例，采用在线检测与计算的方法，获取烟气排放率的实时数据。它不仅准确可靠，而且可以通过标样的定期检验来保证结果的可靠性。为确保测试精度，烟流速度测试设备安装在烟气总排口的烟囱平台上，以保证有符合检测规范要求的直管段。另外，对烟气压力，温湿度等参数进行同步测试，具有较高的可靠性。这一方法不仅能够有效推动燃煤电厂实现碳减排和参与碳排放权交易，更与碳中和目标的实现密切相关。通过准确计算燃煤电厂的碳排放量，深入了解火力电厂的碳排放特性，为实现我国碳中和目标提供了有力的支持，为推动绿色能源转型和低碳经济发展提供实质性的数据基础。

参考文献

[1]索新良，王鹏辉。火力电厂碳排放测算方法和减排措施研究，第19页。2017年4月。

[2]张瑞山，柏建华，陈军，冯林魁，谢生璐。基于布谷鸟算法的火力电厂经济调度与碳排放研究，《制造业自动化》第94页。2023年9月。

[3]马学礼，王笑飞，孙希进，师婧，陈锦鹏，党立晨。燃煤发电机组碳排放强度影响因素研究，《热力发电》第190页。2022年1月。

[4]李强。燃煤发电厂碳排放污染转移效应建模研究，《环境科学与管理》第5页，2019年8月。