一种燃煤机组碳排放量计算方法、监测系统与碳排放强度计算方法与流程

1.本发明涉及电力系统技术领域，特别涉及一种基于能量平衡的燃煤机组碳排放量计算方法，还涉及一种燃煤机组碳排放量监测系统，还涉及一种碳排放强度计算方法。


背景技术：

2.做好煤电机组的碳排放核算与监测，对引导机组减碳、服务碳交易市场均具有重要意义。
3.大多数机组无法实现单台锅炉入炉煤的独立精准计量，因此，燃料量无法准确统计是限制燃煤机组碳排放量在线监测计算的主要因素。磨煤机煤量的误差较大，通过独立入炉皮带计量可以保证准确性，但对于实时计算来说存在一定的延迟。
4.因此，如何提供一种燃煤机组碳排放量在线计算方法，是目前亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种基于能量平衡的燃煤机组碳排放量计算方法，以解决现有技术中燃料量无法准确统计的问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
6.根据本发明实施例的第一方面，提供了一种燃煤机组碳排放量计算方法。
7.在一个实施例中，一种燃煤机组碳排放量计算方法，包括以下步骤：
8.采用能量平衡法，根据锅炉有效吸热量与锅炉效率、燃煤低位发热量获得锅炉瞬时燃料消耗量；
9.获得瞬时碳排放量，计算公式如下：
10.cz＝b
·c·
fc
×
44/12
11.式中：cz：机组瞬时碳排放量；
12.b：锅炉瞬时燃料消耗量；
13.c：碳元素含量；
14.fc：燃料碳氧化率。
15.根据本发明实施例的第二方面，提供了一种碳排放强度计算方法。
16.在一个实施例中，一种碳排放强度计算方法，用于计算纯凝机组供电碳排放强度，机组瞬时碳排放量基于上述任一项实施例所述的燃煤机组碳排放量计算方法获得，供电碳排放强度采用如下公式计算：
17.c
gd
＝cz/pe18.式中：c
gd
：供电碳排放强度；
19.pe：机组实时电功率；
20.cz：机组瞬时碳排放量。
21.根据本发明实施例的第三方面，提供了一种碳排放强度计算方法。
22.在一个实施例中，一种碳排放强度计算方法，用于计算抽汽供热机组供电碳排放强度，机组瞬时碳排放量基于上述任一项实施例所述的燃煤机组碳排放量计算方法获得，机组抽汽状态下的发电碳排放强度采用如下公式计算：
23.c
gd
＝cz/(pe pc)
24.式中：c
gd
：机组抽汽状态下的发电碳排放强度；
25.e
zr
：机组瞬时碳排放量；
26.pe：机组当前有功功率；
27.pc：所有抽汽可用能的折算电功率；
28.cz：机组瞬时碳排放量。
29.根据本发明实施例的第四方面，提供了一种碳排放强度计算方法。
30.在一个实施例中，一种碳排放强度计算方法，用于计算抽汽供热机组供热碳排放强度，机组瞬时碳排放量基于上述任一项实施例所述的燃煤机组碳排放量计算方法获得，机组抽汽状态下的供热碳排放强度采用如下公式计算：
31.c
gq
＝(c
z-cz·
pe)/∑(di·hi
·
10-6
)
32.式中：c
gq
：机组抽汽状态下的供热碳排放强度；
33.di：第i抽汽口的抽汽量；
34.hi：第i抽汽口抽汽的焓；
35.pe：机组当前有功功率；
36.cz：机组瞬时碳排放量。
37.根据本发明实施例的第五方面，提供了一种燃煤机组碳排放量监测系统。
38.在一个实施例中，一种燃煤机组碳排放量监测系统，包括：采集模块和计算模块；其中，
39.采集模块用于采集锅炉出口参数和入炉燃料元素分析数据；
40.计算模块用于根据采集模块采集的锅炉出口参数和入炉燃料元素分析数据，获得锅炉瞬时燃料消耗量、碳元素含量、燃料碳氧化率，其中，锅炉瞬时燃料消耗量为采用能量平衡法，根据锅炉有效吸热量与锅炉效率、燃煤低位发热量计算获得；
41.计算模块采用如下公式计算瞬时碳排放量：
42.cz＝b
·c·
fc
×
44/12
43.式中：cz：机组瞬时碳排放量；
44.b：锅炉瞬时燃料消耗量；
45.c：碳元素含量；
46.fc：燃料碳氧化率。
47.根据本发明实施例的第六方面，提供了一种计算机设备。
48.在一些实施例中，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述燃煤机组碳排放量计算方法或者上述碳排放强度计算方法的步骤。
49.根据本发明实施例的第七方面，提供了一种燃煤机组碳排放量监测系统。
50.在一些实施例中，燃煤机组碳排放量监测系统包括上述任一项实施例所述的计算机设备。
51.本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
52.通过热量平衡法计算锅炉燃料量，实现通过软测量方法计算得到机组实时燃煤量，解决了入炉煤量计量不准难以实现燃煤机组碳排放量在线计算的问题；
53.通过电厂化学工业分析数据在线计算燃料元素分析结果中碳元素含量的方法，解决了电厂煤质缺少元素分析或元素分析不及时的问题，保证了燃煤机组碳排放量在线计算时效性的问题。
54.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
55.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
56.图1是根据一示例性实施例示出的一种燃煤机组碳排放量计算方法的流程图；
57.图2是根据一示例性实施例示出的一种燃煤机组碳排放量监测系统的结构示意图；
58.图3是根据一示例性实施例示出的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
59.以下描述和附图充分地示出本文的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本文的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。本文中，术语“第一”、“第二”等仅被用来将一个元素与另一个元素区分开来，而不要求或者暗示这些元素之间存在任何实际的关系或者顺序。实际上第一元素也能够被称为第二元素，反之亦然。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的结构、装置或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种结构、装置或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的结构、装置或者设备中还存在另外的相同要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
60.本文中的术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本文和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本文的描述中，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
61.本文中，除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
62.本文中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，a/b表示：a或b。
63.本文中，术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，a和/或b，表示：a或b，或，a和b这三种关系。
64.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
65.大多数机组无法实现单台锅炉入炉煤的独立精准计量，因此，燃料量无法准确统计是限制燃煤机组碳排放量在线监测计算的主要因素。由于火电机组温度、压力、流量等测点准确度较高，因此，本发明实施例提出基于能量平衡的燃煤机组碳排放量计算方法，通过热量平衡法计算锅炉燃料量，实现通过软测量方法计算得到机组实时燃煤量，解决了入炉煤量计量不准难以实现碳排放量在线监测的问题。
66.图1示出了本发明的一种燃煤机组碳排放量计算方法的一个实施例。
67.本实施例公开了一种燃煤机组碳排放量计算方法，包括以下步骤：
68.步骤s1，采用能量平衡法，根据锅炉有效吸热量与锅炉效率、燃煤低位发热量获得锅炉瞬时燃料消耗量；
69.步骤s2，获得瞬时碳排放量，计算公式如下：
70.cz＝b
·c·
fc
×
44/12
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
71.式中：cz：机组瞬时碳排放量，单位tco2/h；
72.b：锅炉瞬时燃料消耗量，单位t/h；
73.c：碳元素含量，单位％；
74.fc：燃料碳氧化率。
75.可选地，所述采用能量平衡法，根据锅炉有效吸热量与锅炉效率、燃煤低位发热量计算获得锅炉瞬时燃料消耗量的步骤，包括：
76.对于燃煤(无其他燃料掺烧)、一次再热、过热蒸汽机组，锅炉瞬时燃料消耗量采用如下公式计算：
[0077][0078]
式中：b：锅炉瞬时燃料消耗量，单位t/h；
[0079]dgq
：过热蒸汽流量，单位t/h；
[0080]hgq
：过热蒸汽焓，单位kj/kg；
[0081]hgs
：锅炉给水焓，单位kj/kg；
[0082]dpw
：锅炉排污水量，单位t/h；
[0083]hpw
：排污水焓，单位kj/kg；
[0084]dzq
：锅炉再热蒸汽流量，单位t/h；
[0085]hzq,c
：再热蒸汽出口焓，单位kj/kg；
[0086]hzq,r
：再热蒸汽入口焓，单位kj/kg；
[0087]
ηb：锅炉效率，单位％；
[0088]qar,net
：燃料低位发热量，单位kj/kg。
[0089]
可选地，所述采用能量平衡法，根据锅炉有效吸热量与锅炉效率、燃煤低位发热量计算获得锅炉瞬时燃料消耗量的步骤，包括：
[0090]
对于燃煤(无其他燃料掺烧)、二次再热机组，此类机组计算时需要考虑二次再热的影响，锅炉瞬时燃料消耗量采用如下公式计算：
[0091][0092]
式中：b：锅炉瞬时燃料消耗量，t/h；
[0093]dgq
：过热蒸汽流量，t/h；
[0094]hgq
：过热蒸汽焓，kj/kg；
[0095]hgs
：锅炉给水焓，kj/kg；
[0096]dzq1
：锅炉一次再热蒸汽流量，t/h；
[0097]hzq1,c
：再热蒸汽出口焓，kj/kg；
[0098]hzq1,r
：再热蒸汽入口焓，kj/kg；
[0099]dzq2
：锅炉一次再热蒸汽流量，t/h；
[0100]hzq2,c
：再热蒸汽出口焓，kj/kg；
[0101]hzq2,r
：再热蒸汽入口焓，kj/kg；
[0102]
ηb：锅炉效率，％；
[0103]qar,net
：燃料低位发热量，kj/kg。
[0104]
可选地，所述采用能量平衡法，根据锅炉有效吸热量与锅炉效率、燃煤低位发热量计算获得锅炉瞬时燃料消耗量的步骤，包括：
[0105]
对于混烧多种煤种的机组，依然采用上述公式(2)或(3)计算，燃料低位发热量按照各种燃料占总燃料消耗量份额的加权平均值计算，计算公式如下：
[0106]qar,net
＝∑ωiq
ar,net,i
ꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0107]
式中：ωi为第i种燃料占总燃料消耗量份额(％)，q
ar,net,i
为第i种燃料占总燃料的低位发热量。
[0108]
对于掺烧煤泥、煤矸石等燃料的机组，计算锅炉瞬时燃料消耗量时，可将煤泥、煤矸石作为混煤燃料的一种，按照公式(2)至(4)进行计算。
[0109]
可选地，所述采用能量平衡法，根据锅炉有效吸热量与锅炉效率、燃煤低位发热量计算获得锅炉瞬时燃料消耗量的步骤，包括：
[0110]
对于掺烧生物质等零碳燃料的机组，零碳燃料的计量要实现单独准确计量，在计算锅炉瞬时燃料消耗量时，需在总热量中减去零碳燃料的发热量，因此，锅炉瞬时燃料消耗量采用如下公式计算：
[0111][0112]
式中：b：锅炉瞬时燃料消耗量，单位t/h；
[0113]dgq
：过热蒸汽流量，单位t/h；
[0114]hgq
：过热蒸汽焓，单位kj/kg；
[0115]hgs
：锅炉给水焓，单位kj/kg；
[0116]dpw
：锅炉排污水量，单位t/h；
[0117]hpw
：排污水焓，单位kj/kg；
[0118]dzq
：锅炉再热蒸汽流量，单位t/h；
[0119]hzq,c
：再热蒸汽出口焓，单位kj/kg；
[0120]hzq,r
：再热蒸汽入口焓，单位kj/kg；
[0121]
ηb：锅炉效率，单位％；
[0122]qar,net
：燃料低位发热量，单位kj/kg；
[0123]
d0：零碳燃料消耗量，单位t/h；
[0124]qar,net,0
：零碳燃料低位发热量，单位kj/kg。
[0125]
在线监测二氧化碳对燃煤元素分析的化验有较高的时效要求，而电厂一般无法实现元素分析，但电厂在进行燃煤掺配的时候需要对混煤进行元素分析，元素分析结果具有较好的时效性，能够满足在线监测的要求，因此，本发明实施例中，所述碳元素含量通过以下步骤获得：根据燃料元素分析结果计算碳元素含量。
[0126]
可选地，对于混烧多种煤种的机组，所述碳元素含量通过以下步骤获得：根据燃料元素分析结果结合各种燃料占总燃料消耗量份额的加权平均值计算获得。
[0127]
可选地，所述燃料碳氧化率通过以下步骤获得：采用基于teacher-student 模型算法的飞灰含碳量预测模型获得机组燃料碳氧化率实时预测结果。碳氧化率计算采用《rb/t251-2018发电企业温室气体排放核查技术规范》中所要求的公式进行计算。
[0128]
在另一个实施例中，公开了一种碳排放强度计算方法，用于计算纯凝机组供电碳排放强度，机组瞬时碳排放量基于上述任一项实施例所述的燃煤机组碳排放量计算方法获得，供电碳排放强度采用如下公式计算：
[0129]cgd
＝cz/pe[0130]
式中：c
gd
：供电碳排放强度，tco2/mwh；
[0131]
pe：机组实时电功率，mw；
[0132]cz
：机组瞬时碳排放量。
[0133]
在另一个实施例中，公开了一种碳排放强度计算方法，用于计算抽汽供热机组供电碳排放强度，机组瞬时碳排放量基于上述任一项实施例所述的燃煤机组碳排放量计算方法获得，机组抽汽状态下的发电碳排放强度采用如下公式计算：
[0134]cgd
＝cz/(pe pc)
[0135]
式中：c
gd
：机组抽汽状态下的发电碳排放强度，tco2/mwh；
[0136]ezr
：机组瞬时碳排放量，tco2/h；
[0137]
pe：机组当前有功功率，mw；
[0138]
pc：所有抽汽可用能的折算电功率，mw；
[0139]cz
：机组瞬时碳排放量。
[0140]
可选地，所述所有抽汽可用能的折算电功率采用如下公式计算：
[0141]
pc＝∑e
i0
/3600
[0142]
式中：pc：所有抽汽可用能的折算电功率，mw；
[0143]ei0
：第i抽汽口抽出蒸汽的可用能，kj/kg。
[0144]
可选地，所述第i抽汽口抽出蒸汽的可用能采用如下公式计算：
[0145]ei0
＝di[(h
i-h0)-t0(s
i-s0)]
[0146]
式中：e
i0
：第i抽汽口抽出蒸汽的可用能，kj/kg；
[0147]di
：第i抽汽口的抽汽量，t/h；
[0148]hi
、si：第i抽汽口抽汽的焓、熵；
[0149]
t0、h0、s0：低压缸排汽温度、焓和熵。
[0150]
在另一个实施例中，公开了一种碳排放强度计算方法，用于计算抽汽供热机组供热碳排放强度，机组瞬时碳排放量基于上述任一项实施例所述的燃煤机组碳排放量计算方法获得，机组抽汽状态下的供热碳排放强度采用如下公式计算：
[0151]cgq
＝(c
z-cz·
pe)/∑(di·hi
·
10-6
)
[0152]
式中：c
gq
：机组抽汽状态下的供热碳排放强度，tco2/gj；
[0153]di
：第i抽汽口的抽汽量，t/h；
[0154]hi
：第i抽汽口抽汽的焓，kj/kg；
[0155]
pe：机组当前有功功率，mw；
[0156]cz
：机组瞬时碳排放量。
[0157]
在另一个实施例中，如图2所示，公开了一种燃煤机组碳排放量监测系统，包括：采集模块和计算模块；其中，采集模块用于采集锅炉出口参数和入炉燃料元素分析数据；计算模块用于根据采集模块采集的锅炉出口参数和入炉燃料元素分析数据，获得锅炉瞬时燃料消耗量、碳元素含量、燃料碳氧化率，其中，锅炉瞬时燃料消耗量为采用能量平衡法，根据锅炉有效吸热量与锅炉效率、燃煤低位发热量计算获得；
[0158]
计算模块采用如下公式计算瞬时碳排放量：
[0159]cz
＝b
·c·
fc
×
44/12
[0160]
式中：cz：机组瞬时碳排放量，单位tco2/h；
[0161]
b：锅炉瞬时燃料消耗量，单位t/h；
[0162]
c：碳元素含量，单位％；
[0163]
fc：燃料碳氧化率。
[0164]
上述燃煤机组碳排放量监测系统的计算方法与燃煤机组碳排放量计算方法的原理相同，这里不再赘述。
[0165]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图3所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储静态信息和动态信息数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现上述方法实施例中的步骤。
[0166]
本领域技术人员可以理解，图3中示出的结构，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0167]
在一个实施例中，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例中的步骤。
[0168]
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计
算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中的步骤。
[0169]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(read-only memory，rom)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(randomaccess memory，ram)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(static random access memory，sram) 或动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)等。
[0170]
在一个实施例中，提供了一种燃煤机组碳排放量监测系统，包括上述实施例所述的计算机设备。
[0171]
本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。