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干货|石灰生产中热能及烟气和碳排放计算方法

2024-04-19 13:58:00 来源：石灰窑生态圈

干货|石灰生产中热能及烟气和碳排放计算方法

一、热能单位换算基础知识
1、计算热量的单位：
卡(cal)：把1g 水的温度升高或降低1℃所吸收或放出的热量规定为1 卡（cal）；
千卡(kcal)：千卡又叫大卡，1 大卡（kcal）=1000 卡（cal）
焦耳(J)：功和能的计量单位，是能量单位。热量作为能量的一种表现形式，必然也可以用焦耳来计量，所以就有了热功当量，即：1 卡(cal)=4.1868 焦耳(J)，1 大卡(kcal)=4186.75 焦耳(J)，1Kcal/h=1.163 w=1.163 J/s
2、标准煤：
标准煤是以一定的燃烧值为标准的当量概念。规定1 千克标煤的低位热值为7000 千卡或29274 千焦。
3、煤炭参考热值及折标准煤系数表

能源名称	平均低位发热量	折标准煤系数
原煤	20908 千焦（5000 千卡）/千克	0.7143 千克标准煤/千克
洗精煤	26344 千焦（6300 千卡）/千克	0.9000 千克标准煤/千克

     二、石灰生产能耗及烟气量计算方法
2.1、煤炭或焦炭燃烧计算：
固体燃料煤炭或焦炭成分主要有：碳(C)、氢(H)、氧(O)、硫(S)、灰分(A)、氮(N)、水分(W)，其中可燃成分为C、H、S。
燃烧时主要发生下列燃烧化学反应：
C+O2=CO2       2C+O2=2CO      2CO+O2=2 CO2
2 CO2+ C =2 CO 2H+ O2=2H2O     S+ O2=SO2
2.2、理论空气量的计算：
假定以后计算中气体均为标准状态，焦炭完全燃烧则有：
C燃烧时：        C     +     O2   = CO2
                 1mol        1mol      1mol
H燃烧时：       H   +     0.25O2   = 0.5 H2O
                1mol       0.25mol   0.5mol
S燃烧时：        S      +     O2   =   SO2
                1mol         1mol     1mol
已知条件：在空气中O2所占体积百分率为21%，氮气为79%
假定焦炭中碳、氢、氧、硫各成分含量以C、H、O、S表示，则每1kg焦炭完全燃烧所需理论空气量为：
Lo=100/21×(1/12C+1/4 H + S-O)×22.4
2.3、燃烧烟气生成量计算
煤炭或焦炭燃烧产生的烟气主要包括: CO2、SO2、N2、O2、CO。燃料中的N元素及空气中N2的不发生反应直接进入烟气中，当空气过剩空气系数n＞1时，烟气中含有多余O2的存在。考虑到燃料和空气中附着水产生的水蒸气，则计算中烟气要加入H2O。
实际燃烧烟气生成量表示为Vn(n＞1)
Vn=V CO2+V SO2+V N2+V O2+VH2O
n=1时烟气生成量表示为V0，称为理论烟气量
三、碳排放量的常用计算方法
碳排放量的计算方法各有特点，适用范围不尽相同。在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的方法，并遵循国家相关法规和标准。
1、直接排放计算方法：
直接排放计算方法是一种常用的计算方法，主要适用于企业或个人直接产生的二氧化碳排放量的计算。
其计算方法一般包括以下步骤：
（1）确定排放源：
首先需要确定排放二氧化碳的源头，如燃烧化石燃料、工业生产、交通运输等。不同排放源的排放量计算方法会有所不同。
（2）确定排放因子：
排放因子是指单位燃料或能源所产生的二氧化碳排放量。不同种类的燃料或能源具有不同的排放因子，需要根据实际情况选择合适的排放因子。例如，煤炭的排放因子为2.93 t CO2e/t，柴油的排放因子为3.15 t CO2e/t。
（3）确定活动数据：
活动数据是指实际消耗的燃料或能源的数量。这些数据可以通过企业或个人的生产记录、燃料或能源消耗量等途径获得。
（4）计算排放量：
根据确定的排放因子和活动数据，使用公式碳排放量（t CO2e）=排放因子（t CO2e/t）×排放量（t）进行计算，得到相应的二氧化碳排放量。
在进行直接排放计算时，需要考虑到各种因素的影响，如设备效率、工艺流程、生产管理等。
2、间接排放计算方法：
碳排量的间接排放计算方法一般包括以下步骤：
（1）确定间接排放源：
间接排放源主要包括电力、热力和蒸汽等。这些能源的消耗量可以通过企业或个人的消耗记录、费用结算单等途径获得。
（2）确定排放因子：
排放因子是指单位消耗量所产生的二氧化碳排放量。不同种类的能源具有不同的排放因子，需要根据实际情况选择合适的排放因子。例如，电力的排放因子会因不同的发电方式而有所不同。
（3）计算排放量：
根据确定的排放因子和活动数据，使用公式碳排放量（t CO2e）=消耗量（kWh、kg等）×排放因子（t CO2e/kWh、kg等）进行计算，得到相应的二氧化碳排放量。
在进行间接排放计算时，需要考虑到各种因素的影响，如能源效率、能源消耗比例等。
3、质量平衡法
质量平衡法是一种基于物质守恒原理计算碳排放量的方法。
其基本思路是根据输入和输出物质的质量守恒关系，计算各种温室气体的排放量。
具体来说，质量平衡法通过建立输入物质的质量、输出物质的质量和排放物质的质量之间的关系，计算出输入物质中的碳被氧化后以二氧化碳形式排放的数量。
质量平衡法的计算公式为：碳排放量 = 输入物质中的碳质量 - 输出物质中的碳质量。
其中输入物质中的碳质量可以通过原料的碳含量和投入量计算得出，输出物质中的碳质量可以通过产品的碳含量和产出量计算得出。
质量平衡法适用于不同类型的企业和生产过程，尤其是那些难以通过实测方法准确测量排放量的企业。
通过质量平衡法，可以较为准确地计算出企业或生产过程的碳排放量，为企业的碳管理和碳减排提供科学依据。
需要注意的是，质量平衡法在计算过程中需要用到各种物质的碳含量和投入产出量等数据，这些数据可能存在一定的误差或不确定性。
因此在使用质量平衡法时，需要充分考虑各种因素的影响，并采用合适的计算方法和数据来源，以确保计算结果的准确性和可靠性。
4、实测法
碳排放量的实测法是一种基于实地测量和实验室分析的方法，用于计算碳排放量。
这种方法通常需要针对典型企业进行大规模实际测量，记录燃料、设备及运行工况等数据，从而确定不同行业的CO2排放量。
实测法的优点是中间环节少，结果准确，但缺点是消耗人力和物力较大，成本较高，而且要求检测样品具有代表性。
实测法适用于小区域、简单生产排放链的碳排放源，或小区域、有能力获取一手监测数据的自然排放源。
实测法的计算公式为：CO2排放量=单位换算因子×介质（空气）流量×介质（空气）中CO2浓度。
具体操作步骤包括：首先通过科学、合理地采集和分析样品，获得监测数据；然后利用环保部门认可的测量数据来计算气体的排放总量。
实测法需要依赖实地测量和实验室分析，对于设备和技术的要求较高，但其结果相对准确可靠，因此在碳排放量计算中具有重要地位。
总的来说，碳排放量的计算方法并不是单一的，其结果可能会受到多种因素的影响，例如行业、地域、生产工艺、能源结构等。因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的方法。

资料提供：
唐山金泉冶化科技产业有限公司研发中心
资料整理发布：
《石灰产业》编辑部
2024年04月18日
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