留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

采用燃料分析法计量化石燃料燃烧产生的碳排放量

王海峰 宋小平 李佳

王海峰,宋小平,李佳. 采用燃料分析法计量化石燃料燃烧产生的碳排放量[J]. 计量科学与技术,2023, 67(7): 3-10 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0189
引用本文: 王海峰,宋小平,李佳. 采用燃料分析法计量化石燃料燃烧产生的碳排放量[J]. 计量科学与技术,2023, 67(7): 3-10 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0189
WANG Haifeng, SONG Xiaoping, LI Jia. Metrology of Carbon Emissions from Fossil Fuel Combustion Using Fuel Analysis Methods[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(7): 3-10. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0189
Citation: WANG Haifeng, SONG Xiaoping, LI Jia. Metrology of Carbon Emissions from Fossil Fuel Combustion Using Fuel Analysis Methods[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(7): 3-10. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0189

采用燃料分析法计量化石燃料燃烧产生的碳排放量

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0189
基金项目: 国家重点研发计划项目(2021YFF0602604)。
详细信息
    作者简介:

    王海峰(1978-),中国计量科学研究院副研究员,研究方向:水分和有机元素计量技术,邮箱:wanghf@nim.ac.cn

  • 中图分类号: TB99

Metrology of Carbon Emissions from Fossil Fuel Combustion Using Fuel Analysis Methods

  • 摘要: 准确测定温室气体的排放量是实现温室气体减排目标的基础。化石燃料的燃烧是温室气体的主要来源,在固定燃烧源燃烧煤、燃油或天然气,排放的二氧化碳可以使用燃料分析方法测定。燃料分析法包含两种方法,方法1使用燃料的发热量和排放因子确定二氧化碳排放量;方法2使用燃料的碳含量和氧化率来计算二氧化碳排放量。详细介绍了方法1和方法2的分析步骤、测量方法、仪器、校准方法和不确定度评定,包括基准热量计、发热量、元素含量和天然气成分标准物质、检定规程和校准规范在内的计量技术,保障了二氧化碳排放量测定结果的准确可靠、等效一致。
  • 图  1  煤流皮带采样机结构示意图

    Figure  1.  Structural diagram of coal flow belt sampling machine

    图  2  聚乙烯塑料滴管和聚乙烯安瓿

    Figure  2.  Polyethylene plastic droppers and polyethylene ampoules

    表  1  燃料分析用到的标准物质

    Table  1.   Reference materials utilized in fuel analysis

    标准物质编号 名称 生产者 标准值 扩展不确定度 (U)
    GBW 13201 苯甲酸 中国计量科学研究院 高位发热量: 26436 J/g 6 J/g
    GBW (E) 130035 苯甲酸 中国计量科学研究院 高位发热量: 26458 J/g 26 J/g
    GBW(E) 130401 异辛烷 中国计量科学研究院 高位发热量: 47777 J/g 57 J/g
    GBW 06203 乙酰苯胺 中国计量科学研究院 碳含量: 710.87 mg/g 0.03 mg/g
    氢含量: 67.12 mg/g 0.02 mg/g
    氮含量: 103.63 mg/g 0.01 mg/g
    GBW 06204 二苯并噻吩 中国计量科学研究院 碳含量: 782.17 mg/g 0.05 mg/g
    氢含量: 43.77 mg/g 0.01 mg/g
    硫含量: 174.03 mg/g 0.05 mg/g
    GBW 11101-11113 烟煤、无烟煤 煤炭科学研究总院 高位发热量: 21000~31000 J/g 120 J/g
    碳含量: 540~810 mg/g 3.6 mg/g
    氢含量: 9.3~47 mg/g 1.0~1.2 mg/g
    硫含量: 3.9~41.1 mg/g 0.4~1.2 mg/g
    下载: 导出CSV

    表  2  各种燃料的排放因子(来自IPCC 2006版[1]

    Table  2.   Emission factors of various fuels (adapted from IPCC 2006 edition[1])

    燃料 排放因子默认
    值(kg CO2/TJ)
    下限
    (kg CO2/TJ)
    上限
    (kg CO2/TJ)
    默认值相对
    不确定度Ur
    无烟煤 98300 94600 101000 3.77%
    炼焦煤 94600 87300 101000 7.72%
    其他烟煤 94600 89500 99700 5.40%
    原油 73300 71100 75500 3.01%
    汽油 69300 67500 73000 5.34%
    柴油 74100 72600 74800 2.03%
    煤油 71900 70800 73700 2.51%
    天然气 56100 54300 58300 3.93%
    下载: 导出CSV

    表  3  不同原理的元素分析仪的对比

    Table  3.   Comparison of elemental analyzers based on different principles

    编号 气体产物中待测组分 分离方式 检测器 待测元素
    1 CO2, H2O, N2, SO2 捕集阱 TCD C, H, N, S
    2 CO2, H2O, N2, SO2 色谱柱 TCD C, H, N, S
    3 CO2, H2O, N2 / IR
    TCD
    C, H
    N
    4 CO2, SO2 / IR C, S
    5 SO2 / IR S
    注:TCD为热导检测器; IR为红外检测器。
    下载: 导出CSV

    表  4  两种方法计算得到的CO2排放量计算结果

    Table  4.   Calculation results of CO2 emissions obtained by two methods

    Mad
    (%)
    Mt
    (%)
    Qgr,d
    (J/g)
    Qgr,ad
    (J/g)
    Hd
    (%)
    Had
    (%)
    Qnet,ar
    (J/g)
    EF
    (kgCO2/TJ)
    $E_{{\rm{CO}}_{2}, 1} $
    (g)
    Cd
    (%)
    Car
    (%)
    $E_{{\rm{CO}}_{2}, 2} $
    (g)
    Δr$E_{{\rm{CO}}_2} $
    (%)
    4.36 8.71 26042 24907 3.56 3.40 22904 94600 2.167 68.0 62.1 2.254 3.88
    4.50 9.20 30644 29265 4.44 4.24 26783 94600 2.534 76.3 69.3 2.516 0.72
    3.80 8.50 31102 29920 4.53 4.36 27409 94600 2.593 76.0 69.6 2.525 2.68
    下载: 导出CSV

    表  5  两种方法测定的燃煤CO2排放量的不确定度

    Table  5.   Uncertainty of CO2 emissions from coal combustion measured by two methods

    方法 ur(m) ur(q) ur(EF) ur(cC) ur, Sampling Ur( $E_{{\rm{CO_2}}} $)
    1 0.29% 0.29% 3.86% / 1.12% 8.1%
    2 0.29% / / 0.60% 1.12% 2.7%
    下载: 导出CSV

    表  6  两种方法计算的典型天然气燃烧排放的CO2排放量(以1 m3天然气计)

    Table  6.   CO2 emissions from typical natural gas combustion calculated using two methods (expressed per 1m3 of natural gas)

    天然气编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
    组分 mj mj mj mj mj mj mj mj mj
    C1 100 90 90 90 90 90 85 85 80
    C2 0 10 5 7 5 3 5 2 5
    C3 0 0 5 3 3 2 4 2 3
    i-C4 0 0 0 0 2 2 3 2 2
    n-C4 0 0 0 0 0 1 2 3 2
    neo-C5 0 0 0 0 0 1 1 2 2
    i-C5 0 0 0 0 0 0 0 2 2
    n-C5 0 0 0 0 0 0 0 2 1
    C6+ 0 0 0 0 0 0 0 0 0
    CO2 0 0 0 0 0 0 0 0 0
    N2 0 0 0 0 0 1 0 0 0
    He 0 0 0 0 0 0 0 0 0
    H2 0 0 0 0 0 0 0 0 3
    SO2 0 0 0 0 0 0 0 0 0
    H2S 0 0 0 0 0 0 0 0 0
    总计 100 100 100 100 100 100 100 100 100
    低位发热量(25℃, MJ/m3) 32.87 35.44 36.71 36.20 37.21 37.63 41.02 46.80 43.33
    默认排放因子(kgCO2/TJ) 56100 56100 56100 56100 56100 56100 56100 56100 56100
    CO2排放量(kgCO2,方法1) 1.844 1.988 2.059 2.031 2.088 2.111 2.301 2.626 2.431
    天然气摩尔质量(g/mol) 16.043 17.446 18.147 17.867 18.428 18.968 20.532 22.355 21.654
    天然气密度(kg/m3) 0.657 0.715 0.744 0.732 0.755 0.777 0.842 0.917 0.888
    天然气的碳元素含量(kg/kg) 0.749 0.757 0.761 0.760 0.763 0.754 0.772 0.779 0.777
    CO2排放量(kgCO2,方法2) 1.784 1.963 2.053 2.017 2.089 2.125 2.358 2.592 2.502
    方法1的相对误差 3.34% 1.28% 0.31% 0.69% −0.05% −0.65% −2.40% 1.30% −2.83%
    注:mj为组分的摩尔百分数,%;C1为甲烷;C2为乙烷;C3为丙烷;i-C4为异丁烷;n-C4为正丁烷;neo-C5为新戊烷;i-C5为异戊烷;n-C5为正戊烷;C6+为碳数大于或等于6的烷烃;N2为氮气;He为氦气;H2为氢气;SO2为二氧化硫;H2S为硫化氢。
    下载: 导出CSV
  • [1] 政府间气候变化协调委员会(IPCC). 国家温室气体清单指南[EB/OL].https://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/chinese/index.html.
    [2] 国际标准化组织. 温室气体-第1部分: 组织层次上对温室气体排放和清除的量化与报告的规范及指南: ISO 14064-1 [S]. 日内瓦, 2006.
    [3] 联合国. 气候变化的原因和影响, 联合国 气候行动[EB/OL].https://www.un.org/zh/climatechange/science/causes-effects-climate-change.
    [4] 蒋忠, 张亮, 王海峰, 等. 企业核算碳排放量不确定度评估 [J]. 计量学报, 2022(3): 420-426.
    [5] 刘高军. 碳达峰碳中和背景下火力发电厂碳排放分析与建议 [J]. 洁净煤技术, 2023(6): 189-195.
    [6] 丁延辉, 张文斌, 李晓英. 燃煤使用过程中影响碳排放量的因素分析 [J]. 纯碱工业, 2023(1): 36-38.
    [7] 刘恒玮, 陈丽萍, 林紫菡, 等. 电力碳排放计算方法研究 [J]. 电力系统装备, 2023(2): 24-26.
    [8] 牛书宁, 付文杰, 潘本锋, 等. 在线监测法在水泥行业碳排放量计量中的应用研究 [J]. 石油化工应用, 2022(12): 14-18.
    [9] 卢伟业, 陈小玄, 陆继东, 等. 双碳背景下火电企业碳计量分析与建议 [J]. 洁净煤技术, 2023(1): 194-203.
    [10] 吴昊, 任鑫, 朱俊杰. 发电行业二氧化碳排放监测技术现状与综述 [J]. 热力发电, 2023(7): 1-13.
    [11] 任歌, 张亮, 林鸿, 等. 温室气体和大气污染物排放量监测与计量研究 [J]. 计量技术, 2020(5): 79-84.
    [12] 郭振, 王小龙, 任健, 等. 二氧化碳排放连续在线监测过程的模拟与不确定度评定 [J]. 计量学报, 2022(1): 120-126.
    [13] 张孝军, 程银堡, 吴军, 等. 基于组织的温室气体排放核算及在线监测系统的设计与实现 [J]. 计量技术, 2015(2): 44-46.
    [14] 国家标准化委员会. 用能单位能源计量器具配备和管理通则: GB 17167-2006 [S]. 北京: 中国标准出版社, 2006.
    [15] 国际标准化组织. 硬煤和焦炭. 机械化采样: ISO 13909-2: 2016 [S]. 日内瓦, 2016.
    [16] 国家标准化委员会. 煤炭机械化采样 第1部分: 采样方法: GB/T 19494.1-2004 [S]. 北京: 中国标准出版社, 2004.
    [17] 国家标准化委员会. 煤炭机械化采样 第2部分: 煤样的制备: GB/T 19494.2-2004 [S]. 北京: 中国标准出版社, 2004.
    [18] 国家标准化委员会. 商品煤质量抽查和验收方法: GB/T 18666-2002 [S]. 北京: 中国标准出版社, 2002.
    [19] 韩立亭. 减小批煤检验差异的根本性方法 [J]. 煤质技术, 2010(4): 1-7.
    [20] 胡志伟, 杨金祥. 移动煤流采制样系统全流程物料感知技术研究 [J]. 煤质技术, 2022(2): 48-67.
    [21] 国际标准化组织. 煤和焦炭—高位发热量的测定: ISO 1928: 2020 [S]. 日内瓦, 2020.
    [22] 国家标准化委员会. 煤的发热量测定方法: GB/T 213-2008 [S]. 北京: 中国标准出版社, 2008.
    [23] 国家质量监督检验检疫总局. 氧弹热量计国家计量检定规程: JJG 672-2018 [S]. 北京: 中国质检出版社, 2018.
    [24] 国际标准化组织. 固体矿物燃料—碳、氢和氮含量的测定(仪器法): ISO 29541: 2010 [S]. 日内瓦, 2010.
    [25] 国家标准化委员会. 煤中碳氢氮的测定: GB/T 30733-2014 [S]. 北京: 中国标准出版社, 2014.
    [26] 王海峰, 李佳, 孙国华, 等. 乙酰苯胺元素含量标准物质的研制 [J]. 化学试剂, 2022(5): 767-772.
    [27] 王海峰, 李佳, 孙国华, 等. 二苯并噻吩硫元素含量标准物质的研制 [J]. 计量科学与技术, 2022(4): 108-113.
    [28] 国家质量监督检验检疫总局. 元素分析仪国家计量校准规范: JJF 1321-2011 [S]. 北京: 中国质检出版社, 2011.
    [29] 国家环境保护部. 中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南[EB/OL].https://www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk05/202103/W020210330581117072208.pdf.
    [30] 美国材料与试验协会(ASTM). 用弹式量热器(精密法)测定液态烃类燃料燃烧热的标准试验方法: ASTM D4809-18 [S]. 西康肖霍肯, 2018.
    [31] 国家质量监督检验检疫总局. 天然气 发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法: GB/T 11062-2014[S]. 北京: 中国标准出版社, 2014.
  • 加载中
图(2) / 表(6)
计量
  • 文章访问数:  434
  • HTML全文浏览量:  358
  • PDF下载量:  74
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2023-08-16
  • 录用日期:  2023-08-28
  • 修回日期:  2023-08-31
  • 网络出版日期:  2023-09-06

目录

    /

    返回文章
    返回