干貨|石灰生產(chǎn)中熱能及煙氣和碳排放計算方法
一、熱能單位換算基礎(chǔ)知識
1、計算熱量的單位：
卡(cal)：把1g 水的溫度升高或降低1℃所吸收或放出的熱量規(guī)定為1 卡（cal）；
千卡(kcal)：千卡又叫大卡，1 大卡（kcal）=1000 卡（cal）
焦耳(J)：功和能的計量單位，是能量單位。熱量作為能量的一種表現(xiàn)形式，必然也可以用焦耳來計量，所以就有了熱功當(dāng)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、標(biāo)準(zhǔn)煤：
標(biāo)準(zhǔn)煤是以一定的燃燒值為標(biāo)準(zhǔn)的當(dāng)量概念。規(guī)定1 千克標(biāo)煤的低位熱值為7000 千卡或29274 千焦。
3、煤炭參考熱值及折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)表
| 能源名稱 |
平均低位發(fā)熱量 |
折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù) |
| 原 煤 |
20908 千焦（5000 千卡）/千克 |
0.7143 千克標(biāo)準(zhǔn)煤/千克 |
| 洗精煤 |
26344 千焦（6300 千卡）/千克 |
0.9000 千克標(biāo)準(zhǔn)煤/千克 |
二、石灰生產(chǎn)能耗及煙氣量計算方法
2.1、煤炭或焦炭燃燒計算：
固體燃料煤炭或焦炭成分主要有：碳(C)、氫(H)、氧(O)、硫(S)、灰分(A)、氮(N)、水分(W)，其中可燃成分為C、H、S。
燃燒時主要發(fā)生下列燃燒化學(xué)反應(yīng)：
C+O2=CO2 2C+O2=2CO 2CO+O2=2 CO2
2 CO2+ C =2 CO 2H+ O2=2H2O S+ O2=SO2
2.2、理論空氣量的計算：
假定以后計算中氣體均為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，焦炭完全燃燒則有：
C燃燒時： C + O2 = CO2
1mol 1mol 1mol
H燃燒時： H + 0.25O2 = 0.5 H2O
1mol 0.25mol 0.5mol
S燃燒時： S + O2 = SO2
1mol 1mol 1mol
已知條件：在空氣中O2所占體積百分率為21%，氮氣為79%
假定焦炭中碳、氫、氧、硫各成分含量以C、H、O、S表示，則每1kg焦炭完全燃燒所需理論空氣量為：
Lo=100/21×(1/12C+1/4 H + S-O)×22.4
2.3、燃燒煙氣生成量計算
煤炭或焦炭燃燒產(chǎn)生的煙氣主要包括: CO2、SO2、N2、O2、CO。燃料中的N元素及空氣中N2的不發(fā)生反應(yīng)直接進(jìn)入煙氣中，當(dāng)空氣過剩空氣系數(shù)n＞1時，煙氣中含有多余O2的存在�？紤]到燃料和空氣中附著水產(chǎn)生的水蒸氣，則計算中煙氣要加入H2O。
實際燃燒煙氣生成量表示為Vn(n＞1)
Vn=V CO2+V SO2+V N2+V O2+VH2O
n=1時煙氣生成量表示為V0，稱為理論煙氣量
三、碳排放量的常用計算方法
碳排放量的計算方法各有特點，適用范圍不盡相同。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況選擇合適的方法，并遵循國家相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。
1、直接排放計算方法：
直接排放計算方法是一種常用的計算方法，主要適用于企業(yè)或個人直接產(chǎn)生的二氧化碳排放量的計算。
其計算方法一般包括以下步驟：
（1）確定排放源：
首先需要確定排放二氧化碳的源頭，如燃燒化石燃料、工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸?shù)�。不同排放源的排放量計算方法會有所不同�?/span>
（2）確定排放因子：
排放因子是指單位燃料或能源所產(chǎn)生的二氧化碳排放量。不同種類的燃料或能源具有不同的排放因子，需要根據(jù)實際情況選擇合適的排放因子。例如，煤炭的排放因子為2.93 t CO2e/t，柴油的排放因子為3.15 t CO2e/t。
（3）確定活動數(shù)據(jù)：
活動數(shù)據(jù)是指實際消耗的燃料或能源的數(shù)量。這些數(shù)據(jù)可以通過企業(yè)或個人的生產(chǎn)記錄、燃料或能源消耗量等途徑獲得。
（4）計算排放量：
根據(jù)確定的排放因子和活動數(shù)據(jù)，使用公式碳排放量（t CO2e）=排放因子（t CO2e/t）×排放量（t）進(jìn)行計算，得到相應(yīng)的二氧化碳排放量。
在進(jìn)行直接排放計算時，需要考慮到各種因素的影響，如設(shè)備效率、工藝流程、生產(chǎn)管理等。
2、間接排放計算方法：
碳排量的間接排放計算方法一般包括以下步驟：
（1）確定間接排放源：
間接排放源主要包括電力、熱力和蒸汽等。這些能源的消耗量可以通過企業(yè)或個人的消耗記錄、費用結(jié)算單等途徑獲得。
（2）確定排放因子：
排放因子是指單位消耗量所產(chǎn)生的二氧化碳排放量。不同種類的能源具有不同的排放因子，需要根據(jù)實際情況選擇合適的排放因子。例如，電力的排放因子會因不同的發(fā)電方式而有所不同。
（3）計算排放量：
根據(jù)確定的排放因子和活動數(shù)據(jù)，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）進(jìn)行計算，得到相應(yīng)的二氧化碳排放量。
在進(jìn)行間接排放計算時，需要考慮到各種因素的影響，如能源效率、能源消耗比例等。
3、質(zhì)量平衡法
質(zhì)量平衡法是一種基于物質(zhì)守恒原理計算碳排放量的方法。
其基本思路是根據(jù)輸入和輸出物質(zhì)的質(zhì)量守恒關(guān)系，計算各種溫室氣體的排放量。
具體來說，質(zhì)量平衡法通過建立輸入物質(zhì)的質(zhì)量、輸出物質(zhì)的質(zhì)量和排放物質(zhì)的質(zhì)量之間的關(guān)系，計算出輸入物質(zhì)中的碳被氧化后以二氧化碳形式排放的數(shù)量。
質(zhì)量平衡法的計算公式為：碳排放量 = 輸入物質(zhì)中的碳質(zhì)量 - 輸出物質(zhì)中的碳質(zhì)量。
其中輸入物質(zhì)中的碳質(zhì)量可以通過原料的碳含量和投入量計算得出，輸出物質(zhì)中的碳質(zhì)量可以通過產(chǎn)品的碳含量和產(chǎn)出量計算得出。
質(zhì)量平衡法適用于不同類型的企業(yè)和生產(chǎn)過程，尤其是那些難以通過實測方法準(zhǔn)確測量排放量的企業(yè)。
通過質(zhì)量平衡法，可以較為準(zhǔn)確地計算出企業(yè)或生產(chǎn)過程的碳排放量，為企業(yè)的碳管理和碳減排提供科學(xué)依據(jù)。
需要注意的是，質(zhì)量平衡法在計算過程中需要用到各種物質(zhì)的碳含量和投入產(chǎn)出量等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能存在一定的誤差或不確定性。
因此在使用質(zhì)量平衡法時，需要充分考慮各種因素的影響，并采用合適的計算方法和數(shù)據(jù)來源，以確保計算結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。
4、實測法
碳排放量的實測法是一種基于實地測量和實驗室分析的方法，用于計算碳排放量。
這種方法通常需要針對典型企業(yè)進(jìn)行大規(guī)模實際測量，記錄燃料、設(shè)備及運行工況等數(shù)據(jù)，從而確定不同行業(yè)的CO2排放量。
實測法的優(yōu)點是中間環(huán)節(jié)少，結(jié)果準(zhǔn)確，但缺點是消耗人力和物力較大，成本較高，而且要求檢測樣品具有代表性。
實測法適用于小區(qū)域、簡單生產(chǎn)排放鏈的碳排放源，或小區(qū)域、有能力獲取一手監(jiān)測數(shù)據(jù)的自然排放源。
實測法的計算公式為：CO2排放量=單位換算因子×介質(zhì)（空氣）流量×介質(zhì)（空氣）中CO2濃度。
具體操作步驟包括：首先通過科學(xué)、合理地采集和分析樣品，獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)；然后利用環(huán)保部門認(rèn)可的測量數(shù)據(jù)來計算氣體的排放總量。
實測法需要依賴實地測量和實驗室分析，對于設(shè)備和技術(shù)的要求較高，但其結(jié)果相對準(zhǔn)確可靠，因此在碳排放量計算中具有重要地位。
總的來說，碳排放量的計算方法并不是單一的，其結(jié)果可能會受到多種因素的影響，例如行業(yè)、地域、生產(chǎn)工藝、能源結(jié)構(gòu)等。因此，在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況選擇合適的方法。
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唐山金泉冶化科技產(chǎn)業(yè)有限公司研發(fā)中心
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《石灰產(chǎn)業(yè)》編輯部
2024年04月18日
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