黑岱沟选煤厂碳排放核算研究.pdf
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1、16Vol.55.No.9COALENGINEERING第55卷第9 期程炭煤doi:10.11799/ce202309004黑岱沟选煤厂碳排放核算研究徐宏祥,武威,刘利波,柳骁,石斌3,汪竞争,崔家画,邓久帅1(1.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京100083;2.国能准能集团有限责任公司,内蒙古鄂尔多斯010300;3.北京国信安科技术有限公司,北京100070)摘要:碳排放核算是有效开展各项碳减排工作、促进经济绿色转型的基本前提,煤炭行业是碳减排的重点对象之一。以黑岱沟选煤厂为研究对象,基于IPCC温室气体核算指南和中国煤炭生产企业温室气体排放核算指南,研究了选煤厂生产过程中
2、的碳排放以及碳排放因子的选取问题,构建了选煤厂碳排放核算模型,计算的得到得出该选煤厂生产1t煤炭产品排放二氧化碳当量数为36.8476kgCO,e。研究成果对于建立统一规范的煤炭行业碳排放核算体系、统筹“双碳”工作、促进经济社会发展全面绿色低碳转型具有重要意义。关键词:煤炭行业;碳排放核算;选煤厂;碳排放因子;核算模型中图分类号:TD-05;X 3 2 2文献标识码:A文章编号:16 7 1-0 959(2 0 2 3)0 9-0 0 16-0 7Carbon emission accounting for Heidaigou Coal Preparation PlantXU Hongxian
3、g,WUWei,LIU Libo,LIU Xiao”,SHI Bin,WANG Jingzheng,CUI Jiahua,DENG Jiushuai(1.School of Chemistry and Environmental Engineering,China University of Mining and Technology-Beijing,Beijing 100083,China;2.Shenhua Group Zhungeer Energy Co.,Lid.,Ordos 010300,China;3.Beijing Guoxin Anke Technology Co.,Lid.,
4、Beijing 100070,China)Abstract:Carbon emission accounting is the basic premise for various carbon emission reduction measures and promotinggreen economic transformation.Coal industry is one of the key objects of carbon emission reduction.Taking Heidaigou CoalPreparation Plant as the research object,b
5、ased on IPCC greenhouse gas accounting guidelines and Chinas coal productionenterprise accounting guidelines,the carbon emissions in the production process of the coal preparation plant and the selectionof carbon emission factors were studied,a carbon emission accounting model for coal preparation p
6、lant was established.According to the calculation,36.8476 kg carbon dioxide equivalent is generated in the production of 1 ton coal product.It is ofgreat significance for establishing a unified and standardized carbon emission accounting system for the coal preparationindustry,coordinating the carbo
7、n peaking and carbon neutrality work,and promote the overall green and low-carbontransformation of economic and social development.Keywords:coal industry;carbon emission accounting;coal preparation plant;carbon emission factor;accounting model2020年9月,中国在第7 5届联合国大会提出“双碳”目标,为中国经济社会发展转型指明了方向,为全球应对气候变化共
8、同行动贡献了关键力量1.2 。实现碳达峰碳中和目标需要健全“双碳”标准,构建统一规范的碳排放统计核算体系,推动能源“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变。碳排放统计核算是一项复杂而庞大的系统工程,涉及多个层级、多类主体、多种维度。不同对象、不同用途的碳排放核算边界和方法也不同。为了保证碳排放统计核算工作始终服务“双碳”工作大局,必须用统一的规范在“不同”中实现统计核算体系的指向明确、导向一致、权责清晰、程序规范。煤炭开采加工业属于高耗能产业,在3 8 个工业从属行业中排名第7 位 3。经测算,2 0 2 0 年,我国煤炭相关产业CO,排放量接近7 1.5亿t4,煤炭行业是我国碳减排的重点对象之
9、一。研究并建立煤炭收稿日期:2 0 2 2-0 8-2 8作者简介:徐宏祥(198 6 一),男,山东东营人,博士,副教授,研究方向:煤炭清洁高效利用,E-mail:2 0 153 。引用格式:徐宏祥,武威,刘利波,等黑岱沟选煤厂碳排放核算研究J煤炭工程,2 0 2 3,55(9):16-2 2.172023年第9 期程炭设计技术煤领域碳排放统计核算体系对实现“双碳”目标有示范、带头、引领作用。目前国内外关于煤炭领域的碳排放核算研究集中在煤炭开采阶段,BingWang5等人使用排放因子法的煤炭开采部门排放核算模型,煤炭开采产生的碳排放主要来自煤矿瓦斯排放,占该行业碳排放总量的6 2%,其次是能
10、源消耗;曾繁伟 6 等人构建了煤炭产品碳足迹计量模型,通过实证研究,给出了洼里煤矿业煤炭产品的碳足迹。相关研究中缺少详细的选煤厂碳排放核算过程。碳排放核算研究中大多是针对国家 7 、城市、企业【8 、产品 9】、家庭【10 层面的研究,关于厂区层面的碳排放核算研究较少。2 0 世纪90 年代以来,众多国际机构围绕不同层级的碳排放核算标准制定开展了大量探索,主要包括两类:一类是对区域的温室气体排放进行核算,包括国家、州、城市甚至是社区层面;另一类是围绕企业(或组织)、项目以及产品层面的碳核算。目前较为权威的碳排放核算标准有IPCC出台的国家温室气体核算指南、WRI、C40和ICLEI发布的城市温
11、室气体核算标准.12 世界资源研究所(WRI)和世界可持续发展工商理事会(WBCSD)发布的温室气体核算体系、ISO制定的温室气体排放系列标准 13.14已有的关于厂区层面的碳排放核算研究目前主要参考IPCC发布的国家温室气体清单指南体系以及WRI和WBCSD共同编制的温室气体核算体系 15,其中IPCC所提供的核算指南中包括了所有厂区内可能产生的碳排放,并且附有计算方法。WRI和WBCSD共同编制的温室气体核算体系将温室气体排放划分为范围一到三,更有利于厂区内繁杂的碳排放主体划分 16 。严坤 17 等人分析了厂区层面特点,将厂区碳排放分为能源消费、工业过程和产品使用与废弃物处理处置三大类,
12、比较了不同核算方法,为厂区碳排放提供核算建议。陈彬 18 等人通过对厂区碳排放核算方法研究提出了厂区碳排放核算框架,为厂区碳排放核算提供了核算模型。本研究以选煤厂为研究对象,基于上述已成型的碳排放核算标准和厂区层面碳排放核算研究,构建了选煤厂碳排放核算模型,并以黑岱沟选煤厂为例核算了煤炭在洗选过程中所产生的碳排放。其次,本研究结合中国煤炭生产企业温室气体排放指南试行文件以及其他学者们的研究,给出了具有当地特征的碳排放因子选取方法,助力国家完善煤炭行业碳排放统计核算体系,减轻我国碳减排压力。1选煤厂碳排放核算模型构建1.1选煤厂核算边界界定根据选煤厂生产实际,选煤厂碳排放核算的系统边界包括:以生
13、命周期为时间线,选煤厂为范围。即从煤炭进入选煤厂开始,到其成为产品为止。期间在选煤厂划分范围内的所有碳排放活动都算作选煤厂碳排放。计算过程中厂内所有的碳排放量,最后得出单位煤炭产品生产所排放的二氧化碳当量。选煤厂碳排放源划分选用世界资源研究所(WRI)和世界可持续发展工商理事会(WBCSD)共同编制的温室气体核算体系。核算范围归纳如下:范围一排放一发生在选煤厂内部的所有直接碳排放,选煤厂内生产电力、热能或蒸汽的燃烧燃料碳排放,工业生产过程中原煤逸散产生的碳排放。范围二排放一选煤厂外购电力以及新水产生的间接碳排放。范围三排放一选煤厂内废弃物处理(生活垃圾、污水)所产生的间接碳排放。选煤厂碳排放如
14、图1所示。CO,CO2CO,大气直接逃逸间接排放直接排放废奔物处理燃料燃烧新水消耗电力消耗燃油破碎、筛分重选、浮选脱水、脱介运输运输原煤产品准备作业分选作业产品处理作业选煤厂图1选煤厂碳排放1.2碳排放源识别选煤是利用煤炭与其他物质的不同物理、化学性质,将煤炭与其他杂质分离的过程。选煤流程主要包括三个基本部分,即分选前的准备作业、分选作业以及分选后的产品处理。选煤各阶段均有大型机械参与,消耗大量电能并产生大量间接碳排放;同时,煤炭分选过程除循环水外还需消耗大量新水,也会产生间接碳排放;原煤在运输、洗选过程中会排放尚残留在煤炭中的甲烷气体,造成矿后CH4逃逸。除去生产过程中产生的碳排放,选煤厂内
15、采暖、空调、照明、电器设备、和通风等也会造成电能的消耗,造成间接碳排放。选煤厂内材料以及人员等的交通运输需要消耗燃油,造成直接排放,其次,182023年第9 期程炭煤设计技术选煤厂内供暖采用锅炉供暖,消耗燃煤也会产生直接碳排放 19。最后,选煤厂内产生的生活垃圾、生产污水等废弃物处理也会造成其他间接碳排放。根据上述选煤厂生产以及实际运营情况,得出选煤厂碳排放源见表1。表1碳排放源识别排放范围排放类型原材料/能源种类用途燃煤供暖燃料燃烧汽油燃料动力范围一碳排放柴油燃料动力逸散碳排放甲烷(CH4)生产过程中运输逸散生产过程中筛子脱泥、用水碳排放新水脱介、煤泥浓缩等所需范围二选煤设备供电、生活用电碳
16、排放电力以及生产条件保障废弃物处理生活垃圾范围三厂内废弃物处理碳排放污水处理1.3碳排放统计核算模型根据上述选煤厂的系统边界界定以及排放源识别,现将选煤厂碳排放核算按照排放范围,对选煤厂的碳排放建立核算模型。设定碳排放的核算期为一年,选煤厂碳排放计量单位为:kgCO,e/t,即:生产1t煤炭产品排放二氧化碳当量数E。E=(E,+E2+E,)/q(1)式中,E为生产1t煤炭产品排放二氧化碳当量数,kgCO,e/t;E,为所述范围一碳排放量,COze;E,为所述范围二碳排放量,CO,e;E,为范围三碳排放量,CO,e;q 为精煤产量,t。所述范围一碳排放计算公式为:E,=Z(AD:EF.)(2)=
17、1式中,E,为所述范围一碳排放量,CO,e;为范围一碳排放对应的排放源的个数;i=1,2,I;A D,为第i个范围一排放源的消耗量;EF;为第i个范围一排放源的二氧化碳排放因子所述范围二的碳排放计算公式为:E,=2(AD,EF)(3)式中,E,为所述范围二碳排放量,CO,e;J为范围二碳排放对应的排放源的个数;j=1,2,J;A D,为第个范围二排放源的消耗量;EF,为第个范围二排放源的二氧化碳排放因子。所述范围三碳排放计算公式为:E,=E3-I+E3-2(4)式中,E,为范围三碳排放量,CO,e;E 3-1为生活垃圾碳排放量,CO,e;E 3-2 为污水处理碳排放量,CO2e。KEs-=Z(
18、AD,EF.)(5)k=1式中,E3-1为生活垃圾碳排放量,CO,e;K 为生活垃圾处理类型的个数;k=l,2,K;A D,为利用第K种生活垃圾处理方式所处理的生活垃圾质量;EF为第k种生活垃圾处理方式产生的二氧化碳排放因子。E3-2=(TOW-S)EF3-2(6)式中,E3-2为污水处理碳排放量,CO,e;T O W为所处理污水中可降解有机材料总量,kgCOD/a;S为污水处理中污泥清除的有机成分,kgBOD/aEF3-2为污水处理的二氧化碳排放因子。本文选择的核算期为一年,所以在进行核算时,收集选煤厂一年内实际活动水平数据并代人模型得到选煤厂碳排放清单。1.4碳排放因子的确定碳排放计量的过
19、程需要选煤厂实际活动水平数据以及碳排放因子,其中实际活动水平数据通过实地调研获取,碳排放因子需要结合IPCC温室气体排放指南以及本国特征数据来获取1.4.1燃料燃烧碳排放因子燃料燃烧排放因子参考IPCC发布的三种方法获取,方法二以及方法三计算精确,但其所需的燃料的碳含量、净发热值等数据较难获取,所以根据IPCC中所述的方法一计算燃料所需的碳排放因子。对于选煤厂来说,需要获取汽油(动力汽油)、柴油、原煤的排放因子,根据IPCC2006年国家温室气体清单指南2 0 19修订版中能源工业中固定源燃烧的缺省排放因子表查询得到汽油(动力汽油)、柴油、原煤对应的各温室气体缺省排放因子,汽油、柴油、原煤对应
20、的各温室气体排放因子的矫正值就等于缺省值乘以对应热值,柴油、汽油、原煤的净发热值由2 0 18 能源统计年鉴查询可得。IPCC缺省排放因子以及热值见表2,柴油、汽油、燃煤排放因子见表3。表2 IPCC缺省排放因子以及热值CO2/CH4/N20/热值/类别(kg:TJ)(kg:TJ)(kg:TJ-1)(kJ kg)汽油(动力)6930030.643070柴油7410030.642652原煤9610011.520908192023年第9 期程炭煤设计技术因本文采取单位为二氧化碳当量,所以需要将CH4、N,O 排放因子乘以其对应的全球变暖系数(G WP)。CO 2、CH 4、N,O 的全球变暖系数分
21、别为1、2 3、2 96。表3柴油、汽油、燃煤排放因子CO2/CH4/N.0/排放因子类别(kJ kg)(kJ kg)(kJ kg)CO2e汽油(动力)2.981.2910-42.581052.99柴油3.161.2810-42.561053.17原煤2.012.091053.131052.021.4.2逸散碳排放因子据查询,除中国以外的产煤大国最新国家温室气体清单报告可得,大多数国家都采用了IPCC2006指南,并结合本国特征数据或实地数据探究了本地排放因子,所以本文结合IPCC清单指南以及其他产煤大国清单编制经验,采用IPCC2006指南提供的相对成熟的矿后活动的CH4排放计算方法 2 0
22、-2 2 目前国内关于煤炭企业的政策参考中国煤炭生产企业温室气体排放核算方法与报告指南得矿后活动CH4排放因子(kgCH4/t原煤);高瓦斯矿井取3m/t,低瓦斯矿井0.9m/t,露天矿取0.5m/t。马翠梅 2 3 等人通过IPCCT2方法计算了中国井工煤矿2 0 10 2 0 16 年瓦斯矿井的矿后CH4碳排放因子,得出高瓦斯矿井矿后活动CH4排放因子为3m/t,低瓦斯矿井CH4平均排放因子为0.94m/t。马翠梅等人利用IPCCT2方法计算所得数据更加精确,所以井工煤矿矿后CH4排放因子取马翠梅等人的研究,因为其缺少露天矿研究,所以露天矿矿后活动CH4排放因子取中国煤炭生产企业温室气体排
23、放核算方法与报告指南为0.5m/t。已知甲烷的全球变暖系数CWPcH4为2 3,CH4密度按标准状况(1个标准大气压,2 0)下0.6 7 kg/m计。矿后逸散碳排放因子计算公式如下:EFcO2=EFCH4XGWPCH4XPcH4(7)计算得高瓦斯矿井矿后逸散碳排放因子为4.6 2 3 x10-CO,e,低瓦斯矿井矿后逸散碳排放因子为1.4510-COze,露天矿矿后逸散碳排放因子为7.7110-3 CO,e。1.4.3电力碳排放因子目前美国、澳大利亚、加拿大、英国和新西兰等国家已定期发布电网排放因子,且其内容包含所有电力类型(火电、水电、风电、核电等)的综合排放 2 4-2 6 。上述国家的
24、电网排放因子根据本国国情各具特点,不同国家又各有特点,如新西兰和英国采用的是本国统一发布的平均电网排放因子;澳大利亚采用的是省或州的电网排放因子。我国一般采用区域电网排放因子来进行计算,但我国地区之间差异较大,并且有地区之间有电力的交换,有学者提出不同的电网排放因子。下述为我国已有的关于电网排放因子的研究。1)国家发展和改革委员会发布的中国区域电网基准线排放因子,用于开发CDM项目,计算的是单位火力发电的排放,因子中未包含水电、风电和核电等。如果使用该因子则认为外购电力全部来自火电,容易高估排放量,因此不适用于估算电力的间接排放。2 0 19年中国区域电网基准排放因子(单位:tCO,(MWh)
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