1、第 38 卷第 1 期煤质技术Vol.38No.12023 年 1 月COAL QUALITY TECHNOLOGYJan 2022移动阅读李军，常瑞丽，孙绍哲，等 基于碳平衡的碳排放智能化检测系统在火电企业的应用 J 煤质技术，2022，38(1):7278LI Jun，CHANG uili，SUN Shaozhe，et al An intelligent carbon emission detection system based on carbon balanceand its application in thermal power enterprises J Coal Quality
2、 Technology，2022，38(1):7278基于碳平衡的碳排放智能化检测系统在火电企业的应用李军1，常瑞丽2，孙绍哲1，杨勇3(1.山东能源内蒙古盛鲁电力有限公司，内蒙古 鄂尔多斯271099;2.山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南250013;3.湖南三德科技股份有限公司，湖南 长沙410205)摘要:目前火电企业针对入炉煤、燃烧灰渣样品主要依靠人工采集、制备和化验，现有的自动化系统设备自动化程度及工作效率无法满足入炉煤快速采制化需求，煤质检测分析设备精度及效率尚有提升空间，因而提出 1 种基于碳平衡的碳排放智能化检测系统并研究其在火电企业的应用很有必要。从碳平衡法的原理及技术
3、框架、高效机器人燃煤自动制备与化验技术以及基于多目标视觉检测的燃煤管理现场行为分析技术等方面阐述基于碳平衡的碳排放智能化监测，并结合碳平衡法的关键指标及其精准测量以探究基于碳平衡的碳排放智能化监测系统的应用。现场应用结果表明，该智能化检测系统采用先进的多目标视觉检测与行为分析技术、机器人技术、物联网技术、信息处理技术，对燃煤电厂入炉煤及灰渣样品进行快速采集制备，实现入炉煤质数据和燃烧灰渣中碳含量的精准快速测量，可用于科学指导配煤掺烧最优方案智能生成，实现碳排放精准核算及最优减碳掺烧，助力火电企业双碳目标实现。关键词:碳平衡;碳排放;智能化检测系统;自动采制化;智慧电厂;配煤掺烧;技术框架中图分
4、类号:TQ531文献标志码:A文章编号:10077677(2023)0107207收稿日期:20220921责任编辑:何毅聪DOI:10.3969/j.issn.10077677.2023.01.010基金项目:山东能源内蒙古盛鲁电厂燃料智能化管控系统(SLKJ2021ZD01)资助项目作者简介:李军(1980)，男，山东临沂人，工程师、本科，山东能源内蒙古盛鲁电力有限公司副总工程师，主要研究方向为煤炭采制化。Email:lj63102 An intelligent carbon emission detection system based on carbon balance andits
5、application in thermal power enterprisesLI Jun1，CHANG uili2，SUN Shaozhe1，YANG Yong3(1 Shandong Energy Inner Mongolia Shenglu Electric Power CorporationLtd，Erdos271099，China;2 Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute CorporationLtd，Jinan250013，China;3 Hunan Sundy Science and Technolog
6、y Corporation Ltd，Changsha410205，China)Abstract:At present，thermal power enterprises mainly rely on manual sampling，preparation and testing of coaland combustion ash samples The automation degree and working efficiency of the existing automation equipment can-not meet the needs of the rapid sampling
7、preparationtesting of coal sample，there is still room for improvement inthe accuracy and efficiency of coal quality analytical equipment Therefore，it is necessary to put forward an intelli-gent carbon emission detection system based on carbon balance and study its application in thermal power enterp
8、risesThis paper expounds the intelligent detection of carbon emissions based on carbon balance method from the aspectssuch as the principle and technical framework of carbon balance method，the efficient robotic automatic sample prepa-第 1 期李军等:基于碳平衡的碳排放智能化检测系统在火电企业的应用ration and testing technology and
9、 the onsite behavior analysis technology of coal combustion management based onmultiobjective visual detection Combined with the key indicators of the carbon balance method and the precisemeasurement，the application of the intelligent carbon emission detection system based on carbon balance were ex-
10、plored Field application results show that the intelligent detection system adopts the advanced multiobjective visualdetection and behavior analysis technology，robotic technology，internet of things technology and information process-ing technology to quickly collect and prepare samples of coal and c
11、ombustion ash from coalfired power plants Accu-rate and rapid measurement of coal quality data and carbon content in combustion ash can be realized It can be usedto scientifically guide the intelligent generation of the optimal coalblending plan，realize the accurate accounting ofcarbon emissions and
12、 the optimal carbon reduction blending，and help thermal power enterprises to achieve the Carbon Peak and Neutrality goalKey words:carbon balance;carbon emissions;intelligent detection system;automatic samplingpreparationtes-ting;smart power plants;coal blending;technical framework0引言碳排放监测体系的构建在应对气候变
13、化，控制温室气体排放中具有重要作用，是促进行业绿色低碳转型升级，服务企业碳排放核算的重要支撑。2021 年，生态环保部发布 关于统筹和加强应对气候变化与生态环境保护相关工作的指导意见，提出了协同控制温室气体与污染源排放的要求。据国际能源署调查，能源行业温室气体排放占全球总排放的 2/3，化石燃料燃烧占据全球 80%的能源消耗。2021 年煤炭消费占我国能源消费总量的 56%，煤炭在现阶段仍然是我国的主要支柱能源。国务院印发“十三五”控制温室气体排放工作方案，首次要求“大型发电集团单位供电二氧化碳排放强度控制在 550 g/kWh 以内”，我国火电行业的二氧化碳减排潜力大，面临的减排压力挑战同样
14、巨大。2022 年 3 月，生态环境部发布了 关于做好2022 年企业温室气体排放报告管理相关重点工作的通知，明确要加强企业温室气体排放数据管理工作，强化数据质量监督管理。为了控制和减少温室气体的排放量，对燃煤电厂碳排放的实时监测，以及对应监测数据的挖掘、核算、评估和管理显得尤为重要。从火电企业管理者角度来讲，二氧化碳无序排放不仅不符合国家层面“双碳”目标减排要求，不利于节能环保，同时在不久的将来会极大的影响火电企业的可持续发展，决定火电企业的生存与命运1。因此，提高生产经营水平，厘清其生产工艺中排放较高、能耗较高的因素与环节，改善资源使用效率，减少燃煤电厂生产经营中二氧化碳的排放，对于降低生
15、产经营成本，提高企业未来竞争力具有重要现实意义。评估和核算二氧化碳排放，可以直接从燃煤烟气出发，通过测量烟气流量和二氧化碳浓度等进行二氧化碳排放量测算2;也可以从入炉煤煤质检测数据出发，根据含碳量等数据进行测算。将依据燃料煤质数据的方法分成 3 种，即排放因子法、直接测量法和碳平衡法3。排放因子法适用于缺少基础数据条件下的初步核算，利用燃料消耗量和缺省排放因子计算二氧化碳排放量。由于没有考虑燃烧装置、燃烧技术和机组运行状态等因素，导致缺省系数的适用性和代表性不够理想，所以计算出的排放数据具有较高的不确定性。直接监测法主要通过气体计量和监测装置，在线实时测量燃烧后烟气中排放气体的相关指标如烟气单
16、位时间流量、CO2浓度等，从而获得碳排放量。然而有报道显示，不同烟道流量计质量存在差异，导致测量结果出现不同偏差，而不定期清洁也会导致流量检测不准，带来 10%左右的偏差4。我国煤电灵活性调峰需求逐渐增加，高低负荷切换频率高，极易引发烟道紊流5，此时检测的二氧化碳排放浓度偏差最高可达 30%，直接监测法可靠性较差。碳平衡法6 的基本原理为质量守恒，即二氧化碳排放量等于投入的煤炭总含碳量与燃烧后灰渣的含碳量之差。该方法适用性广，操作简单，是较为精确的理论估算方法78，具有很高的行业认可度，是电力行业最具应用前景的二氧化碳排放监测方法。然而目前煤炭、灰渣等往往依靠人工采集、制备和测样，分析测试结果受操作人主观意识和行为影响大。火电灵活性调峰过程，煤种和燃烧过程变化快9，但现有煤质测试装备检测耗时长，煤质信息反馈实时性差;可靠碳排放监测系统的建立依靠原料、产物含碳量的精确测量，现有的二氧化碳监测设备精度尚有提高空间。火力37煤质技术2023 年第 38 卷发电机组来煤复杂，燃烧特性存在显著差异，混煤高效燃烧困难10，混烧经济性不佳，二氧化碳排放高，如何实现低成本、低碳排放混煤掺烧面临挑战;当
