史哲浩 倪施峰

1.上海漕涇聯(lián)合能源有限公司

2.江蘇華電望亭燃?xì)獍l(fā)電有限公司

0 前言

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(Integrated Gasifi‐cation Combined Cycle，簡稱IGCC)是當(dāng)今國際上最引人注目的新型、高效的潔凈煤發(fā)電技術(shù)之一。該項(xiàng)技術(shù)采用煤作為燃料(也可以采用渣油、石油焦等)，通過氣化爐將煤轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣蓺猓?jīng)過除塵、脫硫等凈化工藝，使之成為潔凈的合成氣供給燃?xì)廨啓C(jī)燃燒做功，燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱通過余熱鍋爐加熱給水產(chǎn)生過熱蒸汽與過熱后的氣化島副產(chǎn)蒸汽共同帶動蒸汽輪機(jī)發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)了煤氣化燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電過程。

IGCC發(fā)電技術(shù)把聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)與煤炭氣化和煤氣凈化技術(shù)有機(jī)的結(jié)合，具有高效率、清潔、節(jié)水、適應(yīng)燃料廣，CO2捕集成本低，易于實(shí)現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，符合21世紀(jì)燃煤發(fā)電技術(shù)的發(fā)展方向。

目前整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）機(jī)組屬于《全國碳排放交易配額總量設(shè)定與分配實(shí)施》（發(fā)電行業(yè)）中的《暫不納入配額管理的機(jī)組判定標(biāo)準(zhǔn)》，但隨著我國力爭2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和戰(zhàn)略的公布，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電未來必將納入國家的碳排放分配與交易體系。本文以CO2產(chǎn)品的應(yīng)用前景、現(xiàn)有的項(xiàng)目可研作為依據(jù)，并以電力與化工行業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南為參考，對涉及綜合能源（化工,發(fā)電)企業(yè)的溫室氣體治理與核算進(jìn)行分析，為未來項(xiàng)目參與溫室氣體排放核算過程提供方法。

1 CO2產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景

隨著CO2排放量的增加，溫室效應(yīng)日益加重，全球各國對溫室效應(yīng)的危害認(rèn)識進(jìn)一步加深，各國就CO2等溫室氣體排放的合作與交流日益密切，制定了大量的支持措施。各國科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)也加大了對CO2的回收和應(yīng)用的研究，相關(guān)科研與應(yīng)用工作取得重大進(jìn)展。CO2產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于飲料、冶金、食品、煙草、石油、農(nóng)業(yè)、化工、電子等多個(gè)領(lǐng)域。

2 IGCC多聯(lián)供示范項(xiàng)目碳足跡分析及核算

針對IGCC多聯(lián)供項(xiàng)目原料及產(chǎn)品在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用和固廢處理過程中各類碳足跡進(jìn)行分析和量化主要有過程分析法和投入產(chǎn)出分析法。

過程分析法是一種生命周期評價(jià)（LCA）方法，該方法是指分析一項(xiàng)產(chǎn)品在生產(chǎn)、使用、廢棄及回收利用等各個(gè)階段造成的環(huán)境影響，該方法主要包含目標(biāo)和范圍定義、清單分析、影響評價(jià)和結(jié)果解釋四個(gè)步驟。在采用該方法時(shí)首先界定系統(tǒng)的邊界，相當(dāng)于將客觀上連續(xù)的生產(chǎn)工藝流程和供應(yīng)鏈進(jìn)行分解，且其僅有直接和少數(shù)間接的影響被考慮在內(nèi)。因此，生命周期評價(jià)顯然適用于考察微觀系統(tǒng)：如特定的工藝過程、單個(gè)產(chǎn)品或小規(guī)模的產(chǎn)品組等。

投入產(chǎn)出分析法是一種自上而下計(jì)算碳足跡的方法，以整個(gè)系統(tǒng)為界，具有綜合性，且投入產(chǎn)出分析法僅使用部門平均排放強(qiáng)度數(shù)據(jù)，適用于宏觀和中觀系統(tǒng)[1]。

IGCC多聯(lián)供項(xiàng)目與傳統(tǒng)的化工與電力企業(yè)不同，因項(xiàng)目擁有工業(yè)合成氣外供、電力、熱力自用及外供的多聯(lián)供特征，不存在凈購入的電力、熱力生產(chǎn)排放，核算邊界不能簡單地以企業(yè)法人或視同法人的獨(dú)立核算單位為邊界，如在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的溫室氣體排放、自用電所產(chǎn)生的CO2排放均需要根據(jù)流程分?jǐn)傊凉I(yè)合成氣與蒸汽產(chǎn)品之中。因此，使用過程分析法為主、投入產(chǎn)出分析法為輔的碳足跡分析方法較為合理，

2.1 項(xiàng)目的碳足跡識別

首先識別出所有流入流出本項(xiàng)目邊界的碳足跡，并分為以下類別：

A）流入項(xiàng)目邊界且明確送往各個(gè)燃燒設(shè)備作為燃料燃燒的化石燃料部分（合成氣）；

B）流入項(xiàng)目邊界作為原材料的化石燃料部分，包括渣油、煤炭的能源加工轉(zhuǎn)換投入量；

C）流入項(xiàng)目邊界作為生產(chǎn)原料的CO2氣體（煤粉輸送氣）；

D）流入項(xiàng)目邊界作為生產(chǎn)原料的輔助物料（尿素）；

E）流出項(xiàng)目邊界的各類含碳產(chǎn)品，包括主產(chǎn)品、聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)品、副產(chǎn)品；

F）流出項(xiàng)目邊界且被回收外供從而避免排放到大氣中的那部分CO2；

G）流出企業(yè)邊界的其他含碳輸出物，如爐渣、粉塵、污泥等含碳物質(zhì)。

IGCC多聯(lián)供項(xiàng)目碳源流示意圖見圖1。

圖1 IGCC多聯(lián)供項(xiàng)目碳源流

IGCC多聯(lián)供項(xiàng)目所涉及的燃料過程排放是指以原料煤在氣化裝置（粉煤廢鍋流程、粉煤激冷流程、水煤漿氣化等）中通過物理、化學(xué)反應(yīng)所分離產(chǎn)生的CO2放空排放；氣化粗合成氣經(jīng)過低溫甲醇洗酸脫捕集的CO2產(chǎn)品；燃料合成氣進(jìn)入燃機(jī)和余熱鍋爐所產(chǎn)生的燃燒排放；以及含碳濾餅爐渣、余熱鍋爐SCR脫硝裝置還原劑尿素?zé)峤獾犬a(chǎn)生的其他溫室氣體排放。

2.2 核算方法

溫室氣體排放總量應(yīng)等于燃料燃燒CO2排放加上工業(yè)生產(chǎn)過程CO2當(dāng)量排放，減去企業(yè)回收且外供的CO2量，再加上企業(yè)凈購入的電力和熱力消費(fèi)引起的CO2排放量[2]：

式（1）中：

E——報(bào)告主體的溫室氣體排放總量，單位為t CO2當(dāng)量；

E——企業(yè)邊界內(nèi)化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO2排放；

E——企業(yè)邊界內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的各種溫室氣體CO2當(dāng)量排放；

RCO2——企業(yè)回收且外供的CO2量；

E——企業(yè)凈購入的電力、熱力消費(fèi)的排放量，單位為噸二氧化碳（t CO2）。

其中因項(xiàng)目自發(fā)電與供熱，故電與熱部分排放量為0。

2.3 核算公式

燃料燃燒CO2排放量主要基于分品種的燃料燃燒量、單位燃料的含碳量和碳氧化率計(jì)算得到，見式（2）。

式（2）中：

i——化石燃料的種類；

ADi——化石燃料品種i明確用作燃料燃燒的消費(fèi)量，對固體或液體燃料以噸為單位，對氣體燃料以萬Nm3為單位；

CCi——化石燃料i的含碳量，對固體和液體燃料以噸碳/噸燃料為單位，對氣體燃料以噸碳/萬Nm3為單位；

OFi——化石燃料i的碳氧化率，取值范圍為0～1。

由于粉煤氣化技術(shù)碳轉(zhuǎn)化率一般可達(dá)90%以上，故本項(xiàng)目具體計(jì)算取值為1。

3 某項(xiàng)目的碳平衡計(jì)算

某多聯(lián)供項(xiàng)目含碳原料主要有：原料煤、瀝青造氣裝置送來的合成氣和CO2，消耗量見表1。項(xiàng)目范圍內(nèi)碳平衡見表2。

表1 消耗量

表2 項(xiàng)目范圍內(nèi)碳平衡

3.1 CO2平衡

通過邊界核算與計(jì)算公式得出本項(xiàng)目CO2平衡見表3。

表3 CO2平衡

3.2 CO2分?jǐn)偡桨?/h3>

本項(xiàng)目主要產(chǎn)品有合成氣、H2、燃料氣、電力與供熱。CO2排出主要在氣化和過熱爐以及燃料氣供燃機(jī)發(fā)電供熱。各產(chǎn)品均攤方案按照各有效氣產(chǎn)量比例分?jǐn)?，公用工程能源消耗按各自的水、氣、電比例作為基?zhǔn)計(jì)算出各方的CO2分?jǐn)偙壤襟E如下：

1)核算年CO2回收量

注：一般情況下理論值不可作為年回收量上報(bào)，必須以正式的購銷意向書或合同為準(zhǔn)；

2)核算動力島及生產(chǎn)過程中的CO2總量

3)核算其他含碳輸出物

4)核算碳排放強(qiáng)度（kgCO2/kWh）：

5)計(jì)算公用工程能源消耗分?jǐn)偨o外供產(chǎn)品的CO2產(chǎn)量：

通過以上計(jì)算思路即可得出總CO2排放的分?jǐn)倲?shù)額。

3.3 某項(xiàng)目與傳統(tǒng)火電機(jī)組碳排放強(qiáng)度比較

某項(xiàng)目2019-2020年各類別機(jī)組碳排放基準(zhǔn)值見表4。

表4 2019-2020年各類別機(jī)組碳排放基準(zhǔn)值

純火力發(fā)電理論CO2排放=1.14 kg/kWh；

本項(xiàng)目不回收CO2工況的理論CO2排放量為0.88 kg/kWh?？紤]項(xiàng)目回收CO2工況的理論排放量為0.69 kg/kWh，小于300 MW等級以上常規(guī)燃煤機(jī)組的碳排放強(qiáng)度。

4 結(jié)論

本文的碳足跡計(jì)算方法切實(shí)可行，通過過程分析法確定項(xiàng)目各系統(tǒng)及產(chǎn)品的碳源流及CO2輸入及輸出量，能夠較好反映整個(gè)項(xiàng)目的碳排放情況。隨著我國對環(huán)境保護(hù)重視程度的提高，工業(yè)企業(yè)CO2排放勢必納入全國整體碳市場的交易和分配體系。通過對IGCC多聯(lián)供項(xiàng)目碳回收及相關(guān)計(jì)算的分析，可以為同類型綜合能源項(xiàng)目的CO2排放核算提供一種方法。