CN110866856A - 一种钢铁企业温室气体排放监测***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢铁企业温室气体排放监测***及方法,***包括CO2及其他温室气体实时在线监测模块、生产过程及固碳产品碳排放量监测模块、能耗换算CO2排放量计算模块、综合CO2排放量监测平台,综合CO2排放量监测平台接收所述CO2实时在线监测模块、其他温室气体监测模块和能耗换算CO2排放量计算模块传输的数据并据此计算出钢铁企业实时综合CO2排放量。利用本发明可以为钢铁行业等高耗能企业的碳排放量监控和未来碳排放权交易打下基础,也为未来国内环保部门监测钢铁企业的碳排放量提供监测手段。
Description
技术领域
本发明涉及温室气体在线监测技术领域,具体涉及一种钢铁企业温室气体排放监测***及方法。
背景技术
当前,国家针对温室气体排放有越来越多的政策规定,未来相信国家也会出台针对化工、钢铁、水泥等其他高耗能企业的二氧化碳排放指标要求,未来火电机组或高耗能企业如果想保持生产规模,就需要通过购买非水可再生能源“绿证”或碳排放交易权的碳排放指标来完成发电或生产配额考核指标,最终共同实现2020年我国非化石能源占一次能源消费比重达到15%的宏观目标。
在这样的背景下,每个高耗能企业,特别是钢铁企业,监测其锅炉或窑炉烟气中的温室气体排放量及折算CO2排放量的在线监测就变的越来越重要,大部分高耗能锅炉或窑炉的CO2排放量目前是没有在线监测手段的,很多燃煤锅炉或窑炉都是通过煤耗量间接利用碳平衡法或排放因子法计算得出的CO2排放量,这样是无法作为核准化石能源大型锅炉或窑炉实际碳排放量的。只有建立像现有的Nox和SO2的排放量在线监测平台,才能够真正建立类似现有排污权交易一样的CO2排放权或绿色证书交易体系,最终实现中国政府在巴黎协定中承诺的减排目标。
***规定了七种人为温室气体:二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟碳化物、六氟化碳、三氟化氮。其中六氟化硫(SF6)的效应最大,是CO2的23900倍,甲烷是CO2的25倍(根据IPCC公布的2007年的GWP数值)。根据下图的分析,在化石能源锅炉或窑炉燃烧过程和脱硫脱硝过程中,会大量产生烟气中主要的三种温室气体为CO2、CH4和N2O,另外产生微量的氟化物等温室气体,因为其影响因子是CO2最高上万倍,因此,对他们在烟气中的含量检测也十分重要。
区块链作为加密货币比特币的底层技术,是一个伟大的创新,区块链技术与碳排放量监测及碳交易市场和绿色证书的结合,可以极大提高目前碳交易市场和绿色证书的两大交易体系的可信度和交易效率。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明旨在提供一种钢铁企业温室气体排放监测***及方法,为高耗能企业的碳排放量监控和未来碳排放权交易打下基础,也为未来国内环保部门监测钢铁企业的碳排放量提供监测手段;
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种钢铁企业温室气体排放监测***,包括CO2及其他温室气体实时在线监测模块、生产过程及固碳产品碳排放量监测模块、能耗换算CO2排放量计算模块和综合CO2排放量监测平台;
CO2及其他温室气体实时在线监测模块用于实时监测钢铁企业内烟囱排放烟气中的CO2及其他温室气体的浓度并据此换算得到CO2实时排放量,然后传输至综合CO2排放量监测平台;
生产过程及固碳产品碳排放量监测模块用于监测钢铁企业生产过程中由于其他外购含碳原料和熔剂的分解和氧化所产生的CO2的排放量和固碳产品所隐含的CO2排放量,然后传输至综合CO2排放量监测平台;
能耗换算CO2排放量计算模块用于根据钢铁企业净购入使用的电力和热力所对应的能耗计算出CO2排放量,然后传输至综合CO2排放量监测平台;
综合CO2排放量监测平台用于接收所述CO2及其他温室气体实时在线监测模块、生产过程及固碳产品碳排放量监测模块、能耗换算CO2排放量计算模块传输的数据并据此计算出钢铁企业实时综合CO2排放量。
进一步地,所述***还包括有烟气在线取样设备,所述CO2及其他温室气体实时在线监测模块连接于所述烟气在线取样设备;所述CO2及其他温室气体实时在线监测模块通过非色散红外分析法NDIR、可调谐二极管激光吸收光谱法TDLAS、红外光谱法、气敏电极法、气相色谱法、气体滤波监测法、波长扫描-光腔衰荡法WS-CRDS中的至少一种方法,实时在线监测钢铁企业内烟囱排放烟气中的CO2及其他温室气体的浓度。
进一步地,所述CO2及其他温室气体实时在线监测模块用于实时在线监测钢铁企业内固定燃烧排放源的CO2及其他温室气体的浓度,在固定燃烧排放源的烟囱入口前设置所述CO2及其他温室气体实时在线监测模块。
更进一步地,所述固定燃烧排放源包括炼焦炉、烧结机、高炉、工业锅炉。
进一步地,生产过程及固碳产品碳排放量监测模块用于监测钢铁企业在生产过程中由于其他外购含碳原料和熔剂的分解和氧化所产生的CO2的排放量,以及监测钢铁企业生产过程中固化在所生产的外销产品中的部分碳,和在以副产煤气为原料生产的固碳产品中固化的部分碳。
更进一步地,所述能耗换算CO2排放量计算模块用于计量钢铁企业净购入电力和净购入热力隐含产生的CO2排放量,该部分CO2排放量实际发生在提供电力和热力的电力生产企业和热力生产企业。
进一步地,所述***还包括有区域内搭建的区块链网络,以及利用区块链网络实现的碳交易点对点区块链代币结算交易***;每个钢铁企业的综合CO2排放量监测平台将钢铁企业实时综合CO2排放量数据上传至区块链网络,实现每个钢铁企业作为一个区块链网络节点,对区块链网络内的碳交易、碳排放量、碳减排量数据进行核查、记录、验证,利用所述区块链网络能够不可篡改地监测和核查区域内钢铁企业的碳排放量统计及碳交易结算;所述碳交易点对点区块链代币结算交易***用于供区域内的减排方和排放方进行碳交易点对点区块链代币结算交易。
本发明还提供一种利用上述钢铁企业温室气体排放监测***的方法,具体过程为:
CO2及其他温室气体实时在线监测模块实时监测钢铁企业内烟囱排放烟气中的CO2及其他温室气体的浓度并据此换算得到CO2实时排放量,然后传输至综合CO2排放量监测平台;
生产过程及固碳产品碳排放量监测模块监测钢铁企业生产过程中产生的CO2排放量和固碳产品所隐含的CO2排放量;
能耗换算CO2排放量计算模块根据钢铁企业净购入使用的电力和热力所对应的能耗计算出CO2排放量;
综合CO2排放量监测平台用于接收所述CO2及其他温室气体实时在线监测模块、生产过程及固碳产品碳排放量监测模块、能耗换算CO2排放量计算模块传输的数据并据此计算出钢铁企业实时综合CO2排放量;
搭建区域内的碳排放及碳减排量监测和核查区块链网络;
利用区块链网络实现区域内的减排方和排放方的碳交易点对点区块链代币结算交易***;
各个钢铁企业的综合CO2排放量监测平台将钢铁企业实时综合CO2排放量数据上传至区块链网络;
每个钢铁企业作为一个区块链网络节点,对网络内的碳交易、碳排放量、碳减排量数据进行核查、记录、验证;
利用区块链网络不可篡改地监测和核查区域内钢铁企业的碳排放量统计及碳交易结算。
本发明的有益效果在于:
1、利用本发明可以实现对钢铁企业烟气中主要的温室气体CO2、CH4和N2O等气体进行在线监测,最终实现实时精确在线监测钢铁企业烟气的综合CO2排放量,从而为钢铁企业等高耗能企业的碳排放量监控和未来碳排放权交易打下基础,也为未来国内环保部门监测钢铁企业的碳排放量提供监测手段;
2、本发明同时监测钢铁企业所消耗的电力及热力对应的碳排放量,使钢铁企业碳排放监测更为准确。
3、本发明同时监测钢铁企业的生产过程及最终产品中固碳的隐含碳排放量,使钢铁企业碳排放监测更为准确。
4、利用区块链技术和网络,实现未来点对点的碳交易、碳核查、碳排放量和减排量的在线监测。
附图说明
图1为本发明实施例1中***总体组成示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述,需要说明的是,本实施例以本技术方案为前提,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围并不限于本实施例。
实施例1
一种钢铁企业温室气体排放监测***,如图1所示,包括CO2及其他温室气体实时在线监测模块10、生产过程及固碳产品碳排放量监测模块20、能耗换算CO2排放量计算模块30和综合CO2排放量监测平台40;
CO2及其他温室气体实时在线监测模块10用于实时监测钢铁企业内烟囱101排放烟气中的CO2及其他温室气体(CH4、N2O、氟化物等)的浓度并据此换算得到CO2实时排放量,然后传输至综合CO2排放量监测平台40;
生产过程及固碳产品碳排放量监测模块20用于监测钢铁企业生产过程中由于其他外购含碳原料和熔剂的分解和氧化所产生的CO2的排放量和固碳产品所隐含的CO2排放量,然后传输至综合CO2排放量监测平台40;
能耗换算CO2排放量计算模块30用于根据钢铁企业净购入使用的电力和热力所对应的能耗计算出CO2排放量,然后传输至综合CO2排放量监测平台40;
综合CO2排放量监测平台40用于接收所述CO2及其他温室气体实时在线监测模块10、生产过程及固碳产品碳排放量监测模块20、能耗换算CO2排放量计算模块30传输的数据并据此计算出钢铁企业实时综合CO2排放量。
需要说明的是,钢铁企业实时综合CO2排放量按下式进行计算:
ECO2=E燃烧+E过程+E电和热+E固碳 (1)
式中:
ECO2为钢铁企业实时综合CO2排放量,单位为吨(tCO2);
E燃烧为钢铁企业所有净消耗化石燃料燃烧活动产生的CO2排放量,单位为吨(tCO2),依靠CO2及其他温室气体实时在线监测模块获得;
E过程为钢铁企业工业生产过程由于其他外购含碳原料和熔剂的分解和氧化所产生的CO2排放量,单位为吨(tCO2);E固碳为企业固碳产品隐含的CO2排放量,单位为吨(tCO2);依靠生产过程及固碳产品碳排放量监测模块20获得;
E电和热为钢铁企业净购入电力和净购入热力产生的CO2排放量,单位为吨(tCO2);依靠能耗换算CO2排放量计算模块30获得。
需要说明的是,钢铁企业利用的化石能源燃料包括煤、天然气、煤气、油、焦炭、煤矸石、水煤浆、兰碳等。
进一步地,所述***还包括有烟气在线取样设备50,所述CO2及其他温室气体实时在线监测模块10连接于所述烟气在线取样设备50;所述CO2及其他温室气体实时在线监测模块50通过非色散红外分析法NDIR、可调谐二极管激光吸收光谱法TDLAS、红外光谱法、气敏电极法、气相色谱法、气体滤波监测法、波长扫描-光腔衰荡法WS-CRDS中的至少一种方法,实时在线监测钢铁企业内烟囱排放烟气中的CO2及其他温室气体的浓度。
进一步地,所述CO2及其他温室气体实时在线监测模块用于实时在线监测钢铁企业内固定燃烧排放源100的CO2及其他温室气体的浓度,在固定燃烧排放源100的烟囱入口前设置所述CO2及其他温室气体实时在线监测模块。
所述固定燃烧排放源100包括炼焦炉、烧结机、高炉、工业锅炉。
进一步地,生产过程及固碳产品碳排放量监测模块20用于监测钢铁企业在生产过程中(烧结、炼铁、炼钢等)由于其他外购含碳原料(如电极、生铁、铁合金、直接还原铁等)和熔剂的分解和氧化所产生的CO2的排放量,以及监测钢铁企业生产过程中固化在所生产的外销产品中的部分碳,和在以副产煤气为原料生产的固碳产品中固化的部分碳。
更进一步地,所述能耗换算CO2排放量计算模块用于计量钢铁企业净购入电力和净购入热力(如蒸汽)隐含产生的CO2排放量,该部分CO2排放量实际发生在提供电力和热力的电力生产企业和热力生产企业。
进一步地,所述***还包括有区域内搭建的区块链网络60,以及利用区块链网络实现的碳交易点对点区块链代币结算交易***70;每个钢铁企业的综合CO2排放量监测平台40将钢铁企业实时综合CO2排放量数据上传至区块链网络60,实现每个钢铁企业作为一个区块链网络节点,对区块链网络内的碳交易、碳排放量、碳减排量数据进行核查、记录、验证,利用所述区块链网络60能够不可篡改地监测和核查区域内钢铁企业的碳排放量统计及碳交易结算;所述碳交易点对点区块链代币结算交易***70用于供区域内的减排方和排放方进行碳交易点对点区块链代币结算交易。
实施例2
本实施例提供一种利用上述钢铁企业温室气体排放监测***的方法,具体过程为:
CO2实时在线监测模块实时监测钢铁企业内烟囱排放烟气中的CO2浓度并据此换算得到CO2实时排放量,然后传输至综合CO2排放量监测平台;
其他温室气体监测模块实时监测钢铁企业内烟囱排放烟气中除CO2以外的其他温室气体浓度并传输至综合CO2排放量监测平台;
CO2排放量计算模块根据钢铁企业净购入使用的电力和热力所对应的能耗计算出CO2排放量;
综合CO2排放量监测平台接收所述CO2实时在线监测模块、其他温室气体监测模块和能耗换算CO2排放量计算模块传输的数据并据此计算出钢铁企业实时综合CO2排放量;
搭建区域内的碳排放及碳减排量监测和核查区块链网络;
利用区块链网络实现区域内的减排方和排放方的碳交易点对点区块链代币结算交易***;
各个钢铁企业的综合CO2排放量监测平台将钢铁企业实时综合CO2排放量数据上传至区块链网络;
每个钢铁企业作为一个区块链网络节点,对网络内的碳交易、碳排放量、碳减排量数据进行核查、记录、验证;
利用区块链网络不可篡改地监测和核查区域内钢铁企业的碳排放量统计及碳交易结算。
对于本领域的技术人员来说,可以根据以上的技术方案和构思,给出各种相应的改变和变形,而所有的这些改变和变形,都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种钢铁企业温室气体排放监测***,其特征在于,包括CO2及其他温室气体实时在线监测模块、生产过程及固碳产品碳排放量监测模块、能耗换算CO2排放量计算模块和综合CO2排放量监测平台;
CO2及其他温室气体实时在线监测模块用于实时监测钢铁企业内烟囱排放烟气中的CO2及其他温室气体的浓度并据此换算得到CO2实时排放量,然后传输至综合CO2排放量监测平台;
生产过程及固碳产品碳排放量监测模块用于监测钢铁企业生产过程中由于其他外购含碳原料和熔剂的分解和氧化所产生的CO2的排放量和固碳产品所隐含的CO2排放量,然后传输至综合CO2排放量监测平台;
能耗换算CO2排放量计算模块用于根据钢铁企业净购入使用的电力和热力所对应的能耗计算出CO2排放量,然后传输至综合CO2排放量监测平台;
综合CO2排放量监测平台用于接收所述CO2及其他温室气体实时在线监测模块、生产过程及固碳产品碳排放量监测模块、能耗换算CO2排放量计算模块传输的数据并据此计算出钢铁企业实时综合CO2排放量。
2.根据权利要求1所述的钢铁企业温室气体排放监测***,其特征在于,还包括有烟气在线取样设备,所述CO2及其他温室气体实时在线监测模块连接于所述烟气在线取样设备;所述CO2及其他温室气体实时在线监测模块通过非色散红外分析法NDIR、可调谐二极管激光吸收光谱法TDLAS、红外光谱法、气敏电极法、气相色谱法、气体滤波监测法、波长扫描-光腔衰荡法WS-CRDS中的至少一种方法,实时在线监测钢铁企业内烟囱排放烟气中的CO2及其他温室气体的浓度。
3.根据权利要求1或2所述的水泥厂温室气体排放监测***,其特征在于,所述CO2及其他温室气体实时在线监测模块用于实时在线监测钢铁企业内固定燃烧排放源的CO2及其他温室气体的浓度,在固定燃烧排放源的烟囱入口前设置所述CO2及其他温室气体实时在线监测模块。
4.根据权利要求3所述的水泥厂温室气体排放监测***,其特征在于,所述固定燃烧排放源包括炼焦炉、烧结机、高炉、工业锅炉。
5.根据权利要求1所述的钢铁企业温室气体排放监测***,其特征在于,生产过程及固碳产品碳排放量监测模块用于监测钢铁企业在生产过程中由于其他外购含碳原料和熔剂的分解和氧化所产生的CO2的排放量,以及监测钢铁企业生产过程中固化在所生产的外销产品中的部分碳,和在以副产煤气为原料生产的固碳产品中固化的部分碳。
6.根据权利要求1或4所述的钢铁企业温室气体排放监测***,其特征在于,所述能耗换算CO2排放量计算模块用于计量钢铁企业净购入电力和净购入热力隐含产生的CO2排放量,该部分CO2排放量实际发生在提供电力和热力的电力生产企业和热力生产企业。
7.根据权利要求1所述的钢铁企业温室气体排放监测***,其特征在于,还包括有区域内搭建的区块链网络,以及利用区块链网络实现的碳交易点对点区块链代币结算交易***;每个钢铁企业的综合CO2排放量监测平台将钢铁企业实时综合CO2排放量数据上传至区块链网络,实现每个钢铁企业作为一个区块链网络节点,对区块链网络内的碳交易、碳排放量、碳减排量数据进行核查、记录、验证,利用所述区块链网络能够不可篡改地监测和核查区域内钢铁企业的碳排放量统计及碳交易结算;所述碳交易点对点区块链代币结算交易***用于供区域内的减排方和排放方进行碳交易点对点区块链代币结算交易。
8.一种利用上述任一权利要求所述的钢铁企业温室气体排放监测***的方法,其特征在于,具体过程为:
CO2及其他温室气体实时在线监测模块实时监测钢铁企业内烟囱排放烟气中的CO2及其他温室气体的浓度并据此换算得到CO2实时排放量,然后传输至综合CO2排放量监测平台;
生产过程及固碳产品碳排放量监测模块监测钢铁企业生产过程中产生的CO2排放量和固碳产品所隐含的CO2排放量;
能耗换算CO2排放量计算模块根据钢铁企业净购入使用的电力和热力所对应的能耗计算出CO2排放量;
综合CO2排放量监测平台用于接收所述CO2及其他温室气体实时在线监测模块、生产过程及固碳产品碳排放量监测模块、能耗换算CO2排放量计算模块传输的数据并据此计算出钢铁企业实时综合CO2排放量;
搭建区域内的碳排放及碳减排量监测和核查区块链网络;
利用区块链网络实现区域内的减排方和排放方的碳交易点对点区块链代币结算交易***;
各个钢铁企业的综合CO2排放量监测平台将钢铁企业实时综合CO2排放量数据上传至区块链网络;
每个钢铁企业作为一个区块链网络节点,对网络内的碳交易、碳排放量、碳减排量数据进行核查、记录、验证;
利用区块链网络不可篡改地监测和核查区域内钢铁企业的碳排放量统计及碳交易结算。
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