关于固体替代燃料燃烧CO2 排放量的测算

何汉基 中国轻工业广州工程有限公司

固体替代燃料利用在我国经历了20 余年的发展，在某些行业和工程上已经得到广泛应用，但由于缺乏相关的标准与规范，我国甚至长时间内对于固体替代燃料的名称和定义都没有统一，其相关的性质、参数、指标等更是缺乏对应的定义和计算方式。

1 国内外对固体替代燃料的论述

美国于2006 年在ASTM 标准中对“垃圾衍生燃料”（RDF）的定义为“将城市生活垃圾剔除金属和玻璃等不可燃物，经破碎、分选、干燥、加工成型后得到的可燃固体颗粒物。”并把RDF 按加工过程、成品外形、形状、用途等分为RDF1～7 七个种类。欧盟EN 标准体系于2011 年对固体回收燃料（SRF）重新定义，并指定了相应的技术规范与标准，从经济特性、技术特征、环保特征三方面对SRF 进行分类，分别指向净热值、氯含量、汞含量三个控制指标，具有重要的参考意义。

我国于2021 年11 月由中国工业合作协会发布了T/CIC 046-2021《固体替代燃料定义与分类》（见表1）、T/CIC 047-2021《固体替代燃料制备技术规范》、T/CIC 048-2021《火力发电用固体替代燃料》、T/CIC 049-2021《水泥窑用固体替代燃料》4 个团体标准。其中，对固体替代燃料的定义为“一种以生产、生活等活动过程中产生的非危险废物类可燃性固体废物为主要原料，通过预处理、除杂、破碎、筛分、分选、成型等单一或组合工艺制备而得，以直接或间接形式为各类用能单元提供热能的燃料。”原料来源已不仅限于生活垃圾，还包括一般固体废物、农林废弃物、建筑垃圾、水域垃圾等。而对SRF 产品则确定了3 个特征性指标，分别为低位热值（QARB）、氯含量（ClADB）和汞含量（HgARB），并根据特征性指标的数值对SRF分成了5 个级别。

表1 团体标准T/CIC 046-2021中对SRF产品的分类

2 固体替代燃料的燃烧CO2 排放

T/CIC 046-2021《固体替代燃料定义与分类》确定了SRF 产品的必要性指标（产品代码、物理属性和化学属性）以及参考性指标（减碳指标、物理性质、化学性质、卤族元素、制备工序等），但却缺少作为燃料在“碳达峰碳中和”大环境下的常见温室气体排放指标。对于固体替代燃料来说，排放的温室气体主要是CO2，对应的是固体替代燃料中的碳元素含量。该标准中没有温室气体排放指标的原因：①固体替代燃料的原料来源多样，成分复杂，即便是固定来源也会随时间波动变化，难以形成较为稳定的CO2排放数据。②固体替代燃料的加工制备过程会因原料来源不同而有所调整，因此加工过程对各种原料的除杂、干化等效果不一样，最终的排放数据也会变动。③替代燃料发展较早的水泥行业在其相关标准中，如HJ 2519-2012《环境标志产品技术要求 水泥》，已明确水泥生产中“协同处置废物中非燃料碳燃烧”，无论是化石燃料碳还是生物质碳，都不需要进行CO2排放量统计。

在已实施协同处置废物的水泥项目中，对固体替代燃料的一般检测项目为含水率、灰分、氯元素、低位热值，而不检测碳元素。但从科研的角度，需要了解固体替代燃料在各个属性上与传统化石燃料的区别，其中CO2排放量就是一个重要指标。

3 固体替代燃料的燃烧CO2 排放量测算

3.1 计算模型来源

由于固体替代燃料的燃烧CO2排放量计算没有国家级的标准文件定义，本文采用类比计算的方式进行研究分析。类比计算方式是一种通过对类似系统或过程进行比较并应用类似关系来计算、预测结果的方法。这个类似系统可以称之为基准系统。对于固体替代燃料的燃烧CO2排放量问题，可以从燃料成分、燃烧方式、排放控制措施等方面来选取基准系统。毫无疑问，被替代的化石燃料是最合适的基准系统。

本文参照由环境保护部发布的HJ 2519-2012《环境标志产品技术要求 水泥》中，对替代燃料燃烧产生的CO2排放量的计算模型得出公式：

式中p—单位重量固体替代燃料的碳燃烧产生的CO2排放量，tCO2/t；Qnaj—各种替代燃料的加权平均低位发热量，GJ/t；Faj—各种替代燃料燃烧的CO2排放因子，或称单位发热量产生的CO2排放量，tCO2/GJ。部分常见替代燃料原料的低位发热量及CO2排放因子如表2 所示。

表2 部分常见替代燃料原料的低位发热量及CO2 排放因子

3.2 实例计算

广州某工厂产生一般工业固废，工厂按其来源分为两种样品，下称样品1、样品2，主要成分是塑料、废纸、废纺织物等，详见表3。通过上述公式估算其制成固体替代燃料SRF 成品后的CO2排放量及低位热值。

表3 样品1、样品2成分

对于样品1，其制成固体替代燃料后SRF 成品的CO2排放量：

P样品1=50.8×0.075×41.70%+29.0×0.110×22.20%+15.6×0.110×10.77%+11.6×0.110×5.94%+11.6×0.100×5.69%=2.62tCO2/t

样品1 的低位热值：

QARB=50.8×41.7%+29.0×22.0%+15.6×10.77%+1 1.6×5.94%+11.6×5.69%=30.65MJ/kg

对于样品2，其制成固体替代燃料后SRF 成品的CO2排放量：

P样品2=50.8×0.075×4.67%+29.0×0.110×24.95%+11.6×0.110×8.34%+11.6×0.100×48.15%=1.64tCO2/t

样品1 的低位热值：

QARB=50.8×4.67%+29.0×24.95%+11.6×8.34%+1 1.6×48.15%=16.16MJ/kg

4 对比与结论

这家工厂提供的样品1 制成固体替代燃料后的产品级别为Q1，样品2 为Q3，两个样品间横向比较、与常见化石燃料纵向比较其性质，详见表4。

表4 横向、纵向对比表

通过表4 可以看出，样品1 制成的固体替代燃料SRF 产品虽然CO2排放量更多，但其单位热值产生的CO2排放量更少，是更为优质的替代燃料。此外，某些固体替代燃料在一些参数上甚至比传统化石燃料更优秀，如样品1 比焦炭提供更多的热量，但CO2排放量却更少；单位重量的样品2 产生的CO2排放量最少。通过以上横向、纵向对比，不同的固体替代燃料的在低位热值、单位重量的CO2排放量、单位热值的CO2排放量等性质指标上差别较大，但可以根据燃料的这些性质选择合适的使用场景，为企业制定更合理的减碳方案提供参考与借鉴。