新疆煤田火区碳排放计算及思考

新疆煤田火区碳排放计算及思考

魏军

新疆煤田灭火工程局

摘要：新疆是我国煤田火灾最为严重的省区，火区燃烧每年直接排放大量的二氧化碳。习近平总书记生态文明思想和“双碳目标” 的提出，要求加快新疆煤田火区治理进度。提出准确核算煤田火区温室气体排放量原理和计算方法，评估煤田灭火工作对新疆经济社会发展和实现2030年碳达峰目标意义重大。

关键词: 煤田火区； 碳排放；监测；碳交易； 经济发展

一、引言

煤田火区燃烧排放出的气体为CO2、CO、CH4、N2O等，并伴随释放出大量的热和烟尘。大多数煤田火区燃烧处于非充分燃烧状态，其燃烧状况与采暖炉及家用炉的燃烧状况相似。如果火区供氧充足则煤中的碳大部分生成CO2，在供氧不足时部分碳生成CO2，部分碳转化为CO和CH4。因为煤田火区排放出的N2O和CH4的量很少，所以N2O和CH4的量可以忽略不计。

煤田火区燃烧释放的污染物不仅污染空气，还会影响矿区植物生长发育，甚至会导致酸雨产生。酸雨不仅能大面积破坏森林、农作物，还会导致水质酸化而使大部分水生物死亡。火区燃烧产生的主要污染物CO2是《京都议定书》规定的六种温室气体之一，温室气体排放导致全球平均气温上升，引发冰盖融化、极端天气、干旱和海平面上升，这种全球性影响将会危及人类生命和生活。

党中央和自治区党委历来高度重视新疆煤田火灾的治理工作，中央累计投资15亿元、自治区投资4.3亿元用于我区煤田灭火工作，共治理煤田火区67处，治理火区面积1480万平方米，保护煤炭资源320亿吨，恢复植被1617万平方米，减少了大量有毒有害气体、温室气体和烟尘的排放，煤田灭火工作取得了显著的社会效益、经济效益和环保效益。

新疆煤田灭火工作虽然取得了阶段性的成果，但第五次火区普查结果，当前还有40处火区和煤火易发风险区，每年燃烧大量的煤炭资源，直接排放大量的温室气体(CO₂)。近年来,随着习近平总书记生态文明思想和“双碳目标” 的提出，加快新疆煤田火区治理进度，准确核算煤田火区温室气体排放量，从而评估煤田灭火工作对新疆经济社会发展和实现2030年碳达峰目标意义重大。

二、新疆煤田火区CO₂排放量计算

1、监测计算原理

由于煤田火灾燃烧为开放系统，直接监测CO2的排放较为困难，目前主要通过间接测量的方法核算排放量。主要方法原理是测量的火区地表温度、面积，计算出煤田火区年燃煤排放出的热量，然后通过热量衡算计算出火区的年燃煤量，最后年燃煤量及碳含量计算出CO2排放量。

2、年燃烧损失煤量计算

煤田火区年燃烧煤量采用温度场法确定。首先对火区地表温度异常区域进行温度格网测量（1米X1米）；其次利用采集的坐标和温度数据绘制温度等值线图，统计出各温度区间的范围面积；再根据不同温度区间的散热系数，分别计算出各温度区间每年向大气释放的热量值求和；最后，依据热平衡理论计算出火区年燃烧损失量。

2.1水西沟火区年燃煤量、CO₂排放量计算

2.1.1 温度及热量监测

2018年，水西沟火区详细勘查期间，对火区地表开展了两次温度测量，绘制出地表温度等值线图（见图1、2），统计了地表温度数据水平投影面积（见表一）。

图1 2018第一次监测的火区等温图

图2 2018第二次监测的火区等温图

表1 水西沟火区各温度区间面积（平方米）

据此计算统计出水西沟火区燃烧释放热量统计为4.68E+12焦耳，统计表见表2

表2 水西沟煤田火区燃烧散热统计

2.1.2 年损失煤量

根据公式M=Q/C

其中M为年燃烧损失量，Q为火区释放热量，C为煤炭燃烧值。

据此统计计算出水西沟火区年损失煤炭量为29.21万吨。

2.1.3 年排放量

根据CO2中碳分子质量为12，氧分子质量为16，CO2/C质量比为44/12=3.67

根据公式计算排放量

其中：

BE_y = y年度的基准线排放量（tCO₂ yr^-1）

FC 为释放热量, W 为灰分系数，水西沟烟煤系数取0.84

据此计算出水西沟火区年CO2排放量为74.8万吨，推算吨煤燃烧排放2.56万吨，每平方米每年燃烧排放3.18吨。

2.2新疆煤田火区年燃煤量及排放量

依据水西沟火区年排放量计算示列方法，分别计算出40处煤田火区煤炭年损失量456.14万吨，排放CO₂量为1277.3万吨。

煤田火区燃烧可划分为扩展燃烧、稳态燃烧和熄灭三个阶段，新疆易发煤火风险区为扩展燃烧阶段，根据实地调查和测量，其燃烧损失煤量约为同等条件下煤田火区燃烧损失量的45%。据此计算出新疆41处易发煤火风险区年损失煤量 为784.21万吨，排放CO₂ 1850.74万吨

因此，新疆煤田火区和易发煤火区每年燃烧损失煤炭资源1240.24万吨，每年因煤炭燃烧向大气排放温室气体（CO2）3128.04万吨。

3. 存在的主要问题和意见建议

1、存在问题

由于煤田火区是一个复杂的半开放、开放燃烧系统，影响年损失煤炭和CO₂排放因素较多，报告中对CO2的核算存在以下主要问题：

（1）煤田火区煤燃烧产生的热量主要由辐射散热、对流散热和气体带出热量三部分组成，报告中计算方法未考虑气体带出热量，因此，核算结果保守。

（2）煤田火区差异性较大，燃烧煤层赋存状态、煤种、煤质、外界气候温度等诸多因素均影响核算结果，该报告核算方法未将其纳入。

（3）《新疆煤田火区管理办法》及《煤田火灾灭火规范》未涉及碳排放和环境影响，因此，新疆以往煤田火区普查和详细勘查针对CO₂排放针对性不强，监测数据简单，造成核算结果存在一定误差。

（4）煤田火区排放监测基准线方法学在UNFCCC网站上没有相类似的方法学，制约了煤田灭火项目碳减排成果的应用。

2、意见建议

随着习近平总书记生态文明思想和“双碳目标” 的提出，新疆煤田灭火项目碳减排的作用和成果应用显得尤为重要，因此，今后在加快推进新疆煤田灭火进度的同时，必须高度重视该项工作，为自治区经济社会发展做出贡献。为此、提出如下意见建议：

（1）高度重视、系统研究。针对新疆煤田灭火碳排放问题，自治区应高度重视，专题研究，申报科研项目，联合国内外科研院所和高校开展关键技术攻关，开发出煤田灭火碳排放监测方法学，方法学争取有关部门批准。

（2）据统计部门数据分析，新疆若保持现有人均GDP增长率,将在2049年碳达峰,显然与国家2030年碳达峰目标有差距,因此,人均GDP增长率必须保持在14%左右,才能实现目标。保持经济高增长率，势必面临大量能源消耗，建议将新疆煤田灭火碳减排贡献纳入自治区经济发展排放考核指标中。

（3）建立煤田灭火碳排放交易机制。2021年全国碳市场上线交易，目前交易价格约20元，据此计算，新疆煤田灭火每年减排的碳交易总额约39711万元。交易资金可有完全解决煤田灭火资金严重不足问题。

（4）完善修订法规条款。根据目前新的形势要求，在系统研究的基础上，增加《新疆煤田火区管理办法》及《煤田火灾灭火规范》中关于碳排放工作条框规定，用于指导新疆煤田灭火工作。