二氧化碳在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

本文部分內(nèi)容摘自: 能源與節(jié)能期刊2022年第11期

前言 ?

為保障碳市場(chǎng)交易機(jī)制的高效運(yùn)行，必須要提供精準(zhǔn)的CO2排放數(shù)據(jù)。目前，國(guó)際上監(jiān)測(cè)燃煤機(jī)組碳排放量的主流方法分為核算法和測(cè)量法。2013年，中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布了《中國(guó)發(fā)電企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南 (試行)》 ，該指南規(guī)定:“電力行業(yè)溫室氣體排放量監(jiān)測(cè)采用排放因子法。該方法歸屬于核算法，它是通過(guò)原材料使用數(shù)據(jù)、燃料燃燒活動(dòng)數(shù)據(jù)以及各類活動(dòng)對(duì)應(yīng)的排放因子計(jì)算二氧化碳排放總量。”但由于涉及到繁雜的活動(dòng)數(shù)據(jù)，以及需要選取各類活動(dòng)對(duì)應(yīng)的排放因子，排放因子法存在人為干擾多、準(zhǔn)確度不高、誤差較大、數(shù)據(jù)收集方法效率較低、時(shí)效性嚴(yán)重滯后等問(wèn)題。

隨著測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，使用測(cè)量法可以提供更加精準(zhǔn)的CO2排放數(shù)據(jù)，能夠避免排放因子法存在的上述問(wèn)題，為碳市場(chǎng)交易提供更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。以歐洲為例，在 22個(gè)歐洲國(guó)家，大約有 140 臺(tái)機(jī)組采用了以煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) (Continuous Emission Monitoring System CEMS) 為基礎(chǔ)開展的實(shí)測(cè)法。而當(dāng)前國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況是，燃煤機(jī)組絕大部分已配備了 CEMS 煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具備使用測(cè)量法對(duì)CO2,排放量進(jìn)行監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。因此，在煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立完善的碳排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)碳市場(chǎng)交易的高效運(yùn)行具有重大意義。

1、二氧化碳監(jiān)測(cè)裝置

根據(jù)《中國(guó)發(fā)電企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南 (試行)》，燃煤機(jī)組溫室氣體的來(lái)源有三大部分:

a) 企業(yè)凈購(gòu)入使用電力產(chǎn)生的CO2排放；

b) 化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO2排放；

C) 脫硫過(guò)程的CO2排放。企業(yè)凈購(gòu)入使用電力產(chǎn)生的CO2排放，可通過(guò)企業(yè)凈購(gòu)入電力的用量以及供電排放因子計(jì)算獲得；化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO2排放、脫硫過(guò)程的CO2排放，都會(huì)通過(guò)煙囪排放至大氣環(huán)境中，可通過(guò)在燃煤機(jī)組煙囪入口處安裝的二氧化碳監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量后通過(guò)計(jì)算得到。

2、M-3000C系列 固定源碳排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

M-3000C固定源煙氣碳排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用先進(jìn)的近紅外技術(shù)，可以連續(xù)監(jiān)測(cè)固定污染源中 CO2、CO、CH4 等濃度、煙氣流速、壓力、溫度、氧量等多項(xiàng)相關(guān)參數(shù)及統(tǒng)計(jì)排放率、排放總量等，并能對(duì)測(cè)量到的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理與上傳。

2.1系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由取樣子系統(tǒng)、預(yù)處理子系統(tǒng)、溫室氣體監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、煙氣參數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、及數(shù)據(jù)采集處理與傳輸子系統(tǒng) 5 個(gè)子系統(tǒng)組成。

①取樣子系統(tǒng)：樣氣由安裝在廠區(qū)上的采樣探頭抽取，由過(guò)濾器濾除 5μm 以上的顆粒，為防止樣氣中非溫室氣體等污染物冷凝而影響測(cè)量準(zhǔn)確度，對(duì)樣氣采取加熱處理，由伴熱保溫管導(dǎo)入機(jī)柜。取樣子系統(tǒng)包括取樣探頭(型號(hào)M-SP-300）與伴熱管線（型號(hào)M-HP-180）。

②預(yù)處理子系統(tǒng)（型號(hào) M-PS-1600）：樣品氣前處理主要針對(duì)排放氣體（樣品氣）中除塵、水進(jìn)行處理，且使氣體全程保持高溫，不讓其因冷凝而產(chǎn)生損失。先采用進(jìn)口隔膜泵采樣，使樣品氣通過(guò)精密濾芯對(duì)樣品氣體除塵過(guò)濾，采用0.1um進(jìn)口合金濾芯，具有耐高溫耐腐蝕；樣品氣接著經(jīng)過(guò)干燥劑除去氣態(tài)水，再一次經(jīng)過(guò) 0.1um 原裝進(jìn)口的精密過(guò)濾器，進(jìn)入紅外分析儀監(jiān)測(cè)分析。

③溫室氣體監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)：紅外分析儀可時(shí)對(duì)多種氣體組分進(jìn)行高靈敏測(cè)量，具備生態(tài)設(shè)計(jì)的分析儀利用光學(xué)和電子技術(shù)，保證更高的測(cè)量精度和穩(wěn)定性，而且具備較低的維護(hù)量。

④煙氣參數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)：煙氣參數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)包括溫壓流一體化監(jiān)測(cè)儀（型號(hào)M-VTP-300）、濕度分析儀（型號(hào)M-HA-300），監(jiān)測(cè)參數(shù)有煙氣溫度、壓力、流量、濕度等。

⑤數(shù)據(jù)采集處理與傳輸子系統(tǒng)：由工控機(jī)（型號(hào)M-IPC-2800）、數(shù)據(jù)處理軟件（型號(hào)M-DAS-v2.1）、數(shù)據(jù)傳輸模塊（M-DTM-3600）組成。

2.2性能特點(diǎn)

●在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的集成度高，分區(qū)明確（電氣區(qū)及氣路區(qū)，均在一個(gè)機(jī)柜內(nèi)集成），電路與氣路獨(dú)立分離，消除安全隱患；全自動(dòng)控制，操作維護(hù)方便，預(yù)處理中采用三級(jí)過(guò)濾等；內(nèi)部管道采用防吸附進(jìn)口管道，不殘留不影響后續(xù)樣品分析。

●擁有專業(yè)的反吹控制系統(tǒng)，且反吹控制系統(tǒng)集成在取樣探頭內(nèi)部，既能有效地進(jìn)行控制，也能節(jié)省平臺(tái)空間。

●擁有專業(yè)的預(yù)處理系統(tǒng)，對(duì)樣氣進(jìn)行有效的除濕、除塵，且預(yù)處理過(guò)程全程保持高溫，系統(tǒng)配置高溫過(guò)濾器、高溫真空泵、高溫電子流量計(jì)及高溫管路與接頭，保證進(jìn)入分析儀的是潔凈且無(wú)損失的氣體，為測(cè)量精度提供保障。

●擁有專業(yè)的 NDIR 多組分氣體分析儀，生態(tài)設(shè)計(jì)、超級(jí)緊湊、智能通訊，專為測(cè)量燃燒廢氣和不同工業(yè)鍋爐及工藝煙氣而設(shè)計(jì)的，

●高溫采樣探頭 + 吹掃 + 可溫控采樣伴熱管線，保證樣氣安全。

●系統(tǒng)配置遠(yuǎn)程通信設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，使得系統(tǒng)巡檢更加便捷，可以讓用戶坐在辦公室查看系統(tǒng)運(yùn)行情況。

3、碳排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件

4、應(yīng)用領(lǐng)域

①火力發(fā)電廠：監(jiān)測(cè)燃煤、燃?xì)獾然鹆Πl(fā)電廠的煙氣排放，確保其符合環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

② 工業(yè)鍋爐：監(jiān)測(cè)各類工業(yè)鍋爐（如石化、化工、鋼鐵、水泥等）的煙氣排放，控制污染物排放。

③廢氣處理設(shè)施：監(jiān)測(cè)廢氣處理設(shè)施（如脫硫、脫硝等）的運(yùn)行效果，確保達(dá)到預(yù)期的環(huán)保效果。

④城市供熱系統(tǒng)：監(jiān)測(cè)城市供熱系統(tǒng)（如熱力站、熱電廠等）的煙氣排放，降低大氣污染。

⑤ 垃圾焚燒廠：監(jiān)測(cè)垃圾焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣排放，防止有毒有害物質(zhì)排放。

⑥工業(yè)園區(qū)：監(jiān)測(cè)工業(yè)園區(qū)內(nèi)各企業(yè)的煙氣排放，為環(huán)保部門提供數(shù)據(jù)支持。

⑦ 環(huán)境監(jiān)測(cè)站：為環(huán)境監(jiān)測(cè)站提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的大氣污染物排放數(shù)據(jù)，輔助環(huán)保部門制定政策。

⑧ 科研機(jī)構(gòu)：為科研機(jī)構(gòu)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，支持碳排放研究和技術(shù)開發(fā)。

5、結(jié)語(yǔ)

結(jié)合二氧化碳監(jiān)測(cè)裝置，提出了一種二氧化碳在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為當(dāng)前的碳排放監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)提供了一種新的思路。該系統(tǒng)的推廣，既解決了當(dāng)前排放因子法存在的諸多問(wèn)題，有助于碳排放監(jiān)測(cè)體系的構(gòu)建，也是碳市場(chǎng)交易高效運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)國(guó)家“雙碳目標(biāo)的重要舉措之一。