二氧化碳在线监测系统设计与应用

本文部分内容摘自: 能源与节能期刊2022年第11期

前言 ₂

为保障碳市场交易机制的高效运行，必须要提供精准的CO2排放数据。目前，国际上监测燃煤机组碳排放量的主流方法分为核算法和测量法。2013年，中华人民共和国国家发展和改革委员会发布了《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南 (试行)》 ，该指南规定:“电力行业温室气体排放量监测采用排放因子法。该方法归属于核算法，它是通过原材料使用数据、燃料燃烧活动数据以及各类活动对应的排放因子计算二氧化碳排放总量。”但由于涉及到繁杂的活动数据，以及需要选取各类活动对应的排放因子，排放因子法存在人为干扰多、准确度不高、误差较大、数据收集方法效率较低、时效性严重滞后等问题。

随着测量技术的发展，使用测量法可以提供更加精准的CO2排放数据，能够避免排放因子法存在的上述问题，为碳市场交易提供更精准的数据。以欧洲为例，在 22个欧洲国家，大约有 140 台机组采用了以烟气在线监测系统 (Continuous Emission Monitoring System CEMS) 为基础开展的实测法。而当前国内的实际情况是，燃煤机组绝大部分已配备了 CEMS 烟气在线监测系统，具备使用测量法对CO2,排放量进行监测的基础。因此，在烟气在线监测系统的基础上建立完善的碳排放在线监测系统，对碳市场交易的高效运行具有重大意义。

1、二氧化碳监测装置

根据《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南 (试行)》，燃煤机组温室气体的来源有三大部分:

a) 企业净购入使用电力产生的CO2排放；

b) 化石燃料燃烧产生的CO2排放；

C) 脱硫过程的CO2排放。企业净购入使用电力产生的CO2排放，可通过企业净购入电力的用量以及供电排放因子计算获得；化石燃料燃烧产生的CO2排放、脱硫过程的CO2排放，都会通过烟囱排放至大气环境中，可通过在燃煤机组烟囱入口处安装的二氧化碳监测装置测量后通过计算得到。

2、M-3000C系列 固定源碳排放连续监测系统设计

M-3000C固定源烟气碳排放在线监测系统采用先进的近红外技术，可以连续监测固定污染源中 CO2、CO、CH4 等浓度、烟气流速、压力、温度、氧量等多项相关参数及统计排放率、排放总量等，并能对测量到的数据进行有效处理与上传。

2.1系统组成

系统主要由取样子系统、预处理子系统、温室气体监测子系统、烟气参数监测子系统、及数据采集处理与传输子系统 5 个子系统组成。

①取样子系统：样气由安装在厂区上的采样探头抽取，由过滤器滤除 5μm 以上的颗粒，为防止样气中非温室气体等污染物冷凝而影响测量准确度，对样气采取加热处理，由伴热保温管导入机柜。取样子系统包括取样探头(型号M-SP-300）与伴热管线（型号M-HP-180）。

②预处理子系统（型号 M-PS-1600）：样品气前处理主要针对排放气体（样品气）中除尘、水进行处理，且使气体全程保持高温，不让其因冷凝而产生损失。先采用进口隔膜泵采样，使样品气通过精密滤芯对样品气体除尘过滤，采用0.1um进口合金滤芯，具有耐高温耐腐蚀；样品气接着经过干燥剂除去气态水，再一次经过 0.1um 原装进口的精密过滤器，进入红外分析仪监测分析。

③温室气体监测子系统：红外分析仪可时对多种气体组分进行高灵敏测量，具备生态设计的分析仪利用光学和电子技术，保证更高的测量精度和稳定性，而且具备较低的维护量。

④烟气参数监测子系统：烟气参数监测子系统包括温压流一体化监测仪（型号M-VTP-300）、湿度分析仪（型号M-HA-300），监测参数有烟气温度、压力、流量、湿度等。

⑤数据采集处理与传输子系统：由工控机（型号M-IPC-2800）、数据处理软件（型号M-DAS-v2.1）、数据传输模块（M-DTM-3600）组成。

2.2性能特点

●在线监测系统的集成度高，分区明确（电气区及气路区，均在一个机柜内集成），电路与气路独立分离，消除安全隐患；全自动控制，操作维护方便，预处理中采用三级过滤等；内部管道采用防吸附进口管道，不残留不影响后续样品分析。

●拥有专业的反吹控制系统，且反吹控制系统集成在取样探头内部，既能有效地进行控制，也能节省平台空间。

●拥有专业的预处理系统，对样气进行有效的除湿、除尘，且预处理过程全程保持高温，系统配置高温过滤器、高温真空泵、高温电子流量计及高温管路与接头，保证进入分析仪的是洁净且无损失的气体，为测量精度提供保障。

●拥有专业的 NDIR 多组分气体分析仪，生态设计、超级紧凑、智能通讯，专为测量燃烧废气和不同工业锅炉及工艺烟气而设计的，

●高温采样探头 + 吹扫 + 可温控采样伴热管线，保证样气安全。

●系统配置远程通信设备，可以实现远程控制，使得系统巡检更加便捷，可以让用户坐在办公室查看系统运行情况。

3、碳排放监测系统软件

4、应用领域

①火力发电厂：监测燃煤、燃气等火力发电厂的烟气排放，确保其符合环保排放标准。

② 工业锅炉：监测各类工业锅炉（如石化、化工、钢铁、水泥等）的烟气排放，控制污染物排放。

③废气处理设施：监测废气处理设施（如脱硫、脱硝等）的运行效果，确保达到预期的环保效果。

④城市供热系统：监测城市供热系统（如热力站、热电厂等）的烟气排放，降低大气污染。

⑤ 垃圾焚烧厂：监测垃圾焚烧过程中产生的烟气排放，防止有毒有害物质排放。

⑥工业园区：监测工业园区内各企业的烟气排放，为环保部门提供数据支持。

⑦ 环境监测站：为环境监测站提供实时、准确的大气污染物排放数据，辅助环保部门制定政策。

⑧ 科研机构：为科研机构提供实验数据，支持碳排放研究和技术开发。

5、结语

结合二氧化碳监测装置，提出了一种二氧化碳在线监测系统，为当前的碳排放监测设计提供了一种新的思路。该系统的推广，既解决了当前排放因子法存在的诸多问题，有助于碳排放监测体系的构建，也是碳市场交易高效运行的重要基础，是实现国家“双碳目标的重要举措之一。