一種固定燃燒源溫室氣體排放在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種固定燃燒源溫室氣體排放在線監(jiān)測系統(tǒng),它包括插在固定燃燒源煙囪上的溫室氣體采樣探頭、前端濕度測量儀以及溫度-壓力-流速測量儀，氣體伴熱管線包括標氣管線和樣氣管線，標氣管線的進口與標準氣體源相連通，標氣管線出口與溫室氣體采樣探頭的標準氣體進口相連通，樣氣管線的進口與溫室氣體采樣探頭的出口相連通，樣氣管線的出口通過后端濕度測量儀與冷凝器進口相連，冷凝器出口通過管線依次與抽氣泵、氣體過濾器以及氣體分析儀相連，溫室氣體采樣探頭的反吹口以及溫度-壓力-流速測量儀的反吹口與壓縮空氣源通過裝有閥門的管路相連。采用本系統(tǒng)能夠準確測量固定燃燒源所排放煙氣中溫室氣體排放量的在線監(jiān)測系統(tǒng)并實現(xiàn)燃燒源效率的連續(xù)測量。
【專利說明】一種固定燃燒源溫室氣體排放在線監(jiān)測系統(tǒng)

【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及一種溫室氣體監(jiān)測系統(tǒng)，特別涉及工業(yè)生產(chǎn)中固定燃燒源所排放煙氣中二氧化碳、甲烷等溫室氣體的連續(xù)測量與分析，并實現(xiàn)自動監(jiān)測燃燒源效率的在線監(jiān)測系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)生產(chǎn)過程中的固定燃燒源消耗了大量的化石燃料，并向大氣中排放了數(shù)以萬計的溫室氣體，為了能夠有效控制溫室氣體排放，準確計量其排放量，對固定燃燒源實施在線監(jiān)測顯得尤為重要。
[0003]目前我國溫室氣體監(jiān)測存在的主要問題是:
[0004](I)監(jiān)測對象單一，沒有細化到具體的溫室氣體排放源:現(xiàn)有的溫室氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)主要是針對于大氣中溫室氣體濃度的連續(xù)測量，而不能用于溫室氣體排放大戶一各類固定燃燒源(如鍋爐、加熱爐以及燃氣輪機等)溫室氣體排放情況以及氣體流速、濕度的在線測量。
[0005]發(fā)明名稱為“一種溫室氣體排放通量的中紅外光譜測量系統(tǒng)及方法”，專利號為CN 103852437 A、發(fā)明名稱為“一種溫室氣體及其穩(wěn)定同位素在線監(jiān)測系統(tǒng)”，專利號為CN 103760136 A以及發(fā)明名稱為“溫室氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)和監(jiān)測方法”，專利號為CN101782562 A的中國專利公開的監(jiān)測系統(tǒng)就是屬于以上情況。
[0006](2)針對性不強，監(jiān)測參數(shù)不完整且功能簡單:固定燃燒源中的溫室氣體種類主要包括二氧化碳、甲烷以及氧化亞氮三種氣體，且每種氣體的全球變暖潛值不同，產(chǎn)生的溫室效應需要折算到同一基準下進行計算與比較。同時，為了能夠充分了解燃燒源實際工況下的效率，還需要同時測量出一氧化碳濃度、氣體流速、溫度、氧含量并結(jié)合燃料用量以及燃燒源表面熱輻射等數(shù)據(jù)實時計算出燃燒效率，目前的監(jiān)測系統(tǒng)并沒有考慮到以上情況且無法實現(xiàn)燃燒源效率的在線測量。
[0007]發(fā)明名稱為“溫室氣體排放遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)及方法”，專利號為CN 103177550 A的中國專利公開的監(jiān)測系統(tǒng)就是屬于以上情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實用新型的主要目的在于克服已有技術(shù)的缺點，提供一種能夠準確測量固定燃燒源所排放煙氣中溫室氣體排放量并實現(xiàn)燃燒源效率的連續(xù)測量的固定燃燒源溫室氣體排放在線監(jiān)測系統(tǒng)。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0010]本實用新型的一種固定燃燒源溫室氣體排放在線監(jiān)測系統(tǒng)，它包括插在固定燃燒源煙囪上的溫室氣體采樣探頭、具有阻容法原理結(jié)構(gòu)的前端濕度測量儀以及溫度-壓力-流速測量儀，所述的溫室氣體采樣探頭內(nèi)部裝有陶瓷煙塵過濾器，過濾精度不小于2微米，氣體伴熱管線包括標氣管線和樣氣管線，標氣管線的進口與標準氣體源相連通，標氣管線出口與溫室氣體采樣探頭的標準氣體進口相連通，樣氣管線的進口與溫室氣體采樣探頭的出口相連通，樣氣管線的出口通過具有阻容法原理結(jié)構(gòu)的后端濕度測量儀與冷凝器進口相連，所述的冷凝器出口通過管線依次與抽氣泵、氣體過濾器以及氣體分析儀相連，所述的氣體過濾器過濾精度不小于0.1微米，在所述的氣體過濾器的底部安裝有濕度報警器，所述的溫室氣體采樣探頭的反吹口以及溫度-壓力-流速測量儀的反吹口與壓縮空氣源通過裝有閥門的管路相連，所述的氣體分析儀輸出的煙囪中抽出的樣氣的C02、CH4、N20、CO、02濃度信號、前端濕度測量儀輸出的煙囪中樣氣的濕度信號、后端濕度測量儀輸出的煙囪中抽出的樣氣的濕度信號以及溫度-壓力-流速測量儀輸出的煙囪中樣氣的溫度、壓力以及流速信號全部輸入PLC控制器，所述的PLC控制器與計算機相連。
[0011]本實用新型的有益效果是:
[0012]能夠準確測量固定燃燒源所排放煙氣中溫室氣體排放量的在線監(jiān)測系統(tǒng)并實現(xiàn)燃燒源效率的連續(xù)測量，做到在無人值守的情況下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動監(jiān)測、采集、處理與保存，自動生成報表以及趨勢曲線圖，客觀反映燃燒源運行狀況和溫室氣體排放情況。
[0013]針對固定燃燒源中所排放的二氧化碳、甲烷、氧化亞氮三種溫室氣體實現(xiàn)定量檢測，并結(jié)合各種溫室氣體不同的全球變暖潛值統(tǒng)一折標；針對樣氣輸送過程中可能存在的泄漏與保溫故障等因素，采用全程校準以及前后兩個濕度測量儀比對檢測的方法保證測量數(shù)據(jù)的準確并及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的問題。采用本實用新型的一種固定燃燒源溫室氣體排放在線監(jiān)測系統(tǒng)可以有效彌補傳統(tǒng)測量技術(shù)的缺陷，針對性強，監(jiān)測數(shù)據(jù)完整、可靠。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]附圖1是本實用新型一種固定燃燒源溫室氣體排放在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0015]注:圖中實線代表樣氣傳輸氣路，虛線代表數(shù)據(jù)傳輸線，點線代表標準氣體傳輸氣路，虛點結(jié)合線代表壓縮空氣傳輸氣路。

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型加以詳細說明。
[0017]如附圖所示的本實用新型的一種固定燃燒源溫室氣體排放在線監(jiān)測系統(tǒng)，它包括插在固定燃燒源煙囪上的溫室氣體采樣探頭1、具有阻容法原理結(jié)構(gòu)的前端濕度測量儀8以及溫度-壓力-流速測量儀9，所述的溫室氣體采樣探頭I內(nèi)部裝有陶瓷煙塵過濾器，過濾精度不小于2微米，氣體伴熱管線2包括標氣管線和樣氣管線，標氣管線的進口與標準氣體源相連通，標氣管線出口與溫室氣體采樣探頭的標準氣體進口相連通，標氣管線用于輸送從標準氣體源11送入的標準氣體，樣氣管線的進口與溫室氣體采樣探頭的出口相連通，用于輸送從煙囪中抽出的樣氣或者在全程校準時輸送標準氣體，樣氣管線的出口通過具有阻容法原理結(jié)構(gòu)的后端濕度測量儀3與冷凝器4進口相連，所述的冷凝器出口通過管線依次與抽氣泵5、氣體過濾器6以及氣體分析儀7相連，所述的氣體過濾器6過濾精度不小于0.1微米，在所述的氣體過濾器6的底部安裝有濕度報警器，所述的溫室氣體采樣探頭I的反吹口以及溫度-壓力-流速測量儀9的反吹口與壓縮空氣源10通過裝有閥門的管路相連，所述的氣體分析儀7輸出的煙囪中抽出的樣氣的C02、CH4, N2O, CO、02濃度信號、前端濕度測量儀8輸出的煙囪中樣氣的濕度信號、后端濕度測量儀3輸出的煙囪中抽出的樣氣的濕度信號以及溫度-壓力-流速測量儀9輸出的煙囪中樣氣的溫度、壓力以及流速信號全部輸入PLC控制器13，所述的PLC控制器與計算機相連。PLC控制器13進行各測量參數(shù)的采集與模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后送入計算機12，所述的計算機12用于接收PLC控制器13輸出的各測量參數(shù)以及固定燃燒源中控傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并根據(jù)各數(shù)據(jù)計算生成包括溫室氣體排放量以及燃燒源效率在內(nèi)的數(shù)據(jù)和圖表。
[0018]優(yōu)選的溫度-壓力-流速測量儀9為采用皮托管差壓法測量出氣體流速及其靜壓，并采用熱電阻法同時測量出煙氣溫度的一體化結(jié)構(gòu)。
[0019]本實用新型選用的溫室氣體采樣探頭市場有售，內(nèi)部裝有陶瓷煙塵過濾器，過濾精度不小于2微米，擁有雙路反吹及控制單元，可實現(xiàn)定時自動反吹功能，反吹氣來自于壓縮空氣源，保證采樣探頭不被堵塞。與溫室氣體采樣探頭連接的樣氣伴熱管線市場有售，溫室氣體采樣探頭和樣氣伴熱管線配有溫控單元，可實現(xiàn)樣氣伴熱管線保持在150°C左右，避免由于水蒸氣冷凝而使待測氣體濃度發(fā)生改變。
[0020]氣體伴熱管線2由樣氣管線和標氣管線組成，一根用于輸送從煙囪中抽出的樣氣，以供氣體分析儀檢測；另一根用于輸送從標氣瓶中送入的標準氣體，標準氣體來自于標準氣體源，以實現(xiàn)全程校準。
[0021]冷凝器4用于迅速將樣氣中的水蒸氣冷凝為液體，并通過蠕動泵排出系統(tǒng)外。
[0022]所述的冷凝器4出口連接有抽氣泵，主要功能是為樣氣從煙囪到氣體分析儀全過程提供源源不斷的動力。
[0023]所述的抽氣泵5出口連接有氣體過濾器，過濾精度不小于0.1微米，進一步濾除樣氣中的細小顆粒物；氣體過濾器底部安裝有濕度報警器，一旦前端冷凝器4發(fā)生故障導致此處出現(xiàn)冷凝水，將輸出開關量信號并報警，迅速停止抽氣泵工作，以保護后端氣體分析儀不受損壞。
[0024]所述的氣體過濾器6出口連接有氣體分析儀，經(jīng)過除水、除塵的干燥樣氣進入氣體分析儀的檢測池中，不同種類的氣體對檢測池發(fā)出的紅外光具有特定的吸收波段，且濃度大小與吸收強度成一定的比例關系，從而檢測出每種氣體的體積濃度。氣體分析儀7所需檢測的氣體種類包括:二氧化碳、甲烷、氧化亞氮三種溫室氣體和一氧化碳、氧氣兩種用于計算燃燒源效率以及折算濃度等數(shù)據(jù)的氣體參數(shù)。所述的氣體分析儀市場有售。
[0025]所述的溫度-壓力-流速測量儀9市場有售，安裝于固定在燃燒源排氣煙囪上，本實用新型優(yōu)選的采用的測量儀通過皮托管差壓法測量出氣體流速及其靜壓，并采用熱電阻法同時測量出煙氣溫度；可進行反吹，反吹氣來自于壓縮空氣源，保證測量儀不被堵塞。
[0026]前端濕度測量儀8和后端濕度測量儀3，分別安裝于固定燃燒源排氣煙囪上以及冷凝器進口之前，本實用新型采用的濕度測量儀采用阻容法原理分別測量出煙囪內(nèi)以及經(jīng)過伴熱管線采樣后樣氣中的水蒸氣含量，通過兩參數(shù)的比對分析判斷氣體伴熱管線工作狀態(tài)是否正常。通常兩參數(shù)的相對誤差小于5%的情況下為正常。
[0027]所述的氣體分析儀7、溫度-壓力-流速測量儀9以及前端濕度測量儀8和后端濕度測量儀3輸出的4-20mA模擬量信號全部進入PLC控制器13，實現(xiàn)各測量參數(shù)的采集與處理。
[0028]所述的計算機12與PLC控制器13通過I/O接口相連，計算機可以根據(jù)需要設置功能，如:每三秒鐘顯示一次瞬時平均值并保存每分鐘累計平均值數(shù)據(jù)；同時接收來自于固定燃燒源中控傳輸?shù)娜剂舷牧繑?shù)據(jù)、燃料熱值以及燃燒源表面溫度等參數(shù)，通過計算最終生成溫室氣體排放量以及燃燒源效率報表，并能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)加標、自動報警、缺失數(shù)據(jù)處理以及失控數(shù)據(jù)辨別與修約等功能。
[0029]本裝置的運行過程如下:
[0030]系統(tǒng)開機之后，固定燃燒源煙囪中的氣體在抽氣泵5的作用下，通過溫室氣體采樣探頭I和氣體伴熱管線2中的樣氣管線首先進入后端濕度測量儀3檢測樣氣濕度，然后進入冷凝器4進行除水并通過氣體過濾器6去除微小顆粒物后，最終將干燥、潔凈的樣氣送入氣體分析儀7中，檢測出CO2、CH4、N20、C0以及O2五種氣體濃度，通過數(shù)據(jù)電纜傳輸至PLC控制器13中。其中C02、CH4、N20為溫室氣體，用于計算溫室氣體排放量；C0、02為輔助氣體參數(shù)，用于濃度折算以及燃燒源效率的計算。
[0031]前端濕度測量儀8和溫度-壓力-流速測量儀9固定安裝于燃燒源煙囪上，現(xiàn)場測量出煙囪中氣體的濕度、溫度、壓力以及流速四個參數(shù)，連同后端濕度測量儀3檢測的濕度數(shù)據(jù)同時傳輸至PLC控制器13中。前端濕度測量儀8和后端濕度測量儀3，分別測量出煙囪內(nèi)以及經(jīng)過氣體伴熱管線采樣后樣氣中的水蒸氣含量，通過兩參數(shù)的比對分析判斷伴熱管線工作狀態(tài)是否正常。通常兩參數(shù)的相對誤差小于5%的情況下為正常。
[0032]系統(tǒng)全程校準的過程為，首先由標準氣體源11將標準氣體通過氣體伴熱管線2中的標氣管線送入溫室氣體采樣探頭，然后通過采樣探頭內(nèi)電磁閥的切換實現(xiàn)停止采集煙囪中的樣氣，轉(zhuǎn)而抽取標氣管線送入的標準氣體，通過氣體伴熱管線2中的樣氣管線最終輸送至氣體分析儀7，對氣體分析儀所能測量的C02、CH4, N2O, CO以及O2五種氣體檢測數(shù)據(jù)進行校準。
[0033]PLC控制器13將上述所有參數(shù)進行采集與處理之后，通過I/O接口與相連的計算機12進行通訊，計算機12采用內(nèi)置的數(shù)據(jù)處理軟件完成溫室氣體排放量和燃燒源效率的計算與保存。具體的計算公式和計算過程參見GBT 16157-1996固定污染源排氣中顆粒物和氣態(tài)污染物采樣方法、GB 10184-1988電站鍋爐性能試驗規(guī)程、HJT 75-2007固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(試行)、HJT 76-2007固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法(試行)以及HJT397-2007固定源廢氣監(jiān)測技術(shù)規(guī)范等標準。
[0034]本實用新型未詳細闡述部分屬于本領域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
[0035]以上所述，僅為本實用新型中的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本實用新型所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，改變、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種固定燃燒源溫室氣體排放在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:它包括插在固定燃燒源煙囪上的溫室氣體采樣探頭、具有阻容法原理結(jié)構(gòu)的前端濕度測量儀以及溫度-壓力-流速測量儀，所述的溫室氣體采樣探頭內(nèi)部裝有陶瓷煙塵過濾器，過濾精度不小于2微米，氣體伴熱管線包括標氣管線和樣氣管線，標氣管線的進口與標準氣體源相連通，標氣管線出口與溫室氣體采樣探頭的標準氣體進口相連通，樣氣管線的進口與溫室氣體采樣探頭的出口相連通，樣氣管線的出口通過具有阻容法原理結(jié)構(gòu)的后端濕度測量儀與冷凝器進口相連，所述的冷凝器出口通過管線依次與抽氣泵、氣體過濾器以及氣體分析儀相連，所述的氣體過濾器過濾精度不小于0.1微米，在所述的氣體過濾器的底部安裝有濕度報警器，所述的溫室氣體采樣探頭的反吹口以及溫度-壓力-流速測量儀的反吹口與壓縮空氣源通過裝有閥門的管路相連，所述的氣體分析儀輸出的煙囪中抽出的樣氣的CO2、CH4、N2O、CO、O2濃度信號、前端濕度測量儀輸出的煙囪中樣氣的濕度信號、后端濕度測量儀輸出的煙囪中抽出的樣氣的濕度信號以及溫度-壓力-流速測量儀輸出的煙囪中樣氣的溫度、壓力以及流速信號全部輸入PLC控制器，所述的PLC控制器與計算機相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定燃燒源溫室氣體排放在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述溫度-壓力-流速測量儀為采用皮托管差壓法測量出氣體流速及其靜壓，并采用熱電阻法同時測量出煙氣溫度的一體化結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】G01N33/00GK204241032SQ201420771711
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月9日
【發(fā)明者】張景奇, 李波, 張海濱, 熊翠華, 胡永飛, 孟碩, 李達, 崔本全 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油能源發(fā)展股份有限公司, 海油總節(jié)能減排監(jiān)測中心有限公司