环保新质生产力 |二氧化碳在线监测系统

　　生态环保产业作为支撑生态文明建设和高质量发展的关键力量，正面临着转型升级的迫切需求。环保新质生产力，正成为推动产业向前发展的核心力量。本栏目将聚焦生态环保产业的新技术、新装备、新材料、新模式，深入宣传推广科技创新成果，及时发布环境技术进步奖项，全面介绍行业内的实用技术装备和示范工程，引导行业持续创新，加快数字、智慧、科技的融合赋能，为经济社会全面绿色转型贡献力量。
 

　　生态环境保护实用装备
 

　　2023-Z-20
 

　　申报单位
 

　　浙江浙大鸣泉科技有限公司
 

　　推荐单位
 

　　浙江省环保产业协会
 

　　一、技术简介
 

　　适用范围
 

　　中、高精度系列产品可用于环境空气中的温室气体监测，主要应用场景如区域环境空气监测、城市空气质量检测、园区厂界检测等；低精度系统可用于连续排放烟气中温室气体监测，主要应用场景如石油炼化、钢铁冶金、火电厂、水泥厂、垃圾焚烧、天然煤炭气开采等烟气排放监测。
 

　　技术原理
 

　　CO2在线监测系统采用NDIR红外光谱分析计算温室气体浓度，该系统由采样系统、预处理系统、气路控制和校准系统、高精度分析系统、数据处理系统等部分组成，可实现CO2浓度在线监测，并通过数据传输系统传输至后端管理平台。系统核心原理为利用吸收光谱的强度反演温室气体浓度，具有结构简单、操作方便、成本低、国产化率高等优点。
 

　　工艺路线
 

　　(1)采样系统主要由大气采样探头、大气采样管、抽气泵等组成，其主要作用实现气体的稳定采样，并预防大颗粒物和液态水的进入；
 

　　(2)预处理系统主要包括颗粒物过滤、水汽处理、温度和压力的平衡设计，其主要作用去除大量的水汽成分，减少后级对水汽处理的难度，并减少空气中颗粒物对光学分析系统的污染，确保光学系统长期运行的可靠性；
 

　　(3)气路控制和校准系统主要包括校准物质、气路流量控制、气路切换等单元，保证气体的进气流量恒定，依据国家标准实现仪器测量过程中定期自动校准，保证实时测量的准确性；
 

　　(4)高精度分析仪器主要包括NDIR核心测量平台、温控和流控单元、数据分析和校准、人机交互显示和通信等模块，主要作用实现对CO2气体的精准测量；
 

　　(5)数据分析和处理系统主要包括测量数据的分析，扣除由于光合作用、人为等影响造成的异常无效数据，并实时将数据上传至监管部门平台，确保测量数据的有效性。
 

　　装备性能参数及执行标准
 

　　1. 技术指标
 

　　a) 温室气体测量精度：0.05 ppm；
 

　　b) 24小时漂移：0.1 ppm；
 

　　c) 测量范围：0-1000 ppm；
 

　　d) 测量可重复性：±0.05 ppm；
 

　　e) 响应时间T10-T90：5 s；
 

　　f) 测量间隔：<5 s。
 

　　2. 执行标准
 

　　Q/ZDM 24-2023《环境空气温室气体在线监测系统》
 

　　应用效果
 

　　该温室气体在线监测系统已初步取得销售收入，成功应用于浙江省生态环境监测中心“浙江省碳监测能力建设项目”中。该系统已经连续运行一年以上，具有可靠的兼容性、安全性，能够实时监测和远程监控环境空气中CO2浓度，进而研究其浓度变化的有效辐射强迫及对气候的影响，为温室气体减排政策制定和技术发展提供科学依据。
 

　　研发背景
 

　　在“双碳”背景下，准确开展大气CO2等温室气体监测，可以为“双碳”目标效果评估提供直接的科学依据，是“双碳”实施路径中的重要步骤。在“30·60”目标下，碳监测仪器市场需求预计超过120亿元。目前在温室气体高精度监测技术方面，以美国Picarro为代表的气体分析仪器公司占据了绝对市场份额。我国的温室气体高端分析仪器在性能上，尤其是在测量精度、环境适应性和长期稳定性等技术指标方面，与发达国家还存在一定差距，难以满足未来一段时间的温室监测发展需求。
 

　　目前国际上主流的温室气体监测方法主要有：非色散红外法(NDIR)、气相色谱法(GC)、光腔衰荡光谱法(CRDS)和离轴积分腔输出光谱法(OA-ICOS)等。其中GC法、CRDS法具有色谱系统成熟度高，检测精度高的优点，但存在检测样品时间长、系统复杂、维护量大、使用不方便且部分核心部件依赖进口的缺点；CRDS法和ICOS法存在灵敏度高、信噪比高、抗干扰能力强等优点，但其核心技术需要攻关，且核心反射镜要求反射率99.999%以上，目前全部以进口为主，国内还没有成熟的产业化工艺。因此，根据目前国内材料、工艺等技术情况，以及当前高反镜、激光器等关键核心模块必须进口的现状，存在“卡脖子”技术等问题，本项目选择技术成熟、核心部件实现国产化的NDIR为技术方法，实现温室气体的在线监测。
 

　　技术/装备特点
 

　　(1)高国产化率(95%以上)：自研光学检测平台采用调制黑体光源、8通道检测器，无运动部件，模块可靠性强，寿命长。
 

　　(2)反应灵敏，测量准确，精确度高：全量程温湿度补偿和数据修正功能，确保温室气体监测系统在不同环境下的长期使用。
 

　　二、典型应用案例
 

　　案例名称
 

　　浙江省生态环境监测中心“浙江省碳监测能力建设项目—城市温室气体高精度示范站建设”工程
 

　　案例简介
 

　　2022年11月，我司MQ-AQMS2000环境空气温室气体监测系统应用在浙江省生态环境监测中心开展的“浙江省碳监测能力建设项目—城市温室气体高精度示范站建设”工程中。
 

　　该应用案例地址在浙江省生态环境监测中心办公楼17楼(60米左右)，采样杆总高度15米。采样高度符合规范要求，周围空气流通无遮挡，采样环境良好，符合监测系统要求。截至目前，该系统已连续稳定使用10个月，能准确可靠地测量和记录杭州区域环境空气中CO2气体浓度，能准确可靠地测量和记录杭州区域温室气体浓度数据，这些数据可以实时传输到云端，供浙江省生态环境监测中心进行分析和决策。
 

　　达到的标准或性能要求
 

　　符合世界气象组织(WMO)对北半球CO2浓度监测要求
 

　　业主单位
 

　　浙江省生态环境监测中心
 

　　投运时间
 

　　2022年11月22日
 

　　运行情况
 

　　本案例已连续运行一年以上，可以稳定有效地监测区域内温室气体浓度
 

　　三、技术申报单位联系信息
 

　　单位名称：浙江浙大鸣泉科技有限公司
 

　　单位地址：浙江省杭州市西湖区西园四路2号2幢
 

　　联系人：三先军
 

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