CN115639318A - 一种co2在线监测设备的实时自动校准系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CO₂在线监测设备的实时自动校准系统与方法。本发明的系统包括CO₂分析仪、样气管线、零气发生器和控制器，采样电磁阀、取样泵和采样三通电磁阀上下游依次设置在样气管线上；零气发生器的出口端设置零气调压阀，从零气调压阀流出的零气经零气电磁阀流向CO₂分析仪或经全程校准电磁阀流向探头；控制器与采样电磁阀、取样泵、采样三通电磁阀、零气电磁阀、全程校准电磁阀和零气发生器电连接。本发明采用自制零气，对CO₂分析仪以及整个系统进行自动零点校准，实现了零点的实时校准，提高了系统样气测试的精度。本发明的零气发生器可以产生供系统使用的零气，无需外购钢瓶氮气，降低了氮气的消耗量，节约了成本。

Description

一种CO2在线监测设备的实时自动校准系统与方法

技术领域

本发明涉及CO₂监测技术领域，尤其涉及一种CO₂在线监测设备的实时自动校准系统与方法。

背景技术

当前温室气体排放导致的气候问题引起全球关注。CO₂连续在线监测系统的准确性将会决定碳排放总量计算的准确性。国内大多CO₂-CEMS采用人工手动校准的方式，大概每周校核一次系统的零点及量程。对于碳总量的计算，一周校准一次有很大缺陷；仪表正常的漂移肯定存在，对于以当前320MW的机组为例，60％负荷，每小时的碳排放量大概为190吨，如果偏差1％，每小时将产生1.9吨的误差。另外，对CO₂测量仪表以及整个系统进行手动零点校准时，通常使用钢瓶氮气，但钢瓶氮气需要外购，如果需要周期性多次标定零点，氮气消耗量大。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种CO₂在线监测设备的实时自动校准系统与方法。

本发明提出了一种CO₂在线监测设备的实时自动校准系统，包括：

CO₂分析仪，所述CO₂分析仪入口端设置恒流器；

样气管线，采样电磁阀、取样泵和采样三通电磁阀上下游依次设置在所述样气管线上；

零气发生器，所述零气发生器的入口端连接压缩空气气源，所述零气发生器的出口端设置零气调压阀，从所述零气调压阀流出的零气经零气电磁阀流向所述CO₂分析仪或经全程校准电磁阀流向探头；

控制器，所述控制器与所述采样电磁阀、所述取样泵、所述采样三通电磁阀、所述零气电磁阀、所述全程校准电磁阀和所述零气发生器电连接，所述控制器包括数据处理单元，所述数据处理单元用于分析处理所述CO₂分析仪和所述探头的测试数据。

在一些实施例中，对所述CO₂分析仪进行零点校准时，所述采样三通电磁阀将所述取样泵抽取的样气注入排空管线，所述零气发生器产生的零气依次经过所述零气调压阀、所述零气电磁阀、所述恒流器进入所述CO₂分析仪；进行全程零点校准时，所述零气发生器产生的零气依次经过所述零气调压阀和所述全程校准电磁阀到达所述探头。

在一些实施例中，从所述零气发生器流出的零气的CO₂浓度低于2ppm，且其水分含量低于零下20摄氏度露点温度对应的水分含量。

在一些实施例中，所述恒流器内设置孔，通过控制所述孔的大小控制气体流量。

在一些实施例中，还包括数据输入与显示接口，所述数据输入与显示接口用于设置所述CO₂分析仪零点校准以及全程零点校准的工作时序和工作时间间隔。

在一些实施例中，还包括设置在所述CO₂分析仪出口端的所述排空管线，所述排空管线与所述样气管线之间设置旁路电磁阀，所述旁路电磁阀与所述控制器电连接。

在一些实施例中，所述采样三通电磁阀的一个支路联通所述排空管线。

在一些实施例中，系统出现故障时，所述旁路电磁阀开启使得所述取样泵抽取所述排空管线的气体以保护所述CO₂分析仪。

在一些实施例中，所述零气发生器包括并联设置且交替工作的第一塔和第二塔，所述第一塔和所述第二塔内均填充有氧化铝、3A、4A、13X、碳分子筛材料。

一种CO₂在线监测设备的实时自动校准方法，包括以下步骤：

零气发生器产生零气；

到达CO₂分析仪零点校准时间时，控制器控制采样三通电磁阀将取样泵抽取的样气注入排空管线，使得从零气调压阀流出的零气依次经过零气电磁阀和恒流器流向CO₂分析仪；

到达全程零点校准时间时，控制器控制零气电磁阀关闭，使得从零气调压阀流出的零气经过全程校准电磁阀流向探头；

控制器的数据处理单元对CO₂分析仪和探头的测试数据进行分析处理，当漂移达到±2％以上时，发出警示。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明采用自制零气，对CO₂分析仪以及整个系统进行自动零点校准，实现了零点的实时校准，提高了系统样气测试的精度。

本发明的零气发生器可以产生供系统使用的零气，无需外购钢瓶氮气，降低了氮气的消耗量，节约了成本。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为CO₂在线监测设备的实时自动校准系统示意图；

附图标记说明：

CO₂分析仪1、排空管线2、恒流器3、采样三通电磁阀4、取样泵5、采样电磁阀6、旁路电磁阀7、零气电磁阀8、零气调压阀9、全程校准电磁阀10、零气发生器11、压缩空气入口12、第一塔13、第二塔14、样气管线15。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的CO₂在线监测设备的实时自动校准系统与方法。

如图1所示，本发明的CO₂在线监测设备的实时自动校准系统，包括CO₂分析仪1、样气管线15、控制器、排空管线2、零气发生器11、数据输入与显示接口。

其中，CO₂分析仪1可以为非分散红外、可调谐激光原理、或量子级联原理等可以实时测量CO₂浓度的仪表。根据实际情况选择可行的CO₂分析仪种类。

在CO₂分析仪1入口端设置恒流器3，气体流经恒流器3进入CO₂分析仪1。在一些实施例中，恒流器3内设置孔，通过控制孔的大小控制气体流量。可以理解的是，CO₂分析仪1测试样气时，通过控制设置在恒流器3内部的孔的大小以限定流经恒流器3的样气的流量；CO₂分析仪1测试零气时，通过控制设置在恒流器3内部的孔的大小以限定流经恒流器3的零气的流量。

采样电磁阀6、取样泵5和采样三通电磁阀4上下游依次设置在样气管线15上。具体为，样气管线15的上游连接样气源，采样电磁阀6靠近样气源设置，在需要取样测试CO₂含量时，采样电磁阀6开启；取样泵5设置在采样电磁阀6的下游，取样泵5用于抽取样气；采样三通电磁阀4设置在取样泵5的下游，取样泵5抽取的样气依次流经采样三通电磁阀4和恒流器3，最终从CO₂分析仪1的入口端进入CO₂分析仪1。

CO₂分析仪1出口端设置排空管线2，排空管线2与样气管线15之间设置旁路电磁阀7，旁路电磁阀7与控制器电连接。

系统出现故障时，控制器控制旁路电磁阀7开启，取样泵5抽取排空管线2的气体以保护CO₂分析仪1不受污染。其中，系统故障指的是CO₂分析仪1发生进水故障，取样泵5抽取异常等。

采样三通电磁阀4的一个支路联通排空管线2。具体为，设置在样气管线15上的采样三通电磁阀4在联通样气管线15的同时，该采样三通电磁阀4的一个支路联通排空管线2，也就是说，样气可以通过采样三通电磁阀4进入排空管线2。

在实际工作过程中，对CO₂分析仪1进行零点校准时，采样三通电磁阀4将取样泵5抽取的样气注入排空管线2，零气发生器11产生的零气依次经过零气调压阀9、零气电磁阀8、恒流器3进入CO₂分析仪1。

在进行CO₂分析仪1零点校准时，取样泵5没有停止抽取样气，而是准备好了样气，在CO₂分析仪1校准结束后，随时将样气送入CO₂分析仪1以减少系统等待时间。

零气发生器11即为用于产生零气的装置，零气发生器11包括并联设置且交替工作的第一塔13和第二塔14，第一塔13和第二塔14内均填充有氧化铝、3A、4A、13X、碳分子筛材料。

具体为，零气发生器11包括第一塔13和第二塔14，第一塔13和第二塔14并联设置，在工作过程中，第一塔13和第二塔14交替工作产生零气以供系统使用。

零气发生器11的入口端连接压缩空气气源，零气发生器11的入口端即为压缩空气入口12，压缩空气经压缩空气入口12进入零气发生器11。零气发生器11采用变压吸附原理，第一塔13和第二塔14内均填充有氧化铝、3A、4A、13X、碳分子筛材料以对压缩空气中的CO₂、水以及O₂实现变压吸附，并形成零气。

从零气发生器11流出的零气的CO₂浓度低于2ppm，且其水分含量低于零下20摄氏度露点温度对应的水分含量。

零气发生器11的出口端设置零气调压阀9，从零气调压阀9流出的零气经零气电磁阀8流向CO₂分析仪1或经全程校准电磁阀10流向探头。

具体为，对CO₂分析仪1进行零点校准时，全程校准电磁阀10关闭，零气电磁阀8开启，零气依次经过零气调压阀9、零气电磁阀8、恒流器3进入CO₂分析仪1；进行全程零点校准时，零气电磁阀8关闭，全程校准电磁阀10开启，零气依次经过零气调压阀9和全程校准电磁阀10到达探头。其中，零气调压阀9用于调节从零气发生器11流出的零气的压力。

控制器与采样电磁阀6、取样泵5、采样三通电磁阀4、零气电磁阀8、全程校准电磁阀10和零气发生器11电连接，控制器包括数据处理单元，数据处理单元用于分析处理CO₂分析仪1和探头的测试数据。

控制器可以为PLC或其它逻辑控制器，用于驱动本系统实现自动有序工作。控制器的数据处理单元用于分析处理测试数据，当漂移值达到±2％以上时发出警报，通知维护人员进行现场检查。

数据输入与显示接口用于设置CO₂分析仪1零点校准以及全程零点校准的工作时序和工作时间间隔。CO₂分析仪1零点校准以及全程零点校准可以每小时进行一次，或2小时进行一次，以用于掌握CO₂分析仪1及系统零点是否发生了漂移。本发明实现了CO₂的浓度自动标定，大幅提高了测试精度。

控制器和数据输入及显示接口通过数据总线进行通信，包括RS485总线、串口线、网线、can总线等。

本发明的系统适用于烟囱或者烟道CO₂在线监测设备的实时自动校准。

利用本发明系统的CO₂在线监测设备的实时自动校准方法包括以下步骤：

零气发生器11产生零气；

到达CO₂分析仪1零点校准时间时，控制器控制采样三通电磁阀4将取样泵5抽取的样气注入排空管线2，使得从零气调压阀9流出的零气依次经过零气电磁阀8和恒流器3流向CO₂分析仪1；

到达全程零点校准时间时，控制器控制零气电磁阀8关闭，使得从零气调压阀9流出的零气经过全程校准电磁阀10流向探头；

控制器的数据处理单元对CO₂分析仪1和探头的测试数据进行分析处理，当漂移达到±2％以上时，发出警示。

其中，零气发生器11采用变压吸附原理对压缩空气中的CO₂、水以及O₂实现变压吸附，并形成零气以供系统使用。

通过数据输入与显示接口设置CO₂分析仪1零点校准以及全程零点校准的工作时序和工作时间间隔。

到达CO₂分析仪1零点校准时间时，控制器控制采样三通电磁阀4将取样泵5抽取的样气注入排空管线2使得样气不再进入CO₂分析仪1，此时控制器控制全程校准电磁阀10关闭，零气电磁阀8开启，零气发生器11产生的零气依次经过零气调压阀9、零气电磁阀8、恒流器3进入CO₂分析仪1。CO₂分析仪1对零气进行测试分析，并将测试数据传递至控制器的数据处理单元。数据处理单元分析计算漂移值，当漂移值达到±2％以上时发出警报，通知维护人员进行现场检查。在进行CO₂分析仪1零点校准时，取样泵5继续工作，在CO₂分析仪1校准结束后，随时将样气送入CO₂分析仪1以减少系统等待时间。

到达全程零点校准时间时，控制器控制零气电磁阀8关闭，全程校准电磁阀10开启，使得从零气调压阀9流出的零气经过全程校准电磁阀10流向探头。探头对零气进行测试分析，并将测试数据传递至控制器的数据处理单元。数据处理单元分析计算漂移值，当漂移值达到±2％以上时发出警报，通知维护人员进行现场检查。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述可以针对不同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种CO₂在线监测设备的实时自动校准系统，其特征在于，包括：

CO₂分析仪，所述CO₂分析仪入口端设置恒流器；

样气管线，采样电磁阀、取样泵和采样三通电磁阀上下游依次设置在所述样气管线上；

零气发生器，所述零气发生器的入口端连接压缩空气气源，所述零气发生器的出口端设置零气调压阀，从所述零气调压阀流出的零气经零气电磁阀流向所述CO₂分析仪或经全程校准电磁阀流向探头；

控制器，所述控制器与所述采样电磁阀、所述取样泵、所述采样三通电磁阀、所述零气电磁阀、所述全程校准电磁阀和所述零气发生器电连接，所述控制器包括数据处理单元，所述数据处理单元用于分析处理所述CO₂分析仪和所述探头的测试数据。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，对所述CO₂分析仪进行零点校准时，所述采样三通电磁阀将所述取样泵抽取的样气注入排空管线，所述零气发生器产生的零气依次经过所述零气调压阀、所述零气电磁阀、所述恒流器进入所述CO₂分析仪；进行全程零点校准时，所述零气发生器产生的零气依次经过所述零气调压阀和所述全程校准电磁阀到达所述探头。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，从所述零气发生器流出的零气的CO₂浓度低于2ppm，且其水分含量低于零下20摄氏度露点温度对应的水分含量。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述恒流器内设置孔，通过控制所述孔的大小控制气体流量。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括数据输入与显示接口，所述数据输入与显示接口用于设置所述CO₂分析仪零点校准以及全程零点校准的工作时序和工作时间间隔。

6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括设置在所述CO₂分析仪出口端的所述排空管线，所述排空管线与所述样气管线之间设置旁路电磁阀，所述旁路电磁阀与所述控制器电连接。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述采样三通电磁阀的一个支路联通所述排空管线。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，系统出现故障时，所述旁路电磁阀开启使得所述取样泵抽取所述排空管线的气体以保护所述CO₂分析仪。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述零气发生器包括并联设置且交替工作的第一塔和第二塔，所述第一塔和所述第二塔内均填充有氧化铝、3A、4A、13X、碳分子筛材料。

10.一种CO₂在线监测设备的实时自动校准方法，其特征在于，利用如权利要求1-9任一所述的系统，包括以下步骤：

零气发生器产生零气；

到达CO₂分析仪零点校准时间时，控制器控制采样三通电磁阀将取样泵抽取的样气注入排空管线，使得从零气调压阀流出的零气依次经过零气电磁阀和恒流器流向CO₂分析仪；

到达全程零点校准时间时，控制器控制零气电磁阀关闭，使得从零气调压阀流出的零气经过全程校准电磁阀流向探头；

控制器的数据处理单元对CO₂分析仪和探头的测试数据进行分析处理，当漂移达到±2％以上时，发出警示。

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