CN116026991A - 二氧化碳监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及二氧化碳监测技术领域，具体涉及一种二氧化碳监测系统及方法，所述二氧化碳监测系统包括采集单元、稀释部件和分析单元，采集单元的一端适于伸入烟囱中对烟气进行采样，稀释部件的一端适于与稀释源相连，稀释部件的另一端与采集单元的相连，分析单元与稀释部件相连，分析单元用以对稀释部件稀释后的烟气中的二氧化碳的浓度进行检测，本发明的二氧化碳监测系统，提高了监测系统的精度。

Description

二氧化碳监测系统及方法

技术领域

本发明涉及二氧化碳监测技术领域，具体涉及一种二氧化碳监测系统及方法。

背景技术

随着低碳经济的发展，对火电厂的二氧化碳的排放量有了更高的要求，相关技术中对二氧化碳的监测多采用冷干法，但是冷干法采集的二氧化碳样气需要全程伴热，传输过程中会有水的凝结，导致监测结果不准确。

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了一种二氧化碳监测系统，提高了监测系统的精度。

本发明实施例的二氧化碳监测系统，包括：采集单元，所述采集单元的一端适于伸入烟囱中对烟气进行采样；稀释部件，所述稀释部件的一端适于与稀释源相连，所述稀释部件的另一端与所述采集单元的相连；分析单元，所述分析单元与所述稀释部件相连，所述分析单元用以对所述稀释部件稀释后的烟气中的二氧化碳的浓度进行检测。

本发明实施例的二氧化碳监测系统，提高了监测系统的精度。

在一些实施例中，所述稀释部件包括射流器，所述射流器具有第一进口、第二进口和出口，所述第一进口与所述稀释源连通，所述第二进口与所述采集单元连通，所述出口与所述分析单元连通。

在一些实施例中，所述二氧化碳监测系统还包括第一管路和第二管路，所述第一管路的一端与所述第二进口连通，所述第一管路的另一端与所述分析单元相连，所述第二管路的一端与所述射流器相连以将标定气传输至射流器内。

在一些实施例中，所述采集单元包括采样管和压力测量组件，所述采样管的一端伸入所述烟囱内，所述采样管的另一端与所述第二进口连通，所述压力测量组件的一端伸入所述烟囱内，所述压力测量组件的另一端与所述分析单元相连。

在一些实施例中，所述压力测量组件的数量设为多个，多个所述压力测量组件在所述烟囱的同一高度间隔布置。

在一些实施例中，所述压力测量组件包括毕托管和压力变送器，所述毕托管与所述压力变送器相连，所述毕托管的一端伸入所述烟囱内，所述压力变送器设在所述烟囱外。

在一些实施例中，所述稀释源包括过滤器和压缩器，所述过滤器的一端与所述压缩器相连，所述过滤器的另一端与所述射流器相连。

本发明还提供了一种二氧化碳监测方法，包括：

采集单元对烟囱内的烟气进行数据和样品采集，得到烟气数据及烟气样品；

稀释部件对所述烟气样品进行稀释，并将稀释后的烟气传输至分析单元；

分析单元对稀释后的烟气进行分析并对烟气中二氧化碳的浓度进行检测；

根据所述烟气数据和所述二氧化碳浓度得到二氧化碳排放量。

本发明实施例的二氧化碳监测方法，提高了监测数据的准确性。

在一些实施例中，所述二氧化碳排放量为Q_m，，且Q_m为

其中，V表示烟囱中的烟气流速，D表示采集单元所在高度处的烟囱直径，

表示稀释后烟气中二氧化碳含量，β表示稀释倍数，h表示时间。

在一些实施例中，所述烟囱中的烟气流速V表示为

其中，λ表示毕托管校准系数，P表示采集单元所在烟囱位置的压力平均值，ρ表示烟气密度。

附图说明

图1是本发明实施例的二氧化碳监测系统的示意图。

图2是本发明实施例的射流器的示意图。

图3是本发明实施例的压力测量组件的示意图。

附图标记：烟囱100，

采集单元1，采样管11，压力测量组件12，毕托管121，压力变送器122，

稀释部件2，射流器21，第一进口211，第二进口212，出口213，

分析单元3，稀释源4，过滤器41，压缩器42，

第一管路5，第二管路6，信号线7，输送管路8。

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。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。

如图1-图3所示，本发明实施例的二氧化碳监测系统包括采集单元1、稀释部件2和分析单元3。

在一些实施例中，采集单元1的一端适于伸入烟囱100中对烟气进行采样。稀释部件2的一端适于与稀释源4相连，稀释部件2的另一端与采集单元1的相连。分析单元3与稀释部件2相连，分析单元3用以对稀释部件2稀释后的烟气中的二氧化碳的浓度进行检测。

具体地，采集单元1的左端伸入烟囱100中对烟气进行采样，稀释部件2的一端与稀释源4相连以将稀释源4传输至稀释部件2内，并通过稀释部件2的另一端与采集单元1的相连以将采集的烟气样本传输至稀释部件2内，通过稀释部件2将采集的烟气样本与稀释气混合进行稀释，并将稀释后的烟气样本通过输送管路8传输至分析单元3，分析单元3对稀释后的烟气样本中的二氧化碳的浓度进行检测。

可选地，分析单元3包括高精度的二氧化碳烟气分析仪，测量量程可以设为0-2000ul/L，分析单元3还包括多个控制气路的电磁阀和PLC控制器，PLC控制器可以通过信号线7与稀释部件2相连。

例如，分析单元3可以安装在电厂CMES间，CMES间具有恒温功能，可保证分析单元3的正常稳定工作。

相比相关技术中采集的烟气需要全程伴热，传输过程中会有水的凝结，本发明实施例通过设置稀释部件2对采集的烟气样本进行稀释后再进行传输的远距离取样方式，结合分析单元3对稀释后的烟气样本的分析，传输全程不需要保温伴热，可以在降低监测系统成本的同时提高了监测系统的监测稳定性，进而提高了监测系统测量结果的准确性。

可以理解的是，在烟囱100顶部靠下的50-100米处的烟囱100多为直管段，烟囱100的截面面积较小，烟气流场的均匀性比较好，将采集单元1设在烟囱100顶部靠下的50-100米处的位置，一方面有助于采集单元1的布置，另一方面可以提高采集单元1采集的数据准确性，进而提高二氧化碳监测系统的监测精度。

可选地，在稀释部件2将稀释后的烟气样本传输至分析单元3时，为了防止输送管路8在高空中发生晃动，可以设置固定组件对输送管路8进行固定，固定组件的结构和设置间隔以具体实施为准，只要可以确保输送管路8稳定的固定组件都属于本发明实施例的保护范围。例如，固定组件可以设置为桥架，设置间隔可以设置为3米。

本发明实施例的二氧化碳监测系统不仅适用于CMES测点位于烟囱100的二氧化碳测试，也适用于CMES平台安装在脱硫出口213烟道的二氧化碳测试，通过本发明实施例的二氧化碳监测系统可以实现燃煤电厂、燃气电厂二氧化碳排放在线监测和稳定运行。

在一些实施例中，稀释部件2包括射流器21，射流器21具有第一进口211、第二进口212和出口213，第一进口211与稀释源4连通，第二进口212与采集单元1连通，出口213与分析单元3连通。

具体地，第一进口211与稀释源4连通以将稀释源4传输至稀释部件2，第二进口212与采集单元1相连以将采集单元1采集到的烟气样本传输至稀释部件2内与稀释气体混合进行稀释，稀释后的烟气样本通过出口213传输至分析单元3，分析单元3通过对稀释后的烟气样本中的二氧化碳进行检测，并将检测结果结合稀释倍数及烟气的相关参数对二氧化碳的排放量进行计算。

可以理解的是，射流器21具有混合腔，由于稀释气体为高速气流，流经射流器21后在第二进口212处形成负压，采集单元1采集的烟气样本在负压的作用下被吸到混合腔与稀释气体进行混合，稀释后的烟气样本流经出口213传输至分析单元3。

可选地，稀释倍数可以根据射流器21的管径进行不同的设计，由于烟气中的二氧化碳的浓度一般在10％以上，可以根据不同烟气中的二氧化碳的浓度的不同进行不同的稀释倍数进行确定，本实施例中稀释倍数选择50-110倍。

在一些实施例中，二氧化碳监测系统还包括第一管路5和第二管路6，第一管路5的一端与第二进口212连通，第一管路5的另一端与分析单元3相连，第二管路6的一端与射流器21相连以将标定气传输至射流器21内。

具体地，第一管路5的上端与第二进口212连通，第一管路5的下端与分析单元3相连，以使分析单元3对第二进口212处的负压状态进行检测。

具体地，通过第二管路6将标定气传输至射流器21内与稀释后的烟气样本混合后再传输至分析单元3，分析单元3根据稀释后的烟气样本中的标定气和第二进口212处的负压状态对实际的稀释倍数进行计算。

可以理解的是，分析单元3将输入第二管路6内的标定气信息与从射流器21中传输至分析单元3的稀释后的烟气样本中的标定气信息进行分析标定。而且稀释倍速的设定稀释倍数与实际稀释倍速之间存在会误差，需要通过第二管路6的设置将标定气通入射流器21内，以得到烟气样本的实际稀释倍速。比如，设定的稀释倍数为100倍，实际测量后的稀释倍数为104倍。

例如，第一管路5为压力测管，第二管路6为标定管路，用来进行全程标定。

在一些实施例中，采集单元1包括采样管11和压力测量组件12，采样管11的一端伸入烟囱100内，采样管11的另一端与第二进口212连通，压力测量组件12的一端伸入烟囱100内，压力测量组件12的另一端与分析单元3相连。

具体地，通过采集单元1的设置以对烟囱100内的烟气样本和烟气数据进行采集，通过将采样管11的一端伸入烟囱100内对烟囱100中流经的烟气进行采样，并将采样的烟气传输至稀释部件2，稀释部件2对采集的烟气样本进行稀释后将稀释后的烟气样本传输至分析单元3，分析单元3对稀释后的烟气样本中的二氧化碳含量进行分析。压力测量组件12的一端伸入烟囱100内以对压力测量组件12所在的烟囱100处截面位置的压力进行测量，并将测量结果传输至分析单元3，分析单元3根据压力数据对烟囱100中烟气的流速进行计算。

在一些实施例中，压力测量组件12的数量设为多个，多个压力测量组件12在烟囱100的同一高度间隔布置。

具体地，多个压力测量组件12在烟囱100的同一高度位置进行间隔布置，多个压力测量组件12伸入烟囱100的长度可以设置为不同，通过多个压力测量组件12对压力进行测量，降低了烟囱100截面烟气流速不均造成的测量影响，从而实现了烟气流速的精准测量。

可以理解的是，烟囱100的管道直径很大，烟气流速时常是不均匀的，通过在烟囱100的同一高度位置设置多个压力测量组件12，可以提高烟气压力的测量准确性，进而提高二氧化碳监测系统监测的数据准确性。

例如，压力测量组件12的数量设为四个以上。

在一些实施例中，压力测量组件12包括毕托管121和压力变送器122，毕托管121与压力变送器122相连，毕托管121的一端伸入烟囱100内，压力变送器122设在烟囱100外。

具体地，毕托管121对毕托管121所在烟囱100位置的压力进行测量，并将测量的压力信息传输至压力变送器122，压力变送器122将接收到的压力信息转换成标准的电信号传输至分析单元3，分析单元3根据接收到的压力电信号对烟囱100的流速进行计算。

可选地，多个毕托管121均设在烟囱100内，多个压力变送器122分别与多个毕托管121一一对应连接，以对烟囱100的同一截面的不同位置的压力进行测量，通过平均值的方式提高烟气压力数据的准确性。

在一些实施例中，稀释源4包括过滤器41和压缩器42，过滤器41的一端与压缩器42相连，过滤器41的另一端与射流器21相连。

具体地，压缩器42的进口与稀释气相连，压缩器42的出口213与过滤器41相连以将压缩后的稀释气传输至过滤器41，过滤器41对稀释气中的二氧化碳和水进行过滤后传输至射流器21内对烟气样本混合。

可选地，过滤器41内具有三氧化二铝、活性炭等吸附剂，可以去除稀释气中水、油和除掉空气中二氧化碳，避免稀释气对烟气中的二氧化碳的浓度造成影响，进而提高了二氧化碳监测系统的监测精度。

本发明还提供了一种二氧化碳监测方法，包括：采集单元对烟囱内的烟气进行数据和样品采集，得到烟气数据及烟气样品；稀释部件对烟气样品进行稀释，并将稀释后的烟气传输至分析单元；分析单元对稀释后的烟气进行分析并对烟气中二氧化碳的浓度进行检测；根据烟气数据和二氧化碳浓度得到二氧化碳排放量。

具体地，采集单元对烟气进行采集时，通过采样管对烟气样本进行采集，通过压力测量组件对烟气的压力信息进行测量并将采集到的烟气的压力信息传输至分析单元。

可选地，采样管将采集到的烟气样本通过稀释部件进行稀释后传输至分析单元，分析单元根据接收到的稀释后的烟气样本和第一管路测量的第二进口的负压状态及第二管路传输的标定气的数据对烟气中的二氧化碳浓度进行检测。

本发明实施例的二氧化碳监测方法，通过设置了第一管路采集到的第二进口处的负压数据结合第二管路传输的标定气数据对稀释后的烟气样本的稀释倍数进行确定，通过稀释倍数计算出稀释前的烟气中的二氧化碳浓度，通过第一管路和第二管路的设置，降低了稀释倍数的误差，提高了监测数据的准确性。

可以理解的是，稀释倍数是预先设定的，但预先设定的稀释倍数与实际稀释倍数之间存在一定的误差，通过标定气的设置可以降低稀释倍数的误差，进而提高监测数据的准确性。

在一些实施例中，二氧化碳排放量为Q_m，，且Q_m为

其中，V表示烟囱中的烟气流速，D表示采集单元所在高度处的烟囱直径，

表示稀释后烟气中二氧化碳含量，β表示稀释倍数，h表示时间。

具体地，分析单元对接收到的稀释后的烟气中的二氧化碳浓度进行检测得出低浓度烟气中的二氧化碳的含量，通过第一管路和第二管路的负压数据和标定气数据得出稀释倍数，通过将低浓度烟气中的二氧化碳浓度乘于稀释倍数得到稀释前的烟气中的二氧化碳浓度，分析单元再根据接收到的压力测量组件传输的压力数据对烟气的流速进行计算，并根据烟气流速与预先获取的采集单元所在烟囱位置的烟囱直径计算出烟气的流量，结合稀释前的烟气中的二氧化碳浓度数据计算出烟气中二氧化碳排放量，根据运行时间即可得到累计时间内的二氧化碳的排放量。

例如，二氧化碳排放量的单位为吨，烟气流速的单位为m/s，采集单元所在高度处的烟囱直径的单位为米，稀释后烟气中二氧化碳含量的单位为mh/m³，时间的单位为小时。

在一些实施例中，烟囱中的烟气流速V表示为

其中，λ表示毕托管的校准系数，P表示采集单元所在烟囱位置的压力平均值，ρ表示烟气密度。

例如，烟囱中的烟气流速可以通过毕托管在其所在烟囱位置截面位置的压力平均值结合烟气密度进行计算。毕托管的校准系数可以设为0.993，烟气密度可以由高精度分析仪测量换算得到。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等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不必须针对的是相同的实施例或示例。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。

可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种二氧化碳监测系统，其特征在于，包括采集单元、稀释部件和分析单元，所述采集单元的一端适于伸入烟囱中对烟气进行采样；所述稀释部件的一端适于与稀释源相连，所述稀释部件的另一端与所述采集单元的相连；所述分析单元与所述稀释部件相连，所述分析单元用以对所述稀释部件稀释后的烟气中的二氧化碳的浓度进行检测。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳监测系统，其特征在于，所述稀释部件包括射流器，所述射流器具有第一进口、第二进口和出口，所述第一进口与所述稀释源连通，所述第二进口与所述采集单元连通，所述出口与所述分析单元连通。

3.根据权利要求2所述的二氧化碳监测系统，其特征在于，还包括第一管路和第二管路，所述第一管路的一端与所述第二进口连通，所述第一管路的另一端与所述分析单元相连，所述第二管路的一端与所述射流器相连以将标定气传输至射流器内。

4.根据权利要求3所述的二氧化碳监测系统，其特征在于，所述采集单元包括采样管和压力测量组件，所述采样管的一端伸入所述烟囱内，所述采样管的另一端与所述第二进口连通，所述压力测量组件的一端伸入所述烟囱内，所述压力测量组件的另一端与所述分析单元相连。

5.根据权利要求4所述的二氧化碳监测系统，其特征在于，所述压力测量组件的数量设为多个，多个所述压力测量组件在所述烟囱的同一高度间隔布置。

6.根据权利要求5所述的二氧化碳监测系统，其特征在于，所述压力测量组件包括毕托管和压力变送器，所述毕托管与所述压力变送器相连，所述毕托管的一端伸入所述烟囱内，所述压力变送器设在所述烟囱外。

7.根据权利要求2所述的二氧化碳监测系统，其特征在于，所述稀释源包括过滤器和压缩器，所述过滤器的一端与所述压缩器相连，所述过滤器的另一端与所述射流器相连。

8.一种二氧化碳监测方法，其特征在于，包括：

采集单元对烟囱内的烟气进行数据和样品采集，得到烟气数据及烟气样品；

稀释部件对所述烟气样品进行稀释，并将稀释后的烟气传输至分析单元；

分析单元对稀释后的烟气进行分析并对烟气中二氧化碳的浓度进行检测；

根据所述烟气数据和所述二氧化碳的浓度得到二氧化碳排放量。

9.根据权利要求8所述的二氧化碳监测方法，其特征在于，所述二氧化碳排放量为Q_m，，且Q_m为

其中，V表示烟囱中的烟气流速，D表示采集单元所在高度处的烟囱直径，

表示稀释后烟气中二氧化碳含量，β表示稀释倍数，h表示时间。

10.根据权利要求9所述的二氧化碳监测方法，其特征在于，所述烟囱中的烟气流速V表示为

其中，λ表示毕托管校准系数，P表示采集单元所在烟囱位置的压力平均值，ρ表示烟气密度。

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