CN118091031A - 一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法，包括了以下过程：搭建模拟烟道实验装置，配制一系列浓度的二氧化碳与氮气混合气体作为实验标准气，加热混合气体至一系列温度，使用烟气分析仪测定上述不同浓度的混合气体在不同温度下的二氧化碳在线测定信号；计算不同浓度混合气体在不同温度下烟气分析仪测定二氧化碳浓度的校正系数，对校正系数和温度采用一元线性回归分析，得出烟气分析仪测定信号在不同温度下的校正系数计算模型，根据具体温度下的校正系数对烟气分析仪的二氧化碳测定信号进行校正。本发明提出一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法，对二氧化碳在线精准计量具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于温室气体监测计量领域，涉及二氧化碳浓度测定信号校正方法，具体涉及一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法。
背景技术
2020年，我国生态环境部公布的《生态环境监测规划纲要(2020-2035年)》强调碳排放量计量以“核算为主、监测为辅”为原则，探索建立重点排放单位温室气体排放源监测的管理体系和技术体系，在火电行业率先开展二氧化碳排放连续监测试点。2021年，经国家能源局批准，《火电厂烟气二氧化碳排放连续监测技术规范》(DL/T2376—2021)公开发布，并于2022年正式实施。该标准作为首个二氧化碳排放连续监测行业技术标准，填补了我国发电领域碳排放连续监测技术行业标准空白。
碳排放权交易中，核算方法为碳排放量计算的基本方法，但是核算方法存在数据多、核算周期长、易造假等不足，因此随着国家管理和政策的需要，急需建立二氧化碳排放连续监测方法，在二氧化碳排放量连续监测中，烟气中二氧化碳浓度的准确测量是精准获得二氧化碳排放量至关重要的因素。
目前烟气中二氧化碳浓度监测一般采用抽取式采样，从烟囱或烟道内抽取烟气，经过适当的预处理后将烟气送入烟气分析仪进行分析。但是通过抽取式采样分析的烟气测定条件已经不同于实际烟道环境，测定结果难以准确表达烟气中各组分的准确含量，不能准确测定烟道中不同位置的浓度。
为了更加精确测量企业碳排放量，建立二氧化碳的在线测定方法，结合烟道中不同位置的二氧化碳准确浓度分析，对排放源二氧化碳量进行准确计量，是精确测量碳排放量迫在眉睫的需求。排放企业烟道，特别是火力发电相关企业烟气排放口往往具有较高的温度，对二氧化碳浓度测量造成比较大的影响，温度不同，所测得二氧化碳浓度也存在差距。
针对此类问题，本发明借助于实验室搭建的模拟烟气分析平台，建立一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法，对企业进行二氧化碳排放在线监测与计量具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是为了弥补抽取式采样烟气分析测定条件与实际烟气条件有差别的不足，针对于二氧化碳在线监测的测定信号易受测定温度影响的问题，结合实际测定信号与标准条件下测定信号的校正系数分析，建立一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法。
一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法，通过以下的技术方案予以实现，具体的步骤如下：
步骤1：搭建实验室模拟烟道实验装置；
步骤2：配制一系列浓度的二氧化碳与氮气混合气体作为实验标准气；
步骤3：加热混合气体至一系列温度；
步骤4：使用烟气分析仪测定上述不同浓度的混合气体在不同温度下的二氧化碳在线测定信号；
步骤5：计算不同浓度混合气体在不同温度下烟气分析仪测定二氧化碳浓度的校正系数；
步骤6：对校正系数和温度采用一元线性回归分析，得出烟气分析仪测定信号在不同温度下的校正系数计算模型；
步骤7：根据具体温度下的校正系数对烟气分析仪的二氧化碳测定信号进行校正。
步骤1所述模拟烟道实验装置，其特征具体为：模拟烟道由气源模块、温度控制模块，烟气测定模块构成；所述气源模块，其特征为：高纯度氮气与高纯度二氧化碳经过气体减压阀通过各自气体输送管道混合产生模拟排放源的标准气；所述温度控制模块，其特征为：使用气体加热装置，标准气经过温度加热装置达到实验所需温度后进入烟气测定模块；所述烟气测定模块，其特征为：烟气测定模块包括烟气管道与烟气分析仪，烟气分析仪通过烟气监测口测定烟道中的二氧化碳浓度。
步骤2所述配置配制一系列浓度的二氧化碳与氮气混合气体，其特征具体为：通过气体减压阀和流量计控制二氧化碳与氮气的配比，配制不同浓度的二氧化碳标准气体。
步骤3所述加热混合气体至一系列温度，其特征具体为：固定某浓度的标准气通入烟道，通过温度控制装置设置标准气加热温度，标准气经过温度控制装置将气体温度加热至30℃-120℃，待测定数值稳定后，记录不同温度下二氧化碳浓度信号测定值。
步骤4所述使用烟气分析仪测定上述一定浓度的标准气在上述一定温度下的信号，其特征具体为：固定某浓度的模拟烟气通入烟道，利用烟气分析仪进行连续测定，待测定数值稳定后，记录不同温度下CO2浓度信号测定值。同样的方法，记录不同CO2浓度的烟气在不同温度下的测定值。
步骤5所述计算不同温度下烟气分析仪测定二氧化碳浓度的校正系数，其特征具体为：根据烟气分析仪的工作条件，将常温下测得的信号值作为基准值，即C0；在不同温度条件下测得的二氧化碳信号值为Ci，则校正系数为：
步骤6所述对校正系数和温度采用一元线性回归分析，得出烟气分析仪测定信号在不同温度下的校正系数计算模型，其特征具体为：将同一个温度下不同浓度的校正系数取平均值，将校正系数平均值对温度进行一元线性回归分析，得出烟气分析仪测定信号在不同温度下的校正系数计算模型。
步骤7所述根据具体温度下的校正系数对烟气分析仪的二氧化碳测定信号进行校正，其特征具体为：根据烟气的具体温度，利用上述模型计算该温度下的校正系数yi，对应于该温度下的测定值Ci，其准确浓度为：
C＝Ci*yi
以电化学原理进行检测的烟气分析仪的二氧化碳在线测定信号用上述方法进行温度影响校正，将步骤5中得到的不同浓度条件下的浓度测定信号校正系数对温度分别分段进行一元线性回归分析，分析各浓度下每段直线的线性相关系数和截距，并计算线性相关系数和截距标准差，得到针对以电化学原理进行检测的烟气分析仪的二氧化碳测定信号基于温度T的校正系数y计算模型为：
综上所述，本发明提出了一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法，本次发明的有益效果在于：
本发明提出了一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法，弥补了碳排放企业普遍使用的抽取式烟气分析法在监测烟气碳排放量方面的不足，针对二氧化碳在线监测的测定信号易受测定温度影响的问题建立二氧化碳的在线测定信号的校正方法，对排放源二氧化碳量进行准确计量。
附图说明
图1是本发明“一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法”的流程图；
图2是本发明“一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法”的实验室模拟烟道实验装置图；
图3是本发明“一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法”的各浓度下的校正系数平均值对温度一元线性回归分析的拟合图；
图4是本发明“一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法”的各浓度下二氧化碳测定校正系数对温度的一元线性回归分析的拟合图；
具体实施步骤
下面结合附图和具体实施步骤进一步阐明本发明方法。
步骤1：以实际燃煤发电厂烟气排放管道为背景，搭建如图2所示的试验台，其中模拟烟道由气源模块、温度控制模块，烟气测定模块构成；
步骤2：实验气源为高纯度的氮气与二氧化碳的混合气体，高纯度的氮气与二氧化碳在气体减压阀的作用下通过各自气体输送管道混合产生实验室条件下模拟排放源烟气标准气；
步骤3：温度控制模块由气体加热装置组成，温度可在0℃～120℃范围内进行调节，混合标准气经过气体加热装置达到实验所需温度后进入烟气测定模块，烟气分析仪与烟气监测口相连，实验完成后烟气经过气体输送管道排出室外；
步骤4：利用二氧化碳与氮气的混合气体作为模拟烟气，固定某浓度的模拟烟气通入烟道，利用烟气分析仪进行测定，将气体温度加热至30℃-120℃，每10℃记录一次测定值，待测定数值稳定后，记录不同温度下二氧化碳浓度信号测定值；相同实验方法，研究不同二氧化碳浓度条件下，测定信号随温度的变化情况，记录数据如下表所示；
表1不同温度下各浓度标准气二氧化碳浓度信号测定值
步骤5：根据烟气分析仪的工作条件，将室温下测得的信号值作为基准值，计算不同温度下二氧化碳测定值的校正系数，计算结果如下表所示；
表2不同温度下各浓度标准气二氧化碳浓度信号测定值校正系数
将步骤5中计算得到的混合气体不同温度下二氧化碳浓度校正系数进行双因素方差分析，发现温度对二氧化碳浓度测定信号校正系数有显著影响，浓度对测定信号校正系数没有影响，同一个温度的不同浓度条件下的校正系数差别不大，计算相同温度下的校正系数的平均值；
步骤6：将校正系数平均值与温度分段进行一元线性回归分析，如图3所示，不同温度下二氧化碳测定浓度补偿模型为
步骤7：根据步骤6中烟气分析仪二氧化碳测定信号校正系数计算模型，对烟气分析仪的二氧化碳测定信号进行校正，某燃煤电厂烟气温度为80℃，二氧化碳测定信号为14.15％，因烟气温度高于60℃，因此利用上述模型计算该温度下的校正系数y为：
y＝0.00212T+0.791＝0.00212×80+0.971＝0.9606
其准确浓度为：
C＝Ci*y＝14.15％*0.9606＝13.59％
以电化学原理进行检测的烟气分析仪的二氧化碳在线测定信号用上述方法进行温度影响校正，将步骤5中得到的不同浓度条件下的浓度测定信号校正系数对温度分别进行一元线性回归分析，拟合结果如图4所示，分段拟合的线性相关系数和截距如表3所示，并计算各系数和截距的标准差。
表3各标准气拟合结果计算系数与截距计算表
综合以上结果，得到针对以电化学原理进行检测的烟气分析仪的二氧化碳测定信号基于温度T的校正系数y计算模型为：
以上是本发明较佳的实施方式，但本发明的保护范围并不仅仅局限在此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡依本发明技术方案做变换或替换的，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围都应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：搭建模拟烟道实验装置；
步骤2：配制一系列浓度的二氧化碳与氮气混合气体作为实验标准气；
步骤3：加热混合气体至一系列温度；
步骤4：使用烟气分析仪测定上述不同浓度的标准气在不同温度下的二氧化碳在线测定信号；
步骤5：计算不同浓度混合气体在不同温度下烟气分析仪测定二氧化碳浓度的校正系数；
步骤6：对校正系数和温度采用一元线性回归分析，得出烟气分析仪测定信号在不同温度下的校正系数计算模型；
步骤7：根据具体温度下的校正系数对烟气分析仪的二氧化碳测定信号进行校正。
2.针对以电化学原理进行检测的烟气分析仪的二氧化碳测定信号基于温度T的校正系数y计算模型为
3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法，步骤1所述模拟烟道，其特征为：模拟烟道由气源模块、温度控制模块、烟气测定模块构成；所述气源模块，其特征为：高纯度的氮气与高纯度的二氧化碳在气体减压阀的作用下通过各自气体输送管道混合产生实验室条件下模拟烟气的标准气；所述温度控制模块，其特征为：标准气通过气体加热装置达到实验所需温度；所述烟气测定模块，其特征为：烟气测定模块包括烟气管道与烟气分析仪组成，烟气测定口与烟气分析仪相连，实验完成后标准气经过气体输送管道排出室外。
4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法，步骤2所述配制一系列浓度的二氧化碳与氮气混合气体作为实验标准气，其特征具体为：通过气体减压阀和流量计控制二氧化碳与氮气的配比，配制不同浓度的二氧化碳实验标准气。
5.根据权利要求1所述的一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法，步骤3所述加热标准气至一系列温度，其特征具体为：固定某浓度配比的标准气通入烟道，通过温度控制装置设置标准气加热温度，标准气经过温度加热装置将气体温度加热至30℃-120℃，待测定数值稳定后，记录不同温度下二氧化碳浓度信号测定值。
6.根据权利要求1所述的一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法，步骤4所述使用烟气分析仪测定上述不同浓度的标准气在不同温度下的二氧化碳在线测定信号，其特征具体为：固定某浓度配比的标准气通入烟道，利用烟气分析仪进行连续测定，待测定数值稳定后，记录不同温度下CO2浓度信号测定值；同样的方法，记录不同CO2浓度配比的烟气在不同温度下的测定值。
7.根据权利要求1所述的一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法，步骤5所述计算不同浓度和温度下烟气分析仪测定二氧化碳的校正系数，其特征具体为：将常温下测得的信号值作为基准值，即C0；不同温度条件下测得的CO2信号值作为测定值，则校正系数为：
8.根据权利要求1所述的一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法，步骤6所述对校正系数和温度采用一元线性回归分析，得出烟气分析仪测定信号在不同温度下的校正系数计算模型，其特征具体为：将同一个温度下不同浓度的校正系数取平均值，将校正系数对温度进行一元线性回归分析，得出烟气分析仪测定信号在不同温度下的校正系数计算模型。
9.根据权利要求1所述的一种二氧化碳在线测定信号的温度影响校正方法，步骤7所述根据具体温度下的校正系数对烟气分析仪的二氧化碳测定信号进行校正，其特征具体为：根据烟气的具体温度，利用上述模型计算该温度下的校正系数yi，对应于该温度下的测定值Ci，其准确浓度为：
C＝Ci*yi
10.根据权利要求2所述的针对以电化学原理进行检测的烟气分析仪的二氧化碳测定信号基于温度T的校正系数y计算模型，其特征具体为：
烟气温度在30-60℃的区间内，校正系数计算公式为：
y＝(-0.00193±0.00002)T+(1.015±0.007)
该直线的斜率在-0.00191到-0.00195范围内，截距在1.008到1.022范围内；
烟气温度在60-120℃的区间内，校正系数计算公式为：
y＝(0.00212±0.00002)T+(0.791±0.002)该直线的斜率在0.00210到0.00214范围内，截距在0.789到0.793范围内。
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