背景概述

双碳政策实施除外部压力外其内在动力是碳交易，碳交易的科学合理则是碳交易市场能否健康发展的前提。据统计，工业是碳排放的重要领域，约占总排放量的70%。而目前却没有一种科学的手段将其进行管控，推算法的不准确十分明显。

可靠、精准、先进的工业排放检测技术可以为碳路径碳排放科学计算方法、预测模型、定量化评价体系及碳达峰下大到各行业细化到各企业的碳指标、碳权重、碳路径分析、未来定量碳目标、碳核算、碳交易、碳减排技术等技术体系提供理论依据。

技术现状

基于缺少真实有效的的工业碳排放监测技术手段的现状，国家于2021年在电力等行业选择了22个试点单位，摸索真实有效的碳排放检测方法。归纳起来，目前可选择的工业碳排放检测方法主要有以下几种：

排放烟道气样抽采法是一种普遍采用的检测方法，即在截面5米左右见方的烟道内多点抽采气样，然后在烟道外对气样进行检测。此种方法不能真实反映烟道排放的二氧化碳浓度，偏差较大，并且不能做到在线监测。

排放烟道原位探测法较采样法进步较多，开始采用激光技术。即把一根内置激光的探棒伸入烟道内，在线检测二氧化碳浓度。由于排放时烟道震动较大，探棒不可能伸入烟道很多，所以虽是原位检测，但仍不能真实反应烟道排放的二氧化碳的浓度。

排放烟道斜角式激光检测法较前两种检测方法更可靠真实。能够提供这种检测方法的主要是国外如ABB、西门子等大公司。其工作方法式是检测激光在截面5米左右见方的烟道一角斜穿过，可以直接读取烟道部分二氧化碳排放的真实数据，但仍不能检测到烟道排放的整体真实数据。

排放烟道贯穿式激光检测法是目前国际上最先进也最真实可靠的烟道碳排放检测方法。其工作方法是检测激光从烟道一壁贯穿到另一壁，得到的是烟道二氧化碳排放的瞬间总浓度，在线监测可真实可靠的计算出二氧化碳实际排放量。但此种烟道二氧化碳排放量贯穿式检测方法，不但要克服粉尘、水汽、震动等工况的影响，还必须具备超高水平的极弱光信号处理能力，开发难度极高。

解决方案

有组织排放监测方式-原位贯穿式激光气体分析仪

对于电厂、垃圾处理厂等有组织排放的场景，可将原位贯穿式激光气体分析仪安装在烟道上，直接对烟道内部的气体情况进行在线监测。发射装置将激光发射出来穿过整个管道截面，再由对端的接收装置接收检测激光。这样可以直接对二氧化碳情况进行检测，无需进行采样，避免采样过程中造成的采样误差从而影响分析结果，能最真实的反应出管道内的气体情况。可对甲烷、氧气、乙烯、乙炔、一氧化碳、氨气、氟化氢、氯化氢等气体进行实时在线监测。

原位贯穿式激光气体分析仪

原位贯穿式激光气体分析仪工作示意图

原位贯穿式激光气体分析仪安装方式

无组织排放监测方式-固定反射式激光气体遥测仪

对于一些无组织排放CH4、CO2的油气开采空旷区域、园区监测，可采用固定反射式激光气体遥测仪。通过将区域设定的方式来实时监测固定面积内所产生的气体浓度、排放时间，从而测算出区域内每平方米每天的排放数据。

重点区域监测-物联网激光气体泄漏监测仪

对于一些需点式监测的区域可采用物联网激光气体泄漏监测仪。物联网激光气体泄漏监测仪是采用激光吸收光谱气体检测技术(TDLAS)、低功耗技术、物联网技术于一体的激光监测类产品。该系列产品可通过物联网通讯传输到监控平台，对封闭与半封闭空间内痕量气体泄漏实现实时、快速、长距离、精准的监控。

温室气体监测

除了对排放进行监测，激光吸收光谱技术还可应用于大气温室气体，如甲烷、二氧化碳监测。激光吸收光谱有很高的分辨率和重复性，可以对大气中甲烷、二氧化碳等温室气体的长期痕量变化进行监测。

如需极高精度的温室气体监测，还可以采用衰荡光谱技术，光程可达60km，分辨率能达到ppb级，可以完全替代picarro的温室气体监测设备。

典型案例

全国第四大垃圾发电厂——河南焦作垃圾发电厂

2022年8月瀚海研制的原位贯穿式激光气体分析仪在全国第四大垃圾发电厂——河南焦作垃圾发电厂完成安装运行，对碳排放和氨逃逸实现在线监测，测试数据远优于同机运行的进口设备。本次现场实测在电厂的1号炉排放烟道上安装了1台用于实时监测二氧化碳浓度的烟道贯穿式激光检测系统，在2号炉排放烟道上安装了1台用于实时监测氨逃逸浓度的烟道贯穿式激光检测系统。整个烟道直径为3米圆形。为了保证监测数据稳定性，选择排放气流比较稳定的32米高度位置安装设备。

为了解决烟道震动和烟道壁变形可能导致的发射和接收长期运行后出现无法对准，同时解决烟气内存在水蒸气、粉尘影响检测激光贯穿整个烟道，在烟道内部安装了一个防尘、防水蒸气、防震动、防变形的结构，以保证设备长期运行稳定性。

同时为了保证光学部件长期运行不受到烟道内水汽、粉尘污染，在光学窗口处利用电厂已有的仪表风对光学窗口定期进行吹扫。

监测结果在现场仪表上进行显示，同时通过光纤传输到电厂内的监控系统中，实现与厂内生产系统对接。

监测过程从起炉阶段开始到锅炉平稳运行阶段，通过数据观察在起炉阶段数据相对较低，二氧化碳浓度运行范围在8600-9500ppm，氨气浓度范围在2.6-3.2ppm，当到平稳运行阶段浓度略有上升，运行范围在8900-10400ppm，在2.9-4.4ppm。

按环保要求安装的ABB公司生产的抽气采样式CEMS系统的二氧化碳监测结果相比较，二氧化碳高出400-600ppm。

结果符合抽气采样式抽取的气样气流在整个烟道边缘流动时浓度较低，再经过采样气路存在气体损失，从而导致浓度会偏低的情况。同时这一检测结果证明二氧化碳由于存在吸附特性，抽气采样方法会带来较大浓度损失的特征。