[发明专利]基于稳定碳同位素在线监测生物质掺烧比系统及分析方法

说明书

基于稳定碳同位素在线监测生物质掺烧比系统及分析方法，从煤与生物质混燃锅炉烟道取烟气进行降温、除尘后，采用稳定碳同位素中红外激光检测设备，测得混合烟气的稳定碳同位素比值δ¹³C，该设备测试误差仅为±0.025‰，不受含水量影响，且设备成本远低于¹⁴C在线分析设备，具有经济竞争力。建立在线分析方法经碳含量或发热量矫正后所得线性回归方程方拟合优度R²0.99，判定生物质掺烧比误差控制在2.0%以内，可用于实时监测生物质掺烧比变化。本发明能够实时、准确地监测生物质掺烧比，将为生物质使用量补贴政策的制定和实施提供技术支持，也可用于碳排放监测和碳交易市场。

技术领域

本发明涉及采用稳定碳同位素中红外激光设备实时在线监测煤与生物质混燃烟气中δ¹³C值建立实时在线检测方法，来确定生物质掺烧比，属于同位素检测及锅炉燃烧技术检测领域。

背景技术

生物质能是一种清洁可再生能源，近年来生物质发电逐渐兴起，利用生物质替代矿物燃料进行发电可以有效减少CO₂和SO₂排放。生物质与煤混合燃烧发电已被纳入国家产业规划，要针对生物质发电部分进行电价补贴，涉及到生物质电量的计量问题，但生物质的科学、公正在线检测依旧是燃煤生物质耦合发电现有技术所面临的最大问题。生物质燃料比例的检测根据采集和检测位置的不同可以分为前端检测和后端检测两种技术，混燃发电在欧盟获得了较大发展，但是现行的方法多采用前端检测，存在化验多、计算多、报表多、耗用人工等缺点。目前较为先进的后端检测方法，主要包括SO₂浓度检测法和¹⁴C含量检测法。由于生物质含有一些碱金属，会与S发生反应，影响SO₂浓度监测结果；¹⁴C的天然丰度过低，对设备精度要求极高，因此¹⁴C含量检测法的准确性和可靠性仍然处于探索性阶段，同时¹⁴C技术多采用烟气侧采样，进行实验室分析，使用的分析设备多为价格昂贵的核磁、质谱等精密仪器，限制了生物质应用量后端检测技术的推广应用。公开硕士论文(生物质混燃发电混燃比检测及细颗粒物脱除技术研究，梅恺元，清华大学，2015)报道了实验室加速质谱仪(AMS)经离线测试¹⁴C浓度含量判断生物质的掺烧比误差在10~16%。因此，研发适于行业内普及的生物质应用量快速、精确检测装备，可为政府补贴政策的实施提供技术支撑。

目前，生物质应用量后端检测亟待解决实时检测、设备昂贵等问题。中红外激光同位素检测技术可以实现快速实时检测稳定碳同位素比值δ¹³C (¹³CO₂/¹²CO₂)。生物质与煤的δ¹³C值有明显区别，可依据各自δ¹³C值的差异进行煤和生物质掺混比的检测。同时，中红外激光同位素检测设备造价较低，已成功应用于油气田勘探。现有碳同位素中红外激光检测设备基于不断成熟发展量子级联激光器设计开发一套多通道光学检测核心器件，该设备检测误差仅为±0.025‰，可满足生物质应用量的精确评测需求，同时大幅度降低中远红外激光检测仪器的安装及维护的难度，并且可快速更换激光探测器，满足不同波长仪器需求，实现对质谱等昂贵设备的替代，但与之相应的评测方法国内外尚属空白。因此，建立基于稳定碳同位素中红外激光检测设备监测生物质掺烧比的实时在线检测分析方法十分重要，可为政府补贴政策的实施提供技术支撑，同时该方法可用于碳排查及碳交易市场，促进清洁能源的健康有序发展。

发明内容

本发明提出一种基于稳定碳同位素在线监测生物质掺烧比系统及分析方法，以实现对生物质掺烧比的实时在线检测，且误差控制在2.0%以内。

本发明技术方案如下：一种基于稳定碳同位素实时在线监测生物质掺烧比系统及分析方法，其特征在于：该系统包括烟气在线取样通道、冷凝器、过滤器、背压阀、碳同位素中红外激光检测设备。