环保新质生产力丨废气非甲烷总烃连续监测系统

　　生态环保产业作为支撑生态文明建设和高质量发展的关键力量，正面临着转型升级的迫切需求。环保新质生产力，正成为推动产业向前发展的核心力量。本栏目将聚焦生态环保产业的新技术、新装备、新材料、新模式，深入宣传推广科技创新成果，及时发布环境技术进步奖项，全面介绍行业内的实用技术装备和示范工程，引导行业持续创新，加快数字、智慧、科技的融合赋能，为经济社会全面绿色转型贡献力量。
 

　　生态环境保护实用装备
 

　　2023-Z-19
 

　　申报单位
 

　　碧兴物联科技(深圳)股份有限公司
 

　　推荐单位
 

　　广东省环境保护产业协会
 

　　一、技术简介
 

　　适用范围
 

　　适用于石油、化工、包装印刷、喷涂、橡胶制造、电子制造、制药等行业的固定污染源挥发性有机物排放监测。
 

　　技术原理
 

　　废气非甲烷总烃连续监测系统可实现甲烷、非甲烷和烟气参数等主要参数的实时监测。本装备采用热湿采样技术、烟气参数测量技术以及GC-FID检测技术、网络通讯技术，实现污染源挥发性有机物排放总量进行连续监测。监测数据可以作为污染管控与防治的科学依据，通过通讯网络上传到中心控制室或环境管理部门，实现污染源实时远程监控和数据查看。系统涉及的主要原理如下：
 

　　(1)废气非甲烷测量技术
 

　　基于气相色谱——氢火焰离子化检测(GC-FID)原理，样气分别通过甲烷柱和总烃柱测定甲烷和总烃含量，两者相减得到非甲烷总烃的含量。具体原理过程：被测样气由载气带入，通过对被测样气中组分有不同保留性能的色谱柱，使各气体组分分离，依次导入氢火焰离子化检测器，以得到各组分的检测信号。按照导入检测器的先后次序，经过对比，可以区分被测样气组分，根据峰高度或峰面积可以计算出各组分含量。

 

　　(2)烟气参数测量技术
 

　　烟气参数包括烟气氧含量、温度、压力、流速和湿度的测量。烟气氧含量采用氧化锆法进行测量；烟气温度采用铂电阻温度传感器测量；烟气的压力采用高精度隔离膜压力传感器测量；烟气流速采用S型皮托管+差压变送器测量烟气流动中的差压，再经计算得到烟气的流速；烟气湿度采用阻容湿度传感器进行测量。
 

　　工艺路线
 

　　废气非甲烷总烃连续监测系统由采样单元、非甲烷总烃测量单元、烟气参数测量单元、辅助设备单元、数据采集单元等构成。采样单元完成废气的采样。非甲烷总烃测量单元，实现甲烷和非甲烷总烃的测量。烟气参数单元，实现烟气温度、烟气流速、采样流量、温度、湿度、压力等参数的测量。辅助单元包含氢气发生器、载气源、空气预处理，氢气发生器保证色谱仪检测器中样品的燃烧；载气源保证样品送入检测器；空气预处理保证色谱仪阀的驱动气以及检测器样燃烧的助燃气。数据采集传输单元将所有监测数据传输至指定的平台。
 

　　工艺流程如下图所示：

 

　　装备性能参数及执行标准
 

　　执行企标《ZE-CEM2000G 型废气非甲烷总烃连续监测系统》，主要性能参数：
 

　　非甲烷总烃监测单元
 

　　①　分析周期：≤2min
 

　　②　重复性：≤2%
 

　　③　线性误差：±2%F.S
 

　　④　24h零点漂移：±3%F.S
 

　　⑤　24h量程漂移：±3%F.S
 

　　⑥　环境温度变化的影响：±5%F.S
 

　　⑦　进样流量变化的影响：±2%F.S
 

　　⑧　供电电压变化的影响：±2%F.S
 

　　⑨　氧气的影响：±2%F.S
 

　　⑩　影响因子：甲烷0.9~1.2；乙烯：0.8~1.20；苯：0.8~1.2；二氯甲烷：0.75~1.15
 

　　⑪　平行性：≤5%
 

　　非甲烷总烃CEMS
 

　　①　分析周期：≤3min
 

　　②　24h零点漂移：±3%F.S
 

　　③　24h量程漂移：±3%F.S
 

　　④　准确度：<50mg/m3，绝对误差≤20mg/m3
 

　　应用效果
 

　　废气非甲烷总烃连续监测系统应用于工业污染源VOCs监测，实现24小时污染值守的非甲烷总烃连续自动监测和远程监控。本装备解决了工业污染源VOCs监管难度大、分析周期长、效率低、数据上报慢、数据少、人力需求大等问题，为工业污染源VOCs自动监控提供了有效的技术装备。实现废气甲烷、非甲烷总烃等挥发性有机物自动连续监测的目标。
 

　　装备的应用帮助污染监管部门及时、准确地掌握固定污染源企业VOCs污染排放状况，能够应用于重点区域污染排查等领域，为大气污染防治和治理政策制定提供专业、有效、及时、科学的判定依据，增强环境执法部门的污染管控能力；同时促使污染企业优化工艺，减少VOCs污染排放，助力大气环境改善，具有显著的社会价值和环境效益。
 

　　研发背景
 

　　挥发性有机物(VOCs)作为大气污染物臭氧和PM2.5的重要前体物，是大气VOCs污染的主要来源。固定污染源VOCs监测是大气污染防治的基础性工作，国家对大气污染日益重视，挥发性有机物纳入排污费征收范围。国家不断加强固定污染源VOCs监控体系建设，推动重点区域加快VOCs重点排污单位自动监控设施建设与联网。固定污染源挥发性有机物监测需求旺盛，市场前景广阔。
 

　　我国挥发性有机物监测工作起步晚，基础相对薄弱。VOCs种类多，涉及的行业和企业数量多，排放条件复杂，监管非常困难，VOCs的及时准确监测已经成为制约VOCs科学管控与防治的关键因素。废气非甲烷总烃(NMHC)作为固定污染源挥发性有机物总量表征因子，反映了污染源中挥发性有机物的污染状况，成为挥发性有机物监测主要参数。传统的实验室分析方法采样难度大、分析时效性差、难以实现跨时空的连续污染状况监测分析；国产化自动监测装备在稳定性、可靠性等方面仍有待进一步增强。
 

　　开发稳定性强、可靠性高的废气非甲烷总烃连续监测系统，实现无人值守的挥发性有机物连续自动监测，为污染执法和污染防治提供有效的科学数据依据，具有重要的社会经济价值和民生意义。
 

　　技术/装备特点
 

　　(1)高温采样与预处理技术：高温采样泵保证气体在经过分析仪表和采样泵的过程中均保持高温，无冷凝水出现，不会对任何器件造成腐蚀；独有叠孔式过滤器，对采样烟气过滤，过滤效果好，反吹效率高，探头维护周期长。
 

　　(2)高温分析测量技术：全程⾼温伴热测量总烃、甲烷、非甲烷总烃等，有效避免水汽冷凝引起的分析偏差和分析系统的腐蚀问题，避免高沸点未知物凝固积累可能造成分析系统的管道系统堵塞。
 

　　(3)差量式GC-FID分析技术：同一FID检测器实现甲烷、总烃的检测，消除不同检测器之间差异带来的影响，有效减少分析误差，提高设备的准确性和稳定性。
 

　　(4)自动化校准技术：只用零空气进行零点自动校准，不需要标准气校准就可以长期保持±2%的检测精度，改变了以往分析系统依赖标准气的陈旧模式，大大降低了运行成本。
 

　　(5)可扩展性：从结构上、软件上兼容了后期的拓展需求，支持苯系物及其他特征因子监测，同时为环境空气直接法非甲烷总体监测预留空间。
 

　　二、典型应用案例
 

　　案例名称
 

　　罐区VOC综合治理装置排气筒的挥发性有机物在线监测系统建设项目
 

　　案例简介
 

　　项目简介：南京龙翔液体化工储运码头有限公司罐区VOC综合治理装置排气筒的挥发性有机物在线监测系统建设项目，由碧兴物联科技(深圳)股份有限公司负责有组织废气排放实时监测装备。项目于2021年开始建设，2022年1月完成挥发性有机物在线监测系统(又称为“废气非甲烷总烃连续监测系统”)的安装调试，2022年6月组织验收通过。项目建成后，实现罐区VOC综合治理装置排气筒排放废气自动采样和数据分析，通过对罐区VOC综合治理装置排气筒的挥发性有机物和烟气参数等指标的监测，实时监控罐区VOC综合治理装置排气筒VOCs的排放情况，并通过联网，将数据实时上传到南京市污染源自动监控系统平台，作为VOCs污染源防控和治理的重要依据。
 

　　运行模式：项目建成后，由碧兴物联科技(深圳)股份有限公司提供专业的环境监测运维服务。
 

　　达到的标准或性能要求
 

　　本项目属于环境监测/监控领域，项目运行并不直接产生污染达到的标准或减排作用，项目应用为污染源排放突发事件预警和精准精细管理提供有效的数据支撑，有助于实现大气排放协同管理，有效支撑大气污染协同防治。
 

　　项目涉及的连续监测系统符合行业标准《固定污染源废气非甲烷总烃连续监测系统技术要求及检测方法》(HJ1013-2018)标准要求。
 

　　业主单位
 

　　南京龙翔液体化工储运码头有限公司
 

　　投运时间
 

　　2022年1月
 

　　工艺流程
 

　　废气非甲烷总烃连续监测系统由采样单元、非甲烷总烃测量单元、烟气参数测量单元、辅助设备单元、数据采集单元等构成。采样单元完成废气的采样。非甲烷总烃测量单元，实现甲烷和非甲烷总烃的测量。烟气参数单元，实现烟气温度、烟气流速、采样流量、温度、湿度、压力等参数的测量。辅助单元包含氢气发生器、载气源、空气预处理，氢气发生器保证色谱仪检测器中样品的燃烧；载气源保证样品送入检测器；空气预处理保证色谱仪阀的驱动气以及检测器样燃烧的助燃气。数据采集传输单元将所有监测数据传输至指定的平台。

 

　　运行情况
 

　　本项目建成罐区VOC综合治理装置排气筒的挥发性有机物在线监测系统，并成功联网到南京市污染源自动监控系统平台，通过了南京龙翔液体化工储运码头有限公司组织的验收。项目实现了甲烷、非甲烷总烃、烟气参数等因子的在线监测工作，为VOCs污染源防控和治理提供了科学有效的数据依据。项目运行至今，系统运行正常、稳定，数据有效率达到95%以上。
 

　　2022年9月开展的比对验收报告显示，南京龙翔液体化工储运码头有限公司罐区VOC综合治理装置排气筒安装的CEMS，各项监测结果为：非甲烷总烃、样气、烟温、流速、湿度 比对监测结果为合格，样气的示值误差(线性误差)、响应时间均合格；样气的零点漂移、量程漂移均合格；非甲烷总烃示值误差(线性误差)合格；非甲烷总烃分析周期、仪器零点漂移、系统零点漂移和量程漂移均合格。
 

　　技术应用产生的碳减排效果
 

　　本项目属于环境监测/监控领域，不涉及节能和污染减排等情况
 

　　原标题：环保新质生产力 | 废气非甲烷总烃连续监测系统