本發(fā)明屬于碳排放檢測領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于氧含量測定的二氧化碳排放檢測方法及檢測裝置。

背景技術(shù)：

碳排放是關(guān)于溫室氣體排放的一個(gè)總稱或簡稱，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗在逐年遞增，由于資源的不合理利用導(dǎo)致環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，全球氣候變暖問題突出，究其原因主要是溫室氣體大量排放。溫室氣體又以二氧化碳的貢獻(xiàn)量最大，因此控制碳排放，對碳排放量進(jìn)行測量是一個(gè)重要問題。

目前常用的二氧化碳排放量測量是基于碳含量變化的測量，即需要先測量煤中的碳含量，灰渣碳含量，煤炭消耗量，灰渣生成量等數(shù)據(jù)，計(jì)算碳的減少量即為二氧化碳排放量。但是該測量方法具有以下缺點(diǎn)：1)煤和灰渣成分分析過程復(fù)雜，需要采樣后送實(shí)驗(yàn)室分析，周期較長，無法在線測量；2)煤含碳量不均勻，受煤產(chǎn)地、采樣方法等因素影響，誤差較大；灰渣含碳量受燃燒條件、采樣方法、顆粒大小等影響，誤差較大；3)煤消耗量、灰渣生成量需要稱重測量，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量；4)煤、灰渣分析樣品成本較高，經(jīng)濟(jì)性差。

另一種二氧化碳排放量測量是直接測量二氧化碳濃度和煙氣排放量，二氧化碳濃度測量可采用紅外或電化學(xué)原理。這兩種方法均具有較高的測試成本：電化學(xué)探頭在線測量時(shí)損耗較快，更換成本高；紅外探頭由于紅外線受粉塵、水蒸氣等成分干擾較大，探測前需要對煙氣進(jìn)行過濾，并在保溫狀態(tài)下進(jìn)行干燥以防止酸性腐蝕，附屬設(shè)備較為復(fù)雜，部分需要定期更換，紅外探測系統(tǒng)本身價(jià)格昂貴，成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種測量方法簡便、高效、測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的基于氧含量測定的二氧化碳排放檢測方法及檢測裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于氧含量測定的二氧化碳排放檢測方法，包括以下步驟：

a.測量設(shè)置在燃燒設(shè)備上的空氣入口的截面積；

b.獲取進(jìn)入燃燒設(shè)備的空氣流速；

c.獲取進(jìn)入燃燒設(shè)備的空氣溫度；

d.計(jì)算進(jìn)入燃燒設(shè)備的空氣體積；

e.利用理想氣體狀態(tài)方程pV＝nRT對計(jì)算得到的空氣體積進(jìn)行修正，將其換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積，修正公式為

f.獲取進(jìn)入燃燒設(shè)備的空氣中的氧氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，計(jì)算公式為

g.測量設(shè)置在燃燒設(shè)備上的煙氣出口的截面積；

h.獲取排出燃燒設(shè)備的煙氣流速；

i.獲取排出燃燒設(shè)備的煙氣溫度；

j.測量排出燃燒設(shè)備的煙氣中的氧氣濃度；

k.計(jì)算排出燃燒設(shè)備的煙氣體積；

l.利用理想氣體狀態(tài)方程pV＝nRT對計(jì)算得到的煙氣體積進(jìn)行修正，將其換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積，修正公式為

m.獲取排出燃燒設(shè)備的煙氣中的總含氧量，計(jì)算公式為

n.根據(jù)化學(xué)反應(yīng)C+O₂＝CO₂確定二氧化碳排放量的計(jì)算公式

式中V_air為空氣流速，A_in為空氣入口的截面積，t_air為空氣溫度，V_ex為煙氣流速，A_out為煙氣出口的截面積，C_o2為煙氣中氧氣濃度，t_ex為煙氣溫度。

V_air×A_in是用空氣流速乘以面積得到空氣的體積流量，單位是m³/s?？諝庵幸话阊鯕鉂舛葹?1％，相乘得到氧氣的體積流量。由于氣體積受溫度壓力影響較大，因此不同溫度下同樣質(zhì)量氣體的體積和密度不同，因此需要對體積進(jìn)行修正。公式中采用的方法是將實(shí)際溫度下的體積換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(1個(gè)大氣壓，溫度0℃)的體積。一般氣體可認(rèn)為是理想氣體，可用理想氣體狀態(tài)方程pV＝nRT(或pv＝R_gT)進(jìn)行修正，由公式可知，體積與熱力學(xué)溫度成正比。因此要換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積，應(yīng)乘以溫度的比值：因此需要在公式后乘以其中t_air是儀表測得的空氣溫度，單位一般為℃，換算成熱力學(xué)溫度需要加273.15。

V_ex×A_out是用煙氣流速乘以面積得到煙氣的體積流量，再乘以氧濃度得到氧氣體積流量，再對溫度進(jìn)行修正。兩者相減得到氧氣的消耗速度(單位m³/s)，由于氧氣和二氧化碳體積是1：1的關(guān)系，該消耗速度即為二氧化碳的生成速度。將該速度乘以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下二氧化碳的密度，就得到二氧化碳的排放速度(kg/s)。

本發(fā)明還公開了一種應(yīng)用于上述基于氧含量測定的二氧化碳排放檢測方法的檢測裝置，包括：

空氣流量測定裝置：設(shè)于燃燒設(shè)備的空氣入口，用于測定進(jìn)入燃燒設(shè)備中的空氣流速和空氣溫度，并將其傳輸至數(shù)據(jù)分析裝置；

煙氣流量測定裝置：設(shè)于燃燒設(shè)備的煙氣出口，用于測定排出燃燒設(shè)備的煙氣流速，并將其傳輸至數(shù)據(jù)分析裝置；

煙氣含氧量測定裝置：設(shè)于燃燒設(shè)備的煙氣出口，用于測定排出燃燒設(shè)備的煙氣中的氧氣濃度和煙氣溫度，并將其傳輸至數(shù)據(jù)分析裝置；

數(shù)據(jù)分析裝置：接收所述空氣流量測定裝置、煙氣流量測定裝置及煙氣含氧量測定裝置中獲取的數(shù)據(jù)，并根據(jù)公式計(jì)算得出二氧化碳排放量。

進(jìn)一步的，所述空氣流量測定裝置包括第一氣體流速傳感器、第一溫度傳感器及第一信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸裝置。

進(jìn)一步的，所述氣體流速傳感器為皮托管、熱線風(fēng)速儀或渦輪風(fēng)速儀中的任一種。

進(jìn)一步的，所述煙氣流量測定裝置包括第二氣體流速傳感器和第二信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸裝置。

進(jìn)一步的，所述煙氣含氧量測定裝置包括氧濃度傳感器、第三溫度傳感器及第三信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸裝置。

進(jìn)一步的，所述氧濃度傳感器為氧化鋯氧量計(jì)或電化學(xué)氧量計(jì)或順磁式氧量計(jì)。

進(jìn)一步的，所述溫度傳感器為熱電偶或熱電阻。

進(jìn)一步的，所述空氣流量測定裝置為均速管。

本發(fā)明基于化學(xué)反應(yīng)C+O2＝CO2，通過測試氧氣含量變化測量碳排放，即測量空氣吸入量，空氣含氧量，煙氣排放量，煙氣含氧量三個(gè)數(shù)據(jù)，計(jì)算氧氣的減少量即可得到二氧化碳排放量。氧氣含量測試相對容易，可采用較簡單的氧化鋯氧量計(jì)等儀器實(shí)現(xiàn)在線測量，預(yù)處理簡單，成本較低，煙氣和空氣流量可采用均速管在線測量。

氧氣雖然可能與碳以外的其他成分反應(yīng)，但煤中可燃成分絕大部分是碳，雖然存在部分氫、硫、磷等元素，但可與其含有的氧元素部分抵消。通過氧氣變化量測量，不存在空氣中原有二氧化碳干擾的問題。

本發(fā)明采用的測溫、測速儀器均為低成本常用儀表，測氧濃度采用氧化鋯氧量計(jì)是成熟的氧濃度測試儀表，廣泛應(yīng)用于熱處理、電力、鋼鐵、石化等行業(yè)，整套系統(tǒng)具有成本低、精度高、在線測量、使用方便、成熟穩(wěn)定等特點(diǎn)。

本發(fā)明的有益效果是：采用熱力學(xué)溫度將氣體體積換算至標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)后進(jìn)行計(jì)算，得出的結(jié)果更加準(zhǔn)確、穩(wěn)定，空氣中氧氣含量直接取值21％，無需進(jìn)行額外的測量，簡化了整個(gè)檢測過程，檢測方便簡單便捷，檢測速度快，檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的檢測裝置分布示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好的理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例一

參照圖1所示，先測量燃煤熱風(fēng)爐得出空氣入口的截面積A_in，在燃煤熱風(fēng)爐的空氣入口處設(shè)置一空氣流量測定裝置，空氣流量測定裝置包括第一氣體流速傳感器、第一溫度傳感器及第一信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸裝置，于本實(shí)施中，第一氣體流速傳感器為皮托管，皮托管測得空氣流速為V_air，第一溫度傳感器測得空氣溫度為t_air，第一信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸裝置將測得的空氣流速和空氣溫度傳輸至數(shù)據(jù)分析裝置?？諝饬髁繙y定裝置也可以采用均速管—阿紐巴管，獲得截面上多個(gè)采樣點(diǎn)的平均流速，數(shù)據(jù)獲得更加全面、準(zhǔn)確。

根據(jù)空氣流速V_air和空氣溫度t_air計(jì)算得到通過空氣入口進(jìn)入至燃煤熱風(fēng)爐的空氣體積，利用理想氣體狀態(tài)方程pV＝nRT對計(jì)算得到的空氣體積進(jìn)行修正，將其換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積，修正公式為再根據(jù)空氣中氧氣濃度為21％，得到進(jìn)入燃煤熱風(fēng)爐的空氣中的氧氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量的計(jì)算公式

先測量燃煤熱風(fēng)爐煙氣出口的截面積A_out，在燃煤熱風(fēng)爐的煙氣出口處設(shè)置一煙氣流量測定裝置，煙氣流量測定裝置由第二氣體流速傳感器和第二信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸裝置組成，于本實(shí)施中，第二氣體流速傳感器為渦輪風(fēng)速儀，渦輪風(fēng)速儀測得煙氣流速為V_ex，第二信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸裝置將測得的煙氣流速傳輸至數(shù)據(jù)分析裝置。

在燃煤熱風(fēng)爐的煙氣出口處還設(shè)置一煙氣含氧量測定裝置，煙氣含氧量測定裝置包括氧濃度傳感器、第三溫度傳感器及第三信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸裝置，于本實(shí)施中，氧濃度傳感器為氧化鋯氧量計(jì)，氧化鋯氧量計(jì)測得煙氣中氧氣濃度為C_o2，第三溫度傳感器測得煙氣溫度為t_ex，第三信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸裝置將測得的煙氣中氧氣濃度和煙氣溫度傳輸至數(shù)據(jù)分析裝置。煙氣含氧量測定裝置也可以在煙氣出口的截面上多個(gè)采樣點(diǎn)同時(shí)采樣，以獲得含氧量的平均值，使得最終結(jié)果更加精確。

根據(jù)煙氣流速V_ex和煙氣溫度t_ex，計(jì)算得到通過煙氣出口排出燃煤熱風(fēng)爐的煙氣體積，利用理想氣體狀態(tài)方程pV＝nRT對計(jì)算得到的煙氣體積進(jìn)行修正，將其換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積，修正公式為再根據(jù)煙氣中氧氣濃度C_o2，得到排出燃煤熱風(fēng)爐的煙氣中總含氧量的計(jì)算公式

數(shù)據(jù)分析裝置接收到分別從空氣流量測定裝置、煙氣流量測定裝置及煙氣含氧量測定裝置中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)C+O₂＝CO₂確定二氧化碳排放量的計(jì)算公式

于本實(shí)施例中，空氣入口直徑為30cm，入口風(fēng)速V_air為14m/s，入口空氣溫度t_air為25℃。煙氣出口溫度180℃，煙氣出口直徑60cm，出口煙氣流速V_ex為6m/s，氧氣濃度C_o2為4％，則可根據(jù)公式計(jì)算碳排放量：

實(shí)施例二

先測量燃煤鍋爐得出空氣入口的截面積A_in，在燃煤鍋爐的空氣入口處設(shè)置一空氣流量測定裝置，空氣流量測定裝置包括第一氣體流速傳感器、第一溫度傳感器及第一信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸裝置，于本實(shí)施中，第一氣體流速傳感器為渦輪風(fēng)速儀，渦輪風(fēng)速儀測得空氣流速為V_air，第一溫度傳感器測得空氣溫度為t_air，第一信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸裝置將測得的空氣流速和空氣溫度傳輸至數(shù)據(jù)分析裝置?？諝饬髁繙y定裝置也可以采用均速管—阿紐巴管，獲得截面上多個(gè)采樣點(diǎn)的平均流速，數(shù)據(jù)獲得更加全面、準(zhǔn)確。

根據(jù)空氣流速V_air和空氣溫度t_air計(jì)算得到通過空氣入口進(jìn)入至燃煤鍋爐的空氣體積，利用理想氣體狀態(tài)方程pV＝nRT對計(jì)算得到的空氣體積進(jìn)行修正，將其換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積，修正公式為再根據(jù)空氣中氧氣濃度為21％，得到進(jìn)入燃煤鍋爐的空氣中的氧氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量的計(jì)算公式

先測量燃煤鍋爐煙氣出口的截面積A_out，在燃煤鍋爐的煙氣出口處設(shè)置一煙氣流量測定裝置，煙氣流量測定裝置由第二氣體流速傳感器和第二信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸裝置組成，于本實(shí)施中，第二氣體流速傳感器為皮托管，皮托管測得煙氣流速為V_ex，第二信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸裝置將測得的煙氣流速傳輸至數(shù)據(jù)分析裝置。

在燃煤鍋爐的煙氣出口處還設(shè)置一煙氣含氧量測定裝置，煙氣含氧量測定裝置包括氧濃度傳感器、第三溫度傳感器及第三信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸裝置，于本實(shí)施中，氧濃度傳感器為電化學(xué)氧量計(jì)，電化學(xué)氧量計(jì)測得煙氣中氧氣濃度為C_o2，第三溫度傳感器測得煙氣溫度為t_ex，第三信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸裝置將測得的煙氣中氧氣濃度和煙氣溫度傳輸至數(shù)據(jù)分析裝置。煙氣含氧量測定裝置也可以在煙氣出口的截面上多個(gè)采樣點(diǎn)同時(shí)采樣，以獲得含氧量的平均值，使得最終結(jié)果更加精確。

根據(jù)煙氣流速V_ex和煙氣溫度t_ex，計(jì)算得到通過煙氣出口排出燃煤鍋爐的煙氣體積，利用理想氣體狀態(tài)方程pV＝nRT對計(jì)算得到的煙氣體積進(jìn)行修正，將其換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積，修正公式為再根據(jù)煙氣中氧氣濃度C_o2，得到排出燃煤鍋爐的煙氣中總含氧量的計(jì)算公式

數(shù)據(jù)分析裝置接收到分別從空氣流量測定裝置、煙氣流量測定裝置及煙氣含氧量測定裝置中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)C+O₂＝CO₂確定二氧化碳排放量的計(jì)算公式

于本實(shí)施例中，空氣入口直徑為40cm，入口風(fēng)速V_air為13m/s，入口空氣溫度t_air為15℃。煙氣出口溫度210℃，煙氣出口直徑70cm，出口煙氣流速V_ex為7m/s，氧氣濃度C_o2為5％，則可根據(jù)公式計(jì)算碳排放量：

上述具體實(shí)施方式用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。