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生態環保產業作為支撐生態文明建設和高質量發展的關鍵力量，正面臨著轉型升級的迫切需求。環保新質生產力，正成為推動產業向前發展的核心力量。本欄目將聚焦生態環保產業的新技術、新裝備、新材料、新模式，深入宣傳推廣科技創新成果，及時發布環境技術進步獎項，全面介紹行業內的實用技術裝備和示范工程，引導行業持續創新，加快數字、智慧、科技的融合賦能，為經濟社會全面綠色轉型貢獻力量。
生態環境保護實用裝備
2023-Z-19
申報單位
碧興物聯科技(深圳)股份有限公司
推薦單位
廣東省環境保護產業協會
一、技術簡介
適用范圍
適用于石油、化工、包裝印刷、噴涂、橡膠制造、電子制造、制藥等行業的固定污染源揮發性有機物排放監測。
技術原理
廢氣非甲烷總烴連續監測系統可實現甲烷、非甲烷和煙氣參數等主要參數的實時監測。本裝備采用熱濕采樣技術、煙氣參數測量技術以及GC-FID檢測技術、網絡通訊技術，實現污染源揮發性有機物排放總量進行連續監測。監測數據可以作為污染管控與防治的科學依據，通過通訊網絡上傳到中心控制室或環境管理部門，實現污染源實時遠程監控和數據查看。系統涉及的主要原理如下：
(1)廢氣非甲烷測量技術
基于氣相色譜——氫火焰離子化檢測(GC-FID)原理，樣氣分別通過甲烷柱和總烴柱測定甲烷和總烴含量，兩者相減得到非甲烷總烴的含量。具體原理過程：被測樣氣由載氣帶入，通過對被測樣氣中組分有不同保留性能的色譜柱，使各氣體組分分離，依次導入氫火焰離子化檢測器，以得到各組分的檢測信號。按照導入檢測器的先后次序，經過對比，可以區分被測樣氣組分，根據峰高度或峰面積可以計算出各組分含量。
圖6-1 氣相色譜柱氣體分離示意圖(左)與FID工作示意圖(右)
(2)煙氣參數測量技術
煙氣參數包括煙氣氧含量、溫度、壓力、流速和濕度的測量。煙氣氧含量采用氧化鋯法進行測量；煙氣溫度采用鉑電阻溫度傳感器測量；煙氣的壓力采用高精度隔離膜壓力傳感器測量；煙氣流速采用S型皮托管+差壓變送器測量煙氣流動中的差壓，再經計算得到煙氣的流速；煙氣濕度采用阻容濕度傳感器進行測量。
工藝路線
廢氣非甲烷總烴連續監測系統由采樣單元、非甲烷總烴測量單元、煙氣參數測量單元、輔助設備單元、數據采集單元等構成。采樣單元完成廢氣的采樣。非甲烷總烴測量單元，實現甲烷和非甲烷總烴的測量。煙氣參數單元，實現煙氣溫度、煙氣流速、采樣流量、溫度、濕度、壓力等參數的測量。輔助單元包含氫氣發生器、載氣源、空氣預處理，氫氣發生器保證色譜儀檢測器中樣品的燃燒；載氣源保證樣品送入檢測器；空氣預處理保證色譜儀閥的驅動氣以及檢測器樣燃燒的助燃氣。數據采集傳輸單元將所有監測數據傳輸至指定的平臺。
工藝流程如下圖所示：
圖6-2 工藝流程圖
裝備性能參數及執行標準
執行企標《ZE-CEM2000G 型廢氣非甲烷總烴連續監測系統》，主要性能參數：
非甲烷總烴監測單元
① 分析周期：≤2min
② 重復性：≤2%
③ 線性誤差：±2%F.S
④ 24h零點漂移：±3%F.S
⑤ 24h量程漂移：±3%F.S
⑥ 環境溫度變化的影響：±5%F.S
⑦ 進樣流量變化的影響：±2%F.S
⑧ 供電電壓變化的影響：±2%F.S
⑨ 氧氣的影響：±2%F.S
⑩ 影響因子：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
? 平行性：≤5%
非甲烷總烴CEMS
① 分析周期：≤3min
② 24h零點漂移：±3%F.S
③ 24h量程漂移：±3%F.S
④ 準確度：<50mg/m3，絕對誤差≤20mg/m3
應用效果
廢氣非甲烷總烴連續監測系統應用于工業污染源VOCs監測，實現24小時污染值守的非甲烷總烴連續自動監測和遠程監控。本裝備解決了工業污染源VOCs監管難度大、分析周期長、效率低、數據上報慢、數據少、人力需求大等問題，為工業污染源VOCs自動監控提供了有效的技術裝備。實現廢氣甲烷、非甲烷總烴等揮發性有機物自動連續監測的目標。
裝備的應用幫助污染監管部門及時、準確地掌握固定污染源企業VOCs污染排放狀況，能夠應用于重點區域污染排查等領域，為大氣污染防治和治理政策制定提供專業、有效、及時、科學的判定依據，增強環境執法部門的污染管控能力；同時促使污染企業優化工藝，減少VOCs污染排放，助力大氣環境改善，具有顯著的社會價值和環境效益。
研發背景
揮發性有機物(VOCs)作為大氣污染物臭氧和PM2.5的重要前體物，是大氣VOCs污染的主要來源。固定污染源VOCs監測是大氣污染防治的基礎性工作，國家對大氣污染日益重視，揮發性有機物納入排污費征收范圍。國家不斷加強固定污染源VOCs監控體系建設，推動重點區域加快VOCs重點排污單位自動監控設施建設與聯網。固定污染源揮發性有機物監測需求旺盛，市場前景廣闊。
我國揮發性有機物監測工作起步晚，基礎相對薄弱。VOCs種類多，涉及的行業和企業數量多，排放條件復雜，監管非常困難，VOCs的及時準確監測已經成為制約VOCs科學管控與防治的關鍵因素。廢氣非甲烷總烴(NMHC)作為固定污染源揮發性有機物總量表征因子，反映了污染源中揮發性有機物的污染狀況，成為揮發性有機物監測主要參數。傳統的實驗室分析方法采樣難度大、分析時效性差、難以實現跨時空的連續污染狀況監測分析；國產化自動監測裝備在穩定性、可靠性等方面仍有待進一步增強。
開發穩定性強、可靠性高的廢氣非甲烷總烴連續監測系統，實現無人值守的揮發性有機物連續自動監測，為污染執法和污染防治提供有效的科學數據依據，具有重要的社會經濟價值和民生意義。
技術/裝備特點
(1)高溫采樣與預處理技術：高溫采樣泵保證氣體在經過分析儀表和采樣泵的過程中均保持高溫，無冷凝水出現，不會對任何器件造成腐蝕；獨有疊孔式過濾器，對采樣煙氣過濾，過濾效果好，反吹效率高，探頭維護周期長。
(2)高溫分析測量技術：全程?溫伴熱測量總烴、甲烷、非甲烷總烴等，有效避免水汽冷凝引起的分析偏差和分析系統的腐蝕問題，避免高沸點未知物凝固積累可能造成分析系統的管道系統堵塞。
(3)差量式GC-FID分析技術：同一FID檢測器實現甲烷、總烴的檢測，消除不同檢測器之間差異帶來的影響，有效減少分析誤差，提高設備的準確性和穩定性。
(4)自動化校準技術：只用零空氣進行零點自動校準，不需要標準氣校準就可以長期保持±2%的檢測精度，改變了以往分析系統依賴標準氣的陳舊模式，大大降低了運行成本。
(5)可擴展性：從結構上、軟件上兼容了后期的拓展需求，支持苯系物及其他特征因子監測，同時為環境空氣直接法非甲烷總體監測預留空間。
二、典型應用案例
案例名稱
罐區VOC綜合治理裝置排氣筒的揮發性有機物在線監測系統建設項目
案例簡介
項目簡介：南京龍翔液體化工儲運碼頭有限公司罐區VOC綜合治理裝置排氣筒的揮發性有機物在線監測系統建設項目，由碧興物聯科技(深圳)股份有限公司負責有組織廢氣排放實時監測裝備。項目于2021年開始建設，2022年1月完成揮發性有機物在線監測系統(又稱為“廢氣非甲烷總烴連續監測系統”)的安裝調試，2022年6月組織驗收通過。項目建成后，實現罐區VOC綜合治理裝置排氣筒排放廢氣自動采樣和數據分析，通過對罐區VOC綜合治理裝置排氣筒的揮發性有機物和煙氣參數等指標的監測，實時監控罐區VOC綜合治理裝置排氣筒VOCs的排放情況，并通過聯網，將數據實時上傳到南京市污染源自動監控系統平臺，作為VOCs污染源防控和治理的重要依據。
運行模式：項目建成后，由碧興物聯科技(深圳)股份有限公司提供專業的環境監測運維服務。
達到的標準或性能要求
本項目屬于環境監測/監控領域，項目運行并不直接產生污染達到的標準或減排作用，項目應用為污染源排放突發事件預警和精準精細管理提供有效的數據支撐，有助于實現大氣排放協同管理，有效支撐大氣污染協同防治。
項目涉及的連續監測系統符合行業標準《固定污染源廢氣非甲烷總烴連續監測系統技術要求及檢測方法》(HJ1013-2018)標準要求。
業主單位
南京龍翔液體化工儲運碼頭有限公司
投運時間
2022年1月
工藝流程
廢氣非甲烷總烴連續監測系統由采樣單元、非甲烷總烴測量單元、煙氣參數測量單元、輔助設備單元、數據采集單元等構成。采樣單元完成廢氣的采樣。非甲烷總烴測量單元，實現甲烷和非甲烷總烴的測量。煙氣參數單元，實現煙氣溫度、煙氣流速、采樣流量、溫度、濕度、壓力等參數的測量。輔助單元包含氫氣發生器、載氣源、空氣預處理，氫氣發生器保證色譜儀檢測器中樣品的燃燒；載氣源保證樣品送入檢測器；空氣預處理保證色譜儀閥的驅動氣以及檢測器樣燃燒的助燃氣。數據采集傳輸單元將所有監測數據傳輸至指定的平臺。
運行情況
本項目建成罐區VOC綜合治理裝置排氣筒的揮發性有機物在線監測系統，并成功聯網到南京市污染源自動監控系統平臺，通過了南京龍翔液體化工儲運碼頭有限公司組織的驗收。項目實現了甲烷、非甲烷總烴、煙氣參數等因子的在線監測工作，為VOCs污染源防控和治理提供了科學有效的數據依據。項目運行至今，系統運行正常、穩定，數據有效率達到95%以上。
2022年9月開展的比對驗收報告顯示，南京龍翔液體化工儲運碼頭有限公司罐區VOC綜合治理裝置排氣筒安裝的CEMS，各項監測結果為：非甲烷總烴、樣氣、煙溫、流速、濕度 比對監測結果為合格，樣氣的示值誤差(線性誤差)、響應時間均合格；樣氣的零點漂移、量程漂移均合格；非甲烷總烴示值誤差(線性誤差)合格；非甲烷總烴分析周期、儀器零點漂移、系統零點漂移和量程漂移均合格。
技術應用產生的碳減排效果
本項目屬于環境監測/監控領域，不涉及節能和污染減排等情況
原標題：環保新質生產力 | 廢氣非甲烷總烴連續監測系統
