項目背景

合作背景

在"雙碳"目標驅(qū)動下，國家《"十四五"生物經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》明確提出推進農(nóng)林廢棄物能源化利用，2023年國家能源局將生物質(zhì)氣化發(fā)電列為可再生能源技術重點推廣方向。當前行業(yè)正加速從傳統(tǒng)粗放式氣化向高效清潔化轉(zhuǎn)型，但高粉塵、多干擾的氣化爐出口合成氣精準監(jiān)測成為制約工藝優(yōu)化的關鍵瓶頸。隨著碳交易市場擴容及《生物質(zhì)發(fā)電項目環(huán)保技術規(guī)范》實施，企業(yè)對氣體成分連續(xù)性監(jiān)測及熱值核證的需求激增，革新性的在線分析技術可以為生物質(zhì)能高效轉(zhuǎn)化與碳資產(chǎn)開發(fā)提供關鍵數(shù)據(jù)鏈支撐。

項目介紹

湖北某大型生物質(zhì)發(fā)電企業(yè)采用流化床氣化技術，將農(nóng)林廢棄物轉(zhuǎn)化為可燃氣體進行發(fā)電，并與國家電網(wǎng)湖北省公司直接并網(wǎng)結(jié)算。廠區(qū)現(xiàn)有紅外與氣相色譜兩套氣體監(jiān)測設備，但均受制于氣化爐出口合成氣中未經(jīng)凈化處理的高濃度焦油、水汽及粉塵，實際運行面臨嚴重技術瓶頸。其中，一期項目采用的氣相色譜儀器載氣消耗很大，每周需消耗整瓶標準載氣，配套的干燥劑與脫硫管需每日更換，運維成本遠超預期；同時，現(xiàn)有采樣探頭在高污染工況下平均僅3天即被焦油與粉塵堵塞，嚴重影響數(shù)據(jù)連續(xù)性。而二期項目當前采用的是紅外氣體分析儀，對于除CH4以外的其他烷烴類氣體僅能給出總烴（CnHm）數(shù)值，無法區(qū)分并精準測量如C3H6、C3H8等關鍵組分，導致成分數(shù)據(jù)與熱值計算存在顯著偏差和不完整性。現(xiàn)有監(jiān)測方案已無法滿足精準工藝控制和效益優(yōu)化需求，企業(yè)現(xiàn)計劃為二期項目更換性能更優(yōu)的監(jiān)測設備以解決當前困境。

四方儀器基于對高污染工況氣體分析技術的深厚積淀，通過現(xiàn)場工況調(diào)研與工藝參數(shù)論證，所提供的激光拉曼在線氣體分析系統(tǒng)最終獲得企業(yè)技術認可，實現(xiàn)了強干擾下的氣化爐出口合成氣組分及熱值精準監(jiān)測。

產(chǎn)品原型

激光拉曼光譜氣體分析儀 LRGA -6000

激光拉曼光譜氣體分析儀 LRGA-6000 基于激光拉曼散射原理，通過對待測氣體的特裝拉曼散射光譜進行增強、 收集 、處理和識別， 并對含量進行定量計算 ?？赏瑫r對多種氣體進行全量程的在線和實時檢測。

產(chǎn)品特性

• 采用激光拉曼氣體特征指紋技術， 干擾少

• 測量除惰性氣體以外的大部分氣體，包括N2，O2，H2，CH4，C2H6，C3H8，H2S等氣體

• 響應速度快，樣氣進入分析儀后30s顯示測量結(jié)果

• 大量程范圍氣體濃度測量，量程為(0-10)%，最高量程為(0-100)%

• 采用氣體濃度歸一算法和自動抽空氣校準，防止長時間漂移

• 使用和維護成本低， 無需載氣與耗材

• 可選配集成系統(tǒng)， 實時對多個監(jiān)測點的實時循環(huán)監(jiān)測

• 智能化軟件設計，全觸屏界面， 數(shù)據(jù)直觀顯示， 可外接 PC 鍵盤

主要參數(shù)

項目實施

技術方案

我司為用戶提供的是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的LRGA-6000激光拉曼光譜氣體分析儀，專為在線精準監(jiān)測氣化爐出口合成氣中H2、N2、O2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8等關鍵氣體濃度而設計。該系統(tǒng)主要由預處理單元、控制單元與分析單元構(gòu)成，核心優(yōu)勢在于其強大的預處理能力。針對高粉塵、高焦油的惡劣工況，創(chuàng)新采用冷卻回流采樣結(jié)合蒸汽反吹技術，高效去除99%以上的粉塵與焦油；后續(xù)集成水洗、活性炭吸附及多級精密過濾（精度達到0.1μm），并配備壓縮冷凝深度除水（輸出樣氣露點≤4℃），在凈化樣氣的同時確保被測組分無損。系統(tǒng)全程由PLC智能控制，實現(xiàn)24小時無人值守運行，并具備采樣器一用一備自動切換、周期性蒸汽反吹、自動換水及故障連鎖保護等功能，顯著降低人工維護負荷，保障長期穩(wěn)定可靠運行。

處理后的潔凈樣氣由進口采樣泵輸送至LRGA-6000分析儀進行實時檢測，數(shù)據(jù)通過RS-232/RS-485、4~20mA或網(wǎng)口傳輸至上級系統(tǒng)，為工藝優(yōu)化與遠程監(jiān)控即時提供高精度的數(shù)據(jù)支持。該系統(tǒng)以高度自動化的工況適應性和精準可靠的分析性能，有效滿足用戶現(xiàn)場復雜工業(yè)環(huán)境中氣體成分連續(xù)在線監(jiān)測的嚴苛需求。

方案價值

我司LRGA-6000激光拉曼光譜氣體分析儀解決了客戶氣化爐出口合成氣在線監(jiān)測中長期面臨的痛點，其主要價值主要體現(xiàn)在以下幾點：

1、顯著降低運維負擔與成本

針對高粉塵、高焦油工況，采用創(chuàng)新的預處理技術和全自動設計，解決傳統(tǒng)色譜分析儀在合成氣在線監(jiān)測中維護頻繁（如探頭3天一換、需載氣與色譜柱等耗材多）的痛點，實現(xiàn)長達15天無人值守，大幅降低運維成本，節(jié)省人力投入。

2、實現(xiàn)全面精準的多類氣體組分分析

系統(tǒng)具備同時對H2、N2、O2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8等客戶所需的全組分氣體的精確分析能力，特別是成功補上了原有設備對高附加值組分（如C3H6、C3H8等）的監(jiān)測空白，為工藝優(yōu)化和資源精準回收提供全面、可靠的數(shù)據(jù)基礎。

3、創(chuàng)造顯著可量化的直接經(jīng)濟效益

通過精準測量C3H6、C3H8等關鍵高熱值烯烴、烷烴類組分濃度，并據(jù)此優(yōu)化回收效率，直接轉(zhuǎn)化為可觀的經(jīng)濟收益。

如上圖所示，LRGA-6000的核心價值在于其精準測量驅(qū)動了工藝優(yōu)化，直接提升了高熱值組分的回收利用率。同一時間點，傳統(tǒng)紅外儀器測得合成氣熱值為1046.82 kcal/Nm3，而我司激光拉曼分析儀測得真實熱值高達1395.32 kcal/Nm3，揭示出被低估的348.5 kcal/Nm3熱值潛力。這一精準數(shù)據(jù)直接指導客戶優(yōu)化了合成氣回收工藝，顯著提高了高熱值組分的回收效率。

該熱值差可明確轉(zhuǎn)化為發(fā)電收益：

據(jù)項目現(xiàn)場人員反饋，每日儀器測得熱值大多高于上圖數(shù)據(jù)，此處僅以單次我司設備與原設備測得的熱值差來計算。燃氣發(fā)電效率通常在35%至45%之間，為保守計算取40% (0.4)，而熱功當量1 kWh (度電) = 860 kcal。那么每標準立方米合成氣可利用的有效熱值增量約為348.5 kcal/Nm3 * 0.4 = 139.4 kcal/Nm3，折算成發(fā)電量即為139.4 kcal/Nm3 / 860 kcal/kWh ≈ 0.1621 kWh/Nm3。

假設客戶日處理合成氣量為100,000 Nm3/天，那么每日新增的發(fā)電量將是16,210 kWh/天，每日為企業(yè)增加收益超過12,000元，年收益將增加400萬元以上。

項目現(xiàn)場