可再生能源氣體監測-湖北大型生物質氣發電企業氣化爐尾氣在線監測項目

項目背景

合作背景

在"雙碳"目標驅動下，國家《"十四五"生物經濟發展規劃》明確提出推進農林廢棄物能源化利用，2023年國家能源局將生物質氣化發電列為可再生能源技術重點推廣方向。當前行業正加速從傳統粗放式氣化向高效清潔化轉型，但高粉塵、多干擾的氣化爐出口合成氣精準監測成為制約工藝優化的關鍵瓶頸。隨著碳交易市場擴容及《生物質發電項目環保技術規范》實施，企業對氣體成分連續性監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能高效轉化與碳資產開發提供關鍵數據鏈支撐。

項目介紹

湖北某大型生物質發電企業采用流化床氣化技術，將農林廢棄物轉化為可燃氣體進行發電，并與國家電網湖北省公司直接并網結算。廠區現有紅外與氣相色譜兩套氣體監測設備，但均受制于氣化爐出口合成氣中未經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，嚴重影響數據連續性。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）數值，無法區分并精準測量如C3H6、C3H8等關鍵組分，導致成分數據與熱值計算存在顯著偏差和不完整性。現有監測方案已無法滿足精準工藝控制和效益優化需求，企業現計劃為二期項目更換性能更優的監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，通過現場工況調研與工藝參數論證，所提供的激光拉曼在線氣體分析系統最終獲得企業技術認可，實現了強干擾下的氣化爐出口合成氣組分及熱值精準監測。

產品原型

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 。可同時對多種氣體進行全量程的在線和實時檢測。

產品特性

• 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， 實時對多個監測點的實時循環監測

• 智能化軟件設計，全觸屏界面， 數據直觀顯示， 可外接 PC 鍵盤

主要參數

項目實施

技術方案

我司為用戶提供的是具有自主知識產權的LRGA-6000激光拉曼光譜氣體分析儀，專為在線精準監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。該系統主要由預處理單元、控制單元與分析單元構成，核心優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，創新采用冷卻回流采樣結合蒸汽反吹技術，高效去除99%以上的粉塵與焦油；后續集成水洗、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。系統全程由PLC智能控制，實現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，數據通過RS-232/RS-485、4~20mA或網口傳輸至上級系統，為工藝優化與遠程監控即時提供高精度的數據支持。該系統以高度自動化的工況適應性和精準可靠的分析性能，有效滿足用戶現場復雜工業環境中氣體成分連續在線監測的嚴苛需求。

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測中長期面臨的痛點，其主要價值主要體現在以下幾點：

1、顯著降低運維負擔與成本

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

2、實現全面精準的多類氣體組分分析

系統具備同時對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）的監測空白，為工藝優化和資源精準回收提供全面、可靠的數據基礎。

3、創造顯著可量化的直接經濟效益

通過精準測量C3H6、C3H8等關鍵高熱值烯烴、烷烴類組分濃度，并據此優化回收效率，直接轉化為可觀的經濟收益。

如上圖所示，LRGA-6000的核心價值在于其精準測量驅動了工藝優化，直接提升了高熱值組分的回收利用率。同一時間點，傳統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。這一精準數據直接指導客戶優化了合成氣回收工藝，顯著提高了高熱值組分的回收效率。

該熱值差可明確轉化為發電收益：

據項目現場人員反饋，每日儀器測得熱值大多高于上圖數據，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，那么每日新增的發電量將是16,210 kWh/天，每日為企業增加收益超過12,000元，年收益將增加400萬元以上。

項目現場