紅外沼氣分析儀在我國沼氣工程中的應用

  “十二五”期間，國家發展改革委會(hui) 同農(nong) 業(ye) 部累計安排中央預算內(nei) 投資 142 億(yi) 元用於(yu) 農(nong) 村沼氣建設，並不斷優(you) 化投資結構。根據農(nong) 村沼氣發展麵臨(lin) 的新形勢，日前國家發改委調整中央投資方向，發布了《全國農(nong) 村沼氣發展“十三五”規劃》，並提出到2020年國家沼氣總產(chan) 量要達到207億(yi) 立方米，其中重點用於(yu) 支持規模化大型沼氣工程和生物天然氣工程試點項目建設，這兩(liang) 項工程總投資超過了“十三五”農(nong) 村沼氣工程總投資的60%，農(nong) 村沼氣也邁出了轉型升級的新步伐。截至目前，我國沼氣總產(chan) 量158億(yi) 立方米，這意味著未來5年內(nei) ，我國沼氣總產(chan) 量將再增31.1%，中國沼氣事業(ye) 將迎來快速發展的新時期。

一、我國沼氣工程管理存在的主要問題

在我國沼氣事業(ye) 快速發展的同時，我國沼氣工程規模正逐步由過去分散經營戶用沼氣為(wei) 主向集中管理大中型沼氣工程為(wei) 主的新格局轉變。回顧過去，農(nong) 村沼氣的發展可以用“成績巨大，問題不少”來概括，究其原因，在於(yu) 我國沼氣工程存在著明顯的技術障礙和不確定性，一些戶用沼氣業(ye) 主疏於(yu) 對工藝過程的管理，導致產(chan) 氣率不高，大部分戶用沼氣工程閑置；不少企業(ye) 建設的大中型沼氣工程普遍存在工藝簡單粗放、運行管理不規範、設備製造及配套不完善等問題，使得大中型沼氣工程無法實現資源化利用的效益zui大化，從(cong) 而製約著我國大中型沼氣工程的發展。因此，不管是戶用小型沼氣工程還是大中型沼氣工程，要保證沼氣工程的運行，就必須以沼氣工程監測技術作為(wei) 支撐，根據沼氣成分檢測數據，確切掌握沼氣工程運行狀況，以優(you) 化沼氣生產(chan) 工藝，提高產(chan) 氣率。

二、紅外沼氣分析儀(yi) 在各領域中的應用

目前，上檢測沼氣成分的方法主要有五種：奧氏氣體(ti) 分析法、熱催化燃燒檢測法、熱導元件檢測法、氣相色譜GC檢測法、紅外氣體(ti) 分析法，五種沼氣成分檢測方法對比如下表。其中紅外氣體(ti) 分析法相較於(yu) 奧氏、熱催化燃燒、熱導元件、氣相色譜GC檢測方法，具有響應時間快、靈敏度高、使用壽命長、儀(yi) 器操作方便等優(you) 勢，是目前zui有效且廣泛應用的沼氣成分檢測方法。

伴隨著我國沼氣事業(ye) 的蓬勃發展，基於(yu) 紅外氣體(ti) 分析法的紅外沼氣分析儀(yi) 在我國各個(ge) 沼氣工程領域發揮著重要的作用。

1.厭氧發酵

厭氧發酵是一個(ge) 複雜的過程，預處理、接種比例、總固體(ti) 濃度、原料、溫度和外源添加物等因素都對厭氧發酵有顯著影響。因此，除了要根據發酵原料選擇適宜的工藝類型外，采用紅外沼氣分析儀(yi) 監測沼氣成分以掌握產(chan) 氣效果，根據產(chan) 氣效果掌握發酵運行情況以調整厭氧發酵沼氣生產(chan) 工藝，也是保障沼氣工程運行的重要手段。

2.沼氣提純

沼氣的主要成分是甲烷和二氧化碳，此外，還含有微量的氫氣、硫化氫等。沼氣並入天然氣網，或用於(yu) 車用燃料、發電、燃料電池等，一般都對其各組分有著嚴(yan) 格的要求。例如，沼氣中通常含有60%以上的甲烷，而汽車天然氣甲烷含量須在90%以上。因此，需要通過采用變壓吸附(PSA)、水洗、碳酸丙烯酯和堿溶液吸收等物理和化學方法，對沼氣去雜純化，使之成為(wei) 甲烷含量高、熱值和雜質氣等條件符合天然氣標準要求的高品質生物天然氣。沼氣經提純成為(wei) 生物天然氣，既可替代汽油，也可替代現有的CNG作為(wei) 車用燃料。使用紅外沼氣分析儀(yi) 監測提純沼氣的甲烷與(yu) 硫化氫含量，掌握甲烷回收率、脫硫效率等關(guan) 鍵數據，業(ye) 主可據此進行厭氧發酵、提純過程的工藝優(you) 化，以提高沼氣熱值和生物天然氣工程的經濟效益。

3.熱電聯產(chan)

在熱電聯產(chan) 項目中，沼氣驅動的燃氣發動機，通常要求沼氣預處理係統的硫化氫去除能力達到99.9%，因此需要進行沼氣質量檢驗。采用紅外沼氣分析儀(yi) 對沼氣硫化氫含量進行持續監測以保證燃料條件達到要求，從(cong) 而保護發電機不會(hui) 因為(wei) 出現損壞和非計劃停用而造成巨大的經濟損失，並且能夠幫助業(ye) 主對內(nei) 部再循環率和預處理水平進行調整，起到優(you) 化燃燒的作用。

三、紅外沼氣分析儀(yi) 在我國沼氣工程應用中的問題

1.技術依賴進口，價(jia) 格昂貴

早在20世紀70年代，國外就開始了紅外氣體(ti) 分析技術的研究，而我國研究起步相對較晚，始於(yu) 80年代。其中比較先進的國家以德國、美國、日本為(wei) 主，他們(men) 以銷售或合資的方式打入中國市場，從(cong) 儀(yi) 表結構、自動化程度、技術性能來看，均比我國自主研發的產(chan) 品有優(you) 勢，因此國內(nei) 使用的核心紅外氣體(ti) 分析技術大部分依賴進口，但對國內(nei) 企業(ye) 而言，國外進口紅外沼氣分析儀(yi) 價(jia) 格昂貴，且進口儀(yi) 器維修流程複雜、維護困難，這無疑增加國內(nei) 企業(ye) 的生產(chan) 運營成本。為(wei) 了扭轉國產(chan) 分析儀(yi) 器無法與(yu) 進口儀(yi) 器相抗衡的技術逆差，國內(nei) 研究學者對紅外氣體(ti) 分析技術進行了深入了研究。

1990年，上海交大應用物理采用國產(chan) 元件組件了一套檢測大氣甲烷濃度的實驗裝置。檢測靈敏度約7000ppm，是甲烷氣體(ti) 大氣zui低爆炸極限的13%。

1996年，山西礦院對現有紅外米兰高赔竞猜足球光路結構的探討，設計了適用於(yu) 井下的光學係統，並改進了斬波技術，信號處理采用以單片機為(wei) 核心的軟件處理技術。同年，合肥煤炭科學研究院對法國LEL-5610防爆型紅外二氧化碳檢測儀(yi) 進行了分析，並提出了幾種國產(chan) 化方案。

2004年，由武漢四方光電科技有限公司所承擔的研究項目——非分光紅外(NDIR)米兰高赔竞猜足球技術研究方麵，取得了新進展，這一研究結果使得我國紅外米兰高赔竞猜足球關(guan) 鍵技術研製達到了同類產(chan) 品的先進水平，也打破了我國紅外氣體(ti) 分析技術長期依賴進口的局限。隨著微機、通訊技術的發展，國產(chan) 紅外米兰高赔竞猜足球研製所需的器材成本得以下降，從(cong) 而使得國產(chan) 紅外沼氣分析儀(yi) 的生產(chan) 成本遠遠低於(yu) 進口產(chan) 品。同時紅外沼氣分析儀(yi) 的研製由於(yu) 技術、材料、工藝領域的發展得到了技術革新的可靠保障，如交叉幹擾誤差消除、在線監測、自動調零、線性輸出等都已成為(wei) 現實。

如四方光電子公司-銳意自控自主生產(chan) 研發的在線紅外沼氣分析儀(yi) Gasboard-3200，基於(yu) 紅外氣體(ti) 分析技術與(yu) 長壽命電化學技術，可同時測量沼氣中甲烷、二氧化碳、硫化氫、氧氣等多組分氣體(ti) 的體(ti) 積濃度，且多組分氣體(ti) 間不交叉幹擾；采用兩(liang) 點標定方法，進氣口先後通入高純N2以及與(yu) 待標氣體(ti) 對應的標準氣體(ti) ，可分別對儀(yi) 器進行零點與(yu) 終點標定，以減小零點漂移，相應減小量程漂移；監測數據可通過RS-485與(yu) RS-232模擬輸出接口傳(chuan) 輸至中控室，無需人工值守便可實時在線監測。該在線紅外沼氣分析儀(yi) 已廣泛應用於(yu) 厭氧發酵、垃圾填埋、汙水處理等領域沼氣成分的實時在線監測。

2.儀(yi) 器結構複雜，維護困難

繼2004年之後，我國對紅外米兰高赔竞猜足球關(guan) 鍵技術的研製雖然基本追平了同類產(chan) 品水平，且紅外氣體(ti) 分析儀(yi) 在研製與(yu) 生產(chan) 成本上具有較大優(you) 勢，但與(yu) 先進技術相比，國產(chan) 紅外米兰高赔竞猜足球結構複雜、體(ti) 積較大，同時還缺少小型化、減量化的紅外氣體(ti) 分析設備來滿足國內(nei) 市場需求與(yu) 替代進口產(chan) 品，進口紅外氣體(ti) 分析儀(yi) 在國內(nei) 市場仍占據著主導地位，所以對國產(chan) 紅外米兰高赔竞猜足球檢測係統模塊化的研究以實現國產(chan) 儀(yi) 器的減量化具有深刻意義(yi) 。

四方光電作為(wei) 大的紅外米兰高赔竞猜足球的生廠商，一直致力於(yu) 傳(chuan) 感器檢測係統的創新研製，2016年公司研發團隊整合紅外米兰高赔竞猜足球檢測係統，實現了紅外米兰高赔竞猜足球的模塊化升級，其特點如下：

①　傳(chuan) 感器模塊與(yu) 分析儀(yi) 器的其他設備相分離，更換快捷，儀(yi) 器維護方便。

②　一個(ge) 組分對應一個(ge) 傳(chuan) 感器模塊，可根據用戶需求快速組裝適合的氣體(ti) 分析儀(yi) 器。

③　傳(chuan) 感器模塊具備遠程自診斷功能，可自動檢查傳(chuan) 感器信號，工作人員可通過儀(yi) 器診斷界麵或物聯網係統查看傳(chuan) 感器信號是否異常，以做出相應的解決(jue) 方案，有效解決(jue) 技術人員操作不規範或流動造成的儀(yi) 器維護困難等問題，大大省卻人工運維成本。

基於(yu) 母公司紅外米兰高赔竞猜足球模塊化設計理念，同年銳意自控成功研製出了一款新型便攜式紅外沼氣分析儀(yi) Gasboard-3200Plus，實現了國產(chan) 紅外沼氣分析儀(yi) 的減量化生產(chan) ，該沼氣分析儀(yi) 采用紅外氣體(ti) 分析技術及長壽命電化學技術，可同時測量沼氣成分中的甲烷、二氧化碳、硫化氫與(yu) 氧氣等氣體(ti) 含量，在延續上一代產(chan) 品高精度、無耗材等優(you) 勢的同時，儀(yi) 器體(ti) 積更小、質量更輕、攜帶更方便、儀(yi) 器維護更便捷，彌補了傳(chuan) 統沼氣分析儀(yi) 設備不易攜帶、維修困難等不足。可廣泛應用於(yu) 厭氧發酵、垃圾填埋、汙水處理、科研院校實驗室氣囊取樣等領域沼氣成分可靠準確的測量。

便攜紅外沼氣分析儀(yi) Gasboard-3200Plus的現場檢測

除此之外，銳意自控已將模塊化傳(chuan) 感器應用在公司所有的氣體(ti) 分析儀(yi) 器上，除便攜紅外沼氣分析儀(yi) 外，其在線紅外沼氣分析儀(yi) 、沼氣分析係統、沼氣工程物聯網等核心傳(chuan) 感器部件均采用模塊化設計，有效的解決(jue) 了傳(chuan) 統紅外氣體(ti) 分析儀(yi) 器結構複雜、維修困難等問題。

四、國產(chan) 紅外沼氣分析儀(yi) 的應用實例

1.沼氣分析係統

湖北省某農(nong) 業(ye) 專(zhuan) 業(ye) 合作社投資480萬(wan) 興(xing) 建了總規模6000立方米的大型沼氣工程項目，為(wei) 了實現對該項目沼氣提純效果與(yu) 產(chan) 氣效果的實時在線監測，合作社采用了一體(ti) 化銳意自控沼氣分析係統Gasboard-9060，沼氣分析係統置於(yu) 項目提純係統之後用來檢測甲烷、二氧化碳、硫化氫等組分含量，其氣體(ti) 分析單則是采用在線紅外沼氣分析儀(yi) Gasboard-3200，主要用來檢測沼氣中甲烷、二氧化碳、硫化氫含量，工作人員則根據甲烷、二氧化碳、硫化氫的實時監測數據查看沼氣脫碳、脫硫效果，以調整沼氣提純工藝，實現提純效果的*化，從(cong) 而提高沼氣適應性與(yu) 熱值。

項目現場

一體(ti) 化沼氣分析係統Gasboard-9060現場檢測

據了解，該沼氣項目的投入使用，滿足了全村360戶農(nong) 民的生活用氣，以及1.2萬(wan) 畝(mu) 稻鰍共生係統有機肥需求，每年為(wei) 該村農(nong) 業(ye) 生產(chan) 減少化肥使用量500噸，節約資金130萬(wan) 元，同時還提高了水稻產(chan) 品質量，為(wei) 打造有機富硒大米，富硒鰍魚奠定了良好的基礎，為(wei) 97戶扶貧對象提高了產(chan) 業(ye) 幫扶脫貧支撐，也為(wei) 全省解決(jue) 畜禽養(yang) 殖汙染，農(nong) 業(ye) 廢棄物資源化綜合利用，發展生態循環有機農(nong) 業(ye) 起到了典型示範作用。

2.沼氣工程物聯網

為(wei) 建設農(nong) 村生態文明、轉變農(nong) 業(ye) 發展方式，在農(nong) 能辦的帶動下，湖南省某公司在水庫旁建設了一個(ge) 大型農(nong) 村循環生態農(nong) 業(ye) 示範基地，並以種豬養(yang) 殖場的水泡糞與(yu) 生態園農(nong) 作物秸稈為(wei) 發酵原料修建了大中型沼氣工程項目。該項目主體(ti) 建築為(wei) 800立方米厭氧發酵罐、1000立方儲(chu) 氣罐、微曝氣池、厭氧生化池、發電室與(yu) 集中控製室等。

項目現場

為(wei) 了實現對沼氣提純效果的監測以及沼氣的綜合利用，該項目業(ye) 主采用了銳意自控大中型沼氣工程監測方案Gasboard-9230，對沼氣成分、沼氣流量等數據進行實時在線監測，並通過物聯網係統對整個(ge) 沼氣工程進行遠程監測。該方案包括一體(ti) 化沼氣分析係統Gasboard-9060、超聲波沼氣流量計BF-3000（DN50）及沼氣工程標準控製箱Gasboard-9065。Gasboard-9060置於(yu) 提純係統之後，用來檢測甲烷、二氧化碳、硫化氫等組分含量；BF-3000同樣置於(yu) 提純係統之後，用來計量日產(chan) 沼氣量，測量沼氣溫度、壓力，為(wei) 後續厭氧發酵工藝的優(you) 化與(yu) 沼氣的綜合利用提供可靠的數據參考。Gasboard-9065則用來讀取、顯示兩(liang) 個(ge) 設備的監測數據並將數據傳(chuan) 輸至沼氣工程物聯網係統，以便業(ye) 主隨時查看。

大中型沼氣工程監測方案Gasboard-9230檢測現場

超聲波沼氣流量計BF-3000檢測現場

其中，沼氣分析係統Gasboard-9060的核心傳(chuan) 感器部件采用模塊化設計，拆卸維護更方便；同時傳(chuan) 感器模塊具備遠程診斷功能，業(ye) 主無需對儀(yi) 器進行拆卸檢查，可直接通過物聯網係統查看傳(chuan) 感器運行狀態，如傳(chuan) 感器發生故障可及時產(chan) 品售後處理，儀(yi) 器維修方便快捷，極大的減輕了人工負荷，降低了運維成本。

五、結語

在諸多利好政策的支持下，我國沼氣事業(ye) 迎來了蓬勃發展新時期，農(nong) 村沼氣轉型升級也拉開了序幕，在新的形勢下，沼氣工程科學化、專(zhuan) 業(ye) 化大勢所趨，因此沼氣產(chan) 業(ye) 要實現可持續發展，就必須加強沼氣工程的過程監管。而以國產(chan) 紅外米兰高赔竞猜足球技術為(wei) 核心的紅外沼氣成分監測設備不僅(jin) 在保證沼氣工程運行、提升生物天然氣經濟效益上發揮著重要作用，也將以其明顯的成本優(you) 勢逐漸取代進口產(chan) 品成為(wei) 助力我國沼氣事業(ye) 發展的積極力量。

（來源：沼氣圈）