四方儀器推出碳通量氣體檢測(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī)排放檢測(cè)及燃?xì)鉄嶂捣治龅葰怏w分析儀器

9月28日，中國(guó)人民銀行宣布為貫徹落實(shí)國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議關(guān)于支持經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展薄弱領(lǐng)域設(shè)備更新改造的決策部署，設(shè)立了2000億元以上設(shè)備更新改造專項(xiàng)再貸款，政策面向教育、實(shí)訓(xùn)基地、節(jié)能降碳改造升級(jí)、新型基礎(chǔ)設(shè)施等十個(gè)領(lǐng)域。

四方光電股份有限公司（688665.SH）旗下全資子公司四方光電（武漢）儀器有限公司（以下簡(jiǎn)稱“四方儀器”）是一家專業(yè)提供氣體成分及流量測(cè)量方案的高新技術(shù)企業(yè)，基于四方光電核心氣體傳感技術(shù)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)了系列非分光紅外（NDIR）、非分光紫外（NDUV）、紫外差分吸收光譜（UV-DOAS）、激光拉曼（LRD）、超聲波（Ultrasonic）、熱導(dǎo)（TCD）、光散射探測(cè)（LSD）等技術(shù)原理的氣體成分流量?jī)x器儀表，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、冶金、煤化工、生物質(zhì)能源等各個(gè)行業(yè)。

四方儀器針對(duì)國(guó)家政策以及當(dāng)前研究熱點(diǎn)問(wèn)題，選擇碳通量氣體檢測(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī)排放檢測(cè)及燃?xì)鉄嶂捣治鋈齻€(gè)重點(diǎn)方向，推薦以下行業(yè)解決方案。

一、碳通量氣體檢測(cè)解決方案

實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和是國(guó)家做出的重大戰(zhàn)略決策。通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以預(yù)測(cè)未來(lái)的氣候變化趨勢(shì)和評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)對(duì)全球變化的響應(yīng)與適應(yīng)特征，為“雙碳”目標(biāo)的達(dá)成提供參考數(shù)據(jù)，為現(xiàn)代地球系統(tǒng)科學(xué)、生態(tài)與環(huán)境科學(xué)關(guān)注的重大科學(xué)問(wèn)題提供研究依據(jù)。碳通量在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)主要包含土壤溫室氣體通量測(cè)量和大氣環(huán)境渦度協(xié)方差測(cè)量系統(tǒng)兩種方法。四方儀器依托氣體分析傳感器平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，分別開發(fā)了土壤碳通量分析儀與大氣環(huán)境渦度協(xié)方差測(cè)量系統(tǒng)。

（一）土壤碳通量分析儀

土壤生態(tài)系統(tǒng)中的碳元素主要是通過(guò)土壤呼吸來(lái)實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)，對(duì)土壤呼吸過(guò)程中CO2釋放量的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)是評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)中碳匯過(guò)程的關(guān)鍵。通量測(cè)定法是最為常用的測(cè)定方法，即直接測(cè)定土壤和大氣間的CO2交換量，也是評(píng)價(jià)土壤生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程的關(guān)鍵。國(guó)家正在積極推動(dòng)“雙碳”政策，碳監(jiān)測(cè)為碳計(jì)量提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。垃圾填埋場(chǎng)、污水處理廠和煤礦等區(qū)域的無(wú)組織碳排放是碳監(jiān)測(cè)的難點(diǎn)之一。

土壤碳通量分析儀利用非分光紅外氣體分析技術(shù)（NDIR）測(cè)量CO2濃度、可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS）測(cè)量CH4、N2O濃度。儀器外形小巧便攜，方便獲取多個(gè)不同點(diǎn)位的數(shù)據(jù)，完成不同空間與高度限值的測(cè)量要求，支持長(zhǎng)期、連續(xù)、準(zhǔn)確的測(cè)量。主要應(yīng)用于土壤碳通量監(jiān)測(cè)、森林碳通量監(jiān)測(cè)、溫室氣體排放監(jiān)測(cè)、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、城市污染氣體排放監(jiān)測(cè)、固定污染源排放監(jiān)測(cè)；高校關(guān)于環(huán)境科學(xué)、農(nóng)業(yè)學(xué)與林業(yè)學(xué)相關(guān)研究等。

（據(jù)測(cè)量場(chǎng)景不同可選配多款型號(hào)氣體測(cè)量室）

土壤碳通量分析儀技術(shù)參數(shù)

（二）大氣環(huán)境渦度協(xié)方差測(cè)量系統(tǒng)

渦度協(xié)方差（又稱渦動(dòng)相關(guān)法）技術(shù)是測(cè)量和計(jì)算大氣邊界層內(nèi)垂直湍流通量的重要大氣測(cè)量技術(shù)。大氣環(huán)境渦度協(xié)方差測(cè)量系統(tǒng)結(jié)合多款氣體分析儀與超聲風(fēng)速儀，模塊化設(shè)計(jì)，外形小巧，安裝靈活。相互無(wú)干擾，專為高空監(jiān)測(cè)而設(shè)計(jì)。

通過(guò)對(duì)微氣象中的三維風(fēng)速與氣體濃度進(jìn)行精確測(cè)量，完成對(duì)生態(tài)系統(tǒng)與大氣之前湍流交換的監(jiān)測(cè)，即時(shí)收集流動(dòng)畸變數(shù)據(jù)。適用于邊界層氣象研究、生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體含量監(jiān)測(cè)、野外大氣監(jiān)測(cè)、碳水循環(huán)研究、空氣通量研究、遙感數(shù)據(jù)驗(yàn)證等。

圖左：開路式（CO2/H2O）氣體分析儀

圖中：開路式（CH4）氣體分析儀

圖右：三維超聲風(fēng)速儀

大氣環(huán)境渦度協(xié)方差測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

二、發(fā)動(dòng)機(jī)排放檢測(cè)解決方案

內(nèi)燃機(jī)工業(yè)是我國(guó)重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是節(jié)能減排的重點(diǎn)領(lǐng)域。近年來(lái)，我國(guó)已經(jīng)頒布和實(shí)施了GB 18352.6-2016（輕型車國(guó)六）、GB 17691-2018（重型車國(guó)六）和GB 20891-2014的2020年修改單（非道路移動(dòng)機(jī)械國(guó)四）等移動(dòng)源新生產(chǎn)車排放法規(guī)以及GB 18285-2018（汽油車）、GB 3847-2018（柴油車）和GB 36886-2018（非道路移動(dòng)機(jī)械）等在用車排放法規(guī)。其中帶領(lǐng)內(nèi)燃機(jī)行業(yè)技術(shù)發(fā)展的是新生產(chǎn)車排放法規(guī)，該法規(guī)體系中要求的高精度發(fā)動(dòng)機(jī)排放檢測(cè)設(shè)備，主要包括全流稀釋排放測(cè)試系統(tǒng)和便攜式排放測(cè)試系統(tǒng)，目前都是主要依賴國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品。由于設(shè)備構(gòu)成十分復(fù)雜且涉及多項(xiàng)高精度測(cè)量技術(shù)，進(jìn)口設(shè)備往往十分昂貴，全流稀釋排放測(cè)試系統(tǒng)單套價(jià)格通常會(huì)達(dá)到數(shù)百萬(wàn)元甚至是千萬(wàn)元以上，便攜式排放測(cè)試系統(tǒng)單套價(jià)格也通常會(huì)達(dá)到百萬(wàn)元以上。進(jìn)口設(shè)備不僅價(jià)格貴，還存在供貨周期長(zhǎng)、使用成本高等問(wèn)題，顯然不能滿足我國(guó)作為內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)銷第一大國(guó)的實(shí)際需求。

四方儀器依托氣體成分流量?jī)x器儀表研發(fā)平臺(tái)基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合近20年發(fā)動(dòng)機(jī)排放分析儀研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，吸收國(guó)內(nèi)好的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)突破，戰(zhàn)略性加大投入，成功研發(fā)了全流稀釋排放測(cè)試系統(tǒng)、便攜式排放測(cè)試系統(tǒng)以及非常規(guī)氣體分析儀等全系列產(chǎn)品，具有技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、測(cè)量準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、兼容性強(qiáng)和高效服務(wù)等特點(diǎn)，可滿足科研機(jī)構(gòu)、制造企業(yè)和檢測(cè)機(jī)構(gòu)等國(guó)內(nèi)外用戶的各種應(yīng)用需求。

（一）全流稀釋排放測(cè)試系統(tǒng)

基于全流稀釋排放測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)工況排放測(cè)試是我國(guó)移動(dòng)源排放法規(guī)體系中被廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)方法，四方儀器針對(duì)性開發(fā)了Gasboard-9802發(fā)動(dòng)機(jī)排放全流稀釋定容采樣系統(tǒng)（CVS）及其配套的Gasboard-9801發(fā)動(dòng)機(jī)排放測(cè)試系統(tǒng)。Gasboard-9801發(fā)動(dòng)機(jī)排放測(cè)試系統(tǒng)結(jié)合高精度氫火焰離子化檢測(cè)技術(shù)（HFID）、紫外差分吸收光譜技術(shù)（UV-DOAS）、非分光紅外技術(shù)（NDIR）、長(zhǎng)壽命電化學(xué)傳感器技術(shù)（ECD）與凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)技術(shù)（CPC），同時(shí)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中THC、NOx、CO、CO2、O2等氣體體積濃度及顆粒物數(shù)量濃度，其超低量程同時(shí)具備準(zhǔn)確性高和響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，能很好的滿足排放法規(guī)技術(shù)要求以及實(shí)際應(yīng)用需求。Gasboard-9802發(fā)動(dòng)機(jī)排放全流稀釋定容采樣系統(tǒng)（CVS）具有功能齊全、準(zhǔn)確性高和自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，適用于輕型車、重型車和非道路移動(dòng)機(jī)械等各種移動(dòng)源國(guó)家排放法規(guī)，可滿足各種工況下不同排量和不同燃料類型內(nèi)燃機(jī)的法規(guī)排放測(cè)試試驗(yàn)需求。目前，四方儀器的全流稀釋排放測(cè)試系統(tǒng)設(shè)備已經(jīng)逐步成功應(yīng)用于科研機(jī)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)、輕型汽車制造企業(yè)、摩托車制造企業(yè)及相關(guān)檢測(cè)機(jī)構(gòu)等。

Gasboard-9801發(fā)動(dòng)機(jī)排放測(cè)試系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

應(yīng)用案例

1、武漢某高校醇?xì)浒l(fā)動(dòng)機(jī)排放測(cè)試研究項(xiàng)目

2、常州某大型發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)實(shí)驗(yàn)室排放氣體檢測(cè)項(xiàng)目

（二）便攜式排放測(cè)試系統(tǒng)

基于便攜式排放測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)際工況車載排放測(cè)試是一種更能反映移動(dòng)源真實(shí)排放水平的排放測(cè)試方法，已經(jīng)被我國(guó)輕型車、重型車和非道路移動(dòng)機(jī)械排放法規(guī)引入作為標(biāo)準(zhǔn)方法的重要補(bǔ)充，正在法規(guī)檢測(cè)和市場(chǎng)監(jiān)督抽查等應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。四方儀器針對(duì)性開發(fā)了符合法規(guī)要求的Gasboard-9805便攜式排放測(cè)試系統(tǒng)（PEMS）。該系統(tǒng)采用全自主的核心傳感器分析技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)排放物CO、CO2、NO、NO2、THC和PN濃度測(cè)量，以及排氣流量、GPS數(shù)據(jù)、環(huán)境溫濕度、大氣壓力的測(cè)量，并具備測(cè)試過(guò)程引導(dǎo)、自動(dòng)計(jì)算排放總量、導(dǎo)出測(cè)試報(bào)告等功能。依托自主搭建的排氣質(zhì)量流量標(biāo)定系統(tǒng)和顆粒物PN分析儀標(biāo)定系統(tǒng)等關(guān)鍵標(biāo)定平臺(tái)，為便攜式排放測(cè)試系統(tǒng)的溯源標(biāo)定和質(zhì)量檢驗(yàn)提供了保障。目前，四方儀器便攜式排放測(cè)試系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于科研機(jī)構(gòu)、機(jī)動(dòng)車和非道路移動(dòng)機(jī)械制造企業(yè)及相關(guān)檢測(cè)機(jī)構(gòu)等。

Gasboard-9805便攜式排放測(cè)試系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

應(yīng)用案例

1、浙江某大型農(nóng)用機(jī)械制造企業(yè)車載排放測(cè)試項(xiàng)目

（三）非常規(guī)氣體分析儀

發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中NH3和N2O等非常規(guī)氣體污染物排放已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)際研究熱點(diǎn)和排放法規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目。四方儀器分別采用高溫紫外差分吸收光譜技術(shù)（UV-DOAS）和可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS）成功開發(fā)了發(fā)動(dòng)機(jī)原排直采NH3分析儀和N2O分析儀，已應(yīng)用于新能源發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)工作。

NH3和N2O分析儀技術(shù)參數(shù)

（四）在用車排放檢測(cè)系統(tǒng)

四方儀器基于雙光束紅外（NDIR）、微流紅外（NDIR）、非分光紫外（UV-DOAS）等核心氣體傳感技術(shù)，自主研發(fā)了包括氣體傳感器平臺(tái)、尾氣分析儀、透射式煙度計(jì)、振動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表的在用車排放檢測(cè)整體解決方案。產(chǎn)品具有高精度、穩(wěn)定性好，抗干擾力強(qiáng)等特點(diǎn)，滿足： GB 18285-2018，GB 3847-2018，GB 7258-2017，GB 7258-2017，GB 20891-2014等國(guó)標(biāo)以及JJF 1375，JJG 688-2017，HJ 1014-2020等技術(shù)要求。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車檢測(cè)機(jī)構(gòu)、汽車制造廠、汽車修理廠、科研機(jī)構(gòu)、環(huán)保執(zhí)法部門等。

三、燃?xì)鉄嶂捣治鼋鉀Q方案

天然氣、沼氣以及工業(yè)生產(chǎn)中可燃?xì)怏w的高效利用對(duì)節(jié)能減排具有十分重要的意義。準(zhǔn)確測(cè)量可燃?xì)怏w成分及熱值并自動(dòng)優(yōu)化控制燃燒過(guò)程是提高燃燒效率和控制排放污染的重要途經(jīng)。天然氣等碳?xì)淙剂系臍怏w成分分析主要依賴氣相色譜法，但該方法的響應(yīng)時(shí)間達(dá)90s以上，往往不能滿足大多數(shù)場(chǎng)合的實(shí)時(shí)控制應(yīng)用需求。四方儀器在氣體分析傳感器平臺(tái)優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上吸收國(guó)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合國(guó)內(nèi)應(yīng)用需求，自主研發(fā)了以光譜吸收技術(shù)原理為主的一系列氣體成分及熱值在線測(cè)量設(shè)備，具有精度高、響應(yīng)快、功能齊全等特點(diǎn)，可滿足石油天然氣、沼氣、污水氣體系統(tǒng)、垃圾填埋、玻璃陶瓷、化工、電廠和內(nèi)燃機(jī)等領(lǐng)域應(yīng)用。

（一）激光拉曼光譜氣體分析儀

激光拉曼光譜法可以使用一個(gè)激光光源同時(shí)探測(cè)除惰性氣體之外的所有氣體分子，是一種非常有潛力的過(guò)程氣體成分在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。但激光拉曼光譜法的特征信號(hào)較弱，一定程度上限制了該技術(shù)在氣體檢測(cè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

2012年四方光電牽頭承擔(dān) “激光拉曼光譜氣體分析儀的研發(fā)與應(yīng)用”國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)，解決了檢測(cè)信號(hào)弱等諸多難題，成功開發(fā)了LRGA-6000激光拉曼光譜氣體分析儀。設(shè)備融合10項(xiàng)授權(quán)發(fā)明專利，通過(guò)對(duì)儀器的發(fā)生裝置、收集裝置、探測(cè)裝置等核心硬件進(jìn)行激光功率增加、氣體壓力提高、作用光程增長(zhǎng)、散射光大范圍收集等技術(shù)創(chuàng)新，以及采用基于Ar基底自動(dòng)扣除、基于標(biāo)定氣體干擾自動(dòng)修正等激光拉曼*的軟件算法，消除環(huán)境溫度、壓力、干擾氣體等對(duì)被測(cè)氣體的影響，實(shí)現(xiàn)了對(duì)低密度過(guò)程氣體的高精度監(jiān)測(cè)，已廣泛應(yīng)用于天然氣、乙烯裂解氣、生物質(zhì)燃?xì)狻⒆儔浩饔腿芙鈿?、煤化工等各大領(lǐng)域。

在熱值監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，激光拉曼光譜技術(shù)具有突出優(yōu)勢(shì)。以往舊式熱值儀往往只能監(jiān)測(cè)總碳?xì)浠衔锏臒嶂悼偭壳乙资芩钟绊?，而四方儀器激光拉曼光譜氣體分析儀可以分別監(jiān)測(cè)顯示各組分熱值，采用的特征指紋譜技術(shù)具有很強(qiáng)的抗干擾力。在氣體監(jiān)測(cè)領(lǐng)域可取代氣相色譜（GC）與質(zhì)譜（MS）：

LRGA-6000激光拉曼光譜氣體分析儀技術(shù)參數(shù)

LRGA-3100激光拉曼光譜氣體分析儀技術(shù)參數(shù)

應(yīng)用案例

1、武漢某大型軋鋼廠加熱爐熱值監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

2、非洲某大型天然氣開采監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

（二）煤氣分析儀（便攜型）

四方儀器煤氣分析儀可同時(shí)監(jiān)測(cè)8種氣體濃度并自動(dòng)計(jì)算顯示煤氣/天然氣熱值，且多組分同時(shí)測(cè)量無(wú)交叉干擾。據(jù)以往用戶使用案例的監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)來(lái)看，四方儀器煤氣分析儀在熱值監(jiān)測(cè)方面平均為用戶節(jié)省約10%的燃燒熱能，此數(shù)據(jù)反應(yīng)到龐大的工業(yè)產(chǎn)量基數(shù)上，為用戶企業(yè)節(jié)省了十分可觀的燃料成本。

四方儀器紅外氣體分析技術(shù)包含公司授權(quán)專利12項(xiàng)。其中消除交叉氣體干擾技術(shù)集成非分光紅外氣體傳感器（針對(duì)CO、CO2、CH4和CnHm檢測(cè)）、熱導(dǎo)H2傳感器以及電化學(xué)O2傳感器，并通過(guò)軟件進(jìn)行修正得到準(zhǔn)確的八組分濃度數(shù)據(jù)并計(jì)算熱值?；谠摷夹g(shù)開發(fā)的煤氣分析儀能夠與昂貴的在線氣相色譜儀作用相當(dāng)，省卻了載氣等長(zhǎng)期耗材，并具備熱值分析功能。主要應(yīng)用于煤化工、鋼鐵冶金等領(lǐng)域的煤氣成分及熱值測(cè)量、高校科研院所的氣體取樣分析以及新能源行業(yè)的氣體成分測(cè)量等。

Gasboard-3100P煤氣分析儀技術(shù)參數(shù)

應(yīng)用案例

1、撫順某石油化工研究院生物質(zhì)原料熱解實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)項(xiàng)目

（三）便攜紅外天然氣熱值分析儀

天然氣作為一種新型清潔燃料也是一種混合氣體，不同氣源生產(chǎn)的天然氣組分會(huì)有所不同，在天然氣用作燃料時(shí)，因組分不同導(dǎo)致其熱值出現(xiàn)差異。目前無(wú)論是工業(yè)還是民用，都對(duì)天然氣具有依賴性。對(duì)燃燒過(guò)程中氣體濃度及熱值的連續(xù)監(jiān)測(cè)，可精確了解天然氣的燃燒效率，對(duì)于降低企業(yè)生產(chǎn)成本、改善大氣環(huán)境、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等具有積極作用。

四方儀器便攜式紅外天然氣熱值分析儀可同時(shí)測(cè)量多種氣體濃度，并自動(dòng)計(jì)算天然氣熱值，可取代燃燒法熱值儀。相較于適用于高校與職業(yè)院校教學(xué)科研/實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、燃?xì)饩呱a(chǎn)企業(yè)、燃?xì)庥?jì)量檢測(cè)部門、節(jié)能監(jiān)測(cè)部門、環(huán)保和配氣等行業(yè)、天然氣公司、液化氣廠、液化氣站等。

Gasboard-3110P便攜式紅外天然氣熱值分析儀技術(shù)參數(shù)