背景概述
雙碳政策實施除外部壓力外其內在動力是碳交易，碳交易的科學合理則是碳交易市場能否健康發展的前提。據統計，工業是碳排放的重要領域，約占總排放量的70%。而目前卻沒有一種科學的手段將其進行管控，推算法的不準確十分明顯。
可靠、精準、先進的工業排放檢測技術可以為碳路徑碳排放科學計算方法、預測模型、定量化評價體系及碳達峰下大到各行業細化到各企業的碳指標、碳權重、碳路徑分析、未來定量碳目標、碳核算、碳交易、碳減排技術等技術體系提供理論依據。
技術現狀
基于缺少真實有效的的工業碳排放監測技術手段的現狀，國家于2021年在電力等行業選擇了22個試點單位，摸索真實有效的碳排放檢測方法。歸納起來，目前可選擇的工業碳排放檢測方法主要有以下幾種：
排放煙道氣樣抽采法是一種普遍采用的檢測方法，即在截面5米左右見方的煙道內多點抽采氣樣，然后在煙道外對氣樣進行檢測。此種方法不能真實反映煙道排放的二氧化碳濃度，偏差較大，并且不能做到在線監測。
排放煙道原位探測法較采樣法進步較多，開始采用激光技術。即把一根內置激光的探棒伸入煙道內，在線檢測二氧化碳濃度。由于排放時煙道震動較大，探棒不可能伸入煙道很多，所以雖是原位檢測，但仍不能真實反應煙道排放的二氧化碳的濃度。
排放煙道斜角式激光檢測法較前兩種檢測方法更可靠真實。能夠提供這種檢測方法的主要是國外如ABB、西門子等大公司。其工作方法式是檢測激光在截面5米左右見方的煙道一角斜穿過，可以直接讀取煙道部分二氧化碳排放的真實數據，但仍不能檢測到煙道排放的整體真實數據。
排放煙道貫穿式激光檢測法是目前國際上最先進也最真實可靠的煙道碳排放檢測方法。其工作方法是檢測激光從煙道一壁貫穿到另一壁，得到的是煙道二氧化碳排放的瞬間總濃度，在線監測可真實可靠的計算出二氧化碳實際排放量。但此種煙道二氧化碳排放量貫穿式檢測方法，不但要克服粉塵、水汽、震動等工況的影響，還必須具備超高水平的極弱光信號處理能力，開發難度極高。
解決方案
有組織排放監測方式-原位貫穿式激光氣體分析儀
對于電廠、垃圾處理廠等有組織排放的場景，可將原位貫穿式激光氣體分析儀安裝在煙道上，直接對煙道內部的氣體情況進行在線監測。發射裝置將激光發射出來穿過整個管道截面，再由對端的接收裝置接收檢測激光。這樣可以直接對二氧化碳情況進行檢測，無需進行采樣，避免采樣過程中造成的采樣誤差從而影響分析結果，能最真實的反應出管道內的氣體情況。可對甲烷、氧氣、乙烯、乙炔、一氧化碳、氨氣、氟化氫、氯化氫等氣體進行實時在線監測。
原位貫穿式激光氣體分析儀
原位貫穿式激光氣體分析儀工作示意圖
原位貫穿式激光氣體分析儀安裝方式
無組織排放監測方式-固定反射式激光氣體遙測儀
對于一些無組織排放CH4、CO2的油氣開采空曠區域、園區監測，可采用固定反射式激光氣體遙測儀。通過將區域設定的方式來實時監測固定面積內所產生的氣體濃度、排放時間，從而測算出區域內每平方米每天的排放數據。
重點區域監測-物聯網激光氣體泄漏監測儀
對于一些需點式監測的區域可采用物聯網激光氣體泄漏監測儀。物聯網激光氣體泄漏監測儀是采用激光吸收光譜氣體檢測技術(TDLAS)、低功耗技術、物聯網技術于一體的激光監測類產品。該系列產品可通過物聯網通訊傳輸到監控平臺，對封閉與半封閉空間內痕量氣體泄漏實現實時、快速、長距離、精準的監控。
溫室氣體監測
除了對排放進行監測，激光吸收光譜技術還可應用于大氣溫室氣體，如甲烷、二氧化碳監測。激光吸收光譜有很高的分辨率和重復性，可以對大氣中甲烷、二氧化碳等溫室氣體的長期痕量變化進行監測。
如需極高精度的溫室氣體監測，還可以采用衰蕩光譜技術，光程可達60km，分辨率能達到ppb級，可以完全替代picarro的溫室氣體監測設備。
典型案例
全國第四大垃圾發電廠——河南焦作垃圾發電廠
2022年8月瀚海研制的原位貫穿式激光氣體分析儀在全國第四大垃圾發電廠——河南焦作垃圾發電廠完成安裝運行，對碳排放和氨逃逸實現在線監測，測試數據遠優于同機運行的進口設備。本次現場實測在電廠的1號爐排放煙道上安裝了1臺用于實時監測二氧化碳濃度的煙道貫穿式激光檢測系統，在2號爐排放煙道上安裝了1臺用于實時監測氨逃逸濃度的煙道貫穿式激光檢測系統。整個煙道直徑為3米圓形。為了保證監測數據穩定性，選擇排放氣流比較穩定的32米高度位置安裝設備。
為了解決煙道震動和煙道壁變形可能導致的發射和接收長期運行后出現無法對準，同時解決煙氣內存在水蒸氣、粉塵影響檢測激光貫穿整個煙道，在煙道內部安裝了一個防塵、防水蒸氣、防震動、防變形的結構，以保證設備長期運行穩定性。
同時為了保證光學部件長期運行不受到煙道內水汽、粉塵污染，在光學窗口處利用電廠已有的儀表風對光學窗口定期進行吹掃。
監測結果在現場儀表上進行顯示，同時通過光纖傳輸到電廠內的監控系統中，實現與廠內生產系統對接。
監測過程從起爐階段開始到鍋爐平穩運行階段，通過數據觀察在起爐階段數據相對較低，二氧化碳濃度運行范圍在8600-9500ppm，氨氣濃度范圍在2.6-3.2ppm，當到平穩運行階段濃度略有上升，運行范圍在8900-10400ppm，在2.9-4.4ppm。
按環保要求安裝的ABB公司生產的抽氣采樣式CEMS系統的二氧化碳監測結果相比較，二氧化碳高出400-600ppm。
結果符合抽氣采樣式抽取的氣樣氣流在整個煙道邊緣流動時濃度較低，再經過采樣氣路存在氣體損失，從而導致濃度會偏低的情況。同時這一檢測結果證明二氧化碳由于存在吸附特性，抽氣采樣方法會帶來較大濃度損失的特征。
