四方儀器推出碳通量氣體檢測、發動機排放檢測及燃氣熱值分析等氣體分析儀器

9月28日，中國人民銀行宣布為貫徹落實國務院常務會議關于支持經濟社會發展薄弱領域設備更新改造的決策部署，設立了2000億元以上設備更新改造專項再貸款，政策面向教育、實訓基地、節能降碳改造升級、新型基礎設施等十個領域。

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（以下簡稱“四方儀器”）是一家專業提供氣體成分及流量測量方案的高新技術企業，基于四方光電核心氣體傳感技術平臺的優勢，開發了系列非分光紅外（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（TCD）、光散射探測（LSD）等技術原理的氣體成分流量儀器儀表，產品廣泛應用于環境監測、冶金、煤化工、生物質能源等各個行業。

四方儀器針對國家政策以及當前研究熱點問題，選擇碳通量氣體檢測、發動機排放檢測及燃氣熱值分析三個重點方向，推薦以下行業解決方案。

一、碳通量氣體檢測解決方案

實現碳達峰碳中和是國家做出的重大戰略決策。通過監測數據可以預測未來的氣候變化趨勢和評價生態系統碳循環對全球變化的響應與適應特征，為“雙碳”目標的達成提供參考數據，為現代地球系統科學、生態與環境科學關注的重大科學問題提供研究依據。碳通量在線監測網絡主要包含土壤溫室氣體通量測量和大氣環境渦度協方差測量系統兩種方法。四方儀器依托氣體分析傳感器平臺優勢，分別開發了土壤碳通量分析儀與大氣環境渦度協方差測量系統。

（一）土壤碳通量分析儀

土壤生態系統中的碳元素主要是通過土壤呼吸來實現碳循環，對土壤呼吸過程中CO2釋放量的準確監測是評價生態系統中碳匯過程的關鍵。通量測定法是最為常用的測定方法，即直接測定土壤和大氣間的CO2交換量，也是評價土壤生態系統碳循環過程的關鍵。國家正在積極推動“雙碳”政策，碳監測為碳計量提供準確的基礎數據。垃圾填埋場、污水處理廠和煤礦等區域的無組織碳排放是碳監測的難點之一。

土壤碳通量分析儀利用非分光紅外氣體分析技術（NDIR）測量CO2濃度、可調諧半導體激光吸收光譜技術（TDLAS）測量CH4、N2O濃度。儀器外形小巧便攜，方便獲取多個不同點位的數據，完成不同空間與高度限值的測量要求，支持長期、連續、準確的測量。主要應用于土壤碳通量監測、森林碳通量監測、溫室氣體排放監測、空氣質量監測、城市污染氣體排放監測、固定污染源排放監測；高校關于環境科學、農業學與林業學相關研究等。

（據測量場景不同可選配多款型號氣體測量室）

土壤碳通量分析儀技術參數

（二）大氣環境渦度協方差測量系統

渦度協方差（又稱渦動相關法）技術是測量和計算大氣邊界層內垂直湍流通量的重要大氣測量技術。大氣環境渦度協方差測量系統結合多款氣體分析儀與超聲風速儀，模塊化設計，外形小巧，安裝靈活。相互無干擾，專為高空監測而設計。

通過對微氣象中的三維風速與氣體濃度進行精確測量，完成對生態系統與大氣之前湍流交換的監測，即時收集流動畸變數據。適用于邊界層氣象研究、生態系統溫室氣體含量監測、野外大氣監測、碳水循環研究、空氣通量研究、遙感數據驗證等。

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：三維超聲風速儀

大氣環境渦度協方差測量系統技術參數

二、發動機排放檢測解決方案

內燃機工業是我國重要基礎產業，也是節能減排的重點領域。近年來，我國已經頒布和實施了GB 18352.6-2016（輕型車國六）、GB 17691-2018（重型車國六）和GB 20891-2014的2020年修改單（非道路移動機械國四）等移動源新生產車排放法規以及GB 18285-2018（汽油車）、GB 3847-2018（柴油車）和GB 36886-2018（非道路移動機械）等在用車排放法規。其中帶領內燃機行業技術發展的是新生產車排放法規，該法規體系中要求的高精度發動機排放檢測設備，主要包括全流稀釋排放測試系統和便攜式排放測試系統，目前都是主要依賴國外進口產品。由于設備構成十分復雜且涉及多項高精度測量技術，進口設備往往十分昂貴，全流稀釋排放測試系統單套價格通常會達到數百萬元甚至是千萬元以上，便攜式排放測試系統單套價格也通常會達到百萬元以上。進口設備不僅價格貴，還存在供貨周期長、使用成本高等問題，顯然不能滿足我國作為內燃機產銷第一大國的實際需求。

四方儀器依托氣體成分流量儀器儀表研發平臺基礎優勢，結合近20年發動機排放分析儀研發經驗，吸收國內好的應用經驗，對關鍵技術進行攻關突破，戰略性加大投入，成功研發了全流稀釋排放測試系統、便攜式排放測試系統以及非常規氣體分析儀等全系列產品，具有技術先進、功能齊全、測量準確、性能穩定、兼容性強和高效服務等特點，可滿足科研機構、制造企業和檢測機構等國內外用戶的各種應用需求。

（一）全流稀釋排放測試系統

基于全流稀釋排放測試系統的實驗室標準工況排放測試是我國移動源排放法規體系中被廣泛采用的標準方法，四方儀器針對性開發了Gasboard-9802發動機排放全流稀釋定容采樣系統（CVS）及其配套的Gasboard-9801發動機排放測試系統。Gasboard-9801發動機排放測試系統結合高精度氫火焰離子化檢測技術（HFID）、紫外差分吸收光譜技術（UV-DOAS）、非分光紅外技術（NDIR）、長壽命電化學傳感器技術（ECD）與凝結核粒子計數技術（CPC），同時測量發動機排氣中THC、NOx、CO、CO2、O2等氣體體積濃度及顆粒物數量濃度，其超低量程同時具備準確性高和響應速度快的特點，能很好的滿足排放法規技術要求以及實際應用需求。Gasboard-9802發動機排放全流稀釋定容采樣系統（CVS）具有功能齊全、準確性高和自動化程度高等特點，適用于輕型車、重型車和非道路移動機械等各種移動源國家排放法規，可滿足各種工況下不同排量和不同燃料類型內燃機的法規排放測試試驗需求。目前，四方儀器的全流稀釋排放測試系統設備已經逐步成功應用于科研機構、發動機制造企業、輕型汽車制造企業、摩托車制造企業及相關檢測機構等。

Gasboard-9801發動機排放測試系統技術參數

應用案例

1、武漢某高校醇氫發動機排放測試研究項目

2、常州某大型發動機制造企業實驗室排放氣體檢測項目

（二）便攜式排放測試系統

基于便攜式排放測試系統的實際工況車載排放測試是一種更能反映移動源真實排放水平的排放測試方法，已經被我國輕型車、重型車和非道路移動機械排放法規引入作為標準方法的重要補充，正在法規檢測和市場監督抽查等應用場景中發揮越來越重要的作用。四方儀器針對性開發了符合法規要求的Gasboard-9805便攜式排放測試系統（PEMS）。該系統采用全自主的核心傳感器分析技術，可實現排放物CO、CO2、NO、NO2、THC和PN濃度測量，以及排氣流量、GPS數據、環境溫濕度、大氣壓力的測量，并具備測試過程引導、自動計算排放總量、導出測試報告等功能。依托自主搭建的排氣質量流量標定系統和顆粒物PN分析儀標定系統等關鍵標定平臺，為便攜式排放測試系統的溯源標定和質量檢驗提供了保障。目前，四方儀器便攜式排放測試系統已經成功應用于科研機構、機動車和非道路移動機械制造企業及相關檢測機構等。

Gasboard-9805便攜式排放測試系統技術參數

應用案例

1、浙江某大型農用機械制造企業車載排放測試項目

（三）非常規氣體分析儀

發動機尾氣中NH3和N2O等非常規氣體污染物排放已經成為當前國際研究熱點和排放法規檢測項目。四方儀器分別采用高溫紫外差分吸收光譜技術（UV-DOAS）和可調諧半導體激光吸收光譜技術（TDLAS）成功開發了發動機原排直采NH3分析儀和N2O分析儀，已應用于新能源發動機研發工作。

NH3和N2O分析儀技術參數

（四）在用車排放檢測系統

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，自主研發了包括氣體傳感器平臺、尾氣分析儀、透射式煙度計、振動式發動機轉速表的在用車排放檢測整體解決方案。產品具有高精度、穩定性好，抗干擾力強等特點，滿足： GB 18285-2018，GB 3847-2018，GB 7258-2017，GB 7258-2017，GB 20891-2014等國標以及JJF 1375，JJG 688-2017，HJ 1014-2020等技術要求。產品廣泛應用于機動車檢測機構、汽車制造廠、汽車修理廠、科研機構、環保執法部門等。

三、燃氣熱值分析解決方案

天然氣、沼氣以及工業生產中可燃氣體的高效利用對節能減排具有十分重要的意義。準確測量可燃氣體成分及熱值并自動優化控制燃燒過程是提高燃燒效率和控制排放污染的重要途經。天然氣等碳氫燃料的氣體成分分析主要依賴氣相色譜法，但該方法的響應時間達90s以上，往往不能滿足大多數場合的實時控制應用需求。四方儀器在氣體分析傳感器平臺優勢基礎上吸收國際產品設計理念和應用經驗，并結合國內應用需求，自主研發了以光譜吸收技術原理為主的一系列氣體成分及熱值在線測量設備，具有精度高、響應快、功能齊全等特點，可滿足石油天然氣、沼氣、污水氣體系統、垃圾填埋、玻璃陶瓷、化工、電廠和內燃機等領域應用。

（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激光光源同時探測除惰性氣體之外的所有氣體分子，是一種非常有潛力的過程氣體成分在線監測技術。但激光拉曼光譜法的特征信號較弱，一定程度上限制了該技術在氣體檢測領域的廣泛應用。

2012年四方光電牽頭承擔 “激光拉曼光譜氣體分析儀的研發與應用”國家重大科學儀器設備開發專項，解決了檢測信號弱等諸多難題，成功開發了LRGA-6000激光拉曼光譜氣體分析儀。設備融合10項授權發明專利，通過對儀器的發生裝置、收集裝置、探測裝置等核心硬件進行激光功率增加、氣體壓力提高、作用光程增長、散射光大范圍收集等技術創新，以及采用基于Ar基底自動扣除、基于標定氣體干擾自動修正等激光拉曼*的軟件算法，消除環境溫度、壓力、干擾氣體等對被測氣體的影響，實現了對低密度過程氣體的高精度監測，已廣泛應用于天然氣、乙烯裂解氣、生物質燃氣、變壓器油溶解氣、煤化工等各大領域。

在熱值監測領域，激光拉曼光譜技術具有突出優勢。以往舊式熱值儀往往只能監測總碳氫化合物的熱值總量且易受水分影響，而四方儀器激光拉曼光譜氣體分析儀可以分別監測顯示各組分熱值，采用的特征指紋譜技術具有很強的抗干擾力。在氣體監測領域可取代氣相色譜（GC）與質譜（MS）：

LRGA-6000激光拉曼光譜氣體分析儀技術參數

LRGA-3100激光拉曼光譜氣體分析儀技術參數

應用案例

1、武漢某大型軋鋼廠加熱爐熱值監測項目

2、非洲某大型天然氣開采監測項目

（二）煤氣分析儀（便攜型）

四方儀器煤氣分析儀可同時監測8種氣體濃度并自動計算顯示煤氣/天然氣熱值，且多組分同時測量無交叉干擾。據以往用戶使用案例的監測結果統計來看，四方儀器煤氣分析儀在熱值監測方面平均為用戶節省約10%的燃燒熱能，此數據反應到龐大的工業產量基數上，為用戶企業節省了十分可觀的燃料成本。

四方儀器紅外氣體分析技術包含公司授權專利12項。其中消除交叉氣體干擾技術集成非分光紅外氣體傳感器（針對CO、CO2、CH4和CnHm檢測）、熱導H2傳感器以及電化學O2傳感器，并通過軟件進行修正得到準確的八組分濃度數據并計算熱值。基于該技術開發的煤氣分析儀能夠與昂貴的在線氣相色譜儀作用相當，省卻了載氣等長期耗材，并具備熱值分析功能。主要應用于煤化工、鋼鐵冶金等領域的煤氣成分及熱值測量、高校科研院所的氣體取樣分析以及新能源行業的氣體成分測量等。

Gasboard-3100P煤氣分析儀技術參數

應用案例

1、撫順某石油化工研究院生物質原料熱解實驗室檢測項目

（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，不同氣源生產的天然氣組分會有所不同，在天然氣用作燃料時，因組分不同導致其熱值出現差異。目前無論是工業還是民用，都對天然氣具有依賴性。對燃燒過程中氣體濃度及熱值的連續監測，可精確了解天然氣的燃燒效率，對于降低企業生產成本、改善大氣環境、實現可持續經濟發展等具有積極作用。

四方儀器便攜式紅外天然氣熱值分析儀可同時測量多種氣體濃度，并自動計算天然氣熱值，可取代燃燒法熱值儀。相較于適用于高校與職業院校教學科研/實驗實訓、燃氣具生產企業、燃氣計量檢測部門、節能監測部門、環保和配氣等行業、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參數