（李博, 王东滨, 刘通浩, 邓建国, 李相贤, 王军霞, 敬红, 郝吉明, 蒋靖坤 . 固定污染源烟气CO2和流量在线监测分析(特邀)[J]. 大气与环境光学学报, 2026, 21(1): 86-104.
LI Bo, WANG Dongbin, LIU Tonghao, DENG Jianguo, LI Xiangxian, WANG Junxia, JING Hong, HAO Jiming, JIANG Jingkun. Analysis of online monitoring of flue gas CO2 concentration and flowrate from stationary sources[J]. Journal of Atmospheric and Environmental Optics, 2026, 21(1): 86-104.）
固定污染源是CO2排放的重要来源，其排放量的准确核算，是实现“碳达峰”“碳中和”目标的关键保障。碳排放在线监测作为重要核算手段，因监测精度高、数据时效性强、可追溯的特点，已在部分发达国家广泛应用。近年来，我国也在火电厂、钢铁、水泥等重点行业开展了固定污染源碳排放监测试点。碳排放在线监测主要通过实时监测烟道或烟囱内测量截面的烟气CO2浓度、流速、温度、湿度、压力等参数，计算CO2排放量，其核心是烟气CO2体积浓度与烟气流量的监测，如图1所示。而二者的监测不确定度，很大程度上取决于监测设备精度与采样点位布设。因此，本文针对固定污染源烟气CO2和流量的在线监测需求，详细阐述了相关常用方法的技术原理、适用条件及国内外应用现状，并结合国内监测试点进展，展望了我国固定源碳监测体系、烟气CO2浓度光学测量仪器及烟气流量计的发展方向。
图1 固定污染源CO2排放在线监测流程图
1 固定污染源烟气CO2浓度和烟气流量监测技术及应用现状
目前常用于固定污染源温室气体检测的光学方法主要包括非分散红外光谱（NDIR）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）等。3种常用光学检测方法均为吸收光谱技术，吸收光谱技术定量分析的理论基础是Lambert-Beer定律。NDIR技术设备简单、成本低、维护少，是当前国内外广泛应用的方法；FTIR技术主要用于多组分烟气污染物高精度检测，但设备复杂、成本较高；TDLAS技术抗干扰能力强、支持在线原位检测，在CO2在线监测领域发展前景好，同样存在成本与维护要求高的问题。以上技术是国际标准推荐的固定污染源烟气CO2在线监测参考方法，三者测量精度均可达2%以下，满足监测需求。
图2 朗伯-比尔定律示意图
与CO2浓度监测不同，烟气流量测量不确定度较高。按测量原理，固定污染源烟气流速测量方法可分为压差式、超声波、热式流量计3类，其中皮托管与超声波流量计是主流，精度分别可达5%~10%、5%。应用方面：美国火电厂超声波流量计使用率约63%；日本、韩国火电厂以皮托管为主（占比66%）；我国试点企业中，CO2浓度测量以NDIR技术为主，烟气流量测量以皮托管为主（占比83%），超声波流量计占比低（11%）。
图3 国外火电厂烟气流量在线测量方法应用状况。(a) 美国；(b) 日本和韩国
烟道气流分布复杂，其均匀性可致排放量计量误差超70%，烟气CO2浓度和流量测量的截面、测点数量与布局对测试准确性至关重要。采样点优先选垂直管道段或烟道负压区，国际及国内相关标准对采样/监测断面分别制定了2-8、0.5-2、2-4等原则。在实际测量过程中，我国多数企业因直管道较短难以满足以上原则，此时需选气流稳定断面并采取均化措施，可通过相对均方根法或测点流速差异判定断面气流均匀性。烟气流量计算主流为速度面积法，包含等面积法、对数线性法等多种积分方法，其中对数线性法精度更高但实际布点难度大；超声波流量计为线测量，增加声道数可提升准确度，也有多种专属积分方法，单声道误差较大，带漩涡补偿的双声道误差可控制在1%以内。烟道内烟气流场分布不均是流量测量误差的重要诱因，基于计算流体力学模拟烟道测量截面流速分布，能有效提升烟气流量监测的准确度。
图4 皮托管等面积法测试点分布图。（a）圆形管道；（b）矩形管道
2 展望
我国重点固定污染源大多已配套烟气排放连续监测系统（CEMS），为碳排放在线监测奠定了坚实基础。基于此，可从以下三方面继续推进工作：
（1）提升CO2浓度监测精度：当前国产NDIR设备已基本满足精度要求，可进一步加大FTIR、TDLAS等仪器的自主研发力度；
（2）优化烟气流量监测设备：鉴于现有CEMS烟气流速测量多基于皮托管、精度偏低，建议加强超声波流量计自主研发，在提升稳定性与精度的同时降低成本，推动规模化应用；
（3）完善监测体系：着力健全固定污染源烟气CO2在线监测的技术体系与质量管理体系。
课题组介绍
清华大学环境学院蒋靖坤研究团队长期开展大气污染与控制、大气环境化学、气溶胶科学与技术等相关研究工作，形成了针对大气污染的“技术研发-外场观测-理论模拟”的研究体系。近年来承担了多项国家级科研任务，包括科技部重点研发计划、基金委国家重大科研仪器设备研制专项等。团队以气溶胶测量为核心开展技术攻关，针对污染源一次颗粒物排放表征和大气二次颗粒物成因研发了一系列具有国际领先水平的大气污染监测仪器，积累了丰富的大气监测仪器研发和污染源排放现场测试与排放表征经验。
