单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,炉烟分析的重要性,通过分析炉烟中氧含量，测量过量空气系数，维持煤在锅炉中的经济燃烧。,21/,（,21,O,2,),随着环保要求的提高，需要对烟气进行全成分分析。,第11章-炉烟分析课件,2,测量系统的组成,取样系统 一般由过滤器、分离净化设备、冷却器和抽吸设备等组成。,发送器 被分析样品通过发送器将被测组分的含量转换为电量输出信号。,信号放大系统 将发送器输出的信号进行放大。,显示部分 一般显示部分和发送器是分开的。显示部分可利用通用的显示仪表，如电位计、电桥等。,2 测量系统的组成,11.1,氧量计,1,氧化锆氧量计,1,）测量原理,基本原理是，以氧化锆作固体电解质，高温下的电解质两侧氧浓度不同时形成浓差电池，浓差电势与两侧氧浓度有关。当一侧氧浓度固定时，则可通过测量电势来测量另一侧氧浓度。,氧化锆氧量计的发送器是一根氧化锆管。氧化锆管是由氧化锆（,ZrO,2,),中渗入一定数量的氧化钙（,CaO),或氧化钇,(Y,2,O,3,),并经高温焙烧后制成。在氧化锆两侧附上多孔性电极（铂）和引线。,11.1 氧量计1 氧化锆氧量计,氧化锆示意图,氧化锆示意图,在氧化锆两侧氧浓度不等的情况下：,浓度高的一侧（,p,2,）氧在表面电极上产生还原反应，结合两个电子形成氧离子,O,2,(p,2,)+4e,2O,-2,浓度低的一侧（,p,1,）氧离子在表面电极上产生氧化反应，释放两个电子,2O,-2,O,2,(p,1,)+4e,在氧化锆两侧氧浓度不等的情况下：,在电池两端的电势,E,由,Nernst,公式计算：,式中,R,气体常数，,R=8.314J/(mol,K),；,F,法拉第常数，,F=96500C/mol,；,T,热力学温度（,K,）；,n,反应时所输送的电子数，对氧,n=4,；,p,1,、,p,2,两侧氧分压。,第11章-炉烟分析课件,当两侧气体的总压相等时，上式可写为：,i,=p,i,/p,由于炉烟中含氧量比较低，因此，分析炉烟含烟量时常用空气作参比气体，,2,=20.8%,。,当两侧气体的总压相等时，上式可写为：,2,使用氧化锆氧量计应注意：,E,与,T,成正比，因此氧化锆管应处于恒定温度下工作或采用温度补偿装置。,当工作温度过低时，氧化锆内阻很高，正确测量其电势比较困难，故要求工作温度在,600,以上。,当温度过高时，烟气中可燃物质会与氧化合而形成燃料电池，使输出增大，产生误差。,故，目前常用的工作温度为,800,。,2 使用氧化锆氧量计应注意：,应保持被测气体总压和参比气体总压相等，使氧分压能代表容积浓度。,须保证被测气体和参比气体都有一定的流速。由于浓差电池两侧氧浓度有趋向一致的倾向。,应保持被测气体总压和参比气体总压相等，使氧分压能代表容积浓度,3,测量系统,测量系统大致可分为抽出式与直插式。,抽出式,带有抽气和净化系统，可以除去杂质和,SO,2,等有害气体，对保护氧化锆管有利。,氧化锆管处于,800,的定温炉中工作，准确度较高。,系统复杂，失去反应快的特点。,3 测量系统,直插式,将氧化锆管直接插入烟道高温部分。,特点是反应快，响应时间约为,1,秒左右。,直插式,第11章-炉烟分析课件,氧化锆分析系统,第11章-炉烟分析课件,4,氧化锆传感器的误差,氧化锆是由氧离子导电，若考虑在高温条件下自由电子导电，则使浓差电池内部有短路电流，氧离子从一个电极到另一个电极的迁移比理论上要小，使浓差电势降低。,由于被测气体和参比气体的流量、温度不同（恒温炉与内、外电极距离不同，散热条件的差异等原因），内、外电极之间可能有温差，使电极及引线会有温差电势等，使输出出现误差。,4 氧化锆传感器的误差,两侧氧浓度相等时有电势输出本底电势。,因此，应对上式进行修正。,生产厂家一般给出修正后的实际分度方程或表格,两侧氧浓度相等时有电势输出本底电势。,11.2,热导式分析仪,根据混合气体的导热系数随气体各组分含量变化的原理制成。,1,测量原理,对于多组分的混合气体，导热系数可近似认为是各组分的导热系数的算术平均值，即,=,i,i,11.2 热导式分析仪 根据混合气体的导热系数随气体各组,以待测组分,i=1,为例，,假设：,2,3,n,(1),1,+,2,+,n,=1,1,1,+,2,(,2,+,n,),=,1,1,+,2,(1-,1,),=,2,+(,1,-,2,),1,若想,1,变化会导致,变化，必须满足,d,/d,1,0,，即,d,/d,1,=,1,-,2,0 (2),以待测组分i=1为例，,通过测量,变化求出,1,变化的必要条件是（,1,）、（,2,）。,该两式的含义是：,除待测组分外，其余各组分的导热系数必须相同或接近。,待测组分的导热系数，对比其余的,，要有显著差别。差别越大，测量越灵敏。,通过测量变化求出1变化的必要条件是（1）、（2）。,对于烟气（,0,下的相对导热系数）：,N,2,O,2,CO,2,SO,2,H,2,CO CH,4,H,2,O,0.998 1.015 0.615 0.344 7.005 0.964 1.318 0.973,在炉烟中,H,2,、,CH,4,含量极少。为保护仪表不受腐蚀，在取样系统中已将,SO,2,除去。,除,CO,2,外，其余成分的导热系数相近；,CO,2,与其余成分的导热系数有差别。满足式（,1,）、（,2,），故可以通过测量混合气体的导热系数变化来测量,CO,2,的含量。,2,仪表结构,由于直接测量导热系数很困难，所以利用桥臂室转化为电阻的测量。,2 仪表结构,桥臂室内安装一根铂丝，用电加热。注意：,烟气通过扩散方式进入桥臂室，烟气流速很小，可以认为不存在对流换热；,铂丝温度与桥臂室壁的温差小于,200,，铂丝与室壁之间辐射散热占总散热量的比例不大，可认为不存在辐射散热。,铂丝长度与直径之比很大（,2000,3000,），可认为除接近管口处外，其余不存在轴向散热，只是在径向有散热。,在满足上述三个条件时，可认为铂丝是通过气体层以导热方式散热。,第11章-炉烟分析课件,对于直线形的铂丝，单位时间内散热量为：,Q,1,=2,L,(t,n,-t,c,)/ln(r,c,/r,n,),式中,平均温度下气体的导热系数，平均温度,t,av,=(t,c,+t,n,)/2;,t,n,热平衡时的铂丝温度；,t,c,桥臂室的壁温；,r,c,桥臂室半径；,r,n,铂丝半径；,L,铂丝长度。,铂丝在单位时间内的发热量为：,Q,2,=0.24I,2,R,R,t,n,下铂丝的电阻值。,第11章-炉烟分析课件,当铂丝达到热平衡时，,Q,1,=Q,2,，有,铂丝电阻值与温度的关系,R=R,0,(1+,t,n,),令仪表常数为,K,当铂丝达到热平衡时，Q1=Q2，有,上式可写成,由上式可见，当,R,0,、,、,I,和,t,c,为常数时，铂丝在热平衡状态下的电阻值,R,与混合气体的导热系数之间有单值关系。通过测量,R,可以测出混合气体的导热系数。,第11章-炉烟分析课件,3,测量过程,将铂丝接入电桥，作为一个桥臂。,当被测烟气中,CO,2,含量变化时，烟气导热系数变化，改变了桥臂室中铂丝的散热条件，铂丝温度变化，电阻值变化，引起电桥输出电压变化。,用以,CO,2,百分含量分度的毫伏表或电位差计来测量电桥输出，指示,CO,2,的含量。,气样是靠扩散进入桥臂室，所以滞后很大（,2,3min,），再加上取样系统的滞后，可达,4,5min,。,3 测量过程,第11章-炉烟分析课件,11.3,红外气体分析仪,目前常用的是吸收式红外气体分析仪。,1,测量基本原理,贝尔定律,I=I,0,exp(-K,cL),式中,I,、,I,0,透射和入射的红外辐射强度；,K,气体对波长为,的红外辐射的吸收系数；,c,气体浓度；,L,红外辐射穿过气体的路程长度（气体厚度）。,由上式可见，当入射红外辐射强度,I,0,和透过的气体厚度,L,一定时，通过测量透射红外辐射强度,I,就可确定气体浓度。,11.3 红外气体分析仪 目前常用的是吸收式红外气体分析,特征吸收带,多原子气体（,CO,、,CO,2,、,CH,4,、,SO,2,等）对红外辐射不是全波段吸收，而是选择吸收某一个或某一组特定波段的红外辐射。这个特定波段就是特征吸收带。,双原子气体（,N,2,、,H,2,等）及惰性气体（,He,、,Ne,）对红外不会吸收。,因此，通过分析特征吸收带的红外入射辐射强度和透射强度，可以得出组分的成分。,特征吸收带,2,红外分析仪结构,由红外光源、切光片、干扰滤波室、测量气室、参比气室、电容微音红外检出室、放大器及指示记录仪组成。,参比室充以,N,2,，目的是形成和测量室相同的路程。,一路红外辐射经干扰滤波室、测量室到达检出室。,一路红外辐射经干扰滤波室、参比室到达检出室。,当需测量组分,A,气体时，两个检出室都充以,A,气体。,2 红外分析仪结构,检出室结构,检出室结构,3,测量原理,被测气体中不含有待测组分,A,两侧的检出室中,A,气体吸收相同的红外辐射强度，组分,A,气体温升相同，电容量不变，指示仪指示值不变，为零。,3 测量原理,被测气体中含有待测组分,A,测量室中,A,组分吸收一部分特征吸收带内的红外辐射，使测量室侧检出室中,A,所吸收的红外辐射强度减少。两侧检出室吸收的红外辐射不同，温升不同，电容量发生变化。,随着测量室中,A,组分浓度的升高，电容量变化增大。,被测气体中含有待测组分A,被测气体含有待测组分,A,以及与,A,有部分重叠的特征吸收带的组分,B,组分,B,由于与组分,A,有部分特征吸收带重叠，组分,B,会吸收一部分组分,A,特征吸收带内红外辐射，使检出室组分,A,吸收红外辐射减小，使电容量增大。指示仪指示值增大，测量出现误差。故组分,B,称为组分,A,的干扰成分。反之亦然。,被测气体含有待测组分A以及与A有部分重叠的特征吸收带的组分B,加入滤波室后,滤波室中组分,B,将与组分,A,特征吸收带有重叠部分的红外辐射全部吸收，使进入测量室、检出室的红外辐射中只有只能被组分,A,吸收的辐射。使组分,B,在被测气体中的浓度变化不再影响组分,A,浓度的指示值。,加入滤波室后,第11章-炉烟分析课件,11.4,气相色谱分析仪,特点是，将气样中各成分进行分离，分别加以测定，能对被测气样进行全分析。,1,分析仪组成,由载气源、流量控制器、进样装置、色谱柱、监测器、气体转子流量计、恒温箱、信号衰减器及记录仪等部件组成。,2,工作原理,被分析气样在“流动相”（载气）的携带下流过色谱柱，色谱柱中装有填充物（固定相），气样中不同组分受到固定相吸附或溶解等作用不同，故不同组分流经固定相所需的时间不同，从而达到将不同组分分离的目的，然后检测出各组分的含量。,11.4 气相色谱分析仪 特点是，将气样中各成分进行分,第11章-炉烟分析课件,第11章-炉烟分析课件,第11章-炉烟分析课件,根据流动相的不同可分为：,气相色谱：气体作为流动相。,液相色谱：液体作为流动相。,固定相有二类：,固体固定相：固体吸附剂作为固定相。,一般用分子筛、多孔微球、活性炭。,液体固定相：是在一些细小的固体颗粒（担体）上均匀涂上一层液体膜而成。,根据流动相的不同可分为：,1,）分离过程,以气样中含有组分,A,、,B,，通过固体固定相为例说明。,设色谱柱中吸附剂对,A,的吸附能力比对,B,的吸附能力强。,气样在流通过程中，各组分不断被吸附剂吸附、脱离、再吸附、再脱离。,1）分离过程,由于吸附剂对,A,的吸附能力比对,B,的强，在载气的携带下，,B,组分比,A,组分流动快。随时间的增长，,A,、,B,组分就逐渐被分离，使,B,组分先流出色谱柱，达到分离的目的。,由于吸附剂对A的吸附能力比对B的强，在载气的携带下，B组分比,以气样中含有组分,A,、,B,，通过液体固定相为例说明。,设色谱柱中固定相对,A,的溶解能力比对,B,的溶解能力强。,气样在流通过程中，各组分不断被固定相溶解、析出、再溶解、再析出。,以气样中