成分分析課件

——第7章爐煙分析檢測技術及儀表主

要

內

容7.1概述7.2鍋爐煙氣成分分析7.3磁性氧量分析儀7.4氧化鋯氧量分析儀1234§7.1概述過程分析儀器：安裝在生產現(xiàn)場，用于對物質成分以及各種物理化學特性進行在線自動分析測量的儀表（亦稱工業(yè)分析儀器）；分析儀器實驗室分析儀器：用于實驗室離線分析。7.1.1分析儀表的組成

取樣凈化系統(tǒng)：傳感器：（發(fā)送器）核心部件，輸入經(jīng)預處理的樣品，輸出可觀測的信號變換器：對傳感器提供的信號作進一步的處理、放大、線性化，補償校正或者變成統(tǒng)一的信號（4~20mA，0~10mA等）顯示部分：可以有專用的顯示器完成,也可以由通用的顯示儀按照成分分度標尺完成取樣凈化系統(tǒng)作用：從對象中取出具有代表性的被分析介質樣品并作必要的預處理要求：樣品經(jīng)處理后能保持原試樣的基本成分和特性組成：取樣器、過濾器、冷卻器、分離凈化和抽取設備取樣設備7.1.2常用的過程分析儀表的分類一、按照被測量的成分分類

氧量表（監(jiān)測介質中的氧的含量）氧化鋯氧量計汽、水溶解的氧量：

水中溶氧表煙氣中的含氧量磁性氧量計SiO2分析儀：監(jiān)測水和蒸汽中的SiO2的含量熱導式紅外氫表：監(jiān)測氫冷發(fā)電機中的氫的純度CO2表：混合氣體中的（如煙氣）

CO2的含量鈉表鹽量表：監(jiān)測汽、水中的含鹽量電導分析儀表其他：磷酸鹽、溶解鐵、余氯、PH值等分析儀表二、按照儀器的工作原理分類

電化學式：電導、電量、電位等熱學式：熱導、熱化學、熱譜等磁式：磁性氧分析儀、核磁共振波譜儀、電子順磁共振波譜儀光學式：吸收式光分析儀、發(fā)射式光分析儀射線式：X射線分析儀、伽馬射線分析儀、同位素分析儀等色譜儀：氣相色譜儀、液相色譜儀等電子光學、離子光學：電子探針、質譜儀、離子探針等物性測量儀：水分計、粘度計、濕度計、密度計、閃點計等FDFIDFStackEPAH磨煤機BoilerGHPIPLPLP600MW煙氣中O2和CO與α的關系圖過剩空氣系數(shù)測量方法：1、測量點選擇

過熱器或者省煤器出口2、燃燒狀態(tài)情況完全燃燒：是O2和CO2含量的函數(shù)不完全燃燒：是CO和O2含量的函數(shù)大型鍋爐，燃燒狀態(tài)好，主要監(jiān)測O2、CO2含量。7.2.1熱導式CO2分析儀1）測量原理兩種熱導率相差很大的氣體混合物，可以按照混合物的導熱能力與兩個組分的含量有關的特點來分析某一組分的百分含量。設熱導率的組分百分含量為，另一組分的熱導率其百分含量為1-，則混合物的熱導率λ為：2）煙氣組分與氣體的λ情況氣體的熱導率常壓下可以認為與壓力無關λ隨溫度的上升而上升，各種氣體的變化率不同若在規(guī)定溫度下可以看成是常數(shù)2.383.211.0017.401.472.362.472.43λλHH22OOCHCH22SOSO22HH22CO2COCOOO22NN22成分成分2.383.211.0017.401.472.362.472.43λλHH22OOCHCH22SOSO22HH22CO2COCOOO22NN22成分成分鍋爐煙氣成分在零度時的氣體導熱系數(shù)表3）煙氣熱導率λ的測量——熱導池檢測原理：介質的熱導率→電阻變化（熱導式傳感器）通過待測氣體向外壁導熱與池壁直接輻射換熱沿鉑絲向兩邊導熱§7.3磁性氧量分析儀

理論基礎真空中，如有一磁場強度為H的外磁場，則磁感應強度為：B＝u0H在介質中，由于被磁化，磁感應強度為B=uH=u0

（1+k）H

u=u0

（1+k）K>0;順磁性物質K<0;逆磁性物質1）氣體的磁化特性2）煙氣中各種氣體的磁化率分析（相對磁化率的數(shù)值）結論：除O2外，其他氣體的|k|很小，只有O2和CH4為順磁性，而CH4的k值又很小，所以：O2是唯一k大的順磁性氣體關鍵在于K值測量

7.3.2熱磁式氧量計的發(fā)送器

作用：氧含量——>電氣量熱磁對流式氧量發(fā)送器形式：磁力機械式氧量分析器1）熱磁對流式氧量發(fā)送器中的磁風的形成與檢測

構造原理建立不均勻的磁場建立了不均勻的溫度場順磁性介質形成磁風（熱磁對流）的三個條件特點：測量范圍有限制水平管道安裝傾斜環(huán)境溫度對測量有影響目前，由于這種結構的發(fā)送器存在的問題較多，所以生產和使用較少含量達到40%時，靈敏度下降含量達到50%時，靈敏度近似為0引入自然對流誤差（2）外對流式發(fā)送器

氣體包圍熱電阻，故稱之為外對流式。熱磁式氧量計，需要較復雜的煙氣采樣、預處理系統(tǒng)?？梢詼p小安裝傾斜及環(huán)境溫度變化對指示值的影響。7.3.3磁力機械式氧量計的發(fā)送器

磁極磁極氧氣磁風對真空泡的推力推動磁氧天平旋轉角度?！?.4氧化鋯氧量分析儀器特點：結構簡單，靈敏度和分辨度高；測量的范圍寬，響應速度快，壽命較短；對于工作的溫度有較高的要求；可以取代熱磁式氧量計與其它過程氣體分析儀器可以直接插入煙道中進行測量7.4.1氧化鋯的性質（ZrO2）它是一種陶瓷狀晶體固體電解質，純凈的ZrO2在常溫下為單斜晶體；當溫度上升到1150℃時，單斜晶體變成立方晶體，同時發(fā)生不到1/10的體積變化，所以容易被破壞，故不直接使用。

參入CaO或者（氧化釔）的氧化鋯經(jīng)過高溫培燒后，則形成晶型不隨溫度變化的穩(wěn)定的螢石型立方體，同時在600℃~850℃的高溫下成為良好的氧離子導體，成為實際采用的形式。7.4.2濃差電池——氧化鋯氧量傳感器1）結構與原理

高致密的氧化鋯陶瓷體內外兩側的燒結附著有海綿狀的多孔鉑電極，當ZrO2兩側氣體中的O2濃度不等（），且溫度＞600℃時，發(fā)生化學變化。ZrO2-+P1P2設則：濃度大的右側：鉑電極上吸附的O2分子在鉑的催化下，離解O2-，鉑提供4個電子后變“+”，后進入固體電解質。

濃度小的左側：O2-把電子交給鉑電極，氧化成氧氣并進入左側介質，鉑電極接受電子后變成“-”，后進入低濃度一側。兩極之間產生電勢，此電勢阻礙這一遷移的進一步進行，直到過程達到動態(tài)的平衡時，就形成了濃差電池。ZrO2-+P1P2結論若ZrO2兩側濃度不等，且溫度600℃以上，則O2通過ZrO2從濃度大的一側向濃度小的一側“滲透”（通過氧化，還原反應）由于O2在濃度大的一側鉑上奪取電子，在濃度小的一側交出電子，所以，兩側電極上產生電勢。（濃度大的為正，濃度小的為負，最終出現(xiàn)平衡，電勢穩(wěn)定。）

電動勢的大小和氧氣濃度的關系，如何測量？n—電子轉移數(shù)； T—絕對溫度；R—理想氣體常數(shù)； F—法拉第常數(shù)；P2—高濃度側氧分壓； P1—低濃度側氧分壓。由公式可見，若T一定，P2一定，則E～P1；為了使P2維持不變，通常選用空氣作為高濃度端氣體，也稱為參比端氣體，P1側氣體稱為待測氣體。

2）濃差電勢的公式（能斯特公式）氣體中的含氧氣濃度表示方法設容積V中的各種氣體的總壓力為P，則第i種成分的濃度φi可用其分壓力Pi表示（或用其分容積）

公式推廣：若兩側壓力相等或者是近似的相等，其值為P，則有:保證氧量計正確工作的三個條件工作溫度應恒定，否則應采取措施：恒溫或補償

為了提高靈敏度，工作溫度最好＞800℃，但是不允許超過燒結溫度1200℃。850度時，靈敏度最好；參比氣體氧氣含量應當穩(wěn)定（空氣）參比氣體中的O2的濃度比被測氣體的大（濃差大，電勢大）

兩側介質的壓力應盡量相同（濃度和壓力呈線性關系）兩側介質都應保持流動（以防止?jié)B透，使得兩側的O2濃度趨于一致）帶恒溫裝置的ZrO2傳感器鋯管為封頭式后接長管煙氣有抽氣裝置，空氣有正壓裝置恒溫裝置自動調節(jié)，恒溫溫度一般為800℃問題：附屬設備多、電熱絲長期通電易斷。帶溫度補償?shù)腪rO2傳感器加熱器熱電偶電極引線電極觸點氧化鋯過濾器待測氣體入口加熱器件接線座7.4.5氧化鋯氧量分析器的測量分析：

氧化鋯傳感器實質上是一種內阻很大的電池，濃差電池數(shù)值在測量煙氣時約幾十mV結論：測量濃差電池的儀表必須具有足夠高的輸入內阻（普通的動圈表達不到）實現(xiàn)顯示方法：硬件實現(xiàn)（反對數(shù)放大器）軟件法智能儀表（線性化、補償顯示、數(shù)字顯示）氧濃度%(V/V)0.100.200.300.400.500.600.700.800.901.00電勢mV111.797.1488.6482.6777.9374.1170.8868.0365.6263.41氧濃度%(V/V)1.502.002.503.003.504.004.505.006.007.00電勢mV54.9148.8844.2040.3837.1534.3531.8829.6725.8522.62氧濃度%(v/v)8.009.0010.011.012.013.014.015.016.017.0電勢mV19.8217.3615.1513.1511.339.658.106.655.304.03氧濃度%(v/v)18.019.020電勢mV2.831.700.62氧濃度—濃差電勢對照表以空氣作為參比氣體7.4.6儀器的結構和安裝

直插式：氧化鋯管直接置入煙道高溫部分進行