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    煙氣分析儀培訓(xùn)材料

    點擊次數(shù):4103 發(fā)布時間:2011-04-25

    煙氣分析儀培訓(xùn)材料

     

    (一)       煙氣分析儀技術(shù)基礎(chǔ)

    1.     電化學(xué)傳感器原電池原理

    電化學(xué)毒氣傳感器是一種微燃料電池元件,它可以直接反映出氣體濃度而不必通過分壓來反映。

    從電化學(xué)概念上來說,傳感器包括兩個電極感應(yīng)電極和負電極,它們被一層電解質(zhì)薄膜分離開來,它們被一個塑料殼密封起來,只留有一個小孔允許氣體進入感應(yīng)電極,傳感器內(nèi)的電極通過引腳被連接到所應(yīng)用的設(shè)備上。引腳還可以與外部的電阻電路相連,這樣當(dāng)有電流通過是就可以測出電勢差。擴散進入傳感器的氣體在感應(yīng)電極表面發(fā)生氧化或還原反應(yīng),在另一電極發(fā)生與之相對的逆反應(yīng),在外部電路上形成電流。由于氣體進入傳感器的速度由柵孔控制,所以產(chǎn)生的電流與傳感器外氣體濃度成比例,就可以直接測量當(dāng)前毒氣含量了。


    一氧化碳傳感器的電極發(fā)上發(fā)生的反應(yīng)是:

    感應(yīng)電極: CO + H2O =CO2 + 2H+ + 2e-

    逆電極: ½O2 + 2H+ + 2e- =H2O

    總反應(yīng)方程式: CO + ½O2 =CO2

    類似的反應(yīng)也發(fā)生在能被氧化或還原的所有其它毒氣。

    逆電極發(fā)生的反應(yīng)來看,氧氣顯然是當(dāng)前反應(yīng)發(fā)生的必需氣體,這些氧氣通常由被空氣混合傳輸至傳感器的前部或通過傳感器兩側(cè)的樣品氣體提供(通常幾千ppm已經(jīng)足夠了)。

     

    2.     紅外傳感器

    所有的帶極性的多原子氣體都吸收特定波長的紅外光,紅外傳感器就是利用氣體的這個性質(zhì)。氣體對紅外光的吸收遵循朗伯比爾定律

    Ii=I0lgkcl

     I0  原始光強,   Ii 被氣體吸收后光強

      K 氣體的吸收系數(shù)

      C 氣體濃度

      L 氣體吸收路程

    吸收光譜 CO 4.6u, CO2 4.26u   CH4  NO    NO2      SO2

     

    3.     O2傳感器

    氧氣傳感器的測量有三種原理。

    3.1 電化學(xué)法: 原電池和定電位電解法

    3.2 氧化鋯法

    氧化鋯在高溫下呈現(xiàn)離子導(dǎo)電現(xiàn)象

    在氧化鋯電解質(zhì)(ZrO2的兩側(cè)面分別燒結(jié)上多孔鉑(Pt)電極,在一定溫度下,當(dāng)電解質(zhì)兩側(cè)氧濃度不同時,高濃度側(cè)空氣的氧分子被吸附在鉑電極上與電子(4e)結(jié)合形成氧離子O2-,使該電極帶正電,O2-離子通過電解質(zhì)中的氧離子空位遷移到低氧濃度側(cè)的Pt電極上放出電子,轉(zhuǎn)化成氧分子,使該電極帶負電。兩個電極的反應(yīng)式分別為:
       
    參比側(cè):O2+4e——2O2-
       
    測量側(cè):2O2-4e——O2

    這樣在兩個電極間便產(chǎn)生了一定的電動勢,氧化鋯電解質(zhì)、Pt電極及兩側(cè)不同氧濃度的氣體組成氧探頭即所謂氧化鋯濃差電池。

    3.3順磁氧法

     

    非磁化性啞鈴被一根細導(dǎo)線懸掛于一個磁場內(nèi)磁場強度強處。當(dāng)樣氣進入磁場時,樣氣中的氧氣是順磁性的,它被磁場所吸引,它有一個占據(jù)磁場強處的趨向,這樣它會推動啞鈴偏離磁場的強點,引起懸掛電纜的扭轉(zhuǎn),此扭轉(zhuǎn)量是可以測量的,當(dāng)導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)時,位于懸掛導(dǎo)線中間的一小鏡子所反射的光就會發(fā)生偏移,該偏移可被一組光電池檢測到并產(chǎn)生一個電流,該電流反饋給系統(tǒng),系統(tǒng)就給線圈一個激勵電流,該線圈產(chǎn)生一個驅(qū)動扭矩使導(dǎo)線回到初始位置,通過對電流強度的測量,就可以測出氧氣的濃度,因為電流強度同樣氣中氧氣的含量成正比。

    4.     氣體特性

    對煙氣測量來講,我們關(guān)心以下氣體:O2/CO/CO2/NO/NO2/SO2/H2/HC/H2S,如果考慮垃圾焚燒和脫硝后的煙氣,還需要考慮HF/HCLNH3. 大部分用戶還需要測量H2O.

       對煙氣分析儀來講,我們需要考慮氣體的以下幾個特性:

    l 氣體產(chǎn)生的原因

      燃料燃燒消耗氧氣----氧氣量減少

      燃料不充分燃燒,可能殘留有CO/HC/H2

      含碳原子燃料燃燒----產(chǎn)生CO2

      燃料中S雜質(zhì)燃燒后-----產(chǎn)生SO2

      NONO2的產(chǎn)生來源于高溫下N2與氧氣的反應(yīng)和含氮燃料中的氮的氧化。NO的含量與燃燒過程中富O2的含量多少以及燃燒溫度高低有關(guān)。根據(jù)試驗統(tǒng)計燃燒過程中NO的含量一般占95%NO2的含量占5%

    l 水溶性

      SO2NO2容易溶于水,其他常規(guī)氣體可以看作不溶于水。對于水溶性氣體在高含水煙氣測量時建議配置加熱管線。

    l 腐蝕性

       SO2NO2溶于水后形成酸,具有很強的腐蝕性。酸的腐蝕對儀器的使用階段沒有影響,時間很短,關(guān)鍵是在儀器的儲存階段。如果儀器關(guān)機后還有NO2/SO2殘存在儀器內(nèi),并有冷凝水的產(chǎn)生,會對金屬接頭、加熱采樣受柄和采樣流速監(jiān)測用壓力傳感器、甚至紅外傳感器產(chǎn)生腐蝕。

        所以應(yīng)該告訴用戶,儀器在使用完后應(yīng)在空氣中盡量長時間的開機,尤其是測量高濃度的氣體之后,至少開機5分鐘

    l 對傳感器的相互干擾性

    電化學(xué)傳感器都存在交叉干擾的問題,J2KN內(nèi)置交叉干擾補償表,但由于交叉干擾系數(shù)的非線性、單個傳感器特異性和隨時間的漂移性等特點,只能是部分補償,可能補償量過小,可能補償偏大。具體使用中,如果某一個測量參數(shù)數(shù)值很大,而有的測量參數(shù)數(shù)值很小,則數(shù)值小的參數(shù)的測量值可信度可能不是很高。

    5.     采樣和預(yù)處理要求

    采樣和預(yù)處理是煙氣分析儀的重要組成部分,其功能直接決定了儀器的測量性、正確性以及儀器的使用壽命。

    采樣部分包含采樣探管、采樣手柄、采樣管線和采樣泵;預(yù)處理部分包含煙氣過濾、煙氣脫水和加熱管線。

    采樣探管---- rbr采樣探管采用的是雙層同心管結(jié)構(gòu),兩管直接為熱電偶,中間為過ф4mm的管,這樣的結(jié)構(gòu)流阻小,不堵塞。

    加熱采樣手柄---加熱手柄的主要功能是初級煙塵過濾,為了避免出現(xiàn)冷凝水和灰塵的混合,形成泥巴堵塞過濾器,所以過濾器必須是熱態(tài)的,rbr提供的加熱手柄內(nèi)部加熱溫度為180℃。通常我們見著的初級過濾器為不銹鋼燒結(jié)過濾器,這類過濾器存在的問題是可能出現(xiàn)腐蝕、積灰只能在表面一層,且積灰后流阻增加。rbr的過濾器為玻璃絨纖維做成的,顏色為白色,容易識別積灰的量,提醒及時清洗和更換;過濾器可以有很長的存灰距離,可以減小流阻。

    精細過濾器---過濾器過濾煙塵的能力和產(chǎn)生的流阻是一個矛盾,要求過濾精細,必然增加流阻。rbrPTFE精細過濾器外表面是一層TEFLON膜,能過濾的煙塵,過濾能力非常精細,但由于rbrPTFE過濾器比其他品牌的產(chǎn)品都大,通過增加氣體的通過面積減小了氣體通過流阻。

    汽水分離器---汽水分離器主要用于分離水蒸氣為飽和態(tài)氣體中的已經(jīng)凝結(jié)的水顆粒。

    帕爾帖制冷器---電子制冷器,通過在半導(dǎo)體元件兩面加載電壓,熱量可以從一個面向另一個面轉(zhuǎn)移,達到換熱的效果。Petier元件冷面連一個表面鍍TEFLON膜的金屬圓柱,用做換熱元件。

     

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