第九章 成分分析仪表.ppt

第九章 成分分析仪表 生产过程中，除了监控温度、压力、流量等参数外，还要分析和控制燃料、工质和排放物等的成分，这对保证运行安全、产品质量和生产经济性也是非常重要的。例如： （1）锅炉排放物有烟气、排污水和排灰渣等，如果处理不好，对大气和水源、农田等都会造成污染，因此应监督排放物中的有害成分，不得超过环保规定的值。一般规定火电厂中烟囱高度为150m时， 的排放量为2400 以下；烟囱高l00m时， 的排放量不得超过1200 。氮氧化物（折算为 ,）不得超过230 （烟囱高度为100m时)。 （2）锅炉的给水和蒸汽中含有盐分、溶氧及二氧化硅等，会形成水垢和腐蚀设备。轻则降低机组效率，影响经济性，增加维修工作，重则可能造成受热面过热、降低强度而引起不安全问题（如爆管等）。氢冷发电机的氢气纯度不足，可能有爆炸的危险。这些都应进行监控。 （3）热效率是锅炉运行经济性的指标，因此在线测定热效率是指导锅炉经济运行的最好依据。在反平衡计算法中与过程成分分析有关的项目是化学未完全燃烧热损失、机械未完全燃烧热损失。为此，对燃煤锅炉要求在线测量灰渣中的可燃物含量，以及排烟中的残余可燃气体（ 、 、 等）的含量。由于技术原因，锅炉效率仪尚待研究和定型。因此，实时分析烟气成分目前仍然是判断燃烧状况、监视锅炉经济运行的主要手段。 第一节 成分分析仪表概述 用于检测物质的组成和含量以及物质的各种物理特性的装置称为成分分析仪表。 一、成分分析方法 有两种类型 ◆ 定期取样，在实验室中对样品进行化学分析测定的实验室分析方法； ◆ 利用可以连续测定被测物质含量或性质的分析仪表进行在线连续分析方法。 相应的分析仪表有实验室用分析仪表和工业用自动分析仪表两种。 二、自动分析仪表的组成 自动分析仪表一般由自动取样装置、预处理系统、传感器、信息处理系统、显示仪表、整机自动控制系统六部分组成。 三、常用成分分析仪表的分类 1．按被测成分分类 （1）氧量表。 用来监测混合气体（如燃烧产物）中氧的含量，如氧化锆氧量计；用来测量汽、水中溶解氧的水中溶氧表。 （2）氢表。监测氢冷发电机中氢气的纯度。 （3）二氧化碳分析仪。对混合气体（如烟气）中含量二氧化碳进行监测。如热导式二氧化碳分析仪、红外线二氧化碳分析仪等。 （4）盐量表。用来监测汽、水中的含盐量，如纳表、电导仪等。 （5）二氧化硅分析仪。监测水和蒸汽中二氧化硅含量。 此外还有磷酸根、溶解铁、余氯、PH值等分析仪表。 2．按仪器的工作原理分类 （1）电化学式分析仪表，如电导仪、酸度计、氧化锆氧分析仪。 （2）热学式分析仪表，如热导式氢分析仪。 （3）磁学式分析仪表，如热磁式氧量计。 （4）光学式分析仪表，如红外线气体分析仪。 （5）色谱式分析仪表，如气相色谱仪、液相色谱仪。 此外还有射线式分析仪表、电子光学式和离子光学式分析仪表等。 第二节 氧化锆氧分析仪 氧含量分析仪是目前工业生产中应用较多的在线分析仪表，广泛地应用在火力发电、采暖、炼油、化工、轻纺、环保等工业领域内。 例如：在火力发电厂中，动力锅炉燃烧质量的好坏，直接关系到电厂燃料消耗率的高低。为了使燃料达到完全燃烧，同时又不过多地增加排烟量和降低燃烧温度，要控制燃料与空气的比例，使过剩空气系数保持在一定范围内。一般对燃煤炉约在1.20～1.30，对燃油炉约在1.10～1.20。而过剩空气系数的大小可通过分析炉烟中O2的含量来判断。使用氧化锆氧分析仪可以测量烟气中的含氧量，及时控制燃料和空气的比例，使燃烧维持在良好的状态下。 特点：氧化锆氧分析仪又称氧化锆氧量计，具有结构简单、反应速度快（测高、中氧含量时，时间常数T＜3s）、灵敏度高、适于分析高温气体等特点。 分类：根据安装方式的不同，分为抽出式和直插式两类。 一、工作原理 1.氧化锆固体电解质的导电机理 在ZrO2材料中加入一定量的氧化钙（CaO）或氧化钇（Y2O3），经高温烧结，+2价的钙离子Ca2+会进入ZrO2晶体而置换出+4价的锆离子Zr4+。置换出的锆离子Zr4+与数量不足的氧离子结合而形成带有氧离子空穴的氧化锆材料，成为一种不再随温度变化的萤石性立方晶体。这种材料被称为空穴型氧化锆晶体，它一种高致密的工业陶瓷材料。 空穴型氧化锆晶体中有氧离子空穴，其数量与混合的CaO数量有关。当有外界氧离子存在时，氧离子会自动地填入晶体中的空穴，亦可以自由地移动。由于空穴型氧化锆材料在650℃以上的高温下是一种氧离子的良导体，故它是一