第7节 成分分析.ppt

§ 7.4氧化锆氧量分析仪器 特点： 结构简单，灵敏度和分辨度高； 测量的范围宽，响应速度快，寿命较短； 对于工作的温度有较高的要求； 可以取代热磁式氧量计与其它过程气体分析仪器 可以直接插入烟道中进行测量 7.4.1 氧化锆的性质（ZrO2） 它是一种陶瓷状晶体固体电解质，纯净的ZrO2在常温下为单斜晶体；当温度上升到1150℃时，单斜晶体变成立方晶体，同时发生不到1/10的体积变化，所以容易被破坏，故不直接使用。 参入CaO或者（氧化钇）的氧化锆经过高温培烧后，则形成晶型不随温度变化的稳定的萤石型立方体，同时在600℃~850℃的高温下成为良好的氧离子导体，成为实际采用的形式。 7.4.2 浓差电池——氧化锆氧量传感器 1）结构与原理 高致密的氧化锆陶瓷体内外两侧的烧结附着有海绵状的多孔铂电极，当ZrO2两侧气体中的O2浓度不等（ ），且温度＞600℃时，发生化学变化。 ZrO2 - + P1 P2 设 则： 浓度大的右侧：铂电极上吸附的O2分子在铂的催化下，离解O2-，铂提供4个电子后变“+”，后进入固体电解质。 浓度小的左侧：O2-把电子交给铂电极，氧化成氧气并进入左侧介质，铂电极接受电子后变成“-”，后进入低浓度一侧 。 两极之间产生电势，此电势阻碍这一迁移的进一步进行，直到过程达到动态的平衡时，就形成了浓差电池。 ZrO2 - + P1 P2 结论 若ZrO2两侧浓度不等，且温度600℃以上，则O2通过ZrO2从浓度大的一侧向浓度小的一侧“渗透”（通过氧化，还原反应） 由于O2在浓度大的一侧铂上夺取电子，在浓度小的一侧交出电子，所以，两侧电极上产生电势。 （浓度大的为正，浓度小的为负，最终出现平衡，电势稳定。） 电动势的大小和氧气浓度的关系，如何测量？ n—电子转移数； T—绝对温度； R—理想气体常数； F—法拉第常数； P2—高浓度侧氧分压； P1—低浓度侧氧分压。 由公式可见，若T一定，P2一定，则E～P1； 为了使P2维持不变，通常选用空气作为高浓度端气体，也称为参比端气体，P1侧气体称为待测气体。 2）浓差电势的公式（能斯特公式） 气体中的含氧气浓度表示方法 设容积V中的各种气体的总压力为P，则第i种成分的浓度φi 可用其分压力Pi表示（或用其分容积） 公式推广：若两侧压力相等或者是近似的相等，其值为P，则有: 保证氧量计正确工作的三个条件 工作温度应恒定，否则应采取措施：恒温或补偿 为了提高灵敏度，工作温度最好＞800℃，但是不允许超过烧结温度1200℃。850度时，灵敏度最好； 参比气体氧气含量应当稳定（空气） 参比气体中的O2的浓度比被测气体的大（浓差大，电势大） 两侧介质的压力应尽量相同（浓度和压力呈线性关系） 两侧介质都应保持流动（以防止渗透，使得两侧的O2浓度趋于一致） 带恒温装置的ZrO2传感器 锆管为封头式后接长管 烟气有抽气装置，空气有正压装置 恒温装置自动调节，恒温温度一般为800℃ 问题：附属设备多、电热丝长期通电易断。 带温度补偿的ZrO2传感器 * ——第7章　炉烟分析 主 要 内 容 7.1概述 7.2锅炉烟气成分分析 7.3磁性氧量分析仪 7.4氧化锆氧量分析仪 1 2 3 4 §7.1 概 述 过程分析仪器：安装在生产现场，用于对物质 成分以及各种物理化学特性进行在线自动分析 测量的仪表（亦称工业分析仪器）； 分析仪器 实验室分析仪器：用于实验室离线分析。 热力发电厂中的主要检测项目 排放的“三废” 排污水 烟气 灰渣 给水、蒸汽中的含盐、溶氧以及SiO2等 氢冷发电机中的氢气纯度（不足有爆炸的可能性） 在线测量灰渣中的可燃物含量 排烟中的可燃气（CO、H、CH）等含量 烟气中的含O、CO 燃煤锅炉 煤质分析等等 7.1.1 分析仪表的组成 取样净化系统： 传感器：（发送器）核心部件，输入经预处理的样品，输出可观测的信号 变换器：对传感器提供的信号作进一步的处理、放大、线性化，补偿校正或 者变成统一的信号（4~20mA，0~10mA等） 显示部分：可以有专用的显示器完成, 也可以由通用的显示仪按照成分分度标尺完成 取样净化系统 作用：从对象中取出具有代表性的被分析介质样品并作必要的预处理 要求：样品经处理后能保持原试样的基本成分和特性 组成：取样器、过滤器、冷却器、分离净化和抽取设备 取样设备 在线式分析仪表 实验室分析仪表 7.1.2 常用的过程分析仪表的分类 一、按照被测量的成分分类 氧量表 （监测介质中的氧的含量） 氧化锆氧量