一種新型煙氣分析儀的原理和使用
[摘 要]介紹了一種新型的煙氣分析儀的原理、結(jié)構(gòu)、使用效果以及問題處理。
[關(guān)鍵詞]煙氣分析;氧化鋯傳感器;吹掃系統(tǒng)
煙氣分析儀通過測量過量氧和未燃盡的可燃物來監(jiān)控加熱爐或鍋爐以獲取zui大熱效率;當(dāng)操作和可靠時,煙氣分析儀能因節(jié)約燃料、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和降低空氣污染而很快收回成本。然而許多分析儀的設(shè)計在需要連續(xù)測量的惡劣條件下證明是不適合和不可靠的。煙氣分析儀必須面對酸性腐蝕和由于臟物微粒引起的堵塞以及隨之而來的傳感器故障。當(dāng)這些問題存在時,其分析儀將在一段時間內(nèi)失效。
燒結(jié)白灰窯采用FGA300系列分析儀,使用穩(wěn)定、寬范圍的傳感器通過*的采樣系統(tǒng)防止了腐蝕和顆粒沉積,有效地克服了這些潛在的問題。
FGA300分析儀使用現(xiàn)代煙氣測量技術(shù)和*的采樣技術(shù),提供了測量這兩個參數(shù)*的辦法。使用兩個分別獨立的傳感器,一個氧化鋯氧傳感器和一個鉑-觸媒可燃物傳感器。氧化鋯傳感器用于測量過量氧或在燃料過量的環(huán)境中測量過量可燃物;鉑-觸媒可燃物傳感器僅用于測量在氧氣過量的情況下（即必須有充足的氧使燃料燃燒）測量部分燃盡的燃料。
該儀器一般由兩個箱組成:大的是主分析儀單元,小的是附件箱。根據(jù)需要可以訂購其他可選件,如顯示器等。
附件箱直接安裝在主分析儀單元的下面,包括提供電源,傳感器輸出及溫控連接的端子塊。此外,附件箱通常還包括加熱爐爐溫控制板（FTC）, FTC使加熱爐處于恒溫,溫度的穩(wěn)定性可提高氧分析的精度并可以延長傳感器的壽命,當(dāng)使用環(huán)境溫度高于70℃時, FTC應(yīng)該遠距離安裝在一個獨立于分析儀之外的盒內(nèi), FTC應(yīng)盡可能安裝在與分析儀zui近的位置。我公司使用防爆型FTC,安裝于主控室內(nèi)。
1 工作原理
理想狀態(tài)下,每個燃燒器都應(yīng)是空氣與燃料按比例混合進行有效燃燒,按照化學(xué)計算只產(chǎn)生熱能,水蒸汽和二氧化碳,但由于燃燒器老化,混合不充分以及由于熱值和燃燒率的變化、氣候變化等原因使得這種理想狀態(tài)很少發(fā)生。往往出現(xiàn)空氣太多和太少的情況?？諝馓賹盐慈急M的煙氣送入煙道,造成高額的損失,甚至出現(xiàn)潛在的爆炸性條件?？諝馓鄤t將攜帶大量熱值進入煙道,形成腐蝕性酸物,增加了維護成本。
FGA300系列能容易地測量燃燒工藝過程。供風(fēng)維持在一個比值,使煙氣中可燃物和氧氣zui少。的煙氣分析儀有助于減少燃燒過程造成的污染。不*的燃燒可導(dǎo)致污染的增加。過量的空氣影響SO3和NOX的形式。FGA300系列用于調(diào)節(jié)空/燃比以使污染量zui小。為操作者和控制系統(tǒng)提供了優(yōu)化操作所需的信息。
煙氣樣氣通過氣體擴散和微小對流進入測頭和測頭套管,樣氣沿內(nèi)管進入樣氣系統(tǒng),樣氣系統(tǒng)由入口的加熱器維持在250℃,這一溫度可以防止煙氣內(nèi)的酸性氣體在分析儀內(nèi)冷凝。該樣氣溫度足以使樣氣在經(jīng)過觸媒可燃物傳感器時發(fā)生自燃,該傳感器可給出與樣氣中可燃物濃度成比例的輸出信號。
之后,樣氣進入樣氣系統(tǒng)的加熱爐區(qū)。該獨立的加熱爐可把樣氣和氧傳感器加熱至700℃—氧測量的*溫度。樣氣的二次加熱也產(chǎn)生了對流氣體。氧傳感器由鉑和一種能燃燒所有剩余可燃物的觸媒覆蓋。傳感器測量煙氣中過量氧就是根據(jù)這一原理進行的。
zui后,樣氣借助對流環(huán)路和外管返回取樣進口區(qū),并由煙道內(nèi)煙氣帶走。
（1）氧化鋯氧傳感器的工作原理
氧化鋯氧傳感器內(nèi)外側(cè)均包覆著多孔鉑,構(gòu)成兩個電極,樣氣穿越測試管形傳感器外側(cè),而同時周圍大氣自由地環(huán)流在傳感器內(nèi)側(cè)。該大氣被用作進行氧氣測量的基準(zhǔn)（參比）氣體。
氧傳感器在700℃時,大氣基準(zhǔn)氣體在內(nèi)側(cè)電極處發(fā)生電化學(xué)還原,由此產(chǎn)生的氧離子通過多孔氧化鋯陶瓷向外側(cè)電極轉(zhuǎn)移以平衡樣氣側(cè)的低氧濃度,外側(cè)電極發(fā)出電子重新構(gòu)成氧分子并由樣氣氣流帶走。
煙氣樣氣中的氧濃度越低,則穿過陶瓷的離子轉(zhuǎn)移速度越快,電極處發(fā)生電子交換而產(chǎn)生的傳感器電壓就越高,傳感器電壓隨著煙氣中氧含量的下降而均勻增加,電壓與氧含量的關(guān)系符合能斯特方程即
（1）式中F為96484·56C/mol;R為8·31441J/mol K-1;T為溫度, K;t為加熱溫度,℃;T=t+273·15 （K）;n為4,每個分子傳遞的電子數(shù);P1（O2）為1側(cè)氧的分壓。通常為20·9%;P2（O2）為2側(cè)氧的分壓;E12為1側(cè)相對于2側(cè)的電壓,單位為mV。
代入這些值,得
從而可以進行煙氣氧氣的微小含量的測量。
（2）鉑—觸媒可燃物傳感器的工作原理
可燃物傳感器由兩支并排安裝在煙氣樣氣中的電阻式溫度計組成。一只用于測量而另一只用于基準(zhǔn)（參比）。測量用溫度計包覆著鉑觸媒,裝在一惰性支承上,而基準(zhǔn)溫度計僅包覆惰性膜,當(dāng)樣氣流經(jīng)測量溫度計時,可燃物在觸媒上燃燒,從而使測量溫度計的溫度升高。
測量溫度計和基準(zhǔn)溫度計的溫度差與樣氣中可燃物的濃度成比例,同時該溫差還會產(chǎn)生一個電阻變化,并轉(zhuǎn)化為可燃物讀數(shù)。
