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(wèn)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(guò)測(cè)量過(guò)量氧和未燃盡的可燃物來(lái)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(shí),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(jì)在需要連續(xù)測(cè)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(duì)酸性腐蝕和由于臟物微粒引起的堵塞以及隨之而來(lái)的傳感器故障。當(dāng)這些問(wèn)題存在時(shí),其分析儀將在一段時(shí)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(guò)*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(wèn)題。
FGA300分析儀使用現(xiàn)代煙氣測(cè)量技術(shù)和*的采樣技術(shù),提供了測(cè)量這兩個(gè)參數(shù)*的辦法。使用兩個(gè)分別獨(dú)立的傳感器,一個(gè)氧化鋯氧傳感器和一個(gè)鉑-觸媒可燃物傳感器。氧化鋯傳感器用于測(cè)量過(guò)量氧或在燃料過(guò)量的環(huán)境中測(cè)量過(guò)量可燃物;鉑-觸媒可燃物傳感器僅用于測(cè)量在氧氣過(guò)量的情況下（即必須有充足的氧使燃料燃燒）測(cè)量部分燃盡的燃料。
該儀器一般由兩個(gè)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(gòu)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(zhǎng)傳感器的壽命,當(dāng)使用環(huán)境溫度高于70℃時(shí), FTC應(yīng)該遠(yuǎn)距離安裝在一個(gè)獨(dú)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(gè)燃燒器都應(yīng)是空氣與燃料按比例混合進(jìn)行有效燃燒,按照化學(xué)計(jì)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(jìn)入煙道,形成腐蝕性酸物,增加了維護(hù)成本。
FGA300系列能容易地測(cè)量燃燒工藝過(guò)程。供風(fēng)維持在一個(gè)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(guò)程造成的污染。不*的燃燒可導(dǎo)致污染的增加。過(guò)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(guò)氣體擴(kuò)散和微小對(duì)流進(jìn)入測(cè)頭和測(cè)頭套管,樣氣沿內(nèi)管進(jìn)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(guò)觸媒可燃物傳感器時(shí)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(hào)。
之后,樣氣進(jìn)入樣氣系統(tǒng)的加熱爐區(qū)。該獨(dú)立的加熱爐可把樣氣和氧傳感器加熱至700℃—氧測(cè)量的*溫度。樣氣的二次加熱也產(chǎn)生了對(duì)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(cè)量煙氣中過(guò)量氧就是根據(jù)這一原理進(jìn)行的。
zui后,樣氣借助對(duì)流環(huán)路和外管返回取樣進(jìn)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(gè)電極,樣氣穿越測(cè)試管形傳感器外側(cè),而同時(shí)周?chē)髿庾杂傻丨h(huán)流在傳感器內(nèi)側(cè)。該大氣被用作進(jìn)行氧氣測(cè)量的基準(zhǔn)（參比）氣體。
氧傳感器在700℃時(shí),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(guò)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(guò)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(gè)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(duì)于2側(cè)的電壓,單位為mV。
代入這些值,得
從而可以進(jìn)行煙氣氧氣的微小含量的測(cè)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(jì)組成。一只用于測(cè)量而另一只用于基準(zhǔn)（參比）。測(cè)量用溫度計(jì)包覆著鉑觸媒,裝在一惰性支承上,而基準(zhǔn)溫度計(jì)僅包覆惰性膜,當(dāng)樣氣流經(jīng)測(cè)量溫度計(jì)時(shí),可燃物在觸媒上燃燒,從而使測(cè)量溫度計(jì)的溫度升高。
測(cè)量溫度計(jì)和基準(zhǔn)溫度計(jì)的溫度差與樣氣中可燃物的濃度成比例,同時(shí)該溫差還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電阻變化,并轉(zhuǎn)化為可燃物讀數(shù)。
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