烟气成分分析仪器分类及取样方法

2023-10-11 理论教育版权反馈

【摘要】：进行烟气成分分析的仪器种类很多，有化学方法进行分析的，也有用物理方法进行分析的。（一）奥氏气体分析仪1.烟气成分分析中的取样方法所取样品应能代表烟气的平均成分，反映烟气的真实情况，为正确判断与分析燃料燃烧状况，合理操作窑炉提供依据。氨气吸收液将10ml浓硫酸加入90ml蒸馏水中即可。重复上述操作2～3次，可以认为气体分析器已被待测烟气洗净。

进行烟气成分分析的仪器种类很多，有化学方法进行分析的（如奥氏气体分析仪），也有用物理方法进行分析的（如多组分气体分析仪、红外线气体分析仪、氧化锆氧量分析仪等）。这里介绍奥氏气体分析仪和氧化锆氧量分析仪。

（一）奥氏气体分析仪

1.烟气成分分析中的取样方法

所取样品应能代表烟气的平均成分，反映烟气的真实情况，为正确判断与分析燃料燃烧状况，合理操作窑炉提供依据。

（1）选择取样点应考虑的因素

①取样断面应当位于气流方向，且该处气流能稳定地流动，没有回流、涡流和停滞等现象；

②在通道局部变形区（如异形管、闸口）的附近，由于会产生局部阻力，不应设置取样点；

③取样断面不应有孔洞或其他测量孔道；

④考虑到烟道截面上烟气成分的含量分布往往是不均匀的，插入烟道的取样管上可开一些均匀小孔，取样区气流速度应大，从而使气流能均匀混合，其流动方向最好由上向下；

⑤选定取样点不致影响生产，且便于取样操作；

⑥在负压区取样时，要严格封闭，以防将外部空气吸入取气球，造成分析误差。

（2）取样位置的确定

一般情况下，选择以下位置进行取样分析：

①烧嘴群与烧嘴群之间，或燃烧室与燃烧室之间，可分析判断燃料燃烧的情况；

②烧成带首端、烧成带中部，若烧还原气氛时，在还原和氧化气氛转换点前后，以了解烧成带的气氛性质，气氛转换是否及时，强还原和弱还原控制是否合理；

③冷却带首端或冷却带抽热风管道上，了解烟气倒流情况；

④总闸前的主烟道上，由烟气成分计算空气系数，进而分析窑道漏风情况；

⑤烟囱底部，由烟气成分计算空气系数进而计算排烟总量。

（3）取样方法

①取样工具

A.取样管。有钢管、紫铜管、瓷管和橡皮管。取样位置的温度在200℃～600℃范围内用钢管或紫铜管做取样管，高于600℃的位置用陶瓷管或带有水冷的钢管取样。

B.球胆。为普通篮球或排球胆（内胆）。

②取样方法

把球胆编号并叠卷起来，使胆内气体全部压出，把胆嘴对准与取样管连接的橡皮管并套好，松展叠卷球胆，气体便自然压入胆内。然后再将胆内气体用叠卷法压出，而后再松展吸收气体，如此几次，以使取样气体纯正真实，最后扎紧球胆送分析室分析。

2.奥氏气体分析仪中吸收液的配制方法

（1）氢氧化钾溶液

氢氧化钾溶液为二氧化碳的吸收剂，将100g固体KOH溶解于200ml蒸馏水中，在溶解时会产生大量的热量，应不断搅拌，待冷却后取上面的澄清无色溶液来使用。

（2）焦性没食子酸钾溶液

焦性没食子酸钾溶液为氧的吸收剂，使用时由A液和B液混合而成。

A液：把20g焦性没食子酸溶于60ml蒸馏水中（为了加快焦性没食子酸溶解可加热到60℃）。

B液：把100g氢氧化钾溶于130ml蒸馏水中。

混合后的焦性没食子酸钾溶液吸收氧的能力与其本身的温度有关，温度不低于25℃时，吸收能力最快，当温度低于7℃时，便不能吸收氧。

（3）氨性氯化亚铜溶液

为一氧化碳吸收剂，将66g氯化铵和54g氯化亚铜溶于100ml蒸馏水中，在注入吸收瓶时，在每3ml的这种溶液中加1ml的氨水（25%）。为了保持溶液的化学能力，在吸收瓶中需加入一束铜丝。

（4）氨气吸收液

将10ml浓硫酸加入90ml蒸馏水中即可（此时须采用有4个吸收瓶的QF190—2型奥氏气体分析仪）。

（5）封闭液的配制

将150g食盐溶解于500ml蒸馏水中，经过一昼夜沉淀后，去掉沉淀物，向饱和食盐溶液中加入5ml浓硫酸，再向溶液内滴入几滴甲基橙使溶液变成红色，然后用烟气饱和后即可使用。(www.chuimin.cn)

3.奥氏气体分析仪的分析操作过程

奥氏气体分析仪按图7-15所示进行装配。其分析操作过程可分为三个阶段，即仪器的准备、仪器的检查和操作分析阶段。

图7-15　奥氏气体分析仪装配示意图

1—量气筒；2—冷却水套管；3—平衡瓶；4—梳形管；5—三通活塞；6、7—三组吸收瓶；
8—连接管；9—U形管；10—胶皮管；11—细玻璃管束；12—干燥剂；13、14、15—活塞开关

（1）仪器的准备

把仪器洗净后装配好，第一组吸收瓶中注入KOH溶液用于吸收二氧化碳；第二组吸收瓶中注入焦性没食子酸钾溶液用于吸收氧气；第三组吸收瓶中注入氨性氯化亚铜和铜丝用于吸收一氧化碳。每瓶内装入吸收液的量约占瓶体积的2/3为宜，即约为200ml。为避免吸收液被氧化或污染，在三组吸收瓶与大气相通的吸收液面上注入液态石蜡。在平衡瓶3中注满饱和氯化钠或酸性硫酸钠溶液（封闭液）。在量气筒的套管2中加入冷却水，以便冷却量气筒中的烟气，并隔绝周围温度的影响。在U形管9内装上干燥剂，并做好仪器各连接处的密封工作（用凡士林涂于接口处）。

（2）仪器的检查

首先依次检查活塞13、14、15是否漏气。关闭活塞13、14、15，打开三通5，使量气筒和大气相通。将平衡瓶3提高，量气筒的液位升至一定高度后，再关闭三通5，放下平衡瓶。打开活塞13，使吸收瓶6的液面升至标线后再关闭。打开三通5，观察吸收瓶6的液面是否回落。若不回落，说明不漏气；若回落则说明漏气。用同样的方法可检查活塞14、15是否漏气。然后检查三通5是否漏气。用上述方法使量气筒内的液位升到一定高度后关闭三通5，放下平衡瓶。如果量气筒内的液面微微回落后保持不变，说明活塞5不漏气。如果漏气，要把活塞拨出重新涂上凡士林，直至不漏气为止。检查完毕后，把吸收瓶中吸收液和量气筒中封闭液调至标线，以备测定。

（3）测定

将取样瓶用胶皮管与U形管连接，开通活塞5使取气瓶与量气筒相通，把平衡瓶往下移，则待测烟气进入量气筒中，然后转动活塞5，使之与大气相通，提升平衡瓶，把吸入量气筒内的烟气排出。重复上述操作2～3次，可以认为气体分析器已被待测烟气洗净。然后再打开活塞5，把待测气体引入量气筒中，准确吸收100ml，关闭活塞5，打开活塞13，提升平衡瓶，把气体压入第1组吸收瓶中，直至封闭液达到量气筒上部标线为止，然后放下平衡瓶，气体又被吸回量气筒中，再提升平衡瓶，使气体再压入吸收瓶中如此重复3～4次，最后将气体由吸收瓶中吸回量气筒中。当吸收液达到上部吸收瓶上刻度标线时，关闭活塞13，提升平衡瓶3，靠近量气筒，使平衡瓶中液面和量气筒中液面在同一高度时，记下量气筒液面的读数。再打开活塞13，重复上述方法进行操作，直至量气筒的液面读数（V1）不变，说明CO2的气体已被第1组吸收瓶中的KOH吸收完全，则所减少的体积为CO2的量。必须说明，烟气中如有SO2也将一起在这里被吸收。

接下来再按上述同样操作方法分别对氧气和一氧化碳进行测定，并记下吸收完氧气后及吸收完一氧化碳后量气筒的液面读数V2和V3。为了防止氨水分解出氨气，可在最后设一组吸收瓶用于吸出氨气，避免造成误差。

（4）取样分析中的注意事项

①平衡瓶内封闭液在第一次使用前，应先通入烟气让其吸收饱和后再使用，以免影响分析结果；

②因为焦性没食子酸钾也能吸收CO2，氨性氯化亚铜也能吸收CO2和O2，所以分析时应按顺序先分析CO2，然后依次分析O2和CO；

③测定氧含量时，要控制焦性没食子酸钾溶液的温度不低于15℃，以免吸收过慢，分析不准确；

④在进行CO的测定时，不宜时间过长，否则已被氯化亚铜吸收的CO又会放出来，使分析结果不准确；

⑤每次分析操作完成后，应稍待两分钟，待封闭液充分从量气管壁流下来后才能读数，以减少误差；

⑥吸收液容易吸收空气中的CO2和O2，不可直接暴露于空气中，故需注入液态石蜡密封；

⑦操作时平衡瓶的升降不要过高、过低、过快，以免吸收液冲过吸收瓶的刻度线。如果吸收液越过刻度线进入活塞，分析完毕后应立即进行清洗。万一进入量气筒中，使封闭液呈碱性，就得更换后方能使用。

4.计算与分析

（1）CO2、O2、CO体积分数的计算

烟气分析时，因为吸收前和吸收后温度和压力变化较小，故不做温度和压力的校正。分析是以体积分数表示的。

式中：V1、V2、V3分别为100ml烟气被氢氧化钾溶液、焦性没食子酸钾溶液、氨性氯化亚铜溶液吸收后的体积，ml。

同一点如果经多次测试，或者同一断面采取多点测试，要得其平均情况，则需取各点所得数值的算术平均值作为最后结果。

（2）空气系数α的计算

对于燃料中含氮量比较少（如固体、液体燃料、天然气、石油气）时：

式中：φ（N2）、φ（O2）、φ（CO）分别表示烟气中氮气、氧气和一氧化碳的体积分数。

对于燃料中含氮量较高（如发生炉煤气）时：

式中：φ（N2，燃料，）——燃料中氮气的体积分数。

必须注意的是，在计算φ（Nf）时，要考虑计算基准的统一。

（二）氧化锆氧量分析仪

氧化锆氧量分析仪由氧化锆探头（检测器）、信号转换器及相关附件组成。如图7-16所示为氧化锆氧量分析仪及其检测器。

图7-16　氧化锆氧量分析仪及检测器

该仪表依据氧浓差电池原理构成，如图7-17所示，在两电极之间用氧化锆作为固体电介质，氧化锆两侧有氧浓差时，就形成了氧浓差电池。当固体电介质一侧（参比侧）氧分压为空气（20.6%），由浓差电池输出电动势E，就可以计算出固体电介质另一侧（被测侧）氧分压，这就是氧化锆氧量分析仪的测氧原理。

图7-17　氧浓差电池示意图

氧化锆氧量分析仪的检测器长度规格有：400mm、600mm、800mm、1000mm、1200mm等几种，测氧范围有：0～20.6%或0～10%两种。可测量工作时的窑炉中烟气的氧含量，以判断窑内烟气成分，为调节窑内烧成气氛提供依据。若窑内烟气温度低于700℃时，一般采用标准型检测器，若被测烟气温度高于700℃时，可采用高温检测器。此外，陶瓷窑炉点火时，燃气输送管道内原有的空气（或混合气体）须全部置换成燃气，以免点火时产生危险。气体置换后，一般要求管内燃气中的氧含量小于0.2%，可用氧化锆氧量分析仪进行测定。由于探头的参比气是靠空气自然对流提供的，所以测量时，探头应水平放置，测量管内气体氧量时，必须密封不漏气。

烟气成分分析仪器分类及取样方法

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