烟气成分分析.ppt

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1、第六章第六章 成分成分分析分析 烟气中含氧量的测量烟气中含氧量的测量一、氧化锆氧量计的工作原理氧化锆氧量计的工作原理 1.氧化锆传感器的结构氧化锆传感器的结构 2.浓差电势的形成浓差电势的形成 氧化锆在常温下为单斜晶体，当氧化锆在常温下为单斜晶体，当温度升高到温度升高到1150左右左右时，晶体排列变为立方晶体。如果在氧化锆中渗入一定数时，晶体排列变为立方晶体。如果在氧化锆中渗入一定数量的氧化钙或氧化钇，其晶体变为量的氧化钙或氧化钇，其晶体变为不随温度变化不随温度变化的稳定的的稳定的萤石型立方晶体，即成为稳定的氧化锆材料。萤石型立方晶体，即成为稳定的氧化锆材料。二、保证氧化锆氧量计正确测量的条件

2、二、保证氧化锆氧量计正确测量的条件(1)氧化锆管应处于恒定温度下工作或在仪表氧化锆管应处于恒定温度下工作或在仪表线路中附加温度补偿措施以使输出不受温度线路中附加温度补偿措施以使输出不受温度影响，因为氧浓差电势与氧化锆管的工作温影响，因为氧浓差电势与氧化锆管的工作温度成正比关系度成正比关系 当工作温度过低时，氧化铁内阻很高，当工作温度过低时，氧化铁内阻很高，耍正确测量电势比较困难，故要求耍正确测量电势比较困难，故要求氧化锆管氧化锆管的工作温度在的工作温度在600以上，但不得超过以上，但不得超过1200，因为温度过高时烟气中的可燃物质因为温度过高时烟气中的可燃物质就会与氧化合而形成燃料电池使输出增

3、大，就会与氧化合而形成燃料电池使输出增大，目前常用工作温度为目前常用工作温度为800左右。左右。(2)氧化锆材料的致密性要好氧化锆材料的致密性要好，否则氧分子将，否则氧分子将直接通过氧化锆而降低输出电势；氧化锆直接通过氧化锆而降低输出电势；氧化锆材料的材料的纯度要高纯度要高，如存在杂质特别是铁元，如存在杂质特别是铁元素，会使电子直接通过氧化锆本身短路，素，会使电子直接通过氧化锆本身短路，降低输出电势。降低输出电势。如果在氧化锆材料中含有如果在氧化锆材料中含有5的的Fe203，则输出电势为计算值的则输出电势为计算值的50，所以电极材，所以电极材料中的铁元素应控制在千分之几的数量级。料中的铁元素应

4、控制在千分之几的数量级。(3)使用中应保持被测气体和参比气体使用中应保持被测气体和参比气体的压力相等的压力相等，只有这样，两种气体中，只有这样，两种气体中氧分压之比才能代表两种气体中的氧氧分压之比才能代表两种气体中的氧浓度之比，因为当压力不同时，如氧浓度之比，因为当压力不同时，如氧浓度相同，氧分压也是不同的。浓度相同，氧分压也是不同的。(4)因氧浓差电池有使两侧氧浓度趋于因氧浓差电池有使两侧氧浓度趋于一致的倾向，因此一致的倾向，因此必须保证被测气体必须保证被测气体和参比气体都有一定的流速和参比气体都有一定的流速，以便不，以便不断更新。断更新。(5)氧化锆材料的阻抗很高，并且随工氧化锆材料的阻抗

5、很高，并且随工作温度降低按指数曲线上升，为了准作温度降低按指数曲线上升，为了准确测量输出电势，确测量输出电势，二次仪表必须具有二次仪表必须具有很高的输入阻抗很高的输入阻抗。(6)氧浓差电势与被测气体氧含量成对氧浓差电势与被测气体氧含量成对数关系，若作为调节信号使用，应对数关系，若作为调节信号使用，应对其进行其进行线性化处理线性化处理。三、测量系统三、测量系统 n 按安装方式可分为按安装方式可分为 抽出式和直插式抽出式和直插式n 按工作温度处理方式可分为按工作温度处理方式可分为 定温式和补偿式定温式和补偿式一氧化碳检测技术一氧化碳检测技术 一氧化碳（）是大气中主要污染物之一。是一种无色、无味的有

6、毒气体，燃烧时呈淡蓝色火焰。(1)测定方法及原理测定方法及原理 测定大气中的方法有非分散红外吸收法、气相色谱法、定电位电解法、间接冷原子吸收法等。非分散红外吸收法非分散红外吸收法 这种方法被广泛用于、CO2、CH4、SO2、NH3等气态污染物质的监测，具有优点：1.测定简便;2.快速;3.不破坏被测物质;4.能连续自动监测等。气相色谱法气相色谱法 色谱分析法又称层析分析法，是一种分离测定多组分混合物的极其有效的分析方法。色谱法的分类方法很多，常按两相所处的状态来分:1.用气体为流动相时，称为气相色谱；2.用液体作为流动相时，称为液相色谱或液体色谱。置换汞法置换汞法 置换汞法也称间接冷原子吸收法

7、，该方法基于气样中的CO与活性氧化汞在180-200发生反应，置换出汞蒸气，带入冷原子吸收测定汞的含量，再换算成CO浓度。置换反应式如下：(10.18)各种方法的原理及性能比较参见下表10.5。)(CO)(H)(H)(2C200-1800气蒸气固气ggOCO常用环境空气中常用环境空气中CO自动分析方法及性能比较自动分析方法及性能比较 方法名称原 理特 点测定范围非 分散 红外 吸收法利用CO对4.5m附近的红外光波具有选择吸收的特点，在一定浓度范围内，吸收值与CO浓度成正比该法属干法操作，无需配置溶液，操作简便、快速，可实现连续自动监测。CO2、水蒸气和悬浮颗粒物有干扰，需经特殊过滤管处理 检

8、出限0 6 2.5 mg/m3气 相色 谱法空气中CO、CO2、CH4经TDX01碳分子筛柱分离后，于H2流中在镍催化剂（36010）作用下，COCO2皆能被转化为CH4，用氢火焰离子化检测器可分别测定上述三种污染物的浓度，以保留时间定性，峰值定量操作简单、快速，可实现连续自动监测。最好选择H2作为载气11000mg/m3置 换汞法利用CO与活性氧化汞在180200下反应，置换出汞蒸汽，它对253.7nm的紫外线具有强烈吸收作用。利用光电转换检测器测出汞蒸汽含量，可换成CO浓度该法灵敏度高。空气中丙酮、甲醛、乙烯、乙炔、SO2及水蒸气干扰测定，需特殊过滤管滤除检出限0.04mg/m3 （2）一

9、氧化碳监测仪）一氧化碳监测仪 汞置换法汞置换法CO测定仪测定仪汞置换法CO测定仪的工作流程如图所示。123456789101112131415图 汞置换法CO测定仪工作原理 非分散红外吸收法非分散红外吸收法CO监测仪监测仪测量室内气样中的CO吸收了部分红外光，使射入检测室的光束强度减弱，且CO含量越高，光强越弱越多。1M235634789气样图 非色散红外线吸收法CO监测仪原理 测量时，先通入纯氮气进行零点校正，再用标准CO气体校正，最后通入气样，便可直接显示、记录气样中CO浓度，按下式将其换算成标准状态下的质量浓度（mg/m3）。CO(mg/m3)=1.25c式中：1.25标准状态下由ppm

10、换算成mg/m3的换算系数。我国生产的非分散红外吸收CO监测仪有多种型号和规格，分别用于大气和废气的监测，最低检出限达0.1ppm。二氧化硫检测技术二氧化硫检测技术 SO2是主要大气污染物之一，为大气环境污染例行监测项目。SO2是一种无色、易溶于水、有刺激性气味。SO2的味阈值是0.3ppm，达3040ppm时，人呼吸将会感到困难。（1）测定方法及原理）测定方法及原理 测定SO2常用的方法有:溶液电导率法;紫外荧光法;红外线吸收法;库化滴定法;火焰光度检测法等。紫外荧光法紫外荧光法工作原理：紫外荧光通常是指某物质受到紫外光照射时，各自吸收了一定波长的光之后，发射出比照射光波长长的光，利用测荧光

11、波长和荧光强度建立起来的定性、定量方法称为荧光分析法。含被测物质的溶液被入射光（I0）激发后，可以在溶液的各方向观测到荧光强度（F）。一般在与激发光源发射光垂直的方向，如图10.1所示。图10.1观测荧光主向示意图根据比耳定律，透过光的比例为：式中：I0 入射光（激发光）强度；I 透过光强度；C 被测物质的浓度；被测物质摩尔吸光系数；b 透过液层厚度。bcII100被吸收和散射等光的比例为：总发射荧光强度（F）与试样吸收的激发光的光量子数和荧光量子效率成正比：bcIII1010)10(00bcIII)101()(00bcFFIIIF将上式括号内的指数项展开可得：对于很稀的溶液，被吸收的激发光不

12、到2%，bc很小，上式中括号内第二项后各项可忽略不计，则简化为：!3)3.2(!2)3.2(3.2032bcbcbcIFF03.2bcIFF对于一定的荧光物质，当测定条件确定后，上式中的F、I0、b均为常数，故又可简化为：即荧光强度与荧光物质浓度呈线性关系。影响荧光强度的因素有：激发光照射时间、溶液温度和pH值、溶剂种类及伴生的各种散射光等Fkc荧光计和荧光分光光度计荧光计和荧光分光光度计 用于荧光分析的仪器有目视荧光计、光电荧光计和荧光分光光度计等。光电荧光计以高压汞灯为激发光源、滤光片为色散元件，光电池为检测器，将荧光强度转换成光电流，用微电流表测定。测定微量荧光物质可得到满意的结果。13

13、245678910111213 图 荧光分光光度计结构示意图1光源 2.4.7.9.狭缝 3 激发光单色器 5 样品池 6 表面吸光物质 8发射光单色器 10光电倍增管 11放大器 12指示器 13记录仪 如果对荧光物质进行定性研究或选择定量分析的适宜波长，则需要使用荧光分光光度计，其结构示于图。溶液电导法溶液电导法用酸性过氧化氢溶液吸收气样中的二氧化硫：(10.8)所生成的硫酸，使吸收液电导率增加，其增加值决定于气样中SO2含量，故通过测量吸收液吸收SO2前后电导率的变化，就可以得知气样中SO2的浓度。24422222SOHSOHOHSO方法名称原 理特 点测定范围（L/m3）溶液电导率法以

14、一定比例使废气与吸收液（硫酸酸性的H2O2溶液）接触，测定吸收液的导电率变化，连续的测定废气中的SO2浓度设备费较低，易于推广。抗干扰性能较差，日常维护管理较麻烦52000红外线吸收法将试样气体导入气体池，用选择性检测器测定SO2在7.3m附近的红外线吸收，即可连续地求得SO2的浓度此法不需要配置溶液，维护管理简单，适用于水分和CO2影响可以忽略的场合102000紫外线吸收法将试样气体导入气体池，在280320nm附近对SO2的紫外吸收量变化进行光电测定，即可连续地求得SO2的浓度此法系干法操作，维护方便。NO2存在时有干扰。需设法消除102000火焰光度检测法将试样气体导入富氢火焰中，SOx

15、将在394nm附近产生特征波长的光，测定它的发光强度，即可连续的测得SO2的浓度此法检测灵敏度很高，不仅可测SO2浓度，也可测SOx的总量和H2S等，除磷氧化物外其它物质几乎不干扰51000恒电位电解法将试样气体导入电解池，对电解液中扩散吸收的SO2进行定比电位电解，测定其电解电流，即可连续地求得SO2的浓度此法装置便于携带，但具有湿法操作在维护管理上方便。H2S、NO2浓度高时有干扰，当其可忽略或可消除影响时，可用此法52000各种方法的原理及性能比较（2）二氧化硫监测仪）二氧化硫监测仪 紫外荧光监测仪紫外荧光监测仪 紫外荧光法测定环境空气中的SO2，具有选择性好、不消耗化学试剂、适用于连续

16、自动监测等特点。用 波 长1 9 0-2 3 0 n m紫 外 光 照 射 大 样 品，则SO2紫外光被激发至激发态，即 激发态SO2不稳定，瞬间返回基态，发射出330nm的荧光，即 22SOhSO222hSOSO采样标定零气排气压力表124563910781112图 紫外荧光SO2监测仪气路系统 1除尘过滤器 2采样电磁阀 3零气./标定电磁阀 4渗透膜除水器5毛细管 6除烃器 7反应室 8流量计 9调节阀 10抽气泵 11 电源 12信号处理及显示系统紫外荧光SO2监测仪由气路系统及荧光监测系统两部分组成，如图所示。125436789 图 SO2监测仪荧光计工作原理 1紫外光源 2、4透镜 3反应室 4激发光滤光片 6发射光滤光片 7光电倍增管 8放大器 9指示表库仑滴定式库仑滴定式SO2监测仪器监测仪器 依据库仑滴定式原理设计的SO2自动监测仪工作原理示于图。如果进入库仑池的气样中不含SO2，参比电极无电流输出。如果气样中含SO2，则发生反应：(10.11)HISOOHISO42224222恒定电流抽气泵IabIIR气样12345678 气样中SO2含量越大，导致阴极电流减小而通