第五章 烟气参数连续测量

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电压表 + 氧化锆元件
烟气 参比气
电极
氧化锆分析仪

2 测量原理 如果在氧化锆管内外两侧涂制铂电极,对氧化锆管加 热,使其内外壁接触氧分压不同的气体,氧化锆就成为一 个氧浓差电池,在两个铂电极上发生如下反应:
在空气侧(参比侧)电极上:
在低氧侧(被测侧)电极上:
2 4e 22
22 2 4e
必须采取其它的防腐技术,如给皮托管喷涂耐温的聚四氟乙烯防腐层等。
S型皮托管法

2 使用和维护注意事项
流速的测量误差。例如:压差传感系统使用的理想条件是要求
④除流速分层影响流速测量外,管的开口与气流的角度也会引起
烟气流动的方向与管开口面垂直。如果气流与管开口面不垂直
而成一定角度,碰撞孔或静压孔之间的压差与垂直时的压差存 在误差,由于用压差的平方根计算烟气流速,因此流速将会出
压缩空气,反吹压力为4~7kg/cm2,。反吹时间、周期视烟气
中颗粒物特性和浓度而定,一般为15min~8h一次(预先设定), 反吹持续时间为5~10s。反吹时注意防止反吹气体输送距离太
长,造成大的压力损失而达不到有效的反吹效果,同时要防止
反吹气体冷却皮托管探头,造成酸气和其它气体冷凝。
S型皮托管法

氧化锆分析仪

4 日常维护与常见故障
②清理标准气管路: 在标准气管内加上约0.1~0.2Mpa的压缩空气,将灰尘由气 孔排出。如管子有堵塞,可用一钢丝将其捅开。标准气管 如图所示。
标准气体出口
注意事项: 在通压缩空气时,必须停电待传感器冷却到室温后,流量 为2~3公升/分。如果锆管在水中清洗过,则重新组装时应该将其弄 干,然后再组装。
氧化锆分析仪

4 日常维护与常见故障
④故障及排除 加热温度上不去:在探头端用万用表测量电炉丝接线端的 电压,若有交流电压,则是控制器或接线有问题。 出现温度高故障。可考虑下列原因: A.可控硅可能已击穿,控温电路已经失去对电炉的控制 作用。 B.温度补偿回路有问题。温补元件未接或松动。 C.电偶回路未接通,数据采空。
同时对电极上发生氧化反应:
2Pb 2H2O 2PbO 4H 4e
其总反应为:
2Pb O2 2PbO
电化学氧含量监测仪

1 测量原理: 此电池反应所产生的电流由下式给出: i (nFAD/ L)c
其中: i :传感器输出电流;n :电子反应电子数;F :法拉第常数; A :电极有效面积;D :O2通过扩散透气膜及薄液层的扩散系 数;L :扩散层厚度;C :O2气体浓度; 当传感器的结构确定后,在一定温度下,n、F、A、D、L均为常数,则
顺磁/热磁氧分析仪

3 磁动力(磁力矩)分析仪
流动气体样品中的O2分子在磁场中会形成局部的压力梯度。能够利
用这种梯度对位于磁场中的小哑铃形状的物体施加压力。扭矩引起哑 铃位移,由一个镜子和光电池
组合件测量该位移-哑铃的角坐
标。产生的补偿电流为位臵的 函数,导致电磁扭矩抵消测量
扭矩并且试图使哑铃回到它原
氧化锆分析仪

4 日常维护与常见故障
取下整个传感器组件,如图。
电炉丝
标准气导管 法兰板 螺钉 O型金属环 氧电池组件 过滤网 保温层
A.从电池组件上取下四个螺钉; B.取下标准气导管及法兰板; C.顺时针转动氧电池组件,从接触弹簧圈上旋下,同时取下O形金 属环,注意不要将其划伤。
氧化锆分析仪
氧化锆分析仪

1 型式:

in-situ式:即测量池在烟道中; 抽取式:分为烟道上抽取式:即采样探头插入 烟道,测量池安装在烟道上;或抽取烟气,测 量池安装在离烟道一定距离的分析仪中(需要样 品输送管路)。
氧化锆分析仪

2 测量原理
氧传感器中使用的氧化锆是一种固体电解质,是在纯 氧化锆中掺入氧化钇或氧化钙,于高温下烧结成的稳定氧 化锆。在600℃以上的高温条件下,它是氧离子的良好导 体,一般做成管装。
即空气中的一个氧分子夺取电极上四个电子而变成两 个氧离子,氧离子在氧浓差电池的驱动下,通过氧化锆迁 移到低氧侧电极,留给该电极四个电子复原为氧分子,电 池处于平均状态时,两电极间电势值E恒定不变。
氧化锆分析仪

2 测量原理
氧电势值E符合能斯特方程
PA RT E ln( ) 4F PX
式中: R——气体常数; F——法拉第常数; PX——被测气体氧浓度百分比 PA——参比气体氧浓度百分比。
来的位臵。该补偿电流正比于 样品气体中含O2量。
电化学氧含量监测仪

1 测量原理:
原电池式传感器由两个金属电极、电解质、扩散透气膜 和外壳组成,两个金属电极中Ag为工作电极,Pb为对电极。 传感器工作时O2通过扩散透气膜进入传感器,在工作电极 上发生如下电化学反应:
O2 4H 4e 2H 2O

4 日常维护与常见故障
安装方法
A.清洁弹簧圈沟槽、氧电池密封环沟槽及检测器端面,若有锈 蚀需要换新的。 B.检查弹簧圈,确定其无锈蚀,方可继续使用。将其置于弹簧 圈沟槽。 C.将O形环装入电池组件的沟槽内,顺时针转动组件把它插入 探头,将孔对齐。 D.把标准气导管插入过滤网中,并用法兰板把它们装好,定好 过滤网的位置。 E.组件位置定好后,将四支螺钉插入孔内,均匀地拧紧所有的 螺钉。
第五章 烟气参数连续监测
氧含量测量仪
烟气氧含量


在燃烧期间,由于使用了过量的空气导致 燃煤锅炉和废弃物焚化炉烟气中出现氧(O2)。 国家要求污染物的排放浓度应为折算浓度, 因此必须准确测量烟气中的含氧量。 目前,烟气CEMS中常用的氧(O2)分析仪有: 氧化锆分析仪(in-situ和抽取)、顺磁/热磁氧 分析仪、电化学法氧分析仪。
氧化锆分析仪

4 日常维护与常见故障
④故障及排除 氧浓度测量值居高不下:法兰密封不严,或校准气管有漏 气。 校准时校零校不下来:通零气时检查氧电势,如当通2% 氧含量的校准气时,氧电势应为50mV左右,如果氧电势 差的很远,说明氧化锆反应池已经衰老,需要更换,氧化 锆头的寿命为1-2年。
顺磁/热磁氧分析仪
Pd
— 烟气动压,Pa; — 烟气温度,℃;
s — 烟气密度,kg/m3;
ts
— 烟气分子量,kg/kmol;
M s — 大气压力,Pa;
B a — 烟气静压,Pa
Ps
S型皮托管法

2 使用和维护注意事项
的重要条件,需要采用高压反吹技术定期反吹皮托管。气源为
①保持皮托管正对气流测孔表面的清洁是保证准确测量烟气流速
源自文库
K nFAD / L
得出:i Kc
即传感器输出电流与O2气体浓度成正比
电化学氧含量监测仪

2 维护及常见故障
①由于采用抽取方式,为保证仪器正常运行,必须对仪器的取样系统
进行检查和维护。包括:

定期对所有通气管和管接头检查,发现接头不严、漏气,应及时处 理; 每次对仪器的维护工作期间,应检查气路的气密性; 对仪器气室的入口端和出口端连接的安全过滤器进行检查,发现污 染要及时更换。

②定期用标准气或仪表空气对氧含量进行校准。 ③氧含量测量值不稳定或很低,需检查氧传感器电压:通入空气时, 电压低于7mV时说明氧传感器已失效,应及时需更换。
烟气流速测量仪
烟气流速

烟气流速是烟气参数的一个重要物理量,其测量
精度直接影响污染物排放总量的精度。常用的烟
气流速测量方法有S型皮托管法、平均压差皮托管
Pd kV0
式中 Pd—烟气动压; k—放大器放大倍数; V0—传感器输出电压
S型皮托管法

测定的烟气流速Vs按下式计算:
vs k p 2 Pd
ε
128.9k p
(273.15 t s )Pd M s (Ba Ps)
式中:vs — 烟气流速,m/s; 皮托管修正系数; K— p

2 使用和维护注意事项
扰造成零点漂移,影响流速的准确测量,应定期自动校准仪器的零点。
②为防止压差传感器因安装地点温度变化、振动、电磁辐射、静电等的干
③应定期地检查烟气对皮托管的腐蚀情况,特别是当皮托管应用于湿法除
尘、脱硫净化设施后测量烟气流速时。当烟气温度低、烟气中水以水雾 和水滴的形态出现时,仅用常用的不锈钢不足以防止皮托管被腐蚀,还
氧化锆分析仪

4 日常维护与常见故障
③检修或更换传感器: 这项工作一定要在确认传感器有问题时进行。氧探头加 热到750℃(测量电偶电势在31mv左右),再测试锆管内 阻,即用万用表欧姆档正向、反向各测试一次,两次数值 取算术平均值。例如正向读数为+120Ω,反向读数为-26Ω, 两数相加之和为94Ω,除2后得47Ω。只有锆管内阻大于 800Ω,并且是从探头电池端子处测试得的数据,探头电 池负端子对探头法兰之间电阻小于1Ω。经过细致测试工作 后确认锆管内阻大于800Ω,这时可确认氧传感器(电池) 需要检修或更换。关掉仪器电源,待电池温度降到室温后 取下传感器,按下述方法更换组件。
氧化锆分析仪
4 日常维护与常见故障 ①维护检查内容: A.根据工艺要求,通标准气检查仪表测量的准确性。 B.清理探头传感器上的灰尘,以免影响反应时间。 注意:清理时用毛刷刷,检测器朝下轻拍。若用风 吹,风压在0.1~0.2Mpa,切忌风中含有水。万一 溅上水,这时绝不能通电加热升温,否则锆管因 受热不均而极易炸裂;只有晾干或用热风吹干后 方可通电加热升温。
顺磁/热磁氧分析仪

磁(磁风)氧传感器结构原理
顺磁/热磁氧分析仪

2 磁风力(磁压)分析仪
如果在磁场中含氧量不同的两股气体相遇,由于它的磁性不同,在 它们之间存在压差。能够利用该 压差形成气动惠斯通电桥。把参比 气体(N2、O2或空气)从两个通道导 入样品室,在脉冲磁场的感应下部 分参比气流与样品气流 相遇,磁场 吸收O2分子到样品气流的出口并产 生一个小的反压,导致两股参比气 流之间在气动电桥中小的补偿流动。 该流动由微流量传感器测量并正比 于样品气体中O2的含量
(阿牛巴皮托管)法、超声波法、热平衡法、靶式
流量计法等
S型皮托管法

1 测量原理
皮托管由两根相同的金属管并联组成,测量端有方向 相反的两个开口,一根管面正对气体流动方向测量全压, 另一根管平行于气流或背向气流测量静压。皮托管两管连 接微压传感器并且连接放大器,测得的压差由微压传感器 测得,经放大调制,输出电压与S型皮托管测得压差成比 例关系,即
顺磁/热磁氧分析仪

1 磁(磁风)分析仪 利用温度依存顺磁的关系,产生磁力感应气流(磁风), 然后测量磁风。分析的样品气体流过一个由样品室和参比 室组成的双室系统。保持两个室的温度—依赖于构成惠斯 通电桥的部件电阻器。两个室具有同等的热力学条件。样 品室位于永磁铁磁场内,而参比室不在该区域。电桥与恒 流源相连,如果没有氧气的气体流过两个室,两个室的热 力学条件保持相等。如果样品气体室中的气体含有O2,增 强的循环气流正比于样品室的O2含量。这扰乱了温度的平 衡,温度取决于电桥电路产生的直流信号,直流信号正比 于样品气体的O2含量。用惠斯通电桥能够检测电流的变化, 电流的大小与O2浓度相关 。
现偏差。流速偏差的高低,取决于探头的设计和气流与管开口
面的角度。
S型皮托管法

2 使用和维护注意事项



利用氧气的顺磁性测量O2浓度。氧气分子是顺磁 性的,能够利用这种特性影响样品气体在分析仪 中的流动方式。 由于顺磁氧分析仪与抽取系统联合使用。样品进 入分析仪前必须除去水分和颗粒物。注意NO和 NO2也是顺磁性的,如果它们的浓度高,可能对 仪器产生一定的干扰。 具有三种类型的顺磁性分析仪:磁风、磁压和磁 力矩。
氧化锆分析仪

2 测量原理
将氧化锆管加热至大于600℃的稳定温度,在氧化锆管
两侧分别流过被测气体和参比气体,则产生的电势与氧化 锆管的工作温度和两侧的氧浓度有固定关系。如果知道参 比气体的浓度,则可根据氧化锆管两侧的氧电势和氧化锆 管的工作温度计算出被测气体的氧浓度。
氧化锆分析仪

3 结构
氧化锆测氧仪器主要由氧化锆检测器、氧化锆转换器组成。氧化锆 氧浓度检测器一般为直插式结构,氧传感器安装在检测器头部,其结 构如图。检测器设有标准气路,可由转换器对检测器进行在线标定。 “标定气输入”口为校准操作时使用, 不进行校准操作时要将此口堵死, 以防空气泄漏出去,引进测量误差。 “参比气输入”口任何时间都要开放, 保持与大气相通。
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