煙氣分析儀的工作原理及應用

　　一、煙氣分析儀（或燃燒效率測定儀）

　　煙氣分析儀是抽氣采樣爐窯煙道氣體并自動(dòng)進(jìn)行成分分析的儀表，分為在線(xiàn)監測式和便攜式。一般可以測量分析煙氣中的CO、O?、NOx、SO?等氣體含量，以及煙氣溫度、壓力等，并通過(guò)計算獲得CO?含量、過(guò)?？諝庀禂?、煙氣露點(diǎn)、燃燒效率、排煙熱損失、煙氣流量等熱工參數。

　　煙氣分析儀中一般安裝多個(gè)傳感器，分為電化學(xué)傳感器和紅外傳感器。電化學(xué)傳感器測量原理是將待測氣體經(jīng)過(guò)除塵、去濕后進(jìn)入傳感器室，經(jīng)由滲透膜進(jìn)入電解槽，使在電解液中被擴散吸收的氣體在規定的氧化電位下進(jìn)行電位電解，根據耗用的電解電流求出其氣體的濃度。

　　紅外傳感器主要由紅外光源、紅外吸收池、紅外接收器、氣體管路、溫度傳感器等組成。它是利用各種元素對某個(gè)特定波長(cháng)的吸收原理，當被測氣體進(jìn)入紅外吸收池后會(huì )對紅外光有不同程度的吸收，從而計算出氣體含量。紅外傳感器具有抗中毒性好、量程范圍廣、反應靈敏等特點(diǎn)。

　　二、氧氣分析儀

　　測量煙氣中含氧量的儀表稱(chēng)為氧分析儀（氧量計）。常用的氧分析儀主要有熱磁式和氧化鋯式兩種。

　?。?）熱磁式氧分析儀

　　其原理是利用煙氣組分中氧氣的磁化率特別高這一物理特性來(lái)測定煙氣中含氧量。氧氣為順磁性氣體（氣體能被磁場(chǎng)所吸引的稱(chēng)為順磁性氣體），在不均勻磁場(chǎng)中受到吸引而流向磁場(chǎng)較強處。在該處設有加熱絲，使此處氧的溫度升高而磁化率下降，因而磁場(chǎng)吸引力減小，受后面磁化率較高的未被加熱的氧氣分子推擠而排出磁場(chǎng)，由此造成“熱磁對流”或“磁風(fēng)”現象。在一定的氣樣壓力、溫度和流量下，通過(guò)測量磁風(fēng)大小就可測得氣樣中氧氣含量。由于熱敏元件（鉑絲）既作為不平衡電橋的兩個(gè)橋臂電阻，又作為加熱電阻絲，在磁風(fēng)的作用下出現溫度梯度，即進(jìn)氣側橋臂的溫度低于出氣側橋臂的溫度。不平衡電橋將隨著(zhù)氣樣中氧氣含量的不同，輸出相應的電壓值。

　　熱磁式氧分析儀雖然具有結構簡(jiǎn)單、便于制造和調整等優(yōu)點(diǎn)，但由于其反應速度慢、測量誤差大、容易發(fā)生測量環(huán)室堵塞和熱敏元件腐蝕嚴重等缺點(diǎn)，已逐漸被氧化鋯氧分析儀所取代。

　?。?）氧化鋯傳感器式氧分析儀

　　氧化鋯（ZrO?）是一種陶瓷，一種具有離子導電性質(zhì)的固體。在常溫下為單斜晶體，當溫度升高到1150℃時(shí)，晶型轉變?yōu)榱⒎骄w，同時(shí)約有7%的體積收縮；當溫度降低時(shí)，又變?yōu)閱涡本w。若反復加熱與冷卻，ZrO?就會(huì )破裂。因此，純凈的ZrO?不能用作測量元件。如果在ZrO2中加入一定量的氧化鈣（CaO）或氧化釔（Y?O?）作穩定劑，再經(jīng)過(guò)高溫焙燒，則變?yōu)榉€定的氧化鋯材料，這時(shí)，四價(jià)的鋯被二價(jià)的鈣或三價(jià)的釔置換，同時(shí)產(chǎn)生氧離子空穴，所以ZrO?屬于陰離子固體電解質(zhì)。ZrO?主要通過(guò)空穴的運動(dòng)而導電，當溫度達到600℃以上時(shí)，ZrO?就變?yōu)榱己玫难蹼x子導體。

　　在氧化鋯電解質(zhì)的兩面各燒結一個(gè)鉑電極，當氧化鋯兩側的氧分壓不同時(shí)，氧分壓高的一側的氧以離子形式向氧分壓低的一側遷移，結果使氧分壓高的一側鉑電極失去電子顯正電，而氧分壓低的一側鉑電極得到電子顯負電，因而在兩鉑電極之間產(chǎn)生氧濃差電勢。此電勢在溫度一定時(shí)只與兩側氣體中氧氣含量的差（氧濃差）有關(guān)。若一側氧氣含量已知（如空氣中氧氣含量為常數），則另一側氧氣含量（如煙氣中氧氣含量）就可用氧濃差電勢表示，測出氧濃差電勢，便可知道煙氣中氧氣含量。

　　氧化鋯氧分析儀具有結構和采樣預處理系統較簡(jiǎn)單、靈敏度和分辨率高、測量范圍寬、響應速度較快等優(yōu)點(diǎn)。

　　三、產(chǎn)品及應用

　　煙氣分析儀器應用領(lǐng)域十分廣泛，例如：

　?。?）熱電廠(chǎng)循環(huán)流化床鍋爐用于燃燒控制室的煙道氣體監測；

　?。?）鋼鐵廠(chǎng)軋鋼加熱爐用于解決降低氧化燒損或脫碳層厚度時(shí)的爐氣氣氛檢測；

　?。?）全氫熱處理爐用于檢測輻射管是否燒穿漏氣

　?。?）研制新型燃燒器（蓄熱式、低NOx式、輻射管式）時(shí)用于燃燒器結構尺寸的設計研究；

　?。?）汽車(chē)尾氣排放檢測；

　?。?）其他環(huán)境保護監測項目。