第七章成分分析1、概述：成份分析的作用和意义、成分分析方法、常 用过程分析仪表分类、成分分析仪的组成 2、磁性氧量计：物质的磁性与磁化率、热磁式氧分析 器的工作原理 3 、奥氏气体成分分析仪：奥氏气体成分分析仪的系统 组成；分析步骤、注意事项 4、CO2自动分析仪：基本知识、CO2自动分析器的工 作原理 5、红外线气体分析器：基本知识、红外线气体分析器 的组成、工作原理 6、氧化锆氧量计: 工作原理和结构、ZO系列氧化锆氧 量分析仪7.1 概述7.1.1 成分分析的意义监测和控制工艺成分参数，保证工序质量 成份分析：固体成份分析、气体成份分析 气体成份分析的作用：通过测定气体成分，计算窑炉废气过剩空气系数和 CO含量，判断窑内供风情况及燃料燃烧程度，进而判断物料煅烧情况；比较窑炉系统不同部位废气成分，计算漏风量；分析废气有害成分，确定废气对大气污染程度。 7.1.2 成分分析方法定期取样法：实验室测定 连续测定法：测定混合物中某种成分含量或性质 ；测定混合物中几种或全部组成的含量。7.1.3 成分分析仪组成取样系统：正确取出被测介质的样品发送器：将被测组分含量转换为电量输出信号。信号放大系统：将发送器输出的信号进行放大。显示系统：显示分析结果。7.1.47.1.4 常用过程分析仪表分类 常用过程分析仪表分类 按被测成分：氧量表、氢表、 盐量表、 二氧化硅 分析仪、磷酸盐、溶解铁、pH值分析仪表等。它们各自满足工艺需要。按工作原理 电化学分析仪：电导式、电位式、电量式 热学分析仪：热导式、热化学式、热谱式 磁学分析仪：磁性氧分析仪、核磁共振波谱仪、 电子顺磁共振波谱仪。 光学分析仪：吸收式 (光电比色)、发射式 (摄谱仪 )。 色谱仪：如气相色谱仪、液相色谱仪。 射线分析仪器、离子式光学分析仪器等。7.2 磁性氧量计用途：测量混合气体中的氧气含量7.2.1 气体的磁化特性（1）气体的磁化率磁化现象：任何物质处于外磁场中会受到力或力 矩的作用而显示出磁性，即介质在磁场中被磁 化介质分子磁矩沿一个方向顺序排列。磁化强度：磁场强 度 介质磁化率 磁感应强度：真空中 的磁导 率介质相 对磁导 率 介质磁导率顺磁性物质：在外磁场中被拉向磁场较强处00逆磁性物质：在外磁场中被移向磁场较弱处氧气的磁化率为正，且比其它气体的磁化率高 得多。7.2.2 热磁式氧分析器的组成 环形室中央旁通管：水平放置；管 上绕有二个铂丝加热线圈R1 和R2，它们与另二个锰铜合 金丝做成的电阻器R3和R4组成测量电桥的四个臂，电桥 线路对角线上连接毫伏计（ 刻度为氧的百分含量），磁极：靠近R1的边缘磁极 中央旁通管环形管毫伏计7.2.37.2.3 工作原理 工作原理抽气器将被测气体连续吸入环形室 气体中无氧时，旁通管中无电流流过， 测量电桥处于平衡状态，输出电压为零， 仪表指针指零。 气体中含氧时，氧气被不均匀磁场吸入旁通管，被发 热元件R1加热，磁化率降低，所受磁场引力减小，被随后低温氧气推出。氧气排出在磁道中形成磁风（称 热磁对流）。氧气在旁通管中流动时，在R1处起冷却 作用，流至R2处时，因其已被加热，对R2影响较小， 故TR1TR2，电桥失衡，输出电压信号，信号大小反映了气体氧含量。 若气体中混有NO，将影响测量结果，引起误差。7.3 奥氏气体成分分析仪 7.3.1 系统组成：三个装有吸收剂的吸收瓶，吸收瓶 分别通过旋阀7、8、9与梳形管相连 。图7-2 奥氏气体分析仪结构示意图 1-过滤器；2-三通旋塞；3-梳形管； 4-量管；5-水套管；6-平衡瓶；7、8、9-旋阀 ；10、11、12-吸收瓶；13、14、15-缓冲瓶梳形管一端经三通 阀与取样点或大气 相通，另一端与量 管相连。量管下接平衡瓶， 以吸入或排出气体 。过滤器：用于干燥 气体。1）仪器气密性检查关闭7、8、9使三通阀与大气相通，使平衡瓶6升至一定高度，然后关闭三通阀，观 察量管内水面，若5min不降，说明无漏气，可开始分析。CO2O2CO分析顺序：7.3.27.3.2 分析步骤 分析步骤2）液面高度调节将三个吸收瓶中吸收液面调至同一高度，然后把量管4内的空气全部排出，用待测气体试样将容器清洗几次，即可取 气体试样100ml进行分析。3）成分测定吸收剂CO2KOH或NaOH溶液CO氯化亚铜氨溶液O2焦性没食子酸（3，4，5-三羟基苯甲酸 ）碱溶液KOH:H2O1:2KOH:没食子酸 :H2O 23.5:15:61.5CuCl : NH4Cl : H2O1 : 1.25 : 3.75a. 打开9，气体通入吸收瓶12内，CO2、 SO2 被吸收：2KOH + CO2K2CO3 + H2O2KOH + SO2K2SO3 + H2O说明：废气中SO2含量较小，故一般计入 CO2中或与CO2一并用RO2表示。1ml KOH40ml CO2吸收量使用新鲜碱液时，吸收较快，往复通过45次可完全吸收。b、将气体通入吸收瓶11，因焦性没食子酸吸氧很慢 ，新溶液需往复通过56次，用过的溶液需更多次数。 分析须按顺序进行，因Cu(NH3) 2Cl也能吸收O2。吸收量：1ml 没食子酸溶液4ml O2c、将剩余气体试样通入吸收瓶10，分析CO。 反应也很慢，需反复多次进行Cu(NH3) 2Cl+ 2COCu(CO)2 + 2NH3吸收量：1ml Cu(NH3) 2Cl15ml CO上述三种吸收均需通过几次，前后二次 读数相同时，方可依次进入下一吸收瓶。三次吸收后剩余气体为N2（%）：N2100CO2O2CO要求和注意事项：1）应根据烟气温度确定和选用不同材质的取样管，以防止取样管与烟气中二氧化碳或水汽发生反应从而改变烟气的原始成分。2）仪器中所有连接部分均要紧密，连接处要涂真空脂或凡士林没油，防止漏气。3）分析过程中，要严格注意勿使试剂高出吸收器上规定的液面高度标记线。4）通过吸收空气中的氧（20.9%）检验吸收器的准确性。7.4 CO7.4 CO2 2自动分析仪自动分析仪7.4.1基本知识热传导过程中，不同气体导热系数也 不同，导热系数大者，传热快；反之亦 然。所以，气体混合物中组分含量的变 化会引起混合物导热系数的变化。Name of Gas airWater VaporN2O2COSO2CO2CH4H2H2SRelativeTherm al Conductivity Coefficient10.6730.9951.0070.9580.3140.6051.266.990.538Relative Thermal Conductivity Coefficient of GasesN2、O2、CO的导热系数与空气相近；CO2的导热系数与空气相差较大。因此，若气体中不含CH4、SO2、H2和水气，则可根据混合物的导热系数测定值间接测定CO2含量。烟气中常含CO 、SO2、H2和水气。在混合物进入分析器前，用特殊的电炉（氢燃烧炉）将H2烧成水气，将CO烧成CO2。水气经洗涤冷却后达室温下饱和状态，近似定值；SO2通过过滤器吸收除去。经处理的烟气即可通入分析器进行测定。烟气室空气室毫伏计微安计电桥各臂电阻值均相同 。二相对桥臂R1、R3置于被测气 体通过的二烟室内，另二桥臂置 于空气室内。 电桥的一个 对角线上接 专门装置供 给的直流电 ；另一对角 线接测量仪 表。电桥各臂 用直流电 加热至90 1007.4.27.4.2 CO2CO2自动分析器的工作原理自动分析器的工作原理仪结构组成桥臂各室内全充满清洁空气时，每个铂丝向 周围介质的传热情况相同，各桥臂温度相同，电 阻值相同，电桥处于平衡状态，对角线二点间电 位差为零，毫伏表指零。含CO2的气体流经烟气室时，因热导率小于空 气，故铂丝放热量比在空气中时小，因而桥臂TR1 和TR3高于TR2和TR4，R1和R3的电阻值大于R2和R4 ，破坏电桥平衡，在A、C二点产生电位差，毫伏计指针偏转相应角度。工作原理：指针偏转角度与烟气中CO2含量相对应，故可 从毫伏计刻度盘上直接读出被测烟气的CO2含量。桥臂R1、R2、R3、和R4应尽量相等，但实际工作条件下往往难以实现。故电桥中接入滑线变 阻器R5，以在分析前调整电桥平衡。调整时，使烟气室和空气室都通入清洁的空气，调节R5使毫伏计指针指零。CO2导热率与温度有关。0时相对导热率为 0.605；100为0.7；325时为1。故应控制电桥温度于一定范围。为此，在供电线路中串接变阻 器R0和毫安计以调节和控制电流量。7.5 红外线气体分析器利用混合气体中某些组分会 有选择地吸收红外辐射能的特 性，连续分析和测定被测气体中某一待测组分的含量。可测定的气体：CO、CO2 、CH4、C2H4、NH3、水蒸汽不能测定的气体：双原子气 体、惰性气体7.5.1 7.5.1 基本知识基本知识红外线是一种电磁波，波长：0.76420m。物质质具有一定的红红外辐辐射，辐辐射大小与物质质温度 有关。T低时时，辐辐射波长较长长较长 ，T升高时时，最大辐辐 射能波长长向短波方向迁移。红红外线线气体分析器利 用125m光谱谱段。将镍铬丝镍铬丝 通电电加热热至730时，辐射光波长主要集中在此范围。辐射能被物质吸收后部分转化为热能，T升高。红外线热辐射特征：物体的热辐射绝大部分集中在 红外区域。由此可用热敏电阻或热电堆接收红外线 。各种气体介质并非对红外范围内不同波长的辐 射能都有吸收能力，而是选择性吸收，即每种气体 分子只能吸收某一特定波长范围的红外辐射能量。某些气体的特征吸收波长气体吸收峰波 长长/m CO22.7和4.26CO2.37和 4.65 CH42.3、3.3 和7.65 H2O( g)2.0红外线通过介质 时，辐射能变化与待 测介质温度有关，据 此可对被测介质进行 定量分析。特征吸收波长7.5.27.5.2 红外线气体分析器的构造 红外线气体分析器的构造红外辐射源、分析室、 参比室、检测器、前 置放大器、主放大器 、记录器7.5.37.5.3 工作原理 工作原理从二红外线辐射光源发 出的二束平行红外线 被由同步电机带动的 切光片调制成12.5Hz的交变辐射。其中一束经分析室左接收室，另一束经分析室 和过滤器到达右接收室。检测室内装有薄膜电容器 ，电容器由动极铝膜和定极铝合金圆柱体组成。动极将二接收室隔开，检测室内封被测气体。当检测室受到红外线照射时，内部气体受热膨 胀并产生压力脉冲作用在动极上。当分析室内无被 测气体通过时，检测室左右二接收室的红外辐射相 等，作用在动极上的压力大小相等，方向相反，薄 膜处于平衡状态，仪器无信号输出。当被测气体通过分析室时，气体对红外辐射产生选择性吸收，到达检测室的二束红外 线辐射产生差异，作用在动极 上的压力出现差值，铝膜产生 变形，致使电容器电容产生变化。该电容变化转变成电压信 号输出，经放大、记录，由记 录仪表测得的电压信号即可得 出待测气体含量。 7.67.6 氧化锆氧量计 氧化锆氧量计 用氧化锆固体电解质作测 量元件，将氧量信号转换 为电量信号显示被测气体 的氧含量。特点：结构简单、反应速 度快、不受其它气体干扰 广泛应用于火力发电厂。 7.6.1 7.6.1 工作原理和结构工作原理和结构 ZrO2 晶体结构： 单斜 立方 常温1500体积收缩 7结构不稳定，反复加热和冷却会断裂。 纯净氧化锆不能用作测量元件。 掺入 (1215) CaO或 (Y2O3)等稳定剂，经 高温焙烧形成稳定莹石型立方晶体。因钙、钇化合 价与锆不同，在晶体中产生氧离子空穴。氧化锆管浓差电池电池反应：管内通空气(参比气体)，管外走烟气。管内外 两侧气体中的O2被金属铂吸附，且在其催化作用下 得到电子、成为O2进入氧化锆离子空穴中，金属铂表面上留下过剩正电荷。同时，氧化锆中的O2失去电子成为O2回到空气或烟气中。 达到动态平衡时，在铂金属表