一种新型烟气分析仪的原理和使用
[摘 要]介绍了一种新型的烟气分析仪的原理、结构、使用效果以及问题处理。
[关键词]烟气分析;氧化锆传感器;吹扫系统
烟气分析仪通过测量过量氧和未燃尽的可燃物来监控加热炉或锅炉以获取zui大热效率;当操作和可靠时,烟气分析仪能因节约燃料、提高产品产量和降低空气污染而很快收回成本。然而许多分析仪的设计在需要连续测量的恶劣条件下证明是不适合和不可靠的。烟气分析仪必须面对酸性腐蚀和由于脏物微粒引起的堵塞以及随之而来的传感器故障。当这些问题存在时,其分析仪将在一段时间内失效。
烧结白灰窑采用FGA300系列分析仪,使用稳定、宽范围的传感器通过*的采样系统防止了腐蚀和颗粒沉积,有效地克服了这些潜在的问题。
FGA300分析仪使用现代烟气测量技术和*的采样技术,提供了测量这两个参数*的办法。使用两个分别独立的传感器,一个氧化锆氧传感器和一个铂-触媒可燃物传感器。氧化锆传感器用于测量过量氧或在燃料过量的环境中测量过量可燃物;铂-触媒可燃物传感器仅用于测量在氧气过量的情况下（即必须有充足的氧使燃料燃烧）测量部分燃尽的燃料。
该仪器一般由两个箱组成:大的是主分析仪单元,小的是附件箱。根据需要可以订购其他可选件,如显示器等。
附件箱直接安装在主分析仪单元的下面,包括提供电源,传感器输出及温控连接的端子块。此外,附件箱通常还包括加热炉炉温控制板（FTC）, FTC使加热炉处于恒温,温度的稳定性可提高氧分析的精度并可以延长传感器的寿命,当使用环境温度高于70℃时, FTC应该远距离安装在一个独立于分析仪之外的盒内, FTC应尽可能安装在与分析仪zui近的位置。我公司使用防爆型FTC,安装于主控室内。
1 工作原理
理想状态下,每个燃烧器都应是空气与燃料按比例混合进行有效燃烧,按照化学计算只产生热能,水蒸汽和二氧化碳,但由于燃烧器老化,混合不充分以及由于热值和燃烧率的变化、气候变化等原因使得这种理想状态很少发生。往往出现空气太多和太少的情况。空气太少将把未燃尽的烟气送入烟道,造成高额的损失,甚至出现潜在的爆炸性条件。空气太多则将携带大量热值进入烟道,形成腐蚀性酸物,增加了维护成本。
FGA300系列能容易地测量燃烧工艺过程。供风维持在一个比值,使烟气中可燃物和氧气zui少。的烟气分析仪有助于减少燃烧过程造成的污染。不*的燃烧可导致污染的增加。过量的空气影响SO3和NOX的形式。FGA300系列用于调节空/燃比以使污染量zui小。为操作者和控制系统提供了优化操作所需的信息。
烟气样气通过气体扩散和微小对流进入测头和测头套管,样气沿内管进入样气系统,样气系统由入口的加热器维持在250℃,这一温度可以防止烟气内的酸性气体在分析仪内冷凝。该样气温度足以使样气在经过触媒可燃物传感器时发生自燃,该传感器可给出与样气中可燃物浓度成比例的输出信号。
之后,样气进入样气系统的加热炉区。该独立的加热炉可把样气和氧传感器加热至700℃—氧测量的*温度。样气的二次加热也产生了对流气体。氧传感器由铂和一种能燃烧所有剩余可燃物的触媒覆盖。传感器测量烟气中过量氧就是根据这一原理进行的。
zui后,样气借助对流环路和外管返回取样进口区,并由烟道内烟气带走。
（1）氧化锆氧传感器的工作原理
氧化锆氧传感器内外侧均包覆着多孔铂,构成两个电极,样气穿越测试管形传感器外侧,而同时周围大气自由地环流在传感器内侧。该大气被用作进行氧气测量的基准（参比）气体。
氧传感器在700℃时,大气基准气体在内侧电极处发生电化学还原,由此产生的氧离子通过多孔氧化锆陶瓷向外侧电极转移以平衡样气侧的低氧浓度,外侧电极发出电子重新构成氧分子并由样气气流带走。
烟气样气中的氧浓度越低,则穿过陶瓷的离子转移速度越快,电极处发生电子交换而产生的传感器电压就越高,传感器电压随着烟气中氧含量的下降而均匀增加,电压与氧含量的关系符合能斯特方程即
（1）式中F为96484·56C/mol;R为8·31441J/mol K-1;T为温度, K;t为加热温度,℃;T=t+273·15 （K）;n为4,每个分子传递的电子数;P1（O2）为1侧氧的分压。通常为20·9%;P2（O2）为2侧氧的分压;E12为1侧相对于2侧的电压,单位为mV。
代入这些值,得
从而可以进行烟气氧气的微小含量的测量。
（2）铂—触媒可燃物传感器的工作原理
可燃物传感器由两支并排安装在烟气样气中的电阻式温度计组成。一只用于测量而另一只用于基准（参比）。测量用温度计包覆着铂触媒,装在一惰性支承上,而基准温度计仅包覆惰性膜,当样气流经测量温度计时,可燃物在触媒上燃烧,从而使测量温度计的温度升高。
测量温度计和基准温度计的温度差与样气中可燃物的浓度成比例,同时该温差还会产生一个电阻变化,并转化为可燃物读数。
