氣在線第五章

第五章煙氣參數(shù)連續(xù)測量授課老師：1

本章主要內(nèi)容

5.1煙氣氧含量

5.2煙氣流速測定

5.3煙氣溫度測定

5.4

煙氣壓力測定

5.5煙氣濕度測定2重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：煙氣參數(shù)測量儀器的基本結(jié)構(gòu)和使用。難點(diǎn)：煙氣參數(shù)測量的基本原理。35.1煙氣氧含量為什么測定?在燃燒期間，由于使用了過量的空氣導(dǎo)致燃煤鍋爐和廢棄物焚化爐煙氣中出現(xiàn)氧(O2)。國家要求污染物的排放濃度應(yīng)為折算濃度，因此必須準(zhǔn)確測量煙氣中的含氧量。煙氣CEMS中常用的測定方法?1、氧化鋯分析儀(in-situ式和抽取式)2、順磁/熱磁氧分析儀3、電化學(xué)法氧分析儀。

4煙氣氧含量5.1.1氧化鋯分析儀型式(1)in-situ式測量池在煙道中。(2)抽取式采樣探頭插入煙道，測量池安裝在煙道上或煙道外。測量原理氧化鋯是一種固體電解質(zhì)，在600℃以上高溫條件下，它是氧離子的良好導(dǎo)體。在氧化鋯管兩側(cè)分別流過被測氣體和參比氣體，產(chǎn)生的電勢與氧化鋯管的工作溫度和兩側(cè)的氧濃度有固定關(guān)系。如果知道參比氣體的濃度，則可根據(jù)氧化鋯管兩側(cè)的氧電勢和氧化鋯管的工作溫度計(jì)算出被測氣體的氧濃度。5煙氣氧含量氧化鋯傳感器原理能斯特方程式中，R為氣體常數(shù)；F為法拉第常數(shù)；Px為被測氣體氧濃度百分比；PA為參比氣體氧濃度百分比。

6煙氣氧含量氧化鋯測氧儀器結(jié)構(gòu)

由氧化鋯檢測器、氧化鋯轉(zhuǎn)換器組成。一般為直插式結(jié)構(gòu)，氧傳感器安裝在檢測器頭部，檢測器設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)氣路，可由轉(zhuǎn)換器對(duì)檢測器進(jìn)行在線標(biāo)定。7煙氣氧含量日常維護(hù)與常見故障(4)故障及排除①加熱溫度上不去：在探頭端用萬用表測量電爐絲接線端的電壓，若有交流電壓，則是控制器或接線有問題。②溫度高：a.可控硅可能己擊穿，控溫電路故障；b.溫度補(bǔ)償回路有問題，溫補(bǔ)元件未接或松動(dòng)；c.電偶回路未接通，數(shù)據(jù)采空。③氧濃度測量值居高不下：法蘭密封不嚴(yán)，或校準(zhǔn)氣管有漏氣。④校準(zhǔn)時(shí)校零校不下來：通零氣時(shí)檢查氧電勢，如當(dāng)通2%氧含量的校準(zhǔn)氣時(shí)，氧電勢應(yīng)為5OmV左右，如果氧電勢差的很遠(yuǎn)，說明氧化鋯反應(yīng)池已經(jīng)衰老，需要更換，氧化鋯頭的壽命為1~2年。8煙氣氧含量5.1.2順磁/熱磁氧分析儀利用氧氣的順磁性測量O2濃度。三種類型的順磁性分析儀：磁風(fēng)、磁壓和磁力矩。樣品進(jìn)入分析儀前必須除去水分、顆粒物和NO和NO2。9煙氣氧含量1、磁(磁風(fēng))分析儀分析的樣品氣體流過一個(gè)由樣品室和參比室組成的雙室系統(tǒng)。樣品室位于永磁鐵磁場內(nèi)，如果沒有氧氣，兩個(gè)室的熱力學(xué)條件保持相等。如果樣品氣體室中的氣體含有O2,增強(qiáng)的循環(huán)氣流正比于樣品室的O2含量。產(chǎn)生的直流信號(hào)正比于樣品氣體的O2含量。用惠斯通電橋能夠檢測電流，電流的大小與O2濃度相關(guān)。10煙氣氧含量2、磁風(fēng)力(磁壓)分析儀把參比氣體(N2、O2或空氣)從兩個(gè)通道導(dǎo)入樣品室，在脈沖磁場的感應(yīng)下部分參比氣流與樣品氣流相遇，磁場吸收O2分子到樣品氣流的出口并產(chǎn)生一個(gè)小的反壓，導(dǎo)致兩股參比氣流之間在氣動(dòng)電橋中小的補(bǔ)償流動(dòng)。該流動(dòng)由微流量傳感器測量并正比于樣品氣體中O2的含量。11煙氣氧含量3、磁動(dòng)力(磁力矩)分析儀流動(dòng)氣體樣品中的O2分子在磁場中會(huì)形成局部的壓力梯度，能夠利用這種梯度對(duì)位于磁場中的小啞鈴形狀的物體施加壓力。扭矩引起啞鈴位移，由一個(gè)鏡子和光電池組合件測量該位移-啞鈴的角坐標(biāo)。產(chǎn)生的補(bǔ)償電流正比于樣品氣體中含O2量。12煙氣氧含量5.1.3電化學(xué)氧舍量監(jiān)測儀測量原理原電池式傳感器由兩個(gè)金屬電極、電解質(zhì)、擴(kuò)散透氣膜和外殼組成，兩個(gè)金屬電極中Ag為工作電極，Pb為對(duì)電極。傳感器工作時(shí)O2通過擴(kuò)散透氣膜進(jìn)入傳感器，在工作電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。傳感器輸出電流與O2氣體濃度成正比關(guān)系，測量此電流即可定量O2。13煙氣氧含量維護(hù)及常見故障①由于采用抽取方式。取樣系統(tǒng)檢查和維護(hù)項(xiàng)目包括：定期對(duì)所有通氣管和管接頭檢查，發(fā)現(xiàn)接頭不嚴(yán)、漏氣，應(yīng)及時(shí)處理；應(yīng)檢查氣路的氣密性；對(duì)儀器氣室的入口端和出口端連接的安全過濾器進(jìn)行檢查。②定期用標(biāo)準(zhǔn)氣或儀表空氣對(duì)氧含量進(jìn)行校準(zhǔn)。③氧含量測量值不穩(wěn)定或很低，需檢查氧傳感器電壓：通入空氣時(shí)，電壓低于7mV時(shí)說明氧傳感器已失效，應(yīng)及時(shí)需更換。145.2煙氣流速測定常用的煙氣流速測量方法：

S型皮托管法；平均壓差皮托管(阿牛巴皮托管)法；超聲波法；熱平衡法；靶式流量計(jì)法等。155.2煙氣流速測定5.2.1S型皮托管法皮托管由兩根相同的金屬管并聯(lián)組成。一根管面正對(duì)氣體流動(dòng)方向測量全壓，另一根管平行于氣流或背向氣流測量靜壓。測得的壓差由微壓傳感器測得，經(jīng)放大調(diào)制，輸出電壓與S型皮托管測得壓差成比例關(guān)系Pd=kV。皮托管與采樣器165.2煙氣流速測定使用和維護(hù)注意事項(xiàng)①保持皮托管正對(duì)氣流測孔表面的清潔，需要采用高壓反吹技術(shù)定期反吹皮托管。氣源為壓縮空氣，反吹壓力為4~7kg/cm2。反吹時(shí)間、周期視煙氣中顆粒物特性和濃度而定，一般為15min~8h一次,反吹持續(xù)時(shí)間為5~l0s。反吹時(shí)反吹氣體輸送距離不能太長,壓力損失過大,防止反吹氣體冷卻皮托管探頭，造成酸氣和其他氣體冷凝。②為防止壓差傳感器因安裝地點(diǎn)溫度變化、振動(dòng)、電磁輻射、靜電等的干擾造成零點(diǎn)漂移，應(yīng)定期自動(dòng)校準(zhǔn)儀器的零點(diǎn)。17煙氣流速測定使用和維護(hù)注意事項(xiàng)③應(yīng)定期地檢查煙氣對(duì)皮托管的腐蝕情況，當(dāng)煙氣溫度低、煙氣中水以水霧和水滴的形態(tài)出現(xiàn)時(shí)，還必須采取其他的防腐技術(shù)。④管的開口與氣流的角度也會(huì)引起流速的測量誤差。如果氣流與管開口面不垂直而成一定角度，碰撞孔或靜壓孔之間的壓差與垂直時(shí)的壓差存在誤差，流速將會(huì)出現(xiàn)偏差。氣流方向與管開口面不垂直的幾種情況：皮托管彎曲或下垂或隨氣流振蕩；氣流為渦流；測量斷面上氣流的流動(dòng)方向不斷地變化。安裝時(shí)應(yīng)避開有渦流的位置。18煙氣流速測定使用和維護(hù)注意事項(xiàng)⑤探頭堵塞：探頭開口被堵塞，壓力引起偏差，設(shè)計(jì)上，由于有反吹系統(tǒng)，慎重選擇反吹的頻率和反吹的壓力，探頭堵塞的問題極為少見。由于分子的擴(kuò)散作用，在皮托管中可能出現(xiàn)氣流中的濕氣冷凝，若定期反吹應(yīng)能排除。⑥通常在探頭后對(duì)壓差系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)檢查。主要是檢查壓力傳感器，先是密封系統(tǒng)探頭，然后增壓。此方法實(shí)際上是檢查泄漏和電子方面的問題。19煙氣流速測定5.2.2平均壓差皮托管（阿牛巴皮托管）法平均壓差皮托管(阿牛巴皮托管)是皮托管的改進(jìn)型，管上開有4個(gè)或4個(gè)以上的孔，該測孔位置與圓形煙道截面同心環(huán)中心線與直徑線的交點(diǎn)一致，測孔面對(duì)氣流方向測出煙道直徑范圍內(nèi)或測量線上的平均壓力，高壓測孔后面的測孔測得靜壓。由于安裝在不同直徑(或?qū)挾?的煙道或煙囪上，平均壓差皮托管測孔的開孔位置也不同，因此在設(shè)計(jì)皮托管前必須仔細(xì)地測量煙道的尺寸。由于皮托管上開孔多，導(dǎo)致因反吹氣體壓力損失而不足以將聚集在面對(duì)氣流方向測孔上的塵粒吹掃干凈，影響測量準(zhǔn)確度。皮托管長度也不宜過長，否則會(huì)給正常維護(hù)和更換皮托管造成困難。20煙氣流速測定5.2.3超聲波法

在流體中設(shè)置兩個(gè)超聲波傳感器,他們既可發(fā)射超聲波又可以接收超聲波，一個(gè)裝在管道的上游，一個(gè)裝在下游，其距離為L。如順流方向的傳輸時(shí)間為t1,逆流方向的傳輸時(shí)間為t2,流體靜止時(shí)的超聲波傳輸速度為C,流體流動(dòng)速度為v,則

tl=L/(c+v)；t2=L/(c-v)△t=t2-tl=2Lv/(c2-v2)

流體的流速為v=c2△t/2L21煙氣流速測定使用和維護(hù)住意事項(xiàng)①由于儀器為跨煙道或跨煙囪測量系統(tǒng)，需要用清潔空氣吹掃發(fā)射/接收器，保持傳感器的清潔。②超聲波流速連續(xù)測量系統(tǒng)測量的是一條線，得到線平均流速而不是面平均流速。通常不需校準(zhǔn)超聲波流速連續(xù)測量系統(tǒng)的測定結(jié)果，可將測得的線平均流速作為面平均流速。當(dāng)超聲波流速連續(xù)測量系統(tǒng)安裝在矩形煙道或管道上時(shí)，仍需要利用場系數(shù)把線平均流速轉(zhuǎn)換為面平均流速。③流速分層，測量位置出現(xiàn)渦流、軸流會(huì)影響流速測定。所以測量系統(tǒng)應(yīng)盡量避免安裝在渦流區(qū)域。超聲波技術(shù)能夠測量低至0.03m/s氣速。22煙氣流速測定5.2.4熱平衡法熱傳感法有兩個(gè)傳感器：一個(gè)加熱，一個(gè)不加熱。不加熱的傳感器為溫度傳感器。速度與溫度傳感器與電橋連接，當(dāng)流動(dòng)的煙氣使加熱傳感器冷卻時(shí)，增加通過加熱傳感器的電流以保持溫差的恒定。增加的電流(和產(chǎn)生的電壓信號(hào))相當(dāng)于加熱傳感器的熱損失。熱傳感儀產(chǎn)生的輸出信號(hào)與氣體的質(zhì)量流量成正比。輸出信號(hào)=f(熱的損失)=f(Tv-Ts)=ρvsAS

23煙氣流速測定使用和維護(hù)注意事項(xiàng)傳感器上的水滴蒸發(fā)會(huì)帶走熱量，結(jié)果導(dǎo)致測量流量偏高的誤差。不適合含有水滴的煙氣流量的測量。熱傳感系統(tǒng)會(huì)受到腐蝕和黏附微粒。酸液會(huì)腐蝕探頭金屬。黏性的微粒在探頭的溫度傳感器上形成絕緣層，將使儀器的響應(yīng)時(shí)間變慢，不能實(shí)時(shí)地跟蹤測量變化的流速。應(yīng)采用瞬時(shí)加熱傳感器，或用清潔氣體吹掃探頭上的沉積物，或采用機(jī)械的方法清除傳感器表面的沾污物。熱傳感技術(shù)能夠測量低至0.05m/s的氣體流速。測量流速范圍通常為(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)0.5~150m/s。24煙氣流速測定

5.2.5靶或流量計(jì)法原理在煙道或管道中垂直于煙氣方向上安裝一個(gè)圓形的靶，煙氣經(jīng)過時(shí)由于受阻必然要沖擊圓盤形的靶，靶上所受的作用力，通過力矩轉(zhuǎn)換方式測出靶上所受動(dòng)壓，便能夠求出流速。流速與動(dòng)壓能的關(guān)系式為

vs一煙氣流速；

ρ一煙氣密度；

E一煙氣動(dòng)壓能。使用和維護(hù)注意事項(xiàng)靶式流量計(jì)適合于測量水平煙道或管道內(nèi)煙氣流速。與皮托管一樣，要防止插入煙氣中的靶被煙氣腐蝕，需要定期檢查并清理靶上的積灰。

255.3煙氣溫度測定5.3.1熱電藕溫度儀原理將兩根不同的金屬導(dǎo)線連成一閉路，當(dāng)兩接點(diǎn)處于不同的溫度環(huán)境時(shí)，便產(chǎn)生熱電勢。兩接點(diǎn)的溫差越大，熱電勢越大。如果熱電耦一個(gè)接點(diǎn)的溫度保持恒定(稱為自由端),則熱電耦產(chǎn)生的熱電勢大小便完全決定于另一個(gè)接點(diǎn)的溫度(稱為工作端)。通過測量熱電耦的熱電勢，就可以得出工作端所處環(huán)境的溫度。

熱電耦類型：鎳鉻-康銅,鎳鉻-鎳鋁,鉑-鉑銠等多種，在煙氣測試中多采用鎳鉻-鎳鋁熱電耦。26煙氣溫度測定5.3.2熱電阻溫度儀原理鉑熱電阻性能穩(wěn)定、重復(fù)性好、精度高，在工業(yè)用溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。它的測溫范圍一般為-200~650℃。鉑熱電阻的阻值與溫度之間的關(guān)系近似線性，溫度上升時(shí)，鉑電阻的電阻值將增大。常用的熱電阻式傳感器結(jié)構(gòu)由熱電阻、連接熱電阻的內(nèi)部導(dǎo)線、保護(hù)管、絕緣管、接線座組成。275.4

煙氣壓力測定煙氣壓力包括兩部分：靜壓、動(dòng)壓動(dòng)壓是氣體所具有的動(dòng)能，是使氣體流動(dòng)的壓力，它與管道氣體流速的平方成正比。靜壓和動(dòng)壓的代數(shù)和稱為全壓。全壓是氣體在管道中流動(dòng)時(shí)具有的總能量，全壓和靜壓一樣為相對(duì)壓力，有正負(fù)之分。煙氣壓力的測量：一般由皮托管流速測量儀的差壓變送器給出，也可單獨(dú)配套壓力變送器測量。壓力變送器多采用不銹鋼隔離膜片敏感組件，將固態(tài)集成工藝與隔離膜片技術(shù)結(jié)合在一起，可在惡劣條件下工作。285.5煙氣濕度測定5.5.1紅外吸收法紅外吸收法利用水對(duì)特定波長的紅外光產(chǎn)生強(qiáng)烈吸收的原理。紅外輻射穿過被測氣體時(shí)其輻射能被水氣所吸收，含水量不同，對(duì)光的吸收程度不同，通過測量反射光的能量，可計(jì)算出被測氣體中的含水量。紅外吸收法一般常見于固體物料中含水量的非接觸式在線測量，如煙草、木材和紙張中的含水量。用于煙氣水分測量，需要避開CO2/SO2/NOx敏感波長的干擾，存在一定困難，儀器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，目前很少應(yīng)用在煙氣水分的測量。29煙氣濕度測定干溫氧計(jì)算煙氣濕度存在問題：(1)測點(diǎn)不一測量濕氧所安裝的氧化鋯位置，與干氧采樣器所處的位置一般存在一定距離，導(dǎo)致干基氧和濕基氧的測點(diǎn)不一致，由此帶來測量誤差。(2)誤差疊加忽略O(shè)2在水蒸氣中的溶解，干基氧一般在抽取式CEMS系統(tǒng)內(nèi)通過采樣和預(yù)處理系統(tǒng)脫水后，采用電化學(xué)原理或順磁原理測量，而濕基氧，一般通過在附近的