(一)       煙氣分析儀技術基礎

1.     電(dian)化學傳(chuan)感器—原電(dian)池(chi)原理

電(dian)化學毒氣(qi)(qi)傳(chuan)感(gan)器(qi)是一種微燃料電(dian)池元件，它可以直(zhi)接反映(ying)出氣(qi)(qi)體(ti)(ti)濃度而(er)不必通過分壓來(lai)反映(ying)。

從電化學(xue)概念(nian)上來說，傳(chuan)感器包括兩個電極(ji)—感應(ying)電(dian)(dian)極和負電(dian)(dian)極，它們(men)被一(yi)層電(dian)(dian)解質薄膜分離開來，它們(men)被一(yi)個塑(su)料(liao)殼密封起來，只留有一(yi)個小孔允許氣(qi)(qi)體(ti)(ti)進入感應(ying)電(dian)(dian)極，傳(chuan)感器內的(de)電(dian)(dian)極通過引(yin)腳被連(lian)接到所應(ying)用的(de)設(she)備上(shang)。引(yin)腳還(huan)可(ke)以(yi)與(yu)外(wai)(wai)部(bu)的(de)電(dian)(dian)阻電(dian)(dian)路相連(lian)，這(zhe)樣當(dang)有電(dian)(dian)流通過是就可(ke)以(yi)測出電(dian)(dian)勢差。擴(kuo)散(san)進入傳(chuan)感器的(de)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)在感應(ying)電(dian)(dian)極表(biao)面(mian)發生氧化或還(huan)原反應(ying)，在另一(yi)電(dian)(dian)極發生與(yu)之相對(dui)的(de)逆(ni)反應(ying)，在外(wai)(wai)部(bu)電(dian)(dian)路上(shang)形成電(dian)(dian)流。由(you)于(yu)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)進入傳(chuan)感器的(de)速(su)度(du)由(you)柵(zha)孔控制，所以(yi)產生的(de)電(dian)(dian)流與(yu)傳(chuan)感器外(wai)(wai)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)濃度(du)成比例(li)，就可(ke)以(yi)直接測量(liang)當(dang)前毒氣(qi)(qi)含量(liang)了。

一氧化碳傳感器的電極發上發生的反應(ying)是:

感應電極: CO + H₂O =CO₂ + 2H⁺ + 2e^-

逆電極: ?O₂ + 2H⁺ + 2e^- =H₂O

總反應方程(cheng)式: CO + ?O₂ =CO₂

類似的(de)反(fan)應也發(fa)生在能被(bei)氧化或還原的(de)所(suo)有其它毒氣。

逆電極發(fa)生的反(fan)應來看，氧(yang)氣(qi)(qi)顯(xian)然是當前反(fan)應發(fa)生的必需氣(qi)(qi)體，這(zhe)些(xie)氧(yang)氣(qi)(qi)通常由(you)被空(kong)氣(qi)(qi)混合(he)傳輸至傳感器的前部或通過傳感器兩(liang)側的樣品氣(qi)(qi)體提供（通常幾千ppm已經足夠了(le)）。

    2.     紅(hong)外傳感器

所有的(de)帶(dai)極性的(de)多原子氣體(ti)都吸收(shou)(shou)特定波長(chang)的(de)紅(hong)(hong)外光(guang)，紅(hong)(hong)外傳感(gan)器就是利(li)用氣體(ti)的(de)這個性質(zhi)。氣體(ti)對紅(hong)(hong)外光(guang)的(de)吸收(shou)(shou)遵循(xun)朗伯—比爾定(ding)律(lv)

I_i=I₀lg^kcl

 I₀  原始光強，   I_i 被氣體吸(xi)收后(hou)光(guang)強

  K 氣體的(de)吸(xi)收系數

  C 氣體濃(nong)度

  L 氣體吸(xi)收路程

吸收(shou)光譜 ：CO 4.6um, CO2 4.26um   CH4  NO    NO2      SO2

    3.     O2傳感器

氧氣傳感器的測量有(you)三種原理。

3.1 電化學法(fa): 原(yuan)電池和定(ding)電位電解法(fa)

3.2 氧(yang)化鋯法

氧化鋯在高溫(wen)下呈(cheng)現離子導電(dian)現象(xiang)。

在(zai)氧化(hua)鋯電解質(ZrO₂管)的(de)兩側面分別(bie)燒結上(shang)多孔鉑（Pt）電極(ji)，在(zai)一定溫度下，當電解質兩(liang)側(ce)氧濃度不(bu)同時，高濃度側(ce)(空氣(qi))的氧分(fen)子被吸附在鉑電極上與電子（4e）結合形成(cheng)氧離子O^2-，使該電極帶正電，O^2-離子(zi)通過(guo)電(dian)解質(zhi)中的氧(yang)(yang)離子(zi)空位遷移(yi)到(dao)低氧(yang)(yang)濃度側的Pt電極上放出電子，轉化成(cheng)氧分子，使該(gai)電極帶負電。兩(liang)個電極的反應式分別為： 
    參比(bi)側：O₂+4e——2O^2-
    測量側：2O^2-－4e——O₂

這樣在兩個電極間便(bian)產生了(le)一定的電動勢，氧化鋯電解質、Pt電極(ji)及兩側不同氧(yang)濃(nong)度的氣體(ti)組成氧(yang)探(tan)頭即所謂氧(yang)化鋯濃(nong)差(cha)電池。

3.3順(shun)磁氧法

非磁化性啞鈴(ling)被一(yi)根細導(dao)(dao)線懸(xuan)掛(gua)于一(yi)個(ge)磁場內磁場強(qiang)(qiang)度(du)(du)最強(qiang)(qiang)處。當樣氣(qi)(qi)進入(ru)磁場時，樣氣(qi)(qi)中(zhong)的(de)(de)氧(yang)氣(qi)(qi)是順磁性的(de)(de)，它(ta)被磁場所吸引，它(ta)有一(yi)個(ge)占據磁場最強(qiang)(qiang)處的(de)(de)趨向，這樣它(ta)會推動啞鈴(ling)偏離磁場的(de)(de)最強(qiang)(qiang)點，引起(qi)懸(xuan)掛(gua)電(dian)(dian)纜的(de)(de)扭轉(zhuan)，此扭轉(zhuan)量是可(ke)以(yi)測量的(de)(de)，當導(dao)(dao)線扭轉(zhuan)時，位于懸(xuan)掛(gua)導(dao)(dao)線中(zhong)間的(de)(de)一(yi)小鏡子(zi)所反射的(de)(de)光(guang)(guang)就會發生(sheng)偏移(yi)，該(gai)(gai)偏移(yi)可(ke)被一(yi)組光(guang)(guang)電(dian)(dian)池檢測到(dao)并產生(sheng)一(yi)個(ge)電(dian)(dian)流，該(gai)(gai)電(dian)(dian)流反饋給系統(tong)(tong)，系統(tong)(tong)就給線圈(quan)一(yi)個(ge)激勵(li)電(dian)(dian)流，該(gai)(gai)線圈(quan)產生(sheng)一(yi)個(ge)驅動扭矩(ju)使導(dao)(dao)線回到(dao)初始位置，通過對電(dian)(dian)流強(qiang)(qiang)度(du)(du)的(de)(de)測量，就可(ke)以(yi)測出氧(yang)氣(qi)(qi)的(de)(de)濃度(du)(du)，因為電(dian)(dian)流強(qiang)(qiang)度(du)(du)同樣氣(qi)(qi)中(zhong)氧(yang)氣(qi)(qi)的(de)(de)含量成正(zheng)比。

4.     氣(qi)體特性

對煙氣測量來講,我們關心以下氣(qi)體(ti):O2/CO/CO2/NO/NO2/SO2/H2/HC/H2S,如果考慮垃(la)圾焚燒和脫硝后的煙氣,還(huan)需(xu)要考慮HF/HCL和(he)NH3. 大部分用戶還需(xu)要測量H2O.

   對煙氣(qi)分析儀來講,我(wo)們需要考慮(lv)氣(qi)體的以下幾(ji)個(ge)特性:

l 氣體產生(sheng)的原(yuan)因

  燃料燃燒消耗氧氣----氧氣量減少

  燃料不充(chong)分燃燒，可能殘留有CO/HC/H2

  含(han)碳原子燃(ran)料燃(ran)燒(shao)----產生CO2

  燃料中S雜質燃(ran)燒(shao)后-----產生(sheng)SO2

  NO與(yu)NO2的產生來源(yuan)于高溫下(xia)N2與氧(yang)氣的反(fan)應和(he)含氮(dan)燃料中的氮(dan)的氧(yang)化。NO的含量與燃(ran)燒過(guo)程中富O2的含量多少以(yi)及燃(ran)燒(shao)溫(wen)度高(gao)低有關。根(gen)據試驗(yan)統計(ji)燃(ran)燒(shao)過程中NO的含量一般(ban)占95%，NO2的含量占(zhan)5%。

l 水(shui)溶性

  SO2、NO2容(rong)易溶(rong)(rong)于(yu)水，其他常規氣體(ti)可以看作不溶(rong)(rong)于(yu)水。對于(yu)水溶(rong)(rong)性氣體(ti)在高含水煙氣測量時建議(yi)配置加熱管(guan)線。

l 腐蝕性

   SO2、NO2溶于水后形成(cheng)酸(suan)，具有很強的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕性。酸(suan)的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕對儀器(qi)的(de)(de)使(shi)用階(jie)(jie)段沒有影(ying)響(xiang)，時間很短，關鍵是(shi)在(zai)儀器(qi)的(de)(de)儲存階(jie)(jie)段。如果儀器(qi)關機(ji)后還有NO2/SO2殘存在儀器內，并有(you)冷凝水的產生(sheng)，會對金屬接頭、加熱采樣受(shou)柄和采樣流速(su)監測用壓(ya)力傳(chuan)(chuan)感(gan)器、甚至紅(hong)外傳(chuan)(chuan)感(gan)器產生(sheng)腐蝕。

    所以應(ying)(ying)該告訴用戶，儀器在(zai)使(shi)用完后(hou)應(ying)(ying)在(zai)空氣中(zhong)盡量長(chang)時間(jian)的(de)開機，尤其是測量高濃度的(de)氣體(ti)之后(hou)，至少開機5分(fen)鐘

l 對傳感(gan)器的相互(hu)干擾(rao)性

電化(hua)學傳感器(qi)都存在交叉(cha)(cha)干擾的(de)(de)(de)問題，J2KN內置(zhi)交叉(cha)(cha)干擾補(bu)償表，但由于交叉(cha)(cha)干擾系數(shu)(shu)的(de)(de)(de)非線(xian)性(xing)、單個傳感器(qi)特異性(xing)和隨(sui)時間的(de)(de)(de)漂(piao)移(yi)性(xing)等(deng)特點(dian)，只能(neng)是部分補(bu)償，可(ke)能(neng)補(bu)償量(liang)過(guo)小(xiao)，可(ke)能(neng)補(bu)償偏(pian)大(da)(da)。具體使用中，如(ru)果某(mou)一個測(ce)量(liang)參(can)(can)數(shu)(shu)數(shu)(shu)值(zhi)很(hen)(hen)大(da)(da)，而有的(de)(de)(de)測(ce)量(liang)參(can)(can)數(shu)(shu)數(shu)(shu)值(zhi)很(hen)(hen)小(xiao)，則(ze)數(shu)(shu)值(zhi)小(xiao)的(de)(de)(de)參(can)(can)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)測(ce)量(liang)值(zhi)可(ke)信度(du)可(ke)能(neng)不(bu)是很(hen)(hen)高。

5.     采樣和預處理要求

采樣(yang)和預(yu)處理是(shi)煙(yan)氣分(fen)析儀的重要組成(cheng)部分(fen),其(qi)功能直(zhi)接決定了儀(yi)器(qi)的測(ce)量(liang)準確(que)(que)性(xing)(xing)、正確(que)(que)性(xing)(xing)以及儀(yi)器(qi)的使用(yong)壽命。

采樣(yang)部(bu)分包含(han)采樣(yang)探管(guan)(guan)、采樣(yang)手柄、采樣(yang)管(guan)(guan)線和采樣(yang)泵；預(yu)處(chu)理部(bu)分包含(han)煙(yan)氣過濾、煙(yan)氣脫水和加熱管(guan)(guan)線。

采樣探管----采樣探管采用(yong)的(de)是(shi)雙層同心管結構，兩管直接為熱電偶(ou)，中間為超過ф4mm的(de)管，這(zhe)樣的(de)結構流(liu)阻(zu)小，不堵塞。

加熱采樣手柄(bing)---加(jia)熱(re)手(shou)柄(bing)的(de)主要功能是(shi)初級煙(yan)塵過(guo)(guo)(guo)濾(lv)，為(wei)了避(bi)免出現冷凝水和(he)灰(hui)(hui)塵的(de)混合(he)，形成(cheng)泥(ni)巴(ba)堵(du)塞(sai)過(guo)(guo)(guo)濾(lv)器(qi)(qi)，所(suo)以過(guo)(guo)(guo)濾(lv)器(qi)(qi)必須是(shi)熱(re)態的(de)，rbr提(ti)供的(de)加(jia)熱(re)手(shou)柄(bing)內(nei)部(bu)加(jia)熱(re)溫度(du)為(wei)180℃。通(tong)常(chang)我(wo)們見(jian)著的(de)初級過(guo)(guo)(guo)濾(lv)器(qi)(qi)為(wei)不(bu)銹鋼(gang)燒結過(guo)(guo)(guo)濾(lv)器(qi)(qi)，這(zhe)類過(guo)(guo)(guo)濾(lv)器(qi)(qi)存在的(de)問題(ti)是(shi)可(ke)能出現腐蝕(shi)、積(ji)灰(hui)(hui)只能在表面一層，且積(ji)灰(hui)(hui)后流(liu)阻增加(jia)。rbr的(de)過(guo)(guo)(guo)濾(lv)器(qi)(qi)為(wei)玻璃絨纖維(wei)做成(cheng)的(de)，顏色為(wei)白(bai)色，容易識別積(ji)灰(hui)(hui)的(de)量，提(ti)醒及時清(qing)洗和(he)更換；過(guo)(guo)(guo)濾(lv)器(qi)(qi)可(ke)以有很長的(de)存灰(hui)(hui)距離，可(ke)以減小流(liu)阻。

精細過濾(lv)器---過濾(lv)(lv)器過濾(lv)(lv)煙塵(chen)的能力和(he)產生的流(liu)(liu)阻是(shi)一個矛(mao)盾，要求過濾(lv)(lv)精細(xi)，必然(ran)增加(jia)流(liu)(liu)阻。rbr的PTFE精細(xi)過濾(lv)(lv)器外表面是(shi)一層TEFLON膜，能過濾(lv)(lv)1μ的煙塵(chen)，過濾(lv)(lv)能力非常(chang)精細(xi)，但由于rbr的PTFE過濾(lv)(lv)器比其他(ta)品牌的產品都大，通(tong)過增加(jia)氣體的通(tong)過面積減小了(le)氣體通(tong)過流(liu)(liu)阻。

汽(qi)水分(fen)離器---汽水分離(li)器主要用于分離(li)水蒸(zheng)氣為飽和態(tai)氣體中的(de)已經凝(ning)結(jie)的(de)水顆粒。

帕爾帖制冷(leng)器---電子(zi)制冷器，通過在半導(dao)體元件(jian)兩面(mian)加載電壓，熱量可以(yi)從一(yi)個(ge)面(mian)向另一(yi)個(ge)面(mian)轉移，達到換熱的效果。Petier元件(jian)冷面(mian)連一(yi)個(ge)表面(mian)鍍TEFLON膜的金屬圓柱，用做換熱元件(jian)。

(二)       常(chang)用(yong)煙(yan)氣(qi)分析儀產品介紹

－專注于燃燒(shao)節能控制、煙氣排放檢測

u      適合于便攜式連續測量分析(xi)各種(zhong)工(gong)業燃燒裝置和工(gong)業鍋爐的燃燒

u      適合(he)于不間(jian)斷的比對測試(shi)(shi)，用(yong)于煙(yan)氣(qi)在線監測系(xi)統CEMS比對測試(shi)(shi)

u      適用于發電(dian)廠(chang)、煉油廠(chang)、化(hua)工廠(chang)、水泥(ni)廠(chang)、科研實驗、加熱/烘(hong)干(gan)裝置等排放監測(ce)及燃燒(shao)調試

技術資料

產品應用領域及其要求(qiu)

便攜式煙氣(qi)分(fen)析儀主要用于燃燒(shao)效(xiao)率(lv)、燃燒(shao)狀態分(fen)析和污染排放(fang)監(jian)測。

   下面分行業簡單介紹一些行業對煙氣分析儀的需(xu)求：

1)     院校主要(yao)涉(she)及以(yi)下(xia)專業應用(yong)：

熱能---燃燒(shao)(shao)器、燃燒(shao)(shao)優化裝置研(yan)究、燃燒(shao)(shao)理(li)論；

環境工程---脫硫脫硝研究，包括結構裝置、試劑和工程(cheng)等

能源工程----新能源、燃燒(shao)試(shi)驗

冶金—鐵礦石燒結試驗

發動機(ji)----汽車發(fa)(fa)動(dong)機(ji)、柴油(you)車發(fa)(fa)動(dong)機(ji)、航空(kong)發(fa)(fa)動(dong)機(ji)、火箭發(fa)(fa)動(dong)機(ji)

化工系----石油(you)催化試驗(yan)、石油(you)添加(jia)劑試驗(yan)

火災實驗室-----各種材料燃(ran)燒有害(hai)氣(qi)體的成(cheng)分，火災時的有害(hai)氣(qi)體的產生過程和分布等；

2)     科研院所(suo)主要涉及(ji)以下單位：

  電力研究院

  鋼鐵研究院

  化工研究院

  中科院

  環境科(ke)學研究院

3)     企業

  鍋爐(lu)（中小(xiao)型工業(ye)鍋爐(lu)、家(jia)用燃氣鍋爐(lu)）生(sheng)產企業(ye)、安裝公司(si)

  脫硫脫硝工(gong)程(cheng)設計和(he)建設公司(si)（如(ru)清華同(tong)方環境工(gong)程(cheng)），脫硝試劑生產公司(si)

  CEMS 設備供應(ying)商

4)     行(xing)政事業(ye)

各級環境站

各級節能檢測中心

特(te)檢院

環境科學研(yan)究(jiu)院

5)     熱力發電

  電(dian)廠----主要涉及鍋爐調試和污染(ran)排放，對應熱工(gong)部、安環部，主要需求2-4測(ce)量參數產品；磨煤機、煤粉(fen)倉、靜電除塵等位置過程安全監測(ce)（在(zai)線O2+CO）。

  電力(li)研究院(yuan)---鍋爐室(shi)和(he)環保室(shi)，都對煙氣分析儀有需求。

電(dian)力相關行業--脫(tuo)硫(liu)脫(tuo)硝工程承(cheng)包商；脫(tuo)硫(liu)脫(tuo)硝裝置(zhi)試(shi)驗裝置(zhi)研發(fa)和(he)試(shi)驗；脫(tuo)硝試(shi)劑研發(fa)和(he)生產的公司(si)和(he)科(ke)研結機構、院校；CEMS生產商用(yong)于CEMS安裝后的對(dui)比測試。

6)     化(hua)學(xue)工業

   采油---油井(jing)出口加熱爐燃(ran)燒效率分析儀(yi)；注氣油井(jing)天然氣CO2分離中CO2的測試。

   石(shi)油煉化公司----廠內鍋爐排放測試；過程氣體測試；石油(you)煉(lian)化(hua)燃燒(shao)器(qi)（該燃燒(shao)器(qi)占石油(you)煉(lian)化(hua)60%能(neng)源的消耗(hao)，一般由石化設計院設計和提供(gong)，并提供(gong)測試數據）

7)     鋼鐵(tie)冶金(jin)

   煉鐵----煙囪(cong)氣體排(pai)放(fang)（鋼鐵公司環保站(zhan)采購）

   煉(lian)鋼-----煙囪氣體(ti)排放（鋼鐵公司(si)環(huan)保站采(cai)購）；熱處理爐(lu)(lu)燃燒效率(lv)和排放（一般(ban)由鋼鐵研究院所采(cai)購）；過程氣體(ti)監(jian)測（高爐(lu)(lu)煤氣成(cheng)分以及高爐(lu)(lu)煤機(ji)回(hui)收后的氣體(ti)成(cheng)分，主要涉及高濃(nong)度的CO/CO2在(zai)線監測）（安(an)全(quan)部門采購(gou)）；

   鋼鐵應用---子午線輪(lun)胎用鋼絲生產，需要在生產過程中控制氣體氛圍(wei)（測量O2和(he)CO，）

8)     水泥

  水泥設(she)計院---工業過程(cheng)檢測(ce)、排放檢測(ce)。

  水泥廠(chang)-------工業工程檢測