H_u——燃?xì)鈨魺嶂?span>         V_H2O——水蒸氣體積

C_pmH2O——水蒸氣比熱

3.2 氧氣分析儀

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

（1）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(cè)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(qiáng)處。在該處設(shè)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(duì)流”或“磁風(fēng)”現(xiàn)象。在一定的氣樣壓力、溫度和流量下，通過(guò)測(cè)量磁風(fēng)大小就可測(cè)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(xiàn)溫度梯度，即進(jìn)氣側(cè)橋臂的溫度低于出氣側(cè)橋臂的溫度。不平衡電橋?qū)㈦S著氣樣中氧氣含量的不同，輸出相應(yīng)的電壓值。

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

（2）氧化鋯傳感器式氧分析儀

氧化鋯（ZrO₂）是一種陶瓷，一種具有離子導(dǎo)電性質(zhì)的固體。在常溫下為單斜晶體，當(dāng)溫度升高到1150℃時(shí)，晶型轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎骄w，同時(shí)約有7%的體積收縮；當(dāng)溫度降低時(shí)，又變?yōu)閱涡本w。若反復(fù)加熱與冷卻，ZrO₂就會(huì)破裂。因此，純凈的ZrO₂不能用作測(cè)量元件。如果在ZrO₂中加入一定量的氧化鈣（CaO）或氧化釔（Y₂O₃）作穩(wěn)定劑，再經(jīng)過(guò)高溫焙燒，則變?yōu)榉€(wěn)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ZrO₂屬于陰離子固體電解質(zhì)。ZrO₂主要通過(guò)空穴的運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)電，當(dāng)溫度達(dá)到600℃以上時(shí)，ZrO₂就變?yōu)榱己玫难蹼x子導(dǎo)體。

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

氧化鋯氧分析儀具有結(jié)構(gòu)和采樣預(yù)處理系統(tǒng)較簡(jiǎn)單、靈敏度和分辨率高、測(cè)量范圍寬、響應(yīng)速度較快等優(yōu)點(diǎn)。

3.3 產(chǎn)品及應(yīng)用

煙氣分析儀器應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，例如：（1）熱電廠循環(huán)流化床鍋爐用于燃燒控制室的煙道氣體監(jiān)測(cè)；（2）鋼鐵廠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(cè)；（3）全氫熱處理爐用于檢測(cè)輻射管是否燒穿漏氣（4）研制新型燃燒器（蓄熱式、低NO_X式、輻射管式）時(shí)用于燃燒器結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)研究；（5）汽車(chē)尾氣排放檢測(cè)；（6）其他環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

國(guó)內(nèi)外煙氣分析儀器產(chǎn)品眾多，性能特點(diǎn)也參差不齊。其中，德國(guó)益康（ecom）rbr測(cè)量技術(shù)有限公司出品的煙氣分析儀種類(lèi)齊全、性能優(yōu)良，占據(jù)了國(guó)內(nèi)較大*，擁有眾多用戶。便攜式煙氣分析儀主要有J2KN、EN2系列、CN等，在線式煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有SGP型等。

筆者使用煙氣分析儀進(jìn)行爐窯熱工研究，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。圖3為使用便攜式rbr ecom-J2KN煙氣分析儀進(jìn)行新型輻射管燃燒器的實(shí)驗(yàn)研究。

煙氣分析儀已經(jīng)成為控制爐窯燃燒和運(yùn)行*的重要設(shè)備，正確使用它并通過(guò)它合理調(diào)節(jié)爐窯熱工操作參數(shù)，將收到以下效果：

（1）節(jié)約能源。減少助燃空氣量和排風(fēng)量，節(jié)省通風(fēng)機(jī)動(dòng)力費(fèi)用。減少煙氣中過(guò)量空氣帶走的熱量損失，達(dá)到節(jié)能的目的?；驕p少過(guò)量燃燒供給量，直接實(shí)現(xiàn)節(jié)約燃料。

（2）減少環(huán)境污染。減少NO_X、SO₂等污染物的排放。

（3）提高產(chǎn)品質(zhì)量?？刂茻煔鈿堁趿靠蓽p少鋼坯氧化燒損，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

（4）延長(zhǎng)爐窯使用壽命。

我國(guó)有數(shù)十萬(wàn)臺(tái)中小型工業(yè)鍋爐和加熱爐，我國(guó)的發(fā)電煤耗和噸鋼能耗都與水平有一定差距，若能采用煙氣分析儀器等自動(dòng)控制手段，對(duì)有關(guān)燃燒參數(shù)進(jìn)行在線、及時(shí)、的監(jiān)測(cè)，以便實(shí)現(xiàn)人工調(diào)節(jié)或自動(dòng)控制，使燃燒效率達(dá)到高（或者較高），將給社會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

 

參考文獻(xiàn)