煙氣分析儀的工作原理及應用

　　一、煙氣分析儀（或燃燒效率測定儀）

　　煙氣分析儀是抽氣采樣爐窯煙道氣體并自動進行成分分析的儀表，分為在線監測式和便攜式。一般可以測量分析煙氣中的CO、O?、NOx、SO?等氣體含量，以及煙氣溫度、壓力等，并通過計算獲得CO?含量、過剩空氣系數、煙氣露點、燃燒效率、排煙熱損失、煙氣流量等熱工參數。

　　煙氣分析儀中一般安裝多個傳感器，分為電化學傳感器和紅外傳感器。電化學傳感器測量原理是將待測氣體經過除塵、去濕后進入傳感器室，經由滲透膜進入電解槽，使在電解液中被擴散吸收的氣體在規定的氧化電位下進行電位電解，根據耗用的電解電流求出其氣體的濃度。

　　紅外傳感器主要由紅外光源、紅外吸收池、紅外接收器、氣體管路、溫度傳感器等組成。它是利用各種元素對某個特定波長的吸收原理，當被測氣體進入紅外吸收池后會對紅外光有不同程度的吸收，從而計算出氣體含量。紅外傳感器具有抗中毒性好、量程范圍廣、反應靈敏等特點。

　　二、氧氣分析儀

　　測量煙氣中含氧量的儀表稱為氧分析儀（氧量計）。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測定煙氣中含氧量。氧氣為順磁性氣體（氣體能被磁場所吸引的稱為順磁性氣體），在不均勻磁場中受到吸引而流向磁場較強處。在該處設有加熱絲，使此處氧的溫度升高而磁化率下降，因而磁場吸引力減小，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，由此造成“熱磁對流”或“磁風”現象。在一定的氣樣壓力、溫度和流量下，通過測量磁風大小就可測得氣樣中氧氣含量。由于熱敏元件（鉑絲）既作為不平衡電橋的兩個橋臂電阻，又作為加熱電阻絲，在磁風的作用下出現溫度梯度，即進氣側橋臂的溫度低于出氣側橋臂的溫度。不平衡電橋將隨著氣樣中氧氣含量的不同，輸出相應的電壓值。

　　熱磁式氧分析儀雖然具有結構簡單、便于制造和調整等優點，但由于其反應速度慢、測量誤差大、容易發生測量環室堵塞和熱敏元件腐蝕嚴重等缺點，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（ZrO?）是一種陶瓷，一種具有離子導電性質的固體。在常溫下為單斜晶體，當溫度升高到1150℃時，晶型轉變為立方晶體，同時約有7%的體積收縮；當溫度降低時，又變為單斜晶體。若反復加熱與冷卻，ZrO?就會破裂。因此，純凈的ZrO?不能用作測量元件。如果在ZrO2中加入一定量的氧化鈣（CaO）或氧化釔（Y?O?）作穩定劑，再經過高溫焙燒，則變為穩定的氧化鋯材料，這時，四價的鋯被二價的鈣或三價的釔置換，同時產生氧離子空穴，所以ZrO?屬于陰離子固體電解質。ZrO?主要通過空穴的運動而導電，當溫度達到600℃以上時，ZrO?就變為良好的氧離子導體。

　　在氧化鋯電解質的兩面各燒結一個鉑電極，當氧化鋯兩側的氧分壓不同時，氧分壓高的一側的氧以離子形式向氧分壓低的一側遷移，結果使氧分壓高的一側鉑電極失去電子顯正電，而氧分壓低的一側鉑電極得到電子顯負電，因而在兩鉑電極之間產生氧濃差電勢。此電勢在溫度一定時只與兩側氣體中氧氣含量的差（氧濃差）有關。若一側氧氣含量已知（如空氣中氧氣含量為常數），則另一側氧氣含量（如煙氣中氧氣含量）就可用氧濃差電勢表示，測出氧濃差電勢，便可知道煙氣中氧氣含量。

　　氧化鋯氧分析儀具有結構和采樣預處理系統較簡單、靈敏度和分辨率高、測量范圍寬、響應速度較快等優點。

　　三、產品及應用

　　煙氣分析儀器應用領域十分廣泛，例如：

　　（1）熱電廠循環流化床鍋爐用于燃燒控制室的煙道氣體監測；

　　（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的爐氣氣氛檢測；

　　（3）全氫熱處理爐用于檢測輻射管是否燒穿漏氣

　　（4）研制新型燃燒器（蓄熱式、低NOx式、輻射管式）時用于燃燒器結構尺寸的設計研究；

　　（5）汽車尾氣排放檢測；

　　（6）其他環境保護監測項目。