成分分析资料课件.ppt

第七章第七章成分分析成分分析7.1 概述概述7.1.1 成分分析的意义成分分析的意义Ø监测和控制工艺成分参数，保证工序质量监测和控制工艺成分参数，保证工序质量Ø（（按按物物料料不不同同））成成份份分分析析：：固固体体成成份份分分析析、、气气体体成成份分析份分析 Ø气体成份分析的作用：气体成份分析的作用：Ø通通过过测测定定气气体体成成分分，，计计算算窑窑炉炉废废气气过过剩剩空空气气系系数数和和CO含含量量，，判判断断窑窑内内供供风风情情况况及及燃燃料料燃燃烧烧程程度度，，进进而判断物料煅烧情况；而判断物料煅烧情况；Ø比较窑炉系统不同部位废气成分，计算漏风量；比较窑炉系统不同部位废气成分，计算漏风量；Ø分析废气有害成分，确定废气对大气污染程度分析废气有害成分，确定废气对大气污染程度　　7.1.2 成分分析方法成分分析方法Ø定期取样法：实验室测定定期取样法：实验室测定Ø连续测定法：测定混合物中某种成分含量或性质；连续测定法：测定混合物中某种成分含量或性质；测定混合物中几种或全部组成的含量测定混合物中几种或全部组成的含量7.1.3 成分分析仪组成成分分析仪组成 取样系统：正确取出被测介质的样品取样系统：正确取出被测介质的样品 发送器：将被测组分含量转换为电量输出信号。

发送器：将被测组分含量转换为电量输出信号 信号放大系统：将发送器输出的信号进行放大信号放大系统：将发送器输出的信号进行放大 显示系统：显示分析结果显示系统：显示分析结果　常用过程分析仪表分类　常用过程分析仪表分类　常用过程分析仪表分类　常用过程分析仪表分类按按被被测测成成分分：：氧氧量量表表、、氢氢表表、、 盐盐量量表表、、 二二氧氧化化硅硅分析仪、磷酸盐、溶解铁、分析仪、磷酸盐、溶解铁、pH值分析仪表等值分析仪表等按工作原理按工作原理Ø电化学分析仪：电导式、电位式、电量式电化学分析仪：电导式、电位式、电量式Ø热学分析仪：热导式、热化学式、热谱式热学分析仪：热导式、热化学式、热谱式Ø磁磁学学分分析析仪仪：：磁磁性性氧氧分分析析仪仪、、核核磁磁共共振振波波谱谱仪仪、、电子顺磁共振波谱仪电子顺磁共振波谱仪Ø光光学学分分析析仪仪：：吸吸收收式式 (光光电电比比色色)、、发发射射式式 (摄摄谱谱仪仪)Ø色谱仪：如气相色谱仪、液相色谱仪色谱仪：如气相色谱仪、液相色谱仪Ø射线分析仪器、离子式光学分析仪器等射线分析仪器、离子式光学分析仪器等7.2 磁性氧量计磁性氧量计用途：用途：测量混合气体中的氧气含量测量混合气体中的氧气含量7.2.1 气体的磁化特性气体的磁化特性（（1）气体的磁化率）气体的磁化率磁化现象：磁化现象：任何物质处于外磁场中会受到力或力任何物质处于外磁场中会受到力或力矩的作用而显示出磁性，即介质在磁场中被磁矩的作用而显示出磁性，即介质在磁场中被磁化化—介质分子磁矩沿一个方向顺序排列。

介质分子磁矩沿一个方向顺序排列磁化强度：磁化强度：磁场强度介质磁化率磁感应强度：磁感应强度：真空中的磁导率介质相对磁化率μ介质磁化率介质磁化率顺磁性物质：顺磁性物质：在外磁场中被拉向磁场较强处在外磁场中被拉向磁场较强处>0<0逆磁性物质：逆磁性物质：在外磁场中被移向磁场较弱处在外磁场中被移向磁场较弱处氧气的磁化率为正，且比其它气体的磁化率高氧气的磁化率为正，且比其它气体的磁化率高得多　热磁式氧分析器的组成　热磁式氧分析器的组成 Ø环形室环形室Ø中中央央旁旁通通管管：：水水平平放放置置；；管管上上绕绕有有二二个个铂铂丝丝加加热热线线圈圈R1和和R2，，它它们们与与另另二二个个锰锰铜铜合合金金丝丝做做成成的的电电阻阻器器R3和和R4组组成成测测量量电电桥桥的的四四个个臂臂，，电电桥桥线线路路对对角角线线上上连连接接毫毫伏伏计计（（刻刻度度为为氧氧的的百分含量）百分含量）Ø磁极：磁极：靠近靠近R1的边缘的边缘磁极磁极 中央旁通管中央旁通管环形管环形管毫伏计毫伏计　工作原理　工作原理Ø抽气器将被测气体连续吸入环形室抽气器将被测气体连续吸入环形室Ø气气体体中中无无氧氧时时，，旁旁通通管管中中无无电电流流流流过过，，测测量量电电桥桥处处于于平衡状态，输出电压为零，仪表指针指零。

平衡状态，输出电压为零，仪表指针指零Ø气气体体中中含含氧氧时时，，氧氧气气被被不不均均匀匀磁磁场场吸吸入入旁旁通通管管，，被被发发热热元元件件R1加加热热，，磁磁化化率率降降低低，，所所受受磁磁场场引引力力减减小小，，被被随随后后低低温温氧氧气气推推出出氧氧气气排排出出在在磁磁道道中中形形成成磁磁风风（（称称热热磁磁对对流流））氧氧气气在在旁旁通通管管中中流流动动时时，，在在R1处处起起冷冷却却作作用用，，流流至至R2处处时时，，因因其其已已被被加加热热，，对对R2影影响响较较小小，，故故TR1＜＜TR2，，电电桥桥失失衡衡，，输输出出电电压压信信号号，，信信号号大大小小反反映了气体氧含量映了气体氧含量Ø若气体中混有若气体中混有NO，将影响测量结果，引起误差将影响测量结果，引起误差7.3 奥氏气体成分分析仪奥氏气体成分分析仪Ø　系统组成：　系统组成：Ø三三个个装装有有吸吸收收剂剂的的吸吸收收瓶瓶，，吸吸收收瓶瓶分分别别通通过过旋旋阀阀7 7、、8 8、、9 9与梳形管相连与梳形管相连图7-2 奥氏气体分析仪结构示意图1-过滤器；2-三通旋塞；3-梳形管；4-量管；5-水套管；6-平衡瓶；7、8、9-旋阀；10、11、12-吸收瓶；13、14、15-缓冲瓶Ø梳梳形形管管一一端端经经三三通通阀阀与与取取样样点点或或大大气气相相通通，，另一端与量管相连。

另一端与量管相连Ø量量管管下下接接平平衡衡瓶瓶，，以以吸吸入或排出气体入或排出气体Ø过滤器：用于干燥气体过滤器：用于干燥气体　　1）仪器气密性检查）仪器气密性检查 关关闭闭7、、8、、9使使三三通通阀阀与与大大气气相相通通，，使使平平衡衡瓶瓶6升升至至一一定定高高度度，，然然后后关关闭闭三三通通阀阀，，观观察察量量管管内内水水面面，，若若5min不降，说明无漏气，可开始分析不降，说明无漏气，可开始分析CO2O2CO分析顺序：分析顺序：　分析步骤　分析步骤2）液面高度调节）液面高度调节 将将三三个个吸吸收收瓶瓶中中吸吸收收液液面面调调至至同同一一高高度度，，然然后后把把量量管管4内内的的空空气气全全部部排排出出，，用用待待测测气气体体试试样样将将容容器器清清洗几次，即可取气体试样洗几次，即可取气体试样100ml进行分析进行分析3）成分测定）成分测定吸收剂吸收剂CO2KOH或或NaOH溶液溶液O2焦性没食子酸碱溶液焦性没食子酸碱溶液CO氯化亚铜氨溶液氯化亚铜氨溶液KOH:H2O＝＝1:2KOH:没食子酸没食子酸:H2O＝＝23.5:15:61.5CuCl : NH4Cl : H2O＝＝1 : 1.25 : 3.75　　　　a. 打开打开9，气体通入吸收瓶，气体通入吸收瓶12内，内，CO2、、 SO2 被吸收：被吸收：2KOH + CO2K2CO3 + H2O2KOH + SO2K2SO3 + H2O 说明：说明：废气中废气中SO2含量较小，故一般计入含量较小，故一般计入CO2中或与中或与CO2一并用一并用RO2表示。

表示1ml KOH40ml CO2吸收量吸收量 使用新鲜碱液时，使用新鲜碱液时，吸收较快吸收较快，往复通过，往复通过4~5次可完全吸收次可完全吸收　　b、、将气体通入吸收瓶将气体通入吸收瓶11，因焦性没食子酸吸氧，因焦性没食子酸吸氧很慢很慢，，新溶液需往复通过新溶液需往复通过5～～6次，用过的溶液需更多次数分次，用过的溶液需更多次数分析须按顺序进行，因析须按顺序进行，因Cu(NH3) 2Cl也能吸收也能吸收O2吸收量：吸收量：1ml 没食子酸溶液没食子酸溶液4ml O2　　c、、将剩余气体试样通入吸收瓶将剩余气体试样通入吸收瓶10，分析，分析CO反应也反应也很慢很慢，需反复多次进行，需反复多次进行Cu(NH3) 2Cl+ 2COCu(CO)2 + 2NH3吸收量：吸收量：1ml Cu(NH3) 2Cl15ml CO　　上述三种吸收均需通过几次，前后二次　　上述三种吸收均需通过几次，前后二次读数相同时，方可依次进入下一吸收瓶读数相同时，方可依次进入下一吸收瓶三次吸收后剩余气体为三次吸收后剩余气体为N2（（%）：）：　　　　N2＝＝100－－CO2－－O2－－CO要求和注意事项：要求和注意事项： 1）应根据烟气温度确定和选用不同材质的取）应根据烟气温度确定和选用不同材质的取样管，以防止取样管与烟气中二氧化碳或水汽发样管，以防止取样管与烟气中二氧化碳或水汽发生反应从而改变烟气的原始成分。

生反应从而改变烟气的原始成分　　　　2）仪器中所有连接部分均要紧密，连接处要）仪器中所有连接部分均要紧密，连接处要涂真空脂或凡士林没油，防止漏气涂真空脂或凡士林没油，防止漏气 3）分析过程中，要严格注意勿使试剂高出吸）分析过程中，要严格注意勿使试剂高出吸收器上规定的液面高度标记线收器上规定的液面高度标记线　　　　4）通过吸收空气中的氧（）通过吸收空气中的氧（20.9%）检验吸收）检验吸收器的准确性器的准确性7.4 CO2自动分析仪自动分析仪基本知识基本知识　　热传导过程中，不同气体导热系数也不同，导热　　热传导过程中，不同气体导热系数也不同，导热系数大者，传热快；反之亦然所以，气体混合物系数大者，传热快；反之亦然所以，气体混合物中组分含量的变化会引起混合物导热系数的变化中组分含量的变化会引起混合物导热系数的变化Name of Gas airWater VaporN2O2COSO2CO2CH4H2H2SRelativeThermalConductivityCoefficient10.6730.9951.0070.9580.3140.6051.266.990.538Relative Thermal Conductivity Coefficient of Gases　　　　　　N2、、O2、、CO的导热系数与空气相近；的导热系数与空气相近；CO2的导的导热系数与空气相差较大。

热系数与空气相差较大　　　因此，若气体中不含　　　因此，若气体中不含CH4、、SO2、、H2和水气，则和水气，则可根据混合物的导热系数测定值间接测定可根据混合物的导热系数测定值间接测定CO2含量　　烟气中常含　　烟气中常含CO 、、SO2、、H2和水气　　在混合物进入分析器前，用特殊的电炉（氢燃烧　　在混合物进入分析器前，用特殊的电炉（氢燃烧炉）炉）将将H2烧成水气，将烧成水气，将CO烧成烧成CO2　水气经洗涤冷却后达室温下饱和状态，近似定值；　水气经洗涤冷却后达室温下饱和状态，近似定值；　　　　SO2通过过滤器吸收除去通过过滤器吸收除去　　经处理的烟气即可通入分析器进行测定　　经处理的烟气即可通入分析器进行测定烟气室烟气室空气室空气室毫伏计微安计电桥各臂电阻值均相同电桥各臂电阻值均相同二相对桥臂二相对桥臂R1、、R3置于被测气置于被测气体通过的二烟室内体通过的二烟室内，，另二桥臂置另二桥臂置于空气室内于空气室内　　　　　　电桥的一个电桥的一个对角线上接对角线上接专门装置供专门装置供给的直流电；给的直流电；另一对角线另一对角线接测量仪表接测量仪表电桥各臂电桥各臂用用直流电直流电加热至加热至90～～100℃　　　　CO2CO2自动分析器的工作原理自动分析器的工作原理自动分析器的工作原理自动分析器的工作原理仪器结构组成仪器结构组成　　桥臂各室内全　　桥臂各室内全充满清洁空气充满清洁空气时，每个铂丝向时，每个铂丝向周围介质的传热情况相同，各桥臂温度相同，电周围介质的传热情况相同，各桥臂温度相同，电阻值相同，电桥处于平衡状态，对角线二点间电阻值相同，电桥处于平衡状态，对角线二点间电位差为零，位差为零，毫伏表指零毫伏表指零。

　　　　含含CO2的的气气体体流流经经烟烟气气室室时时，，因因热热导导率率小小于于空空气气，，故故铂铂丝丝放放热热量量比比在在空空气气中中时时小小，，因因而而桥桥臂臂TR1和和TR3高高于于TR2和和TR4，，R1和和R3的的电电阻阻值值大大于于R2和和R4，，破破坏坏电电桥桥平平衡衡，，在在A、、C二二点点产产生生电电位位差差，，毫毫伏伏计指针偏转相应角度计指针偏转相应角度工作原理：工作原理：　　　　指指针针偏偏转转角角度度与与烟烟气气中中CO2含含量量相相对对应应，，故故可可从毫伏计刻度盘上从毫伏计刻度盘上直接读出被测烟气的直接读出被测烟气的CO2含量　　　　桥桥臂臂R1、、R2、、R3、、和和R4应应尽尽量量相相等等，，但但实实际际工工作作条条件件下下往往往往难难以以实实现现故故电电桥桥中中接接入入滑滑线线变变阻阻器器R5，，以以在在分分析析前前调调整整电电桥桥平平衡衡调调整整时时，，使使烟烟气气室室和和空空气气室室都都通通入入清清洁洁的的空空气气，，调调节节R5使使毫毫伏计指针指零伏计指针指零　　　　COCO2 2导导热热率率与与温温度度有有关关0℃0℃时时相相对对导导热热率率为为0.6050.605；；100℃100℃为为0.70.7；；325℃325℃时时为为1 1。

故故应应控控制制电电桥桥温温度度于于一一定定范范围围为为此此，，在在供供电电线线路路中中串串接接变变阻器阻器R R0 0和毫安计和毫安计以调节和控制电流量以调节和控制电流量7.5　红外线气体分析器　红外线气体分析器　　利用混合气体中某些组分会有选择地吸收红外　　利用混合气体中某些组分会有选择地吸收红外辐射能的特性，连续分析和测定被测气体中某一辐射能的特性，连续分析和测定被测气体中某一待测组分的含量待测组分的含量　　　　可测定的气体：可测定的气体：CO、、CO2、、CH4、、C2H4、、NH3、、水蒸汽水蒸汽　　　　不能测定的气体：不能测定的气体：双原子气体、惰性气体双原子气体、惰性气体　　　　7.5.1 基本知识基本知识Ø红外线是一种电磁波，红外线是一种电磁波，波长：波长：0.76～～420μmØ物物质质具具有有一一定定的的红红外外辐辐射射，，辐辐射射大大小小与与物物质质温温度度有有关关T低低时时，，辐辐射射波波长长较较长长，，T升升高高时时，，最最大大辐辐射射能能波波长长向向短短波波方方向向迁迁移移红红外外线线气气体体分分析析器器利利用用1～～25μm光光谱谱段段将将镍镍铬铬丝丝通通电电加加热热至至730℃时时，，辐辐射光波长主要集中在此范围。

射光波长主要集中在此范围Ø辐射能被物质吸收后部分转化为热能，辐射能被物质吸收后部分转化为热能，T升高Ø红红外外线线热热辐辐射射特特征征：：物物体体的的热热辐辐射射绝绝大大部部分分集集中中在在红外区域由此可用热敏电阻或热电堆接收红外线红外区域由此可用热敏电阻或热电堆接收红外线　　各种气体介质并非对红外范围内不同波长的辐　　各种气体介质并非对红外范围内不同波长的辐射能都有吸收能力，而是选择性吸收，即射能都有吸收能力，而是选择性吸收，即每种气体每种气体分子只能吸收某一分子只能吸收某一特定波长范围特定波长范围的红外辐射能量的红外辐射能量某些气体的特征吸收波长某些气体的特征吸收波长气体气体吸收峰波吸收峰波长长/μm/μmCOCO2 22.72.7和和4.264.26COCO2.372.37和和4.654.65CHCH4 42.32.3、、3.33.3和和7.657.65H H2 2O(g)O(g)2.02.0　　　　红红外外线线通通过过介介质质时时，，辐辐射射能能变变化化与与待待测测介介质质温温度度有有关关，，据据此此可可对对被被测测介介质质进进行行定量分析定量分析特征吸收波长特征吸收波长　红外线气体分析器的构造　红外线气体分析器的构造红红外外辐辐射射源源、、分分析析室室、、参参比比室室、、检检测测器器、、前前置置放放大大器器、、主主放放大大器器、、记录器记录器　工作原理　工作原理从从二二红红外外线线辐辐射射光光源源发发出出的的二二束束平平行行红红外外线线被被由由同同步步电电机机带带动动的的切切光光片片调调制制成成12.5Hz的交变辐射。

的交变辐射　　其中一束经分析室左接收室，另一束经分析室　　其中一束经分析室左接收室，另一束经分析室和过滤器到达右接收室检测室内装有薄膜电容器，和过滤器到达右接收室检测室内装有薄膜电容器，电容器由电容器由动极动极—铝膜和铝膜和定极定极—铝合金圆柱体组成铝合金圆柱体组成动极将二接收室隔开，检测室内封被测气体动极将二接收室隔开，检测室内封被测气体　　当检测室受到红外线照射时，内部气体受热膨　　当检测室受到红外线照射时，内部气体受热膨胀并产生压力脉冲作用在动极上胀并产生压力脉冲作用在动极上当分析室内无被当分析室内无被测气体通过时，检测室左右二接收室的红外辐射相测气体通过时，检测室左右二接收室的红外辐射相等，作用在动极上的压力大小相等，方向相反，薄等，作用在动极上的压力大小相等，方向相反，薄膜处于平衡状态，仪器无信号输出膜处于平衡状态，仪器无信号输出　　当被测气体通过分析室时，气体对红外辐射产　　当被测气体通过分析室时，气体对红外辐射产生选择性吸收，到达检测室的二束红外线辐射产生生选择性吸收，到达检测室的二束红外线辐射产生差异，作用在差异，作用在动极上的压力出现差值动极上的压力出现差值，，铝膜产生变铝膜产生变形，致使电容器电容产生变化。

形，致使电容器电容产生变化该电容变化转变成该电容变化转变成电压信号输出，经放大、记录，由记录仪表测得的电压信号输出，经放大、记录，由记录仪表测得的电压信号即可得出待测气体含量　电压信号即可得出待测气体含量　7.6　氧化锆氧量计　氧化锆氧量计Ø用氧化锆固体电解质作测量元件，将氧用氧化锆固体电解质作测量元件，将氧量信号转换为电量信号显示被测气体的量信号转换为电量信号显示被测气体的氧含量Ø特点：特点：结构简单、反应速度快、不受其结构简单、反应速度快、不受其它气体干扰它气体干扰Ø广泛应用于火力发电厂广泛应用于火力发电厂 7.6.1 工作原理和结构工作原理和结构•ZrO2 晶体结构：•单斜　　　　　　　　　　　立方 常温常温1500℃℃体积收缩～体积收缩～ 7％％结构不稳定，反复加热和冷却会断裂纯净氧化锆不能用作测量元件 　　掺入　　掺入 (12％～％～15％％) CaO或或 (Y2O3)等稳定剂，经等稳定剂，经高温焙烧形成稳定莹石型立方晶体因钙、钇化合高温焙烧形成稳定莹石型立方晶体因钙、钇化合价与锆不同，在晶体中产生氧离子空穴价与锆不同，在晶体中产生氧离子空穴氧化锆管氧化锆管浓差电池浓差电池电池反应：电池反应：　　管内通空气　　管内通空气(参比气体参比气体)，管外走烟气。

管内外，管外走烟气管内外两侧气体中的两侧气体中的O2被金属铂吸附，且在其催化作用下被金属铂吸附，且在其催化作用下得到电子、成为得到电子、成为O2－－进入氧化锆离子空穴中进入氧化锆离子空穴中，金属，金属铂表面上留下过剩正电荷铂表面上留下过剩正电荷　　同时，氧化锆中的　　同时，氧化锆中的O2－－失去电子成为失去电子成为O2回到空回到空气或烟气中气或烟气中 达到动态平衡时，在铂金属表面附近形成双电层达到动态平衡时，在铂金属表面附近形成双电层 能斯特方程：能斯特方程：氧浓差电动势氧浓差电动势 空气空气(参比气体参比气体)的氧分压的氧分压 烟气烟气(被测气体被测气体)的氧分压的氧分压 7.6.2 ZO系列氧化锆氧量分析仪系列氧化锆氧量分析仪•(1) 特点特点•1）结构简单、测量迅速、准确）结构简单、测量迅速、准确•2) 双参数修正，对氧化锆探头的本底电动势及炉双参数修正，对氧化锆探头的本底电动势及炉温参数进行修正，进一步提高测量准确度温参数进行修正，进一步提高测量准确度•3) 新颖探头结构，便于更换氧化铝、热电偶元件，新颖探头结构，便于更换氧化铝、热电偶元件，降低使用成本，延长探头寿命降低使用成本，延长探头寿命。

•4) 导流直插式结构，参比气体自然对流，不用抽导流直插式结构，参比气体自然对流，不用抽气泵，简化仪表结构，维护量少气泵，简化仪表结构，维护量少•5) 探头设有校准室，便于实现校验探头，保探头设有校准室，便于实现校验探头，保证测量准确度证测量准确度•6) 仪表系列化、规格化，输出信号线性化仪表系列化、规格化，输出信号线性化(2) (2) 工作原理：工作原理：工作原理：工作原理： (3) 仪表结构仪表结构 原理原理它由氧化锆探头、氧量变送电路恒温控制电路等部分组成仪表本身带有数字显示器 1) 氧化锆探头结构氧化锆探头结构　　组成部分：组成部分：　氧化锆元件、　氧化锆元件、　加热炉、　加热炉、　热电偶、　热电偶、　标准气导管　标准气导管　过滤器　过滤器  (4) 烟气测点选择和取样处理烟气测点选择和取样处理Ø测点选择：测点选择：Ø取取样样口口一一般般设设在在锅锅炉炉中中燃燃料料完完全全燃燃烧烧的的位位置置附近；附近；Ø流动畅通、远离局部阻力处；流动畅通、远离局部阻力处；Ø矩形截面对角线上距顶点矩形截面对角线上距顶点1/3处设置取样点处设置取样点 。