1、實驗三實驗三 煙氣分析煙氣分析 一、實驗目的：一、實驗目的： 1了解手提式氣體分析儀的使用原理。 2掌握手提式氣體分析儀的操作，能獨立進行煙 氣成分的測定。 3學會對煙氣組成成分CO 2、O2、CO及N2的分 析與計算。 4根據煙氣成份學會對空氣過剩系數的計算， 學會分析窯爐內燃料燃燒情況。 二、實驗原理二、實驗原理 一般說來，不論是固體燃料、液體燃料還是氣體燃料，其燃燒產物煙氣的主要成分都是H2O、CO2、O2、CO及N2。在硅酸鹽工業生產中，通過對窯爐不同部位的煙氣成分進行分析，不僅可以判斷窯爐內的供風及燃料燃燒情況，而且可以發現系統的漏風情況，對指導生產有著十分重要的意義。 工業上，用于

2、煙氣成分分析的儀器種類有很多，本實驗為手提式氣體分析器，它是在過去的奧式氣體分析器的基礎上加以改造后設計制作的。它是一種利用不同的化學吸收劑逐次對煙氣中各項組分進行吸收，來達到對煙氣成分進行分析的方法。主要是對燃燒產物中的CO2、O2和CO的體積百分比進行測定。其原理為： 1、CO 2的測定： 用苛性鉀(KOH)或苛性納(NaOH)溶液吸收CO2，吸收過程如下： 2 KOH + CO2 = K2CO3 + H2O 同時此溶液中亦吸收煙氣中含量很少的SO2，反應公式為： 2 KOH +SO2=K2SO3+H2O 2、O2的測定： 用焦性沒食子酸（2C6H3(OH)3）堿溶液吸收了O2，吸收過程如

3、下： C6H3(OH)3 +3KOH = C6H3(OK)3 + 3H2O 三羥基苯鉀 2C6H3(OK)3 +1/2O2 = (KO)3 C6H3C6H3(OK)3 + H2O 六羥基聯苯鉀3、CO的測定： 用氧化亞銅（Cu2Cl2）的氨溶液吸收CO，吸收反應如下： Cu2Cl2+2CO= Cu2Cl22CO Cu2Cl22CO + 4NH3 + 2H2O = 2 NH4Cl + 2Cu + (NH4)C2O44、N2的測定： 煙氣中N2不做個別的分析。測定CO 2、O2、CO后剩余的氣體都認為是N2。 三、實驗儀器三、實驗儀器 實驗儀器為手提式氣體分析器，其結構如下圖所示：K8K7K6K3

4、K2K1X3X2X1放 氣 管管 路開 關木 架進 氣 管量 管保 溫 瓶水 準 瓶吸 收 瓶液 封 瓶圖2-1 手提式氣體分析儀示意圖四、實驗步驟四、實驗步驟 1、吸收液的配制： (1) 苛性鉀(KOH)水溶液 取1份重量的KOH溶于2份重量的蒸餾水中。此溶液的吸收能力為每毫升約可吸收40毫升的CO 2。待溶液中有白色結晶析出時，說明溶液已被飽和，應更換新的吸收液。 (2) 焦性沒食子酸堿溶液 焦性沒食子酸鉀吸收液是由以下兩種A、B溶液混合而成： A液：把5克焦性沒食子酸溶于15毫升蒸餾水中； B液：把48克氫氧化鉀溶于52毫升蒸餾水中。 此種溶液吸收氧的能力與溶液的溫度和氧的含量有關。當溫

5、度不低于25而混合氣體中氧含量不超過25%時，吸收能力最強最快。如果氧含量大于25%而溫度低于15，吸收能力較小較慢，當溫度低于12時，便不能吸收。 該溶液1毫升約可吸收12毫升的O2。 (3) 氯化亞銅銨溶液 將氯化銨250克溶于750毫升水中，加入200克 氯化亞銅，再把一份（體積）比重為0.90的氫氧化銨同上述的三份（體積）溶液混合。配制時應嚴格控制氫氧化銨的加入量，因為如加入量不夠，吸收力變小；如加入量過大，氨蒸氣會影響測定結果。 此溶液1毫升可吸收約15毫升的CO。 2、取氣樣： 煙氣試樣的取得可采用吸氣雙連球取樣。吸氣雙連球取煙氣試樣的連接方法如圖2-2所示。煙 囪測 孔取 氣 管

6、吸 氣 雙 連 球上 球下 球夾 子排 氣 管貯 氣 球 膽圖2-2吸氣雙連球取煙氣試樣的連接方法 取樣時，把取氣管從煙囪的測孔插入，使取氣管的進氣口迎著煙氣排出的方向；將排氣管及貯氣球膽進氣口用鐵夾子夾緊（貯氣球膽中的氣體要排凈）；用手反復擠壓雙連球，將煙氣連同吸氣管中殘余氣體一起吸入下球，待下球裝滿氣體后，打開排氣管夾子，將這部分混合氣體排出，再將夾子夾緊，繼續吸氣，當把吸氣管路中的殘存氣體排凈后，即可夾緊排氣管。打開貯氣球膽進氣中夾子，反復壓擠，至球膽中充滿煙氣。最后將氣球膽進氣中夾緊，取下后即可待用。 3、裝溶液 手提式氣體分析器共有5個吸收瓶，因做煙氣分析一般測煙氣中CO 2、O2、

7、CO及N2的含量，所以只用其中的3個即可。 為方便操作，我們選用X1、X2、X3三個吸收瓶盛裝吸收液，其中X1盛裝KOH溶液，用以吸收CO 2 、X2中盛裝焦性沒食子酸鉀溶液，用以吸收O2；X3中盛裝氯化亞銅銨溶液，用以吸收CO。每瓶吸收液裝入量約200毫升。 將水準瓶內裝入約200毫升5%硫酸溶液中，加甲基橙數滴，使溶液呈現紅色，作為指示劑溶液。 再把液封瓶及保溫套中注滿蒸餾水，以起到液封及保溫作用。 4、檢查儀器的嚴密性： 關閉K1至K6開關，打開K7、K8開關，抬高水準瓶，使量瓶中充滿指示劑溶液，然后關閉K8，落下準瓶。如果此時量管中的指示液沒有明顯下降，即說明儀器的嚴密性可靠。如果量管

8、中的指示液隨水準瓶的落下而有明顯的下降，則說明儀器有漏氣的地方，應找出漏氣處，嚴加密封。 5、操作過程： （1）用水準瓶分別調節各吸收瓶內吸收液的液面，使各瓶內吸收液充滿至閥門處。 注意：在調節某一吸收瓶內的吸收液封時，應關閉其他吸收瓶的開關。 （2）關閉K1至K6開關，打開K7及K8，提高水準瓶，使指示液充滿量管，將管路中空氣排出，把煙氣試樣接入干燥管進口，關閉K8，打開K6，降低水準瓶，使煙氣吸入量管。然后打開K8，提高水準瓶此時吸入之煙氣連同管路中的殘余空氣一起排出。這樣整個管路均被煙氣“清洗”了一次，若“清洗”不凈，可再“清洗”1至2次。 （3）清洗完畢，提高水準瓶，使量管中充滿指示液

9、，關閉K8，打開K6，降低水準瓶。準確吸入煙氣100毫升。關閉K6打開K1，提高水準瓶，將煙氣壓入X1吸入瓶內，然后再將水準瓶位置降低，使煙氣又被吸回量氣管中，經過這樣3至4次壓入和吸回的過程后，將煙氣吸入量氣管內，關閉K1把水準瓶靠近量氣管，使水準瓶口指示液面與量氣管中指示液面對齊至同一高度，記下此時量氣管中液面讀數。每次打開K1，重復上法操作，直到量氣管中液面讀數不變，即說明CO 2已被完全吸收，記下讀數V1。 然后再打開K2，按上述方法進行O 2的測定，記下讀數V2。最后打開K3，進行CO的測定，記下讀數V3。五、實驗結果計算與分析五、實驗結果計算與分析： 實驗數據記錄 實驗數據記錄在表

10、2-1。項目 測點 12煙氣樣體積V（ml） 吸收CO 2后讀數V1（ml） 吸收O 2后讀數V2（ml） 吸收CO后讀數V3（ml） 計算各成分的體積百分含量 煙氣中各成分含量按下式計算： 式中，V煙氣試樣體積（毫升）； V1煙氣被KOH吸收后的體積（毫升）； V2煙氣被焦性沒食子酸鉀溶液吸收后的體積（毫升）； V3煙氣被氯化亞銅氨溶液吸收后的體積（毫升）。100%12VVVCO100%212VVVO100%32VVVCO100%32VVN 計算空氣過剩系數 4.分析、討論實驗結果。 六、實驗注意事項：六、實驗注意事項： 1、必須嚴格按操作步驟進行，各組分的吸收順序不可搞亂，否則將會使實驗結

11、果不準。 2、謹慎操作，不可使吸收瓶內的溶液沖入管路與其他溶液混合。 3、提升或放低水準瓶時動作要緩慢，以防指示液或吸收液沖入管路。 4、轉動各開關時不可用力過猛過大，以防損壞儀器。 COONN212179222 七、思考題 1、試說明水準瓶在實驗中的作用？原理是什么？ 2、實驗前為什么要檢查儀器的嚴密性？如有漏氣，如何處理？ 3、為什么在取氣樣和分析氣樣時都要洗氣？如何洗氣？ 4、此儀器能否直接用空氣為氣樣？為什么？ 5、怎樣判斷吸收劑已被氣體飽和？ 6、影響奧氏氣體分析器測量準確性的因素有哪些？ 實驗三實驗三 空氣沿水平圓管外表面的自空氣沿水平圓管外表面的自 然對流換熱系數然對流換熱系數

12、一、實驗目的 1、測定空氣沿水平圓管外表面的自然對流還熱系數。并將數據整理成準則方程式。 2、了解對流換熱系數的實驗研究方法，練習用相似準則綜合實驗數據的方法，認識相似理論在對流換熱實驗研究中的指導意義。 二、實驗原理 當固體表面與流過該表面的流體之間存在溫度差時，固體表面與流體之間產生的熱量交換現象稱為對流換熱。對流換熱過程是硅酸鹽工業熱工設備中最主要的換熱過程之一。由于對流換熱一方面依靠流體分子之間的導熱作用，同時還受到流體宏觀運動的控制，因而影響對流換熱的因素很多，主要有三個方面，即流動工況、表面狀態和工質物性。從而使得對流換熱過程成為所有換熱過程中最復雜的一種，亦使得實驗研究成為研究對

13、流換熱過程的一個極為重要的手段和解決問題的基本途徑。 自然對流是指流體由于各部分溫度不均勻而引起的流動，由此引起的對流換熱稱為自然對流換熱。各種熱工設備和管道的熱表面向周圍空氣的對流換熱就是典型的自然對流換熱。 實驗研究的是受熱體（圓管）在大空間中的自然對流換熱現象。根據傳熱學和相似原理理論，當一個受熱表面在流體中發生對流換熱時，包含自然對流換熱系數的準數關系式可整理為： (3-1) 式中： 努謝爾特準數； 葛拉曉夫準數； nfGrcNuPralNu tvglGr23 l 物體的特性尺寸，實驗中為管徑d； 對流換熱系數(W/m2)； 流體（空氣）的導熱系數(W/m2)； v 流體（空氣）的運動

14、粘度(m2/s）)； 流體的體積膨脹系數(1/K)。 Tm定性溫度，實驗中取 ，tw和tf分別為圓管壁面溫度和流體溫度； 是過余溫度（）；c、n待定實驗常數，需根據實驗數據用最小二乘法進行確定。 角標“f”表示以流體平均溫度作為定性溫度。mT/12732/ fwmttTfwttt 由于在一般情況下，實驗管表面散失熱量Q以對流和輻射兩種方式散發的。 (3-2) 式中，Q表面散失熱量(W)，QIV； Qc自然對流散失熱流量(W)： Qr輻射散失熱流量(W)； 實驗管可以被看做為被其他物體（房屋、地面）包圍的面積很小的凸物體，它的輻射熱量為 (3-3) rcQQQ44100100OWOsTTFCQ

15、其中，s為系統黑度，本實驗系統中即為實驗管表面黑度，由實驗室事先測定； C0為絕對黑體輻射系數，C05.67（W/m2K4）； Tw、To分別為壁溫和周圍物體的平均溫度（近似取室溫）； F為實驗管輻射散熱有效面積即為其圓周面積(m2)。 在實驗中待整個管子達到熱穩定狀況后，通過測定在不同加熱功率下得各點表面溫度，可得到平均局部自然對流換熱系數： (3-4)OWrOWCTTFQQTTFQ三、實驗裝置： AV熱電偶自耦變壓器轉換開關電位差計實驗管圖3-1 自然對流換熱系數測定試驗裝置圖 實驗裝置如圖3-1所示，主要有實驗管、熱電偶、自耦變壓器、電壓表、電流表、轉換開關及電位差計組成，實驗管中間裝有

16、電加熱器，其電源線在管的兩端引出，通過自耦變壓器給定電壓使實驗管加熱，其加熱功率用電壓表、電流表測量，在實驗管的不同部分沿管子外表面圓周不同方向安裝幾對熱電偶，以測得管子外表面的平均溫度，求出水平圓管外表面的平均自然對流換熱系數。 注意：實驗裝置的實驗管應安裝在一個單獨的房間，房間要求盡可能密閉，以防止強迫對流，并要求沒有暖氣設備和陽光直射，以防止外界溫度干擾和外來熱輻射，電源控制和測試裝置應安放在密閉室的外面。 四、實驗步驟 1、熟悉實驗設備、正確連接線路并接通電源、調整自耦變壓器、給定一定電壓對實驗管進行加熱。 2、加熱后，待各對熱電偶的測值穩定，可開始測量管壁溫度，記下一組數據。 3、間

17、隔10分鐘，測一組管壁數據，直至前后兩組數據接近時為止，以這兩組數據的平均值作為計算數據Tw。 4、改變加熱功率（即電壓）至新工況，重復上述步驟，進行實驗46次。 5、記錄室溫、管徑、管長。 6、關閉電源，結束實驗。 表3-1 實驗數據記錄表 五、數據整理： 1原始數據記錄 室溫t0 () 管長L (m) 管徑d (m) 實驗管表面黑度 序號 加熱功率 實驗管壁面熱電偶測值（mv） 電流I 電壓V 1 2 3 4 5 平均 123456 2計算對流換熱系數 根據式(3-4) 計算對流換熱系數，試驗數據處理整理在表3-2中。 3. 準數方程的確定 根據Nu和Gr表達式，可以得到對應的Nu和Gr值，對Nu為縱坐標，以Gr、Pr為橫坐標，畫在雙對數坐標紙上。 把幾組數據同時畫在一坐標紙上，得到一系列實驗點，畫出一條直線，這條直線的方程即為 直線的斜率為n，截距為C，由此即確定了準則方程 的指數n和系數C。 Pr.lglglgGrnCNunGrCNuPr.整 理 數 據 表 格序號 壁溫 室溫 膜平均溫度 加熱量 輻射量 自然對流量 對流換熱系數 努謝系數 葛拉曉夫數 tw to Q Qr Qc Nuf Grf 1234562owftt