1、第七章第七章成分分析成分分析7.1 概述概述7.1.1 成分分析的意義成分分析的意義監測和控制工藝成分參數，保證工序質量監測和控制工藝成分參數，保證工序質量成份分析：固體成份分析、氣體成份分析成份分析：固體成份分析、氣體成份分析 氣體成份分析的作用：氣體成份分析的作用：通過測定氣體成分，計算窯爐廢氣過剩空氣系數和通過測定氣體成分，計算窯爐廢氣過剩空氣系數和CO含量，判斷窯內供風情況及燃料燃燒程度，進含量，判斷窯內供風情況及燃料燃燒程度，進而判斷物料煅燒情況；而判斷物料煅燒情況；比較窯爐系統不同部位廢氣成分，計算漏風量；比較窯爐系統不同部位廢氣成分，計算漏風量；分析廢氣有害成分，確定廢氣對大氣污

2、染程度。分析廢氣有害成分，確定廢氣對大氣污染程度。7.1.2 成分分析方法成分分析方法定期取樣法：實驗室測定定期取樣法：實驗室測定連續測定法：測定混合物中某種成分含量或性質；連續測定法：測定混合物中某種成分含量或性質；測定混合物中幾種或全部組成的含量。測定混合物中幾種或全部組成的含量。7.1.3 成分分析儀組成成分分析儀組成 取樣系統：正確取出被測介質的樣品取樣系統：正確取出被測介質的樣品 發送器：將被測組分含量轉換為電量輸出信號。發送器：將被測組分含量轉換為電量輸出信號。 信號放大系統：將發送器輸出的信號進行放大。信號放大系統：將發送器輸出的信號進行放大。 顯示系統：顯示分析結果。顯示系統：

3、顯示分析結果。按被測成分：按被測成分：氧量表、氫表、氧量表、氫表、 鹽量表、鹽量表、 二氧化硅二氧化硅分析儀、磷酸鹽、溶解鐵、分析儀、磷酸鹽、溶解鐵、pH值分析儀表等。它們值分析儀表等。它們各自滿足工藝需要。各自滿足工藝需要。按工作原理按工作原理電化學分析儀：電導式、電位式、電量式電化學分析儀：電導式、電位式、電量式熱學分析儀：熱導式、熱化學式、熱譜式熱學分析儀：熱導式、熱化學式、熱譜式磁學分析儀：磁性氧分析儀、核磁共振波譜儀、磁學分析儀：磁性氧分析儀、核磁共振波譜儀、電子順磁共振波譜儀。電子順磁共振波譜儀。光學分析儀：吸收式光學分析儀：吸收式 (光電比色光電比色)、發射式、發射式 (攝譜攝譜

4、儀儀)。色譜儀：如氣相色譜儀、液相色譜儀。色譜儀：如氣相色譜儀、液相色譜儀。射線分析儀器、離子式光學分析儀器等。射線分析儀器、離子式光學分析儀器等。7.2 磁性氧量計磁性氧量計用途：用途：測量混合氣體中的氧氣含量測量混合氣體中的氧氣含量7.2.1 氣體的磁化特性氣體的磁化特性（1）氣體的磁化率）氣體的磁化率磁化現象：磁化現象：任何物質處于外磁場中會受到力或力任何物質處于外磁場中會受到力或力矩的作用而顯示出磁性，即介質在磁場中被磁矩的作用而顯示出磁性，即介質在磁場中被磁化化介質分子磁矩沿一個方向順序排列。介質分子磁矩沿一個方向順序排列。磁化強度：磁化強度：HM磁場強度介質磁化率磁感應強度：磁感應

5、強度：HMHB)1 (00真空中的磁導率介質相對磁導率介質磁導率介質磁導率順磁性物質：順磁性物質：在外磁場中被拉向磁場較強處在外磁場中被拉向磁場較強處00逆磁性物質：逆磁性物質：在外磁場中被移向磁場較弱處在外磁場中被移向磁場較弱處氧氣的磁化率為正，且比其它氣體的磁化率高氧氣的磁化率為正，且比其它氣體的磁化率高得多。得多。7.2.2熱磁式氧分析器的組成熱磁式氧分析器的組成 環形室環形室中央旁通管：中央旁通管：水平放置；管上繞有二個鉑絲水平放置；管上繞有二個鉑絲加熱線圈加熱線圈R1和和R2，它們與另二個錳銅合金絲，它們與另二個錳銅合金絲做成的電阻器做成的電阻器R3和和R4組成測量電橋的四個臂，組成

6、測量電橋的四個臂，電橋線路對角線上連接毫伏計（刻度為氧的電橋線路對角線上連接毫伏計（刻度為氧的百分含量），百分含量），磁極：磁極：靠近靠近R1的邊緣的邊緣磁極磁極 中央旁通管中央旁通管環形管環形管毫伏計毫伏計抽氣器將被測氣體連續吸入環形室抽氣器將被測氣體連續吸入環形室氣體中無氧時，氣體中無氧時，旁通管中無電流流過，測量電橋處于旁通管中無電流流過，測量電橋處于平衡狀態，輸出電壓為零，儀表指針指零。平衡狀態，輸出電壓為零，儀表指針指零。氣體中含氧時，氣體中含氧時，氧氣被不均勻磁場吸入旁通管，被發氧氣被不均勻磁場吸入旁通管，被發熱元件熱元件R1加熱，磁化率降低，所受磁場引力減小，加熱，磁化率降低，所

7、受磁場引力減小，被隨后低溫氧氣推出。氧氣排出在磁道中形成磁風被隨后低溫氧氣推出。氧氣排出在磁道中形成磁風（稱熱磁對流）。氧氣在旁通管中流動時，在（稱熱磁對流）。氧氣在旁通管中流動時，在R1處處起冷卻作用，流至起冷卻作用，流至R2處時，因其已被加熱，對處時，因其已被加熱，對R2影影響較小，故響較小，故TR1TR2，電橋失衡，輸出電壓信號，信，電橋失衡，輸出電壓信號，信號大小反映了氣體氧含量。號大小反映了氣體氧含量。若氣體中混有若氣體中混有NO，將影響測量結果，引起誤差。，將影響測量結果，引起誤差。7.3 奧氏氣體成分分析儀奧氏氣體成分分析儀7.3.17.3.1系統組成：系統組成：三個裝有吸收劑的

8、吸收瓶，吸收瓶分別通過旋閥三個裝有吸收劑的吸收瓶，吸收瓶分別通過旋閥7 7、8 8、9 9與梳形管相連。與梳形管相連。圖7-2 奧氏氣體分析儀結構示意圖1-過濾器；2-三通旋塞；3-梳形管；4-量管；5-水套管；6-平衡瓶；7、8、9-旋閥；10、11、12-吸收瓶；13、14、15-緩沖瓶梳形管一端經三通梳形管一端經三通閥與取樣點或大氣閥與取樣點或大氣相通，另一端與量相通，另一端與量管相連。管相連。量管下接平衡瓶，量管下接平衡瓶，以吸入或排出氣體。以吸入或排出氣體。過濾器：用于干燥過濾器：用于干燥氣體。氣體。1）儀器氣密性檢查）儀器氣密性檢查 關閉關閉7、8、9使三通閥與大氣相通，使平衡瓶使

9、三通閥與大氣相通，使平衡瓶6升升至一定高度，然后關閉三通閥，觀察量管內水面，至一定高度，然后關閉三通閥，觀察量管內水面，若若5min不降，說明無漏氣，可開始分析。不降，說明無漏氣，可開始分析。CO2O2CO分析順序：分析順序：2）液面高度調節）液面高度調節 將三個吸收瓶中吸收液面調至同一高度，然后將三個吸收瓶中吸收液面調至同一高度，然后把量管把量管4內的空氣全部排出，用待測氣體試樣將容器內的空氣全部排出，用待測氣體試樣將容器清洗幾次，即可取氣體試樣清洗幾次，即可取氣體試樣100ml進行分析。進行分析。3）成分測定）成分測定吸收劑吸收劑CO2KOH或或NaOH溶液溶液O2焦性沒食子酸堿溶液焦性沒

10、食子酸堿溶液CO氯化亞銅氨溶液氯化亞銅氨溶液KOH:H2O1:2KOH:沒食子沒食子酸酸:H2O23.5:15:61.5CuCl : NH4Cl : H2O1 : 1.25 : 3.75a. 打開打開9，氣體通入吸收瓶，氣體通入吸收瓶12內，內，CO2、 SO2 被吸收：被吸收：2KOH + CO2K2CO3 + H2O2KOH + SO2K2SO3 + H2O 說明：說明：廢氣中廢氣中SO2含量較小，故一般計入含量較小，故一般計入CO2中或與中或與CO2一并用一并用RO2表示。表示。1ml KOH40ml CO2吸收量吸收量 使用新鮮堿液時，使用新鮮堿液時，吸收較快吸收較快，往復通過，往復通

11、過45次可完全吸收。次可完全吸收。b、將氣體通入吸收瓶將氣體通入吸收瓶11，因焦性沒食子酸吸氧，因焦性沒食子酸吸氧很慢很慢，新溶液需往復通過新溶液需往復通過56次，用過的溶液需更多次數。分次，用過的溶液需更多次數。分析須按順序進行，因析須按順序進行，因Cu(NH3) 2Cl也能吸收也能吸收O2。吸收量：吸收量：1ml 沒食子酸溶液沒食子酸溶液4ml O2c、將剩余氣體試樣通入吸收瓶將剩余氣體試樣通入吸收瓶10，分析，分析CO。反應也反應也很慢很慢，需反復多次進行，需反復多次進行Cu(NH3) 2Cl+ 2COCu(CO)2 + 2NH3吸收量：吸收量：1ml Cu(NH3) 2Cl15ml C

12、O上述三種吸收均需通過幾次，前后二上述三種吸收均需通過幾次，前后二次讀數相同時，方可依次進入下一吸收瓶。次讀數相同時，方可依次進入下一吸收瓶。三次吸收后剩余氣體為三次吸收后剩余氣體為N2（%）：）：N2100CO2O2CO要求和注意事項：要求和注意事項： 1）應根據煙氣溫度確定和選用不同材質的取）應根據煙氣溫度確定和選用不同材質的取樣管，以防止取樣管與煙氣中二氧化碳或水汽發樣管，以防止取樣管與煙氣中二氧化碳或水汽發生反應從而改變煙氣的原始成分。生反應從而改變煙氣的原始成分。2）儀器中所有連接部分均要緊密，連接處要）儀器中所有連接部分均要緊密，連接處要涂真空脂或凡士林沒油，防止漏氣。涂真空脂或凡

13、士林沒油，防止漏氣。 3）分析過程中，要嚴格注意勿使試劑高出吸）分析過程中，要嚴格注意勿使試劑高出吸收器上規定的液面高度標記線。收器上規定的液面高度標記線。4）通過吸收空氣中的氧（）通過吸收空氣中的氧（20.9%）檢驗吸收）檢驗吸收器的準確性。器的準確性。7.4.1基本知識基本知識熱傳導過程中，不同氣體導熱系數也不同，導熱熱傳導過程中，不同氣體導熱系數也不同，導熱系數大者，傳熱快；反之亦然。所以，氣體混合物系數大者，傳熱快；反之亦然。所以，氣體混合物中組分含量的變化會引起混合物導熱系數的變化。中組分含量的變化會引起混合物導熱系數的變化。Name of Gas airWater VaporN2O

14、2COSO2CO2CH4H2H2SRelativeThermalConductivityCoefficient10.6730.9951.0070.9580.3140.6051.266.990.538Relative Thermal Conductivity Coefficient of GasesN2、O2、CO的導熱系數與空氣相近；的導熱系數與空氣相近；CO2的導的導熱系數與空氣相差較大。熱系數與空氣相差較大。因此，若氣體中不含因此，若氣體中不含CH4、SO2、H2和水氣，則和水氣，則可根據混合物的導熱系數測定值間接測定可根據混合物的導熱系數測定值間接測定CO2含量。含量。煙氣中常含煙氣中常

15、含CO 、SO2、H2和水氣。和水氣。在混合物進入分析器前，用特殊的電爐（氫燃燒在混合物進入分析器前，用特殊的電爐（氫燃燒爐）爐）將將H2燒成水氣，將燒成水氣，將CO燒成燒成CO2。水氣經洗滌冷卻后達室溫下飽和狀態，近似定值；水氣經洗滌冷卻后達室溫下飽和狀態，近似定值；SO2通過過濾器吸收除去。通過過濾器吸收除去。經處理的煙氣即可通入分析器進行測定。經處理的煙氣即可通入分析器進行測定。煙氣室煙氣室空氣室空氣室毫伏計微安計電橋各臂電阻值均相同。電橋各臂電阻值均相同。二相對橋臂二相對橋臂R1、R3置于被測氣置于被測氣體通過的二煙室內體通過的二煙室內，另二橋臂置另二橋臂置于空氣室內。于空氣室內。電橋

16、的一個電橋的一個對角線上接對角線上接專門裝置供專門裝置供給的直流電；給的直流電；另一對角線另一對角線接測量儀表。接測量儀表。電橋各臂電橋各臂用用直流電直流電加熱至加熱至90100儀結構組成儀結構組成橋臂各室內全橋臂各室內全充滿清潔空氣充滿清潔空氣時，每個鉑絲向時，每個鉑絲向周圍介質的傳熱情況相同，各橋臂溫度相同，電周圍介質的傳熱情況相同，各橋臂溫度相同，電阻值相同，電橋處于平衡狀態，對角線二點間電阻值相同，電橋處于平衡狀態，對角線二點間電位差為零，位差為零，毫伏表指零毫伏表指零。含含CO2的氣體的氣體流經煙氣室時，因熱導率小于空流經煙氣室時，因熱導率小于空氣，故鉑絲放熱量比在空氣中時小，因而橋

17、臂氣，故鉑絲放熱量比在空氣中時小，因而橋臂TR1和和TR3高于高于TR2和和TR4，R1和和R3的電阻值大于的電阻值大于R2和和R4，破壞電橋平衡，在破壞電橋平衡，在A、C二點產生電位差二點產生電位差，毫伏計毫伏計指針偏轉相應角度。指針偏轉相應角度。工作原理：工作原理：指針偏轉角度與煙氣中指針偏轉角度與煙氣中CO2含量相對應，故可含量相對應，故可從毫伏計刻度盤上從毫伏計刻度盤上直接讀出被測煙氣的直接讀出被測煙氣的CO2含量。含量。橋臂橋臂R1、R2、R3、和、和R4應盡量相等，但實際應盡量相等，但實際工作條件下往往難以實現。故電橋中接入工作條件下往往難以實現。故電橋中接入滑線變滑線變阻器阻器R

18、5，以在分析前調整電橋平衡。調整時，使，以在分析前調整電橋平衡。調整時，使煙氣室和空氣室都通入清潔的空氣，調節煙氣室和空氣室都通入清潔的空氣，調節R5使毫使毫伏計指針指零。伏計指針指零。COCO2 2導熱率與溫度有關。導熱率與溫度有關。00時相對導熱率為時相對導熱率為0.6050.605；100100為為0.70.7；325325時為時為1 1。故應控制電。故應控制電橋溫度于一定范圍。為此，在供電線路中串接橋溫度于一定范圍。為此，在供電線路中串接變變阻器阻器R R0 0和毫安計和毫安計以調節和控制電流量。以調節和控制電流量。7.5紅外線氣體分析器紅外線氣體分析器利用混合氣體中某些組分會有選擇地

19、吸收紅外利用混合氣體中某些組分會有選擇地吸收紅外輻射能的特性，連續分析和測定被測氣體中某一輻射能的特性，連續分析和測定被測氣體中某一待測組分的含量。待測組分的含量。可測定的氣體：可測定的氣體：CO、CO2、CH4、C2H4、NH3、水蒸汽、水蒸汽不能測定的氣體：不能測定的氣體：雙原子氣體、惰性氣體雙原子氣體、惰性氣體紅外線是一種電磁波，紅外線是一種電磁波，波長：波長：0.76420m。物質具有一定的紅外輻射，輻射大小與物質溫度有物質具有一定的紅外輻射，輻射大小與物質溫度有關。關。T低時，輻射波長較長，低時，輻射波長較長，T升高時，最大輻射升高時，最大輻射能波長向短波方向遷移。紅外線氣體分析器利

20、用能波長向短波方向遷移。紅外線氣體分析器利用125m光譜段。將鎳鉻絲通電加熱至光譜段。將鎳鉻絲通電加熱至730時，時，輻射光波長主要集中在此范圍。輻射光波長主要集中在此范圍。輻射能被物質吸收后部分轉化為熱能，輻射能被物質吸收后部分轉化為熱能，T升高。升高。紅外線熱輻射特征：紅外線熱輻射特征：物體的熱輻射絕大部分集中在物體的熱輻射絕大部分集中在紅外區域。由此可用熱敏電阻或熱電堆接收紅外線。紅外區域。由此可用熱敏電阻或熱電堆接收紅外線。各種氣體介質并非對紅外范圍內不同波長的輻各種氣體介質并非對紅外范圍內不同波長的輻射能都有吸收能力，而是選擇性吸收，即射能都有吸收能力，而是選擇性吸收，即每種氣體每種

21、氣體分子只能吸收某一分子只能吸收某一特定波長范圍特定波長范圍的紅外輻射能量的紅外輻射能量。某些氣體的特征吸收波長某些氣體的特征吸收波長氣體氣體吸收峰波吸收峰波長長/m/mCOCO2 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 O(g)(g)2.02.0紅外線通過介質紅外線通過介質時，輻射能變化與待時，輻射能變化與待測介質溫度有關，據測介質溫度有關，據此可對被測介質進行此可對被測介質進行定量分析。定量分析。特征吸收波長特征吸收波長紅外輻射源、分析室、紅外輻射源、分析室、參比室、檢測器、前

22、參比室、檢測器、前置放大器、主放大器、置放大器、主放大器、記錄器記錄器從二紅外線輻射光源從二紅外線輻射光源發出的二束平行紅外發出的二束平行紅外線被由同步電機帶動線被由同步電機帶動的 切 光 片 調 制 成的 切 光 片 調 制 成12.5Hz的交變輻射。的交變輻射。其中一束經分析室左接收室，另一束經分析室其中一束經分析室左接收室，另一束經分析室和過濾器到達右接收室。檢測室內裝有薄膜電容器，和過濾器到達右接收室。檢測室內裝有薄膜電容器，電容器由電容器由動極動極鋁膜和鋁膜和定極定極鋁合金圓柱體組成。鋁合金圓柱體組成。動極將二接收室隔開，檢測室內封被測氣體。動極將二接收室隔開，檢測室內封被測氣體。當

23、檢測室受到紅外線照射時，內部氣體受熱膨當檢測室受到紅外線照射時，內部氣體受熱膨脹并產生壓力脈沖作用在動極上。脹并產生壓力脈沖作用在動極上。當分析室內無被當分析室內無被測氣體通過時，檢測室左右二接收室的紅外輻射相測氣體通過時，檢測室左右二接收室的紅外輻射相等，作用在動極上的壓力大小相等，方向相反，薄等，作用在動極上的壓力大小相等，方向相反，薄膜處于平衡狀態，儀器無信號輸出。膜處于平衡狀態，儀器無信號輸出。當被測氣體通過分析室時，氣體對紅外輻射產當被測氣體通過分析室時，氣體對紅外輻射產生選擇性吸收，到達檢測室的二束紅外線輻射產生生選擇性吸收，到達檢測室的二束紅外線輻射產生差異，作用在差異，作用在動

24、極上的壓力出現差值動極上的壓力出現差值，鋁膜產生變鋁膜產生變形，致使電容器電容產生變化。形，致使電容器電容產生變化。該電容變化轉變成該電容變化轉變成電壓信號輸出，經放大、記錄，由記錄儀表測得的電壓信號輸出，經放大、記錄，由記錄儀表測得的電壓信號即可得出待測氣體含量。電壓信號即可得出待測氣體含量。用氧化鋯固體電解質作測量元件，將氧用氧化鋯固體電解質作測量元件，將氧量信號轉換為電量信號顯示被測氣體的量信號轉換為電量信號顯示被測氣體的氧含量。氧含量。特點：特點：結構簡單、反應速度快、不受其結構簡單、反應速度快、不受其它氣體干擾它氣體干擾廣泛應用于火力發電廠。廣泛應用于火力發電廠。 ZrO2 晶體結構

25、： 單斜立方 常溫常溫1500體積收縮體積收縮 7結構不穩定，反復加熱和冷卻會斷裂。純凈氧化鋯不能用作測量元件。 摻入摻入 (1215) CaO或或 (Y2O3)等穩定劑，經等穩定劑，經高溫焙燒形成穩定瑩石型立方晶體。因鈣、釔化合高溫焙燒形成穩定瑩石型立方晶體。因鈣、釔化合價與鋯不同，在晶體中產生氧離子空穴。價與鋯不同，在晶體中產生氧離子空穴。氧化鋯管氧化鋯管濃差電池濃差電池電池反應：電池反應：管內通空氣管內通空氣(參比氣體參比氣體)，管外走煙氣。管內外，管外走煙氣。管內外兩側氣體中的兩側氣體中的O2被金屬鉑吸附，且在其催化作用下被金屬鉑吸附，且在其催化作用下得到電子、成為得到電子、成為O2進入氧化鋯離子空穴中進入氧化鋯離子空穴中，金屬，金屬鉑表面上留下過剩正