煙氣分析實驗

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(jù)煙氣成份學會對空氣過剩系數(shù)的計算， 學會分析窯爐內(nèi)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(chǎn)物煙氣的主要成分都是 H2O、CO2、O2、CO及N2。在硅酸鹽工業(yè)生產(chǎn)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(nèi)的供風及燃料燃燒情況，而且可 以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的漏風情況，對指導生產(chǎn)有著十分重 要的意義。

2、工業(yè)上，用于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(chǔ)上加以改造后設(shè)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(chǎn)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）

3、堿溶液吸收了 O2，吸收過程如下： 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(lián)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)C2O4 4、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

4、器，其結(jié)構(gòu)如下圖 所示： K8K7K6 K3 K2K1 X3X2X1 放 氣 管管 路開 關(guān) 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(jié)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

5、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(guān)。當溫度不低于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??；如加入量過大，氨蒸氣會影響測定 結(jié)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

6、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 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(xù)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

7、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、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(nèi)裝入約200毫升5%硫酸溶液中，加 甲基橙數(shù)滴，使溶液呈現(xiàn)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(guān)閉K1至K6開關(guān)，打

8、開K7、K8開關(guān)，抬高水準 瓶，使量瓶中充滿指示劑溶液，然后關(guān)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(diào)節(jié)各吸收瓶內(nèi)吸收液的液 面，使各瓶內(nèi)吸收液充滿至閥門處。 注意：在調(diào)節(jié)某一吸收瓶內(nèi)的吸收液封時，應 關(guān)閉其他吸收瓶的開關(guān)。 （2）關(guān)閉K1至K6開關(guān)，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(guān)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

9、 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，關(guān)閉K8，打開K6，降低水準瓶。準確吸入煙 氣100毫升。關(guān)閉K6打開K1，提高水準瓶，將煙氣 壓入X1吸入瓶內(nèi)，然后再將水準瓶位置降低，使煙 氣又被吸回量氣管中，經(jīng)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(nèi)，關(guān)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(shù)。 每次打開K1，重復上法操作，直到量氣管中液面讀 數(shù)不變，即說明CO 2已被完全吸收，記下讀

10、數(shù)V1。 然后再打開K2，按上述方法進行O 2的測定，記 下讀數(shù)V2。最后打開K3，進行CO的測定，記下讀數(shù) V3。 五、實驗結(jié)果計算與分析五、實驗結(jié)果計算與分析： 實驗數(shù)據(jù)記錄 實驗數(shù)據(jù)記錄在表2-1。 項目 測點 12 煙氣樣體積V（ml） 吸收CO 2后讀數(shù)V1（ml） 吸收O 2后讀數(shù)V2（ml） 吸收CO后讀數(shù)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% 1 2 V VV CO

11、100% 21 2 V VV O 100% 32 V VV CO 100% 3 2 V V N 計算空氣過剩系數(shù) 4.分析、討論實驗結(jié)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(jié)果不準。 2、謹慎操作，不可使吸收瓶內(nèi)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(zhuǎn)動各開關(guān)時不可用力過猛過大，以防損壞儀器。 COON N 2 1 21 79 22 2 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？

12、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(shù)然對流換熱系數(shù) 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(shù)。并將數(shù)據(jù)整理成準則方程式。 2、了解對流換熱系數(shù)的實驗研究方法，練習 用相似準則綜合實驗數(shù)據(jù)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(chǎn)生的熱量交換現(xiàn)象稱 為對流換熱。

13、對流換熱過程是硅酸鹽工業(yè)熱工設(shè)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(tài)和工質(zhì)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(shè)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(xiàn)象。根據(jù)傳熱學和相似原理理論，

14、 當一個受熱表面在流體中發(fā)生對流換熱時，包含 自然對流換熱系數(shù)的準數(shù)關(guān)系式可整理為： (3-1) 式中： 努謝爾特準數(shù)； 葛拉曉夫準數(shù)； n f GrcNuPr al Nu t v gl Gr 2 3 l 物體的特性尺寸，實驗中為管徑d； 對流換熱系數(shù)(W/m2)； 流體（空氣）的導熱系數(shù)(W/m2)； v 流體（空氣）的運動粘度(m2/s）)； 流體的體積膨脹系數(shù)(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(shù)，需根據(jù)實驗數(shù)據(jù)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。 m T/1 2732/ f

15、wm ttT fw ttt 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(fā)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) rc QQQ 44 100100 OW Os TT FCQ 其中，s為系統(tǒng)黑度，本實驗系統(tǒng)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(shù)，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

16、)。 在實驗中待整個管子達到熱穩(wěn)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(shù)： (3-4) OW r OW C TTF QQ TTF Q 三、實驗裝置： AV 熱電偶 自耦變壓器 轉(zhuǎn)換開關(guān) 電位差計 實驗管 圖3-1 自然對流換熱系數(shù)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(zhuǎn)換開關(guān)及電 位差計組成，實驗管中間裝有電加熱器，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

17、，求出水 平圓管外表面的平均自然對流換熱系數(shù)。 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(shè)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(shè)備、正確連接線路并接通電 源、調(diào)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(wěn)定，可 開始測量管壁溫度，記下一組數(shù)據(jù)。 3、間隔10分鐘，測一組管壁數(shù)據(jù)，直至前 后兩組數(shù)據(jù)接近時為止，以這兩組數(shù)據(jù)的平均值 作為計算數(shù)據(jù)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。

18、5、記錄室溫、管徑、管長。 6、關(guān)閉電源，結(jié)束實驗。 表3-1 實驗數(shù)據(jù)記錄表 五、數(shù)據(jù)整理： 1原始數(shù)據(jù)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 1 2 3 4 5 6 2計算對流換熱系數(shù) 根據(jù)式(3-4) 計算對流換熱系數(shù)，試驗數(shù)據(jù)處 理整理在表3-2中。 3. 準數(shù)方程的確定 根據(jù)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(shù)坐標紙上。 把幾組數(shù)據(jù)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(shù)n和 系數(shù)C。 Pr.lglglgGrnCNu nGrCNuPr. 整 理 數(shù) 據(jù) 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(shù) 努謝 系數(shù) 葛拉 曉夫 數(shù) tw to Q Qr Qc Nuf Grf 1 2 3 4 5 6 2 ow f