氣體組分測(cè)量與分析

氣體組分測(cè)量與分析第一頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.1概述

第十一章、氣體組分測(cè)量與分析

氣體組分分析是燃燒過(guò)程中常涉及到的一種測(cè)試技術(shù)。尤其是在線(xiàn)氣體分析，由于其測(cè)量時(shí)間短，使用方便等優(yōu)點(diǎn)而得到了大量的應(yīng)用。典型氣體分析儀器工作原理分類(lèi)化學(xué)法——用配制成的化學(xué)溶液吸收特定氣體成份的方法；色譜分析儀；電化學(xué)法

——電化學(xué)傳感器。不同的傳感器與特定成份發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生毫伏信號(hào)，信號(hào)的大小與該種成份的濃度成對(duì)應(yīng)的關(guān)系。通過(guò)測(cè)量毫伏信號(hào)來(lái)確定氣體的濃度；氧化鋯氧量分析儀；物理方法

——應(yīng)用物理學(xué)原理（如物質(zhì)的光學(xué)特性，磁化性能等）進(jìn)行氣體濃度測(cè)定的方法；紅外、熒光、順磁等類(lèi)型的氣體分析儀。第二頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.2色譜分析儀（Chromatography）

色譜分析是一種混合物組份的分離技術(shù)。

基本原理是：被分析的混合物樣品在流動(dòng)氣體或液體(流動(dòng)相)的推動(dòng)下，流經(jīng)一根裝有填充物(固定相)的管子(稱(chēng)色譜柱)時(shí)，受固定相的吸附或溶解作用，樣品中的各組份在流動(dòng)相和固定相中產(chǎn)生濃度分配。由于固定相對(duì)不同組份的吸附或溶解能力不同，因此各種組份在流動(dòng)相和固定相中的濃度分配情況不同，最終導(dǎo)致各自從色譜柱流出的時(shí)間不同，從而達(dá)到分離混合物組份的日的。

第十一章、氣體組分測(cè)量與分析

色譜分離過(guò)程動(dòng)畫(huà)氣相色譜動(dòng)畫(huà)第三頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.2色譜分析儀

色譜分析儀分類(lèi)：按流動(dòng)相：液相色譜分析儀和氣相色譜分析儀（載氣）按固定相：固態(tài)和液態(tài)；氣－固色譜；氣－液色譜色譜分析儀技術(shù)組成：色譜分離技術(shù)＋檢測(cè)技術(shù)（色譜柱）＋（檢測(cè)器）

氣相色譜分析儀系統(tǒng)組成：載氣源＋色譜柱＋檢測(cè)器第四頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.2色譜分析儀

第五頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.2色譜分析儀

載氣源：惰性大，不被固定相吸附或溶解，不同于被測(cè)組分，與被檢測(cè)組分的靈敏度相差較大。

H2、He、Ar色譜柱：玻璃管、不銹鋼管；填充固定相固態(tài)固定相：氧化鋁、硅膠、活性碳、分子篩液態(tài)固定相：硅油、液體石蠟、甘油檢測(cè)器：熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）：CO、CO2無(wú)機(jī)組分氫火焰電離檢測(cè)器（FID）：HC有機(jī)組分第六頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.2色譜分析儀

熱導(dǎo)檢測(cè)器原理：氣體組分不同，熱傳導(dǎo)率λ不同。流速低，忽略對(duì)流與輻射第七頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.2色譜分析儀

氫火焰電離檢測(cè)器載氣＋被測(cè)氣體＋H2，點(diǎn)燃后，火焰中HC產(chǎn)生離子和電子，數(shù)目隨C原子增加而增加，在電極電場(chǎng)作用下形成電流。常用于內(nèi)燃機(jī)HC排放測(cè)量第八頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.2色譜分析儀

色譜分離過(guò)程的定量分析：記錄A、B經(jīng)過(guò)色譜柱分離過(guò)程的圖譜稱(chēng)色譜圖。其中A、B組分在色譜柱中被洗脫用的時(shí)間稱(chēng)保留時(shí)間，分別用tRA、tRB表示。

第九頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.2色譜分析儀

組分分析方法：保留時(shí)間分析：不同組分的保留時(shí)間長(zhǎng)短不同；與已經(jīng)建立的組分－保留時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較，可定性分析組分；數(shù)據(jù)庫(kù)是利用純物質(zhì)在相同流程條件下進(jìn)行色譜分析得到。要實(shí)現(xiàn)定量分析

通過(guò)測(cè)量各組分的峰面積占總峰面積的比例。加入純物質(zhì)比對(duì)分析比較兩幅色譜峰圖，看原圖中的某一峰值是否在新圖中有增高。第十頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.3紅外氣體分析儀第十一章、氣體組分測(cè)量與分析

工作原理：有些分子為不同原子構(gòu)成的多原子氣體對(duì)入射的紅外線(xiàn)有按波長(zhǎng)選擇性吸收能量的特性。在紅外區(qū)有特定的吸收帶（波段），這對(duì)于某一種分子是確定和標(biāo)準(zhǔn)的。

“物質(zhì)指紋”2345678波長(zhǎng)mCOSO2CO2COSO2SO2吸收率(%)100常用儀器：不分光紅外氣體分析儀（NDIR）第十一頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.3紅外氣體分析儀

設(shè)有一束紅外線(xiàn)入射強(qiáng)度為I0,經(jīng)過(guò)濃度為C的氣體后，透射的紅外線(xiàn)的強(qiáng)度為I,根據(jù)比爾（Beer）定律： 式中k------被測(cè)氣體對(duì)波長(zhǎng)λ的紅外輻射的吸收系數(shù)

C------被測(cè)氣體的濃度

l------通過(guò)氣樣的光程長(zhǎng)度 射入某種氣體的外來(lái)輻射能，只有其頻率符合該氣體分子的特征頻率時(shí)，氣體才能吸收此輻射能。兩束等能量的紅外光分別進(jìn)入并行的兩個(gè)光學(xué)器件。一個(gè)通入?yún)⒖細(xì)怏w，另一個(gè)通入采樣氣體。檢測(cè)器可連續(xù)測(cè)量?jī)蓚€(gè)氣室中所吸收的紅外光能量的差別，這個(gè)差別就是采樣氣體中待測(cè)氣體成分的濃度。第十二頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.4氧含量測(cè)量

在現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)和鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，往往根據(jù)燃燒排放物中的O2含量或CO2含量來(lái)判斷過(guò)量空氣系數(shù)的大小，以控制燃料與空氣的比例，維持良好的燃燒條件。由于O2含量與過(guò)量空氣系數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系呈單值性，并很少受到燃料品種的影響，加上O2含量的動(dòng)態(tài)測(cè)量相對(duì)容易，所以在燃燒過(guò)程監(jiān)測(cè)與控制中，普遍采用O2含量來(lái)判斷過(guò)量空氣系數(shù)的大小。常用：氧化鋯氧量分析儀、磁性氧量分析儀第十一章、氣體組分測(cè)量與分析

第十三頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.4氧含量測(cè)量

氧化鋯氧量測(cè)量原理：氧化鋯濃差電池原理ZrO2固體電解質(zhì)＋CaO或Y2O3后，增加氧離子空穴含量，在800～1200℃，成為氧離子導(dǎo)體第十四頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.4氧含量測(cè)量

第十五頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.4氧含量測(cè)量

使用時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)要采取保溫措施或進(jìn)行溫度補(bǔ)償常用熱電偶進(jìn)行溫度補(bǔ)償。第十六頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.4氧含量測(cè)量

汽車(chē)氧傳感器及陶瓷發(fā)熱芯第十七頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.5氮氧化合物含量測(cè)量NDIR法缺點(diǎn):穩(wěn)定除濕，保持高溫，防止NO溶入水或吸附于壁面。測(cè)量NOx一般采用化學(xué)發(fā)光法?；瘜W(xué)發(fā)光檢測(cè)器（CLD）也叫NOx分析儀。

第十一章、氣體組分測(cè)量與分析

第十八頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.5氮氧化合物含量測(cè)量

1.基本原理：利用化學(xué)發(fā)光法測(cè)量NO，是依據(jù)NO－O3反應(yīng)生成NO2和O2,其中的一些二氧化氮被提升到電子激發(fā)狀態(tài)，然后隨著光子的揮發(fā)又迅速恢復(fù)到原態(tài)。

NO+O3NO2*+O2 NO2*NO2+h

式中： h----普朗克常數(shù)

----頻率，Hz

當(dāng)NO與O3在反應(yīng)室中混合時(shí)，化學(xué)發(fā)光反應(yīng)產(chǎn)生的發(fā)射光強(qiáng)與NO的濃度成正比，用光電倍增管可以測(cè)到這個(gè)光強(qiáng)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。第十九頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.5氮氧化合物含量測(cè)量

2.NOx的確定采樣氣體先進(jìn)入一個(gè)轉(zhuǎn)換器，在這里NO2被轉(zhuǎn)換成NO

2NO22NO+O2儀表的輸出與總的NO成正比，包括采樣氣體中原有的NO加上從NO2轉(zhuǎn)換來(lái)的NO,這個(gè)總和也稱(chēng)為NOx。

NOx=NO+NO23.NO2=NOx－NO第二十頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.6煙度測(cè)量

黑煙中所含的成分十分復(fù)雜，如內(nèi)燃機(jī)排放氣體中的黑煙，除碳質(zhì)成分(碳煙)外，還含有硫酸霧等液體成分、各種金屬鹽類(lèi)微粒、多環(huán)芳香烴等高沸點(diǎn)有機(jī)成分等。國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)GBl7961-2005,對(duì)顆粒(PM)與煙的定義:發(fā)動(dòng)機(jī)的顆粒物PM指在溫度不超過(guò)325K(52℃)的稀釋排氣中，由規(guī)定的過(guò)濾介質(zhì)上收集到的所有物質(zhì)。PM的測(cè)量主要是對(duì)排氣稀釋-過(guò)濾-稱(chēng)重。煙指懸浮在柴油機(jī)排氣流中，能吸收、反射或折射光線(xiàn)的顆粒。第十一章、氣體組分測(cè)量與分析

第二十一頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.6煙度測(cè)量

有關(guān)黑煙測(cè)量技術(shù)的發(fā)展主要有兩個(gè)方面：

1.以其中的煙氣濃度(煙度)為測(cè)量對(duì)象；

2.以其中的粒狀物質(zhì)成分及其含量(顆粒排放)為測(cè)量對(duì)象。煙度的測(cè)量方法主要有兩類(lèi)：

1.利用煙氣對(duì)光的吸收作用，即通過(guò)測(cè)量光從煙氣中的透過(guò)度來(lái)確定煙度的，這種方法叫透光度法；

2.利用濾紙收集一定量的煙氣，再通過(guò)比較濾紙表面對(duì)光的反射率的變化來(lái)測(cè)量煙度的，這種方法叫濾紙法，也稱(chēng)反射法。第二十二頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.6煙度測(cè)量

哈特里奇煙度計(jì)部分流透光式0（無(wú)煙）～100（全黑）特點(diǎn)：a.能測(cè)量排放氣體中水氣和油霧等成分形成的煙氣煙度，如內(nèi)燃機(jī)冷車(chē)起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的白煙或此煙的煙度等，b.響應(yīng)快、能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)測(cè)量，c.光學(xué)系統(tǒng)容易受到污染，使用時(shí)必須注意清洗d.受氣體流速變化影響，需對(duì)取樣壓力加以控制。第二十三頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.6煙度測(cè)量

2.PHS煙度計(jì)全流透光式特點(diǎn)：a.測(cè)量值直接受排氣管道直徑及其排放流量的影響。b.按照規(guī)定來(lái)選用排氣導(dǎo)入管的尺寸第二十四頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.6煙度測(cè)量

3.Bosch煙度計(jì)濾紙式;0～10特點(diǎn)：a.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用調(diào)整方便，濾紙?jiān)嚇幽軌虮４妫⒛苡糜谔紵煹闹亓繙y(cè)量。b.不能用于變工況下碳煙的連續(xù)測(cè)量，也不能測(cè)量藍(lán)姻和白煙.第二十五頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.6煙度測(cè)量

4.

馮布蘭德煙度計(jì)濾紙式;0～100特點(diǎn)：a.濾紙為傳送帶式，可用于變工況下碳煙的連續(xù)測(cè)量b.也不能測(cè)量藍(lán)姻和白煙.第二十六頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.7其它問(wèn)題

氣體中水份的處理分析氣體中的水蒸汽常對(duì)分析結(jié)果有明顯的影響，尤其是對(duì)于那些含量很少，容易結(jié)露的氣體（如二氧化硫，氮氧化物）。在高溫下水以氣體的形式存在，當(dāng)把氣體降到適于分析的溫度時(shí)，水蒸汽凝結(jié)成水滴會(huì)吸收一部分氣體，形成酸既會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，也會(huì)腐蝕分析儀器。所以在氣體進(jìn)入分析儀器之前都要使水凝結(jié)下來(lái)。脫除氣體中水份的方法有幾種，一是快速冷凝（GD10，GasDryer），二是加入干燥裝置除濕。

第二十七頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日11.7其它問(wèn)題

氣體中微量及痕量氣體成份的