电化学式氧分析仪氧化锆ppt课件.ppt
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1、第7章 电化学式氧分析器(上),讲师:王森,7.1 氧化锆氧分析器的测量原理7.2 氧化锆氧分析器的类型和适用场合7.3 直插式氧化锆氧分析器7.4 抽吸式氧化锆氧分析器,7.1 氧化锆氧分析器的测量原理,7.1.1 氧化锆的导电机理电解质溶液靠离子导电,具有离子导电性质的固体物质称为固体电解质。固体电解质是离子晶体结构,靠空穴使离子运动而导电,与P型半导体靠空穴导电的机理相似。纯氧化锆(ZrO2)不导电,掺杂一定比例的低价金属物作为稳定剂,如氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化钇(Y2O3),就具有高温导电性,成为氧化锆固体电解质。,图7-1 氧离子空穴形成示意图,7.1.2 氧化锆氧分
2、析器的测量原理,在一片高致密的氧化锆固体电解质的两侧,用烧结的方法制成几微米到几十微米厚的多孔铂层作为电极,再在电极上焊上铂丝作为引线,就构成了氧浓差电池,如图7-2所示。如果电池左侧通入参比气体(空气),其氧分压为p0;电池右侧通入被测气体,其氧分压为p1(未知)。,图7-2 氧浓差电池原理图,设p0p1,在高温下(650850),氧就会从分压大的p0侧向分压小的p1侧扩散,这种扩散,不是氧分子透过氧化锆从p0侧到p1侧,而是氧分子离解成氧离子后通过氧化锆的过程。在750左右的高温中,在铂电极的催化作用下,在电池的p0侧发生还原反应,一个氧分子从铂电极取得4个电子,变成两个氧离子(O2-)进
3、入电解质,即 O2(p0)+4e 2O2-p0侧的铂电极由于大量给出电子而带正电,成为氧浓差电池的正极或阳极。,这些氧离子进入电解质后,通过晶体中的空穴向前运动到达右侧的铂电极,在电池的p1侧发生氧化反应,氧离子在铂电极上释放电子并结合成氧分子析出,即 2O2-O2(p1)+4e p1侧的铂电极由于大量得到电子而带负电,成为氧浓差电池的负极或阴极。这样在两个电极上由于正负电荷的堆积而形成一个电势,称之为氧浓差电动势。当用导线将两个电极连成电路时,负极上的电子就会通过外电路流到正极,再供给氧分子形成氧离子,电路中就有电流通过。,E氧浓差电动势,mV;R气体常数,8.3145 J/molK;T氧化
4、锆探头的工作温度,K(K=273.15+t);n参加反应的电子数,(对氧而言,n=4);F法拉第常数,96500C;p0参比气体的氧分压;p1被测气体的氧分压。,(7-1),7.1.3 氧化锆探头的理论电势输出值,如被测气体的总压力与参比气体的总压力相同,则上式可改写为,c0参比气体中氧的体积百分含量,一般用空气作参比气,取c0=20.6%(干空气氧含量为20.9%,25、相对湿度50%时,氧含量约为20.6%);c1被测气体中氧的体积百分含量,O2%。,(7-2),从上式可以看出,当参比气体中的氧含量c0=20.6%时,氧浓度差电动势仅是被测气体中氧含量c1和温度T的函数。被测气体中的氧含量
5、越小,氧浓差电动势越大。这对于测量氧含量低的烟气是有利的。把上式中的自然对数换为常用对数,得,(7-3),(7-4),实际工作中,可按式(7-3)计算氧化锆探头理论电势输出值。例如,氧化锆探头的工作温度为750,c0为20.6%,则电池的氧浓差电动势E为,表7-1 氧化锆探头理论电势输出值,7.2 氧化锆氧分析器的类型和适用场合,根据氧化锆探头结构形式和安装方式的不同,可把氧化锆氧分析器分为直插式和抽吸式两类,就使用数量而言,目前大量使用的是直插式氧化锆氧分析器。,7.2.1 直插式氧化锆氧分析器,将探头直接插入烟道中进行分析。直插式探头又有以下几种类型。(1)中、低温直插式氧化锆探头 这种探
6、头适用于烟气温度700(最佳烟气温度350550)的场合,探头中自带加热炉(自热式)。主要用于火电厂锅炉、620t/h工业炉等,是目前国内用量最大的一种探头。,(2)高温直插式氧化锆探头 这种探头本身不带加热炉(旁热式),靠高温烟气加热,适用于700900的烟气测量,主要用于电厂、石化厂燃煤炉、燃油炉等高温烟气场合。当燃烧系统不稳定时,这种探头易受烟气温度波动的影响,应用受到一定限制。,7.2.2 抽吸式氧化锆氧分析器,这类分析器的氧化锆探头安装在烟道壁或炉壁之外,将烟气抽出后再进行分析。它主要用于以下两种场合。(1)用于烟气温度7001400的场合 例如,钢铁厂的有些加热炉烟气温度高达900
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