探究原理和方法

本方法采用烟气分析仪分析烟道气污染组分SO2、NO、CO2的浓度。SO2、NO的浓度采用电化学传感器测量,CO2浓度采用红外传感器测量。

传感器应用了两项基本技术:①扩散层(典型的是选择性渗透膜)允许目标污染物分子扩散到电解液中;②气体在工作电极发生氧化反应,在对电极发生还原反应,产生的电流通过外电路成为传感器的输出信号,该输出信号再经电子线路放大,转换为被测气体的浓度。利用渗透膜,防止传感器电化学池中电解液流出和蒸发,也能利用它的选择性减少干扰组分的影响。因此,应当选择对待测组分渗透性好,但对干扰组分渗透性差的高分子膜。工作电极是产生电解电流的电极,可采用铂电极、金电极、钯电极、铱电极等。对电极与工作电极构成电路的标准电极,从银或银化合物电极、镍或镍化合物电极、铅或铅化合物电极中选用对电极,使其与工作电极组成最佳电极对。

当电化学传感器工作时,有:①样品气体进入传感器气室的上面;②目标气体通过选择性渗透膜,扩散到电解液并到达工作电极;③在工作电极发生氧化反应;④电荷转移到对电极;⑤在对电极发生还原反应;⑥由于电阻两端的电压降,易于测量与污染物浓度相关的电流。

1.测定SO2浓度原理

当工作电极达到规定的电位时,被电解质吸收的SO2按下式在工作电极发生氧化反应:

在对电极发生的反应(Pb O2转化为PbSO4):

式中　i——电解电流,A;

n——1mol污染物产生的电子数;

A——气体扩散面积,cm2;

F——法拉第常数,96 500C/mol;

D——气体扩散系数,cm2/s;

c——电解液中被氧化气体的浓度,mol/m L;

δ——扩散层的厚度,cm。

2.测定NOx浓度原理(www.xing528.com)

氮氧化物(NO、NO2)浓度的测量原理与SO2的类似。烟气样品进入电化学传感器,NO和NO2透过透气性薄膜进入电解池,在电解液中扩散并被吸收,被吸收的NO和NO2在一定的氧化电位下进行电解,根据电解电流得到NO和NO2的浓度。NO和NO2的氧化反应及其各自的固定氧化电位如下:

3.测定CO2浓度原理

CO2的浓度测定采用红外传感器。红外传感器采用非色散性红外技术来检测气体,这种非毒化的气体传感器依赖于目标气体特有的吸收光谱。使用一个合适的红外光源,根据不同气体在不同的浓度下对红外光谱的吸收率不同来检测目标气体的存在及浓度。光源发出的红外光通过两个相同的气室,然后到达检测器。第一个气室充满不吸收测量波长的惰性气体,称为参比气室;第二个气室充满样品气体,称为测量气室;测量气室中的样品气体吸收部分红外光,能量被吸收后强度减弱的红外光到达检测器,检测器可检测到通过两个气室后的红外光的能量差。红外光通过参比和测量气室得到的光的检测信号之比称为透过率,该透过率与烟道气中CO2的浓度相关,如下式所示:

式中　Tr——光通过参比和测量气室得到的光的检测信号之比,即透过率;

I0——光通过参比气室后的强度,为常数;

I——光通过测量气室后的强度;

α(λ)——分子吸收率(与波长λ有关);

c——污染物浓度;

l——光通过参比气室或测量气室的长度(两个气室长度相等)。

I与测得的透光率和CO2的浓度相关。测量方法是比较产生模拟电信号,即用一个“调制盘”组件防止通过两个气室的红外光同时到达检测器。旋转“调制盘”,使通过参比气室和测量气室的红外光交替地到达检测器,产生的交流信号的大小正比于检测器接收能量的差,从而测出待测组分浓度。