烟气分析实验

1、实验三实验三 烟气分析烟气分析 一、实验目的：一、实验目的： 1了解手提式气体分析仪的使用原理。 2掌握手提式气体分析仪的操作，能独立进行烟 气成分的测定。 3学会对烟气组成成分CO 2、O2、CO及N2的分 析与计算。 4根据烟气成份学会对空气过剩系数的计算， 学会分析窑炉内燃料燃烧情况。 二、实验原理二、实验原理 一般说来，不论是固体燃料、液体燃料还是 气体燃料，其燃烧产物烟气的主要成分都是 H2O、CO2、O2、CO及N2。在硅酸盐工业生产中， 通过对窑炉不同部位的烟气成分进行分析，不仅 可以判断窑炉内的供风及燃料燃烧情况，而且可 以发现系统的漏风情况，对指导生产有着十分重 要的意义。

2、工业上，用于烟气成分分析的仪器种类有很 多，本实验为手提式气体分析器，它是在过去的 奥式气体分析器的基础上加以改造后设计制作的。 它是一种利用不同的化学吸收剂逐次对烟气中各 项组分进行吸收，来达到对烟气成分进行分析的 方法。主要是对燃烧产物中的CO2、O2和CO的体 积百分比进行测定。其原理为： 1、CO 2的测定： 用苛性钾(KOH)或苛性纳(NaOH)溶液吸收 CO2，吸收过程如下： 2 KOH + CO2 = K2CO3 + H2O 同时此溶液中亦吸收烟气中含量很少的SO2， 反应公式为： 2 KOH +SO2=K2SO3+H2O 2、O2的测定： 用焦性没食子酸（2C6H3(OH)3）

3、碱溶液吸收了 O2，吸收过程如下： C6H3(OH)3 +3KOH = C6H3(OK)3 + 3H2O 三羟基苯钾 2C6H3(OK)3 +1/2O2 = (KO)3 C6H3C6H3(OK)3 + H2O 六羟基联苯钾 3、CO的测定： 用氧化亚铜（Cu2Cl2）的氨溶液吸收CO，吸收 反应如下： Cu2Cl2+2CO= Cu2Cl22CO Cu2Cl22CO + 4NH3 + 2H2O = 2 NH4Cl + 2Cu + (NH4)C2O4 4、N2的测定： 烟气中N2不做个别的分析。测定CO 2、O2、CO 后剩余的气体都认为是N2。 三、实验仪器三、实验仪器 实验仪器为手提式气体分析

4、器，其结构如下图 所示： K8K7K6 K3 K2K1 X3X2X1 放 气 管管 路开 关 木 架 进 气 管 量 管 保 温 瓶 水 准 瓶 吸 收 瓶 液 封 瓶 图2-1 手提式气体分析仪示意图 四、实验步骤四、实验步骤 1、吸收液的配制： (1) 苛性钾(KOH)水溶液 取1份重量的KOH溶于2份重量的蒸馏水中。此 溶液的吸收能力为每毫升约可吸收40毫升的CO 2。 待溶液中有白色结晶析出时，说明溶液已被饱和， 应更换新的吸收液。 (2) 焦性没食子酸碱溶液 焦性没食子酸钾吸收液是由以下两种A、B溶液 混合而成： A液：把5克焦性没食子酸溶于15毫升蒸馏水中； B液：把48克氢氧化钾

5、溶于52毫升蒸馏水中。 此种溶液吸收氧的能力与溶液的温度和氧的含 量有关。当温度不低于25而混合气体中氧含量不 超过25%时，吸收能力最强最快。如果氧含量大于 25%而温度低于15，吸收能力较小较慢，当温度 低于12时，便不能吸收。 该溶液1毫升约可吸收12毫升的O2。 (3) 氯化亚铜铵溶液 将氯化铵250克溶于750毫升水中，加入200克 氯化亚铜，再把一份（体积）比重为0.90的氢氧 化铵同上述的三份（体积）溶液混合。配制时应 严格控制氢氧化铵的加入量，因为如加入量不够， 吸收力变小；如加入量过大，氨蒸气会影响测定 结果。 此溶液1毫升可吸收约15毫升的CO。 2、取气样： 烟气试样的取

6、得可采用吸气双连球取样。吸 气双连球取烟气试样的连接方法如图2-2所示。 烟 囱 测 孔 取 气 管 吸 气 双 连 球 上 球 下 球 夹 子 排 气 管 贮 气 球 胆 图2-2吸气双连球取烟气试样的连接方法 取样时，把取气管从烟囱的测孔插入，使取气 管的进气口迎着烟气排出的方向；将排气管及贮气 球胆进气口用铁夹子夹紧（贮气球胆中的气体要排 净）；用手反复挤压双连球，将烟气连同吸气管中 残余气体一起吸入下球，待下球装满气体后，打开 排气管夹子，将这部分混合气体排出，再将夹子夹 紧，继续吸气，当把吸气管路中的残存气体排净后， 即可夹紧排气管。打开贮气球胆进气中夹子，反复 压挤，至球胆中充满烟

7、气。最后将气球胆进气中夹 紧，取下后即可待用。 3、装溶液 手提式气体分析器共有5个吸收瓶，因做烟气 分析一般测烟气中CO 2、O2、CO及N2的含量，所 以只用其中的3个即可。 为方便操作，我们选用X1、X2、X3三个吸收瓶 盛装吸收液，其中X1盛装KOH溶液，用以吸收CO 2 、X2中盛装焦性没食子酸钾溶液，用以吸收O2； X3中盛装氯化亚铜铵溶液，用以吸收CO。每瓶吸 收液装入量约200毫升。 将水准瓶内装入约200毫升5%硫酸溶液中，加 甲基橙数滴，使溶液呈现红色，作为指示剂溶液。 再把液封瓶及保温套中注满蒸馏水，以起到液 封及保温作用。 4、检查仪器的严密性： 关闭K1至K6开关，打

8、开K7、K8开关，抬高水准 瓶，使量瓶中充满指示剂溶液，然后关闭K8，落下 准瓶。如果此时量管中的指示液没有明显下降，即 说明仪器的严密性可靠。如果量管中的指示液随水 准瓶的落下而有明显的下降，则说明仪器有漏气的 地方，应找出漏气处，严加密封。 5、操作过程： （1）用水准瓶分别调节各吸收瓶内吸收液的液 面，使各瓶内吸收液充满至阀门处。 注意：在调节某一吸收瓶内的吸收液封时，应 关闭其他吸收瓶的开关。 （2）关闭K1至K6开关，打开K7及K8，提高水准 瓶，使指示液充满量管，将管路中空气排出，把烟 气试样接入干燥管进口，关闭K8，打开K6，降低水 准瓶，使烟气吸入量管。然后打开K8，提高水准瓶

9、 此时吸入之烟气连同管路中的残余空气一起排出。 这样整个管路均被烟气“清洗”了一次，若“清洗” 不净，可再“清洗”1至2次。 （3）清洗完毕，提高水准瓶，使量管中充满指 示液，关闭K8，打开K6，降低水准瓶。准确吸入烟 气100毫升。关闭K6打开K1，提高水准瓶，将烟气 压入X1吸入瓶内，然后再将水准瓶位置降低，使烟 气又被吸回量气管中，经过这样3至4次压入和吸回 的过程后，将烟气吸入量气管内，关闭K1把水准瓶 靠近量气管，使水准瓶口指示液面与量气管中指示 液面对齐至同一高度，记下此时量气管中液面读数。 每次打开K1，重复上法操作，直到量气管中液面读 数不变，即说明CO 2已被完全吸收，记下读

10、数V1。 然后再打开K2，按上述方法进行O 2的测定，记 下读数V2。最后打开K3，进行CO的测定，记下读数 V3。 五、实验结果计算与分析五、实验结果计算与分析： 实验数据记录 实验数据记录在表2-1。 项目 测点 12 烟气样体积V（ml） 吸收CO 2后读数V1（ml） 吸收O 2后读数V2（ml） 吸收CO后读数V3（ml） 计算各成分的体积百分含量 烟气中各成分含量按下式计算： 式中，V烟气试样体积（毫升）； V1烟气被KOH吸收后的体积（毫升）； V2烟气被焦性没食子酸钾溶液吸收后的体积（毫 升）； V3烟气被氯化亚铜氨溶液吸收后的体积（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 计算空气过剩系数 4.分析、讨论实验结果。 六、实验注意事项：六、实验注意事项： 1、必须严格按操作步骤进行，各组分的吸收顺序不 可搞乱，否则将会使实验结果不准。 2、谨慎操作，不可使吸收瓶内的溶液冲入管路与其 他溶液混合。 3、提升或放低水准瓶时动作要缓慢，以防指示液或 吸收液冲入管路。 4、转动各开关时不可用力过猛过大，以防损坏仪器。 COON N 2 1 21 79 22 2 七、思考题 1、试说明水准瓶在实验中的作用？原理是什么？ 2、实验前为什么要检查仪器的严密性？如有漏气， 如何处理？

12、3、为什么在取气样和分析气样时都要洗气？如何 洗气？ 4、此仪器能否直接用空气为气样？为什么？ 5、怎样判断吸收剂已被气体饱和？ 6、影响奥氏气体分析器测量准确性的因素有哪 些？ 实验三实验三 空气沿水平圆管外表面的自空气沿水平圆管外表面的自 然对流换热系数然对流换热系数 一、实验目的 1、测定空气沿水平圆管外表面的自然对流还 热系数。并将数据整理成准则方程式。 2、了解对流换热系数的实验研究方法，练习 用相似准则综合实验数据的方法，认识相似理论在 对流换热实验研究中的指导意义。 二、实验原理 当固体表面与流过该表面的流体之间存在温度 差时，固体表面与流体之间产生的热量交换现象称 为对流换热。

13、对流换热过程是硅酸盐工业热工设备 中最主要的换热过程之一。由于对流换热一方面依 靠流体分子之间的导热作用，同时还受到流体宏观 运动的控制，因而影响对流换热的因素很多，主要 有三个方面，即流动工况、表面状态和工质物性。 从而使得对流换热过程成为所有换热过程中最复杂 的一种，亦使得实验研究成为研究对流换热过程的 一个极为重要的手段和解决问题的基本途径。 自然对流是指流体由于各部分温度不均匀而 引起的流动，由此引起的对流换热称为自然对流 换热。各种热工设备和管道的热表面向周围空气 的对流换热就是典型的自然对流换热。 实验研究的是受热体（圆管）在大空间中的 自然对流换热现象。根据传热学和相似原理理论，

14、 当一个受热表面在流体中发生对流换热时，包含 自然对流换热系数的准数关系式可整理为： (3-1) 式中： 努谢尔特准数； 葛拉晓夫准数； n f GrcNuPr al Nu t v gl Gr 2 3 l 物体的特性尺寸，实验中为管径d； 对流换热系数(W/m2)； 流体（空气）的导热系数(W/m2)； v 流体（空气）的运动粘度(m2/s）)； 流体的体积膨胀系数(1/K)。 Tm定性温度，实验中取 ，tw和tf 分别为圆管壁面温度和流体温度； 是过余温度（）； c、n待定实验常数，需根据实验数据用最小二 乘法进行确定。 角标“f”表示以流体平均温度作为定性温度。 m T/1 2732/ f

15、wm ttT fw ttt 由于在一般情况下，实验管表面散失热量Q以 对流和辐射两种方式散发的。 (3-2) 式中，Q表面散失热量(W)，QIV； Qc自然对流散失热流量(W)： Qr辐射散失热流量(W)； 实验管可以被看做为被其他物体（房屋、地 面）包围的面积很小的凸物体，它的辐射热量为 (3-3) rc QQQ 44 100100 OW Os TT FCQ 其中，s为系统黑度，本实验系统中即为实验管 表面黑度，由实验室事先测定； C0为绝对黑体辐射系数，C05.67（W/m2K4）； Tw、 To分别为壁温和周围物体的平均温度（近似取室温）； F为实验管辐射散热有效面积即为其圆周面积(m2

16、)。 在实验中待整个管子达到热稳定状况后，通过测 定在不同加热功率下得各点表面温度，可得到平均 局部自然对流换热系数： (3-4) OW r OW C TTF QQ TTF Q 三、实验装置： AV 热电偶 自耦变压器 转换开关 电位差计 实验管 图3-1 自然对流换热系数测定试验装置图 实验装置如图3-1所示，主要有实验管、热电 偶、自耦变压器、电压表、电流表、转换开关及电 位差计组成，实验管中间装有电加热器，其电源线 在管的两端引出，通过自耦变压器给定电压使实验 管加热，其加热功率用电压表、电流表测量，在实 验管的不同部分沿管子外表面圆周不同方向安装几 对热电偶，以测得管子外表面的平均温度

17、，求出水 平圆管外表面的平均自然对流换热系数。 注意：实验装置的实验管应安装在一个单独的 房间，房间要求尽可能密闭，以防止强迫对流，并 要求没有暖气设备和阳光直射，以防止外界温度干 扰和外来热辐射，电源控制和测试装置应安放在密 闭室的外面。 四、实验步骤 1、熟悉实验设备、正确连接线路并接通电 源、调整自耦变压器、给定一定电压对实验管进 行加热。 2、加热后，待各对热电偶的测值稳定，可 开始测量管壁温度，记下一组数据。 3、间隔10分钟，测一组管壁数据，直至前 后两组数据接近时为止，以这两组数据的平均值 作为计算数据Tw。 4、改变加热功率（即电压）至新工况，重 复上述步骤，进行实验46次。

18、5、记录室温、管径、管长。 6、关闭电源，结束实验。 表3-1 实验数据记录表 五、数据整理： 1原始数据记录 室温t0 () 管长L (m) 管径d (m) 实验管表面黑度 序 号 加热功率 实验管壁面热电偶测值（mv） 电流I 电压V 1 2 3 4 5 平均 1 2 3 4 5 6 2计算对流换热系数 根据式(3-4) 计算对流换热系数，试验数据处 理整理在表3-2中。 3. 准数方程的确定 根据Nu和Gr表达式，可以得到对应的Nu和Gr 值，对Nu为纵坐标，以Gr、Pr为横坐标，画在双 对数坐标纸上。 把几组数据同时画在一坐标纸上，得到一系 列实验点，画出一条直线，这条直线的方程即为 直线的斜率为n，截距为C， 由此即确定了准则方程 的指数n和 系数C。 Pr.lglglgGrnCNu nGrCNuPr. 整 理 数 据 表 格 序 号 壁 温 室 温 膜平均 温度 加热 量 辐射 量 自然 对流 量 对流 换热 系数 努谢 系数 葛拉 晓夫 数 tw to Q Qr Qc Nuf Grf 1 2 3 4 5 6 2 ow f