2018-02-22
Hur fungerar en syremätare?
Syrekoncentrationen i rökgasen från en förbränningsprocess, t.ex. i ett kraftverk eller en avfallsförbränningsanläggning ger en god indikation på förbränningsprocessens effektivitet. Parametern är därför av stort intresse för att optimera bränsleekonomin men också för att kontrollera och minska utsläppen av luftföroreningar.
En idealisk förbränningsprocess resulterar bara i CO2 och vatten men om lufttillförseln är för låg får man oförbränt bränsle vilket både är dåligt för ekonomin och ger oönskade utsläpp av t.ex. CO och kolväten. I praktiken vill man därför göra förbränningen med ett litet överskott av syre i rökgaserna. Det indikerar tillräcklig lufttillförsel till ugnen för att säkerställa fullständig förbränning.
Zirkoniumdioxidmetoden
Den traditionella metoden för att mäta syrehalten i rökgasen använder sig av en zirkoniumdioxidcell. Zirkoniumdioxid är ett mycket stabilt och hållbart keramiskt material som består av kristallin oxid av zirkonium med den kemiska formeln ZrO2. Ena sidan av cellen utsätts för syre med en känd koncentration, normalt omgivande luft, medan den andra sidan av cellen utsätts för rökgasen. Skillnaden i syrgaskoncentration mellan de två sidorna ger upphov till en elektrokemiskt inducerad spänning som beror på skillnaden i syrgaskoncentration. Spänningen mäts och omvandlas till en avläsning av syrekoncentrationen.
I storskaliga industriprocesser är utmaningen ofta att utforma mätsonden så att den klarar den ofta tuffa miljön med höga temperaturer, stoft och frätande rökgaser. Det kan krävas noggranna val av sondmaterial och stoftavledning eller automatisk rengöring för att göra sonden tillräckligt hållbar.
Den optiska metoden
Det finns också andra sätt att övervaka syre än att använda zirkoniumdioxidsensorer. Ett alternativ är absorptionsspektroskopi med en laserdiod som ljuskälla. På samma sätt som med DOAS-tekniken känner en detektor av syremolekylernas "fingeravtryck" längs en mätsträcka. Mängden absorberat ljus ger syrekoncentrationen. Samtidigt är det ofta möjligt att beräkna temperaturen mycket exakt. Den här typen av syremätare är inte i direktkontakt med gasen och är därför mycket lämpliga för extremt tuffa miljöer med reaktiva rökgaser och mycket höga temperaturer, där zirkoniumdioxidceller inte skulle hålla länge.
Att hålla koll på syrehalten är ett viktigt verktyg för att optimera förbränningsprocesser. Driftsmiljön för en sådan sensor kan vara en utmaning men det finns vanligtvis ändå en syrgasmätare för alla behov.
