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1、ZO系列氧化锆氧量分析仪的使用和调试胡国利 上海存昊电子技术ZO系列恒温加热式氧化锆氧量分析仪是近年来普遍在工业炉窑中采用的热控仪表,根据我们生产销售多年的经历,了解到其在使用和调试过程中存在一些需要注意和重视的问题,特别对小型或新创办的发电企业的热工人员来讲,尤其需要对ZO系列恒温加热式氧化锆氧量分析仪的使用和调试充分了解,可以更好的发挥节能环保作用,从而保证设备安全运行。一、ZO系列恒温加热式氧化锆氧量检测器的正确安装位置是安全运行的前提ZO系列恒温加热式氧化锆氧量检测器（锆头）的自身运行温度要求是7000C,因此,氧量检测器（锆头）不能安装在温度高于7000C的过热器前面,不允许安装在高
2、温的炉膛里;准确的必须选择烟道内烟气温度在7000C以下的位置上（详细可见产品说明书）,因此,插入安装的选择一般有两种：第一、过热器和省煤器之间;第二、一级省煤器和二级省煤器之间。根据浙江嘉爱斯热电使用的分析总结完全可以得出两种安装位置都能满足锅炉运行的烟气检测要求,只是在锆头自身的寿命长短不同、测量反应速度稍有不同和对烟道密闭性要求有别。我们建议这样两种安装位置的选择。在过热器和省煤器之间安装锆头,同样会受到现场位置空间的限制,结果往往会不得不将锆头安装在烟道弯头的节点上,由于受到不稳定烟气的流速变化造成锆头的测量工作不正常,并且很快将锆头的金属管磨损,造成了锆头的使用寿命缩短一半;曾经有两
3、台锅炉上的两支锆头发现这样现象。因此,对这个位置的选择要慎重,要根据烟道空腔形状大小仔细判断弯道部位的烟气运行状态方能决定。ZO系列恒温加热式氧化锆氧量分析仪的工作性能和技术指标与普通的氧化锆探头有很大的不同,恒温加热功能克服了对烟气温度的依赖,延长了自身寿命。我们对认识这一点是很重要的,如果依然将恒温加热式的探头按照过去一样安装在过热器前面、安装在几乎接近炉膛的位置都是不妥当的,这样会使锆头不能正常工作,甚至由于高温、高温辐射、炉温控制操作的温度骤变等损坏锆头的结构和性能,我们就目睹过这样的故障。ZO系列恒温加热式氧化锆氧量分析仪的探头安装位置最好选择密闭性能良好的烟道内,而且插装在一、二级
4、省煤器之间的烟道中央。正确地安装是保证锆头安全运行的前提。二、ZO系列恒温加热式氧化锆氧量检测器的正确使用是安全运行的保证ZO系列恒温加热式氧化锆氧量分析仪能够确保自身和锅炉安全运行,起到节能环保的效果,必须注意正确使用它,这是一个完整的过程,绝大部分的时间需要按照规程进行操作和维护,主要有安装、标定、调整、检查等等项目,已经有好多的文章详细介绍了其中的重要性和基本方法,不妨也推荐一些。ZO系列恒温加热式氧化锆氧量分析仪的换装往往是在锅炉运行的状态,首先必须关闭仪表后切断电源,等待其冷却一段时间后再轻轻地分段抽出锆头,防止骤冷损坏锆头,为解决故障,减少人为因素的麻烦,做好正确判断的准备,万不能
5、随意取出。安装新的锆头时,必须正确接好各项电源线和信号线,接线错误同样会造成仪表的状态错误或仪表损坏。安装新的锆头时,必须先进行通电加热,按照说明书的要求操作即可,因为,锅炉运行时,烟道温度可达到6000C以上,所以必须将预热的锆头加热到6500C7000C,再分段送入安装位置,直至得到稳定的运行状态,这段时间需要在二个小时左右,也是锆头能较长时间正常工作的关键之一。ZO系列恒温加热式氧化锆氧量分析仪的锆头和氧量变送器在出厂前是校验和标定合格的状态,一般经过正确安装后皆能正常工作,如果需要现场重新校验和标定的话,就要按照说明书和相应的规程步骤进行。仪表的本底电势的调节在变送器上可见到略大于2m
6、V的指示,此时可修正本底电势为接近0,氧量显示在2020.6。测量锆头的内阻是检测氧化锆锆管性能的指标之一,新锆头在7000C时应该为80以下,越小越好,相反,旧锆头的内阻超过800是不能用的。注意在现场测量时必须拧开标气丝堵,看到氧电势接近为0,可用万能表电阻档测量。如果锆头是存在氧电势的状态,可以用电阻箱连接氧电势输出端,慢慢调节电阻,使输出在氧量变送器上显示的氧电势数值只是原来的一半,在电阻箱上读出的电阻值就是锆头的内阻。ZO系列恒温加热式氧化锆氧量分析仪的使用中如果发现异常显示时,一般都需要对锆头的状态进行判断,根据多年来的积累,基本有以下三个体验：一、在氧量变送器上显示出氧电势读数过
7、大：如果将锆头上标气孔丝堵螺栓拧开,氧电势的读数很快下降到0左右,再用测量锆头内阻的方法判断。如果锆头的内阻足够小,就可以说明此时锆头的测量功能是准确的。理由是:锆头测得的氧量趋向变小时氧电势变大,而氧量接近为零的时候,氧电势就变成为无穷大了。二、在氧量变送器上显示出氧电势读数过小：一般来看必须采用锆头内阻测量的方法首先判断。如果锆头的内阻值变大,就是锆头存在故障,内阻值达到800以上是需要更换锆头的,另外一种情况就是锆头存在漏气故障了。三、仪表数据显示工作不正常而对锆头进行样气标定检查不能判断故障：在现场,通过样气标定锆头的检测方法,可以发现锆头和变送器上的一些故障问题,但是也会由于条件限制
8、造成不能判断的现象。氧化锆锆管如果没有损坏,一般都能用样气标定出正确的仪表读数来,例如轻微的漏气问题因为你没用采用足够的压力时间检查而疏忽;例如现场样气输入的气流过大降低了被测温度不能反映实际状况等,这就需要结合更完整的方法进行检测判断了,最好的办法是采用抽气式标准仪表检测对照了。无论在哪种状态下,不管是停炉检修还是短时间停止锅炉运行,都要能保持锆头有一定的正常工作温度,杜绝频繁冷却或骤然的高温变化,这是保证ZO系列恒温加热式氧化锆氧量分析仪的安全运行保证。烟气测量中恒温加热式氧化锆的特点及使用海滔 嘉爱斯热电 浙江 嘉兴中小规模电厂的锅炉烟气氧量测量中,目前普遍采用普通氧化锆测量计(简称普通
9、氧化锆)。恒温加热式氧化锆测量计（简称恒温加热式氧化锆）推出后,测量的准确性、可靠性得到了很大提高。1 氧化锆工作原理及特性氧化锆工作原理是：在一定温度下,氧化锆陶瓷这一固体电解质成为氧离子的优良导体,当内外两侧接触不同氧分压的气体时,两侧将产生浓差电势E,并可由下式得到。(1)式中：E氧浓差电势,mV;R理想气体常数,8.314J/(K.mol);F法拉第常数,96500C;n 参加反应的电子数,4;T 工作绝对温度,273.16+i;Po 参比气体氧分压（一般用空气,值为20.6）;Pi 烟气中的氧分压。上式表明,产生的氧浓差电势E的大小,不仅与Po/Pi有关,还有氧化锆的工作温度有关,更
10、为重要的是氧化锆的导电特性和温度有直接关系。对氧化锆的导电特性工作温度关系,笔者进行了测试,结果见表1。表1 氧化锆的导电特性工作温度关系测试结果 氧化锆工作温度/0C 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750氧化锆电极内阻/ 136k 23k 18k 13k 8k 2.8k 400 123 44 19由表1可见,温度过低时,氧化锆探头巨大的内阻影响了它的导体特,二次分析仪已无法得到准确的氧浓差电势。为此,通常把氧化锆的理想工作温度定在6508000C之间。2 普通氧化锆的不足用普通氧化锆进行锅炉烟气氧量测量时,通常安装在锅炉过热器与省煤器之间（如图1）因
11、为此处烟气温度相对较为适应,且有氧化锆探头的插入位置。但对于不同类型的锅炉及锅炉负荷多变时,安装该部位之氧化锆就难以适应。当锅炉负荷很低（燃烧量很小）时,过热器后的温度往往达不到6000C,氧量分析仪检测到的氧浓差电势E比实际值偏小许多,有时候甚至根本就检测不到氧浓差电势E。而锅炉拉升负荷或燃烧有异常变动时,过热器后烟气温度会大于8000C,并有明火出现,这一现象会极大地影响氧化锆探头的使用寿命。3 恒温加热式氧化锆的优点为了克服普通氧化锆的不足,许多氧化锆生产厂家都开始生产在氧化锆锆管处加装加热器的恒温式氧化锆,并把氧探头的恒温温度设定在7000C。该氧化锆具有以下优点：（1）7000C是氧
12、化锆探头的最佳工作点。在此温度下,氧化锆不仅产生良好的导电特性,在接触到不同氧分压气体时可产生稳定的浓差电势;而且氧化锆也能得到较长的使用寿命。（2）测量稳定性得到提高。从（1）式可知,氧浓差电势E的计算值需要用温度来补偿,7000C的恒温消除了温度的波动,无疑提高了测量的稳定性。（3）安装位置灵活可变。氧化锆探头的安装位置不再受局限于6508000C烟气温度环境,因为有了加热装置,从而在低于6000C的烟气中也能正常检测。4 恒温加热式氧化锆的实际使用 因为恒温加热式氧化锆具有安装位置灵活可变的特点,所以除了将锆探头安装在锅炉过热器与省煤器之间,另外还可将加热式探头安装在一级省煤器和二级省煤
13、器中间（如图2）。在安装、使用了多套恒温加热式氧化锆后,就上述提到的这两种安装方式,从兼顾测量准确和氧化锆探头的使用寿命等方面进行了比较,比较结果见表2。表2 两种安装方式的比较 安装方式一 安装方式二安装位置 过热器与省煤器之间 一二级省煤器之间测量响应速度 快 稍慢锅炉炉墙漏风对测量的影响 稍小 很大氧化锆探头寿命 一年左右 2年左右从表2可以得出结论：两种安装方式对氧量测量响应速度影响不大,采用第二种安装方式可以延长氧化锆探头寿命一倍。倘若炉墙的密封性较差,则炉墙的漏风将导致大量的空气进入烟道,严重地影响氧量的测量,若不进行炉膛密封处理则无法用氧化锆正常进行烟气氧量测量。5 氧化锆安装注
14、意事项（1）氧化高管元件系陶瓷类金属氧化物,安装时不要与炉膛内的管子剧烈碰撞。（2）氧化锆探头需要安装在烟道中心处。（3）在运行的锅炉上安装时,应将氧化锆探头缓缓插入烟道安装座中。（4）氧化锆探头与安装座的法兰连接处,需垫 橡胶石棉圈密封,以防空气渗入,影响测量。（5）氧化锆管的热电偶信号线,必须用相应的补偿导线接入二次检测仪表。综上所述,恒温加热式氧化锆就其优点及使用情况,可以认为是普通氧化锆的成熟产品。上述谈到的只是在锅炉烟气测量中的应用,当然在窑炉等其他领域也可广泛使用,只要安装方式得当,均可取得较好的测量效果。图1 普通氧化锆在烟道中的安装位置示意 图2恒温加热时氧化锆安装位置示意（安
15、装方式一） （安装方式二）氧化锆氧量分析仪的标定张 涛 矸石电厂1 问题引入目前,在电站锅炉和其他工业锅炉上已经广泛采用了氧化锆氧量分析仪,尤其是直插式氧化锆氧量分析仪,具有结构简单。精确度高、价格低廉和维护方便等诸多优点,深受使用单位的欢迎,对提高锅炉燃烧效率、节能降耗起到了重要的作用。对大多数中小用户来讲,由于氧化锆氧量分析仪的使用数量较少,一般不配备检验仪器和标准样气,这样一来,氧化锆氧量分析仪的检验标定就比较困难。另外,氧化锆氧量分析仪受介质温度高低的影响比较大,由于校验环境温度与锅炉烟气温度相差悬殊,加之氧化锆氧量分析仪的温度控制系统精确度一般比较低,即使进行过校验也会产生较大的误差
16、。本文通过对氧化锆氧量分析仪的测量原理进行分析,提出氧化锆氧量分析仪的简单而基准的标定方法,并可用以检验氧化锆氧量分析仪的准确度。2 氧化锆氧量分析仪的工作原理氧化锆是一种固体电介质,它具有离子导电性质,是测量装置中将烟气氧浓度转换成电信号的关键元件,测量原理如图1所示。氧化锆测量管内外两侧通以氧浓度的气体,例如内侧通空气,作为参比气体,外则通过被测烟气。当内外两侧气体的氧浓度不同时,氧化锆测管内外两侧将产生氧浓度差电势,内侧多孔性铂参比电势为正极,外侧多孔性铂电极为负极。两根引线将氧浓差电势送至二次仪表进行放大显示,也可转换为标准信号用作其他控制。在高温6000C以上时,氧化锆管的高氧分压面（通空气的氧化锆管内壁）发生还原反应：O2+4e2O2- 管内壁氧化锆给出电子而带正电,生成的O2-通过氧化锆空穴到达低氧分界面。低氧分压在氧化锆管外侧.,它的表面发生氧化反应：2O2-O2+4e氧化反应生成电子,使管外壁电极带负电。根据涅恩斯特（Nernst）公式,氧化锆管内外两侧理论电势：式中：E理论浓差电势（v）R理想气体常数（
