ZO系列氧化鋯氧量儀的使用和調(diào)試

ZO系列氧化鋯氧量分析儀的使用和調(diào)試胡國利上海存昊電子技術(shù)ZO系列恒溫加熱式氧化鋯氧量分析儀是近年來普遍在工業(yè)爐窯中采用的熱控儀表,根據(jù)我們生產(chǎn)銷售多年的經(jīng)歷,了解到其在使用和調(diào)試過程中存在一些需要注意和重視的問題,特別對小型或新創(chuàng)辦的發(fā)電企業(yè)的熱工人員來講,尤其需要對ZO系列恒溫加熱式氧化鋯氧量分析儀的使用和調(diào)試充分了解,可以更好的發(fā)揮節(jié)能環(huán)保作用,從而保證設(shè)備安全運行。一、ZO系列恒溫加熱式氧化鋯氧量檢測器的正確安裝位置是安全運行的前提ZO系列恒溫加熱式氧化鋯氧量檢測器（鋯頭）的自身運行溫度要求是7000C,因此,氧量檢測器（鋯頭）不能安裝在溫度高于7000C的過熱器前面,不允許安裝在高溫的爐膛里;準確的必須選擇煙道內(nèi)煙氣溫度在7000C以下的位置上（詳細可見產(chǎn)品說明書）,因此,插入安裝的選擇一般有兩種：第一、過熱器和省煤器之間;第二、一級省煤器和二級省煤器之間。根據(jù)浙江嘉愛斯熱電使用的分析總結(jié)完全可以得出兩種安裝位置都能滿足鍋爐運行的煙氣檢測要求,只是在鋯頭自身的壽命長短不同、測量反應(yīng)速度稍有不同和對煙道密閉性要求有別。我們建議這樣兩種安裝位置的選擇。在過熱器和省煤器之間安裝鋯頭,同樣會受到現(xiàn)場位置空間的限制,結(jié)果往往會不得不將鋯頭安裝在煙道彎頭的節(jié)點上,由于受到不穩(wěn)定煙氣的流速變化造成鋯頭的測量工作不正常,并且很快將鋯頭的金屬管磨損,造成了鋯頭的使用壽命縮短一半;曾經(jīng)有兩臺鍋爐上的兩支鋯頭發(fā)現(xiàn)這樣現(xiàn)象。因此,對這個位置的選擇要慎重,要根據(jù)煙道空腔形狀大小仔細判斷彎道部位的煙氣運行狀態(tài)方能決定。ZO系列恒溫加熱式氧化鋯氧量分析儀的工作性能和技術(shù)指標(biāo)與普通的氧化鋯探頭有很大的不同,恒溫加熱功能克服了對煙氣溫度的依賴,延長了自身壽命。我們對認識這一點是很重要的,如果依然將恒溫加熱式的探頭按照過去一樣安裝在過熱器前面、安裝在幾乎接近爐膛的位置都是不妥當(dāng)?shù)?這樣會使鋯頭不能正常工作,甚至由于高溫、高溫輻射、爐溫控制操作的溫度驟變等損壞鋯頭的結(jié)構(gòu)和性能,我們就目睹過這樣的故障。ZO系列恒溫加熱式氧化鋯氧量分析儀的探頭安裝位置最好選擇密閉性能良好的煙道內(nèi),而且插裝在一、二級省煤器之間的煙道中央。正確地安裝是保證鋯頭安全運行的前提。二、ZO系列恒溫加熱式氧化鋯氧量檢測器的正確使用是安全運行的保證ZO系列恒溫加熱式氧化鋯氧量分析儀能夠確保自身和鍋爐安全運行,起到節(jié)能環(huán)保的效果,必須注意正確使用它,這是一個完整的過程,絕大部分的時間需要按照規(guī)程進行操作和維護,主要有安裝、標(biāo)定、調(diào)整、檢查等等項目,已經(jīng)有好多的文章詳細介紹了其中的重要性和基本方法,不妨也推薦一些。ZO系列恒溫加熱式氧化鋯氧量分析儀的換裝往往是在鍋爐運行的狀態(tài),首先必須關(guān)閉儀表后切斷電源,等待其冷卻一段時間后再輕輕地分段抽出鋯頭,防止驟冷損壞鋯頭,為解決故障,減少人為因素的麻煩,做好正確判斷的準備,萬不能隨意取出。安裝新的鋯頭時,必須正確接好各項電源線和信號線,接線錯誤同樣會造成儀表的狀態(tài)錯誤或儀表損壞。安裝新的鋯頭時,必須先進行通電加熱,按照說明書的要求操作即可,因為,鍋爐運行時,煙道溫度可達到6000C以上,所以必須將預(yù)熱的鋯頭加熱到6500C—7000C,再分段送入安裝位置,直至得到穩(wěn)定的運行狀態(tài),這段時間需要在二個小時左右,也是鋯頭能較長時間正常工作的關(guān)鍵之一。ZO系列恒溫加熱式氧化鋯氧量分析儀的鋯頭和氧量變送器在出廠前是校驗和標(biāo)定合格的狀態(tài),一般經(jīng)過正確安裝后皆能正常工作,如果需要現(xiàn)場重新校驗和標(biāo)定的話,就要按照說明書和相應(yīng)的規(guī)程步驟進行。儀表的本底電勢的調(diào)節(jié)在變送器上可見到略大于2mV的指示,此時可修正本底電勢為接近0,氧量顯示在20％～20.6％。測量鋯頭的內(nèi)阻是檢測氧化鋯鋯管性能的指標(biāo)之一,新鋯頭在7000C時應(yīng)該為80Ω以下,越小越好,相反,舊鋯頭的內(nèi)阻超過800Ω是不能用的。注意在現(xiàn)場測量時必須擰開標(biāo)氣絲堵,看到氧電勢接近為0,可用萬能表電阻檔測量。如果鋯頭是存在氧電勢的狀態(tài),可以用電阻箱連接氧電勢輸出端,慢慢調(diào)節(jié)電阻,使輸出在氧量變送器上顯示的氧電勢數(shù)值只是原來的一半,在電阻箱上讀出的電阻值就是鋯頭的內(nèi)阻。ZO系列恒溫加熱式氧化鋯氧量分析儀的使用中如果發(fā)現(xiàn)異常顯示時,一般都需要對鋯頭的狀態(tài)進行判斷,根據(jù)多年來的積累,基本有以下三個體驗：一、在氧量變送器上顯示出氧電勢讀數(shù)過大：如果將鋯頭上標(biāo)氣孔絲堵螺栓擰開,氧電勢的讀數(shù)很快下降到0左右,再用測量鋯頭內(nèi)阻的方法判斷。如果鋯頭的內(nèi)阻足夠小,就可以說明此時鋯頭的測量功能是準確的。理由是:鋯頭測得的氧量趨向變小時氧電勢變大,而氧量接近為零的時候,氧電勢就變成為無窮大了。二、在氧量變送器上顯示出氧電勢讀數(shù)過小：一般來看必須采用鋯頭內(nèi)阻測量的方法首先判斷。如果鋯頭的內(nèi)阻值變大,就是鋯頭存在故障,內(nèi)阻值達到800Ω以上是需要更換鋯頭的,另外一種情況就是鋯頭存在漏氣故障了。三、儀表數(shù)據(jù)顯示工作不正常而對鋯頭進行樣氣標(biāo)定檢查不能判斷故障：在現(xiàn)場,通過樣氣標(biāo)定鋯頭的檢測方法,可以發(fā)現(xiàn)鋯頭和變送器上的一些故障問題,但是也會由于條件限制造成不能判斷的現(xiàn)象。氧化鋯鋯管如果沒有損壞,一般都能用樣氣標(biāo)定出正確的儀表讀數(shù)來,例如輕微的漏氣問題因為你沒用采用足夠的壓力時間檢查而疏忽;例如現(xiàn)場樣氣輸入的氣流過大降低了被測溫度不能反映實際狀況等,這就需要結(jié)合更完整的方法進行檢測判斷了,最好的辦法是采用抽氣式標(biāo)準儀表檢測對照了。無論在哪種狀態(tài)下,不管是停爐檢修還是短時間停止鍋爐運行,都要能保持鋯頭有一定的正常工作溫度,杜絕頻繁冷卻或驟然的高溫變化,這是保證ZO系列恒溫加熱式氧化鋯氧量分析儀的安全運行保證。煙氣測量中恒溫加熱式氧化鋯的特點及使用海滔嘉愛斯熱電浙江嘉興中小規(guī)模電廠的鍋爐煙氣氧量測量中,目前普遍采用普通氧化鋯測量計(簡稱普通氧化鋯)。恒溫加熱式氧化鋯測量計（簡稱恒溫加熱式氧化鋯）推出后,測量的準確性、可靠性得到了很大提高。1氧化鋯工作原理及特性氧化鋯工作原理是：在一定溫度下,氧化鋯陶瓷這一固體電解質(zhì)成為氧離子的優(yōu)良導(dǎo)體,當(dāng)內(nèi)外兩側(cè)接觸不同氧分壓的氣體時,兩側(cè)將產(chǎn)生濃差電勢E,并可由下式得到。(1)式中：E——氧濃差電勢,mV;R——理想氣體常數(shù),8.314J/(K.mol);F——法拉第常數(shù),96500C;n——參加反應(yīng)的電子數(shù),4;T——工作絕對溫度,273.16+i;Po——參比氣體氧分壓（一般用空氣,值為20.6）;Pi——煙氣中的氧分壓。上式表明,產(chǎn)生的氧濃差電勢E的大小,不僅與Po/Pi有關(guān),還有氧化鋯的工作溫度有關(guān),更為重要的是氧化鋯的導(dǎo)電特性和溫度有直接關(guān)系。對氧化鋯的導(dǎo)電特性——工作溫度關(guān)系,筆者進行了測試,結(jié)果見表1。表1氧化鋯的導(dǎo)電特性——工作溫度關(guān)系測試結(jié)果氧化鋯工作溫度/0C300350400450500550600650700750氧化鋯電極內(nèi)阻/Ω136k23k18k13k8k2.8k4001234419由表1可見,溫度過低時,氧化鋯探頭巨大的內(nèi)阻影響了它的導(dǎo)體特,二次分析儀已無法得到準確的氧濃差電勢。為此,通常把氧化鋯的理想工作溫度定在650～8000C之間。2普通氧化鋯的不足用普通氧化鋯進行鍋爐煙氣氧量測量時,通常安裝在鍋爐過熱器與省煤器之間（如圖1）因為此處煙氣溫度相對較為適應(yīng),且有氧化鋯探頭的插入位置。但對于不同類型的鍋爐及鍋爐負荷多變時,安裝該部位之氧化鋯就難以適應(yīng)。當(dāng)鍋爐負荷很低（燃燒量很小）時,過熱器后的溫度往往達不到6000C,氧量分析儀檢測到的氧濃差電勢E比實際值偏小許多,有時候甚至根本就檢測不到氧濃差電勢E。而鍋爐拉升負荷或燃燒有異常變動時,過熱器后煙氣溫度會大于8000C,并有明火出現(xiàn),這一現(xiàn)象會極大地影響氧化鋯探頭的使用壽命。3恒溫加熱式氧化鋯的優(yōu)點為了克服普通氧化鋯的不足,許多氧化鋯生產(chǎn)廠家都開始生產(chǎn)在氧化鋯鋯管處加裝加熱器的恒溫式氧化鋯,并把氧探頭的恒溫溫度設(shè)定在7000C。該氧化鋯具有以下優(yōu)點：（1）7000C是氧化鋯探頭的最佳工作點。在此溫度下,氧化鋯不僅產(chǎn)生良好的導(dǎo)電特性,在接觸到不同氧分壓氣體時可產(chǎn)生穩(wěn)定的濃差電勢;而且氧化鋯也能得到較長的使用壽命。（2）測量穩(wěn)定性得到提高。從（1）式可知,氧濃差電勢E的計算值需要用溫度來補償,7000C的恒溫消除了溫度的波動,無疑提高了測量的穩(wěn)定性。（3）安裝位置靈活可變。氧化鋯探頭的安裝位置不再受局限于650～8000C煙氣溫度環(huán)境,因為有了加熱裝置,從而在低于6000C的煙氣中也能正常檢測。4恒溫加熱式氧化鋯的實際使用因為恒溫加熱式氧化鋯具有安裝位置靈活可變的特點,所以除了將鋯探頭安裝在鍋爐過熱器與省煤器之間,另外還可將加熱式探頭安裝在一級省煤器和二級省煤器中間（如圖2）。在安裝、使用了多套恒溫加熱式氧化鋯后,就上述提到的這兩種安裝方式,從兼顧測量準確和氧化鋯探頭的使用壽命等方面進行了比較,比較結(jié)果見表2。表2兩種安裝方式的比較安裝方式一安裝方式二安裝位置過熱器與省煤器之間一二級省煤器之間測量響應(yīng)速度快稍慢鍋爐爐墻漏風(fēng)對測量的影響稍小很大氧化鋯探頭壽命一年左右2年左右從表2可以得出結(jié)論：兩種安裝方式對氧量測量響應(yīng)速度影響不大,采用第二種安裝方式可以延長氧化鋯探頭壽命一倍。倘若爐墻的密封性較差,則爐墻的漏風(fēng)將導(dǎo)致大量的空氣進入煙道,嚴重地影響氧量的測量,若不進行爐膛密封處理則無法用氧化鋯正常進行煙氣氧量測量。5氧化鋯安裝注意事項（1）氧化高管元件系陶瓷類金屬氧化物,安裝時不要與爐膛內(nèi)的管子劇烈碰撞。（2）氧化鋯探頭需要安裝在煙道中心處。（3）在運行的鍋爐上安裝時,應(yīng)將氧化鋯探頭緩緩插入煙道安裝座中。（4）氧化鋯探頭與安裝座的法蘭連接處,需墊橡膠石棉圈密封,以防空氣滲入,影響測量。（5）氧化鋯管的熱電偶信號線,必須用相應(yīng)的補償導(dǎo)線接入二次檢測儀表。綜上所述,恒溫加熱式氧化鋯就其優(yōu)點及使用情況,可以認為是普通氧化鋯的成熟產(chǎn)品。上述談到的只是在鍋爐煙氣測量中的應(yīng)用,當(dāng)然在窯爐等其他領(lǐng)域也可廣泛使用,只要安裝方式得當(dāng),均可取得較好的測量效果。圖1普通氧化鋯在煙道中的安裝位置示意圖2恒溫加熱時氧化鋯安裝位置示意（安裝方式一）（安裝方式二）氧化鋯氧量分析儀的標(biāo)定張濤矸石電廠1問題引入目前,在電站鍋爐和其他工業(yè)鍋爐上已經(jīng)廣泛采用了氧化鋯氧量分析儀,尤其是直插式氧化鋯氧量分析儀,具有結(jié)構(gòu)簡單。精確度高、價格低廉和維護方便等諸多優(yōu)點,深受使用單位的歡迎,對提高鍋爐燃燒效率、節(jié)能降耗起到了重要的作用。對大多數(shù)中小用戶來講,由于氧化鋯氧量分析儀的使用數(shù)量較少,一般不配備檢驗儀器和標(biāo)準樣氣,這樣一來,氧化鋯氧量分析儀的檢驗標(biāo)定就比較困難。另外,氧化鋯氧量分析儀受介質(zhì)溫度高低的影響比較大,由于校驗環(huán)境溫度與鍋爐煙氣溫度相差懸殊,加之氧化鋯氧量分析儀的溫度控制系統(tǒng)精確度一般比較低,即使進行過校驗也會產(chǎn)生較大的誤差。本文通過對氧化鋯氧量分析儀的測量原理進行分析,提出氧化鋯氧量分析儀的簡單而基準的標(biāo)定方法,并可用以檢驗氧化鋯氧量分析儀的準確度。2氧化鋯氧量分析儀的工作原理氧化鋯是一種固體電介質(zhì),它具有離子導(dǎo)電性質(zhì),是測量裝置中將煙氣氧濃度轉(zhuǎn)換成電信號的關(guān)鍵元件,測量原理如圖1所示。氧化鋯測量管內(nèi)外兩側(cè)通以氧濃度的氣體,例如內(nèi)側(cè)通空氣,作為參比氣體,外則通過被測煙氣。當(dāng)內(nèi)外兩側(cè)氣體的氧濃度不同時,氧化鋯測管內(nèi)外兩側(cè)將產(chǎn)生氧濃度差電勢,內(nèi)側(cè)多孔性鉑參比電勢為正極,外側(cè)多孔性鉑電極為負極。兩根引線將氧濃差電勢送至二次儀表進行放大顯示,也可轉(zhuǎn)換為標(biāo)準信號用作其他控制。在高溫6000C以上時,氧化鋯管的高氧分壓面（通空氣的氧化鋯管內(nèi)壁）發(fā)生還原反應(yīng)：O2+4e→2O2-管內(nèi)壁氧化鋯給出電子而帶正電,生成的O2-通過氧化鋯空穴到達低氧分界面。低氧分壓在氧化鋯管外側(cè).,它的表面發(fā)生氧化反應(yīng)：2O2-→O2+4e氧化反應(yīng)生成電子,使管外壁電極帶負電。根據(jù)涅恩斯特（Nernst）公式,氧化鋯管內(nèi)外兩側(cè)理論電勢：式中：E—理論濃差電勢（v）R—理想氣體常數(shù)（8.314J/克分子*K）n=4（一個氧分子反應(yīng)時輸送的電子數(shù)）F—法拉第常數(shù)（=96500C/克分子）T—開爾文溫度（K）Pl—空氣氧分壓（%）PX—被測煙氣氧分壓（%）一般Pl=20.6%,則（伏）即E＝-T(3.4027＋4.9595lgPx)mV由上式可知,氧濃差電勢E,除了與煙氣中氧含量PX有關(guān)外,還與溫度T（K）有關(guān)。3標(biāo)定方法氧化鋯氧量分析儀的測量系統(tǒng)可分為兩大類,即直插補償式和定溫式。由于定溫式一般配備定溫爐和旁路煙道,設(shè)備復(fù)雜昂貴,工業(yè)使用較少。而直插補償式則直接將氧化鋯探頭插在被測煙氣處,結(jié)構(gòu)簡單,應(yīng)用廣泛。而在中小用戶,由于用量較小,一般不配備校驗設(shè)施,標(biāo)定工作比較困難。通過前面對氧化鋯工作原理的分析,我們不難得出“溫度、電勢測定、對照關(guān)系表進行標(biāo)定”的方法。直插補償式氧量分析儀測量鍋爐煙氣含氧量的方法如圖2所示：圖中,溫度信號來自鋯管處的熱電偶,補償信號來自氧化鋯探頭末端的熱電阻或其他熱敏元件,溫度信號和補償信號構(gòu)成鋯管的溫度測量回路;二次儀表根據(jù)溫度測量回路的信號,對鋯管進行加熱,可使鋯管溫度維持在一定范圍;氧濃差信號則是在一定范圍溫度下的煙氣含氧量信號。根據(jù)以上分析,在沒有校驗設(shè)施和圖2直插補償式氧化鋯分析儀系統(tǒng)圖標(biāo)準樣氣的情況下,我們可以采取測算氧化鋯管溫和測量氧濃差電勢的方法進行查表標(biāo)定,方法如下：（1）準備“溫度——氧濃差電勢——煙氣含氧量（%）”關(guān)系對照表?？梢越柚嘘P(guān)技術(shù)資料,也可以用關(guān)系式E＝-T(0.034027＋0.049595lgPx)mV進行計算;（2）測算鋯管溫度,根據(jù)熱電偶的溫度信號和熱電偶冷端補償信號計算鋯管溫度,并化為相應(yīng)的熱力學(xué)溫度（開爾文溫度）;（3）確定鋯管溫度穩(wěn)定在正常使用范圍后,對二次表進行“零點”毫伏標(biāo)定,即斷開氧濃差毫伏信號,按相應(yīng)的溫度查關(guān)系對照表,對二次儀表加對應(yīng)的“零點”毫伏信號,調(diào)整二次儀表的“調(diào)零”,使其顯示為“零”,輸出4mA（Ⅲ型標(biāo)準信號）或0Ma（Ⅱ型標(biāo)準信號）;（4）滿值標(biāo)記,即把“校驗閥門”打開,檢查氧濃差電勢毫伏值為零,調(diào)整二次儀表“量程”,使其顯示滿值（即20.6％）,且輸出滿量程信號（4～20ma或0～10ma）：調(diào)整完畢后關(guān)閉“校驗”氣閥。（5）測量氧濃差電勢,根據(jù)所測算的溫度（T）和氧濃差電勢（E）,差關(guān)系對照表,并按查得的百分含氧量,檢查標(biāo)定是否正確,如誤差在允許范圍內(nèi),則標(biāo)定完畢,否則須檢查二次儀表是否合格,確定后再重新標(biāo)定。4效果分析本辦法沿用原始值計算后進行標(biāo)定,避免了標(biāo)準氣配制和校驗設(shè)施的不確定度帶來的誤差。一方面解決小火電和其它工業(yè)鍋爐氧量表的校驗問題,同時也可以檢驗已經(jīng)校驗的氧量表在環(huán)境改變后的精確度。《蒲北科技》氧化鋯氧量分析儀的使用與維護梁毅蘭州藍天浮法玻璃股份一．氧化鋯氧量分析儀的正確使用首先,應(yīng)將儀器平穩(wěn)放置在工作臺上或牢固安裝于配電柜內(nèi),可靠接地,遠離高溫,高熱,強磁,粉塵和震動大的場所。由于儀器是非防爆產(chǎn)品,所以嚴禁在有爆炸和腐蝕性氣體的場合使用。如果被測氣體中氧含量≤10×10ˉ６。氣源管線就必須使用Φ3mm×0.5mm的不銹鋼管或紫銅管,管線安裝前要將內(nèi)壁用四氧化炭或稀硫酸清洗干凈,嚴禁管內(nèi)滯留油污,水分,粉塵及金屬顆粒。另外,待測氣體中若存在CO,CH4,H2等可燃性氣體,會明顯使測量指示偏低,甚至無氧含量指示。而代待測氣體中若存在SO2進行了解,如果存在上述五種氣體,必須采取相應(yīng)的凈化措施,,H2S等有毒氣體,則會造成氧化鋯管電極中毒而失效。因此,在使用前要對待測氣體以免造成儀器的損壞或測量偏差。氣源輸出點要靠近儀器,管線不能繞圈和折彎,以減少儀器測量的滯后時間,及時反應(yīng)情況。管線和儀器進氣口連接時,需要將管線插到進氣口底部,加密封墊圈后再用鏍帽擰緊,要杜絕氣體泄漏,否則會引起測量值偏高后儀器反應(yīng)遲鈍。在負壓裝置上使用時,需要配備抽氣泵;在正壓裝置上使用時,為保護氧化鋯管不受大流量氣體沖擊,必須把氣源壓力降至1kPa以下。上述工作完成后,即可進行通氣試驗,先將流量計的調(diào)節(jié)閥關(guān)閉,調(diào)好代測氣體壓力,再旋動流量計調(diào)節(jié)閥,當(dāng)流量計浮子指示在300mL時停下,此時用手快速堵一下儀器后面板上的出氣口,若流量計浮子迅速回到零位,說明氣路流量已基本調(diào)好,反之說明儀器內(nèi)部有漏氣的情況,可用肥皂在各接頭處進行排查。最后確認無誤即可開啟儀器,通電預(yù)熱1小時后再通入待測氣體,通過流量計調(diào)節(jié)閥將氣體流量穩(wěn)定在300Ml/min刻度,儀器輸出指示即為代測氣體的氧含量值。儀器關(guān)閉時,應(yīng)先關(guān)閉氣源,即先關(guān)閉流量計調(diào)節(jié)閥,再關(guān)閉儀器電源。二．氧化鋯氧量分析儀的維護與修理儀器在使用（1500～2000）小時以后,需要對其準確度進行檢查。方法是按正常使用時的操作程序接入氧標(biāo)準氣,觀察其指示的讀數(shù)和標(biāo)準氣含量的差值,若大于儀器的規(guī)定誤差,就需要進行校準。同時對儀器氣路的氣密性也要進行檢查。另外,由于鋯管長期在高溫的環(huán)境下工作,容易使鋯管性能破壞,出現(xiàn)鋯管內(nèi)阻增大,誤差變大,并反應(yīng)遲鈍。因此,在儀器使用一年后要檢查鋯管的老化程度。方法是先把儀器升溫穩(wěn)定,通入5分鐘空氣后關(guān)閉流量計調(diào)節(jié)閥,用電阻計測量鋯管電極的熱電阻,如果電阻大于（80～100）Ω,說明鋯管已經(jīng)老化,必須進行更換。在實際工作中,儀器會出現(xiàn)各類故障,根據(jù)故障現(xiàn)象,我們分析出引起儀器故障的原因及排除方法,特例表1所示。序列故障現(xiàn)象可能的原因排除措施1儀器指示偏高1．管線漏氣;2．爐溫過低;3．量程電勢低;4．流量偏小;5．鋯管漏氣;6．儀器老化更換密封墊或旋緊壓帽;提高爐溫;調(diào)整電勢;換氧化鋯管2儀器指示偏低1．爐溫過高;2．流量偏大;3．氣樣中可燃氣體太多;4．量程電勢偏高降低爐溫;調(diào)節(jié)流量;加凈化器;校正量程電勢3儀器無指示無工作1．無電源;2．電源插頭接觸不良;3．保險絲松動或已斷查電源線;換電源插頭;換保險絲4有電源但加熱路不工作1．3A保險絲斷;2．電爐絲斷;3．固體繼電器壞;4．溫控繼電器壞;5．熱電偶壞換保險絲;換電爐絲;換故態(tài)繼電器;檢查溫控電路;檢查熱電偶5有電源但無指示1．顯示板與主機板的連接插頭接觸不良;2．沒有＋5V電源換連線或插頭;排除電源故障6顯示系統(tǒng)錯誤1．A/D轉(zhuǎn)換電路故障;2．熱電偶壞;3．集成塊2817A數(shù)據(jù)混亂查出損壞器件并更換;更換熱電偶;重寫數(shù)據(jù)7顯示接線錯誤1.熱電偶接反（溫度不正常）;2.氧化鋯信號接反檢查極性,將信號線連接正確8顯示雜亂1．程序片損壞;2．程序片工作不正常更換2764程序片;重新開關(guān)儀器《標(biāo)準物質(zhì)與分析技術(shù)》氧化鋯分析儀應(yīng)用中存在的問題及對策陳國偉福建省電力試驗研究院1．引言氧化鋯氧分析儀可及時,準確地檢測煙氣中的含氧量,直接反應(yīng)風(fēng)煤比是否合理,燃燒是否充分,從而在線指導(dǎo)燃燒調(diào)整,以保持最佳氧量,減少燃燒產(chǎn)物中SO2;NO2.,CO,SO3等氣體的含量,最終達到經(jīng)濟運行和減少環(huán)境污染的目的。氧化鋯氧分析儀經(jīng)過30多年的應(yīng)用和發(fā)展,其結(jié)構(gòu)型式和技術(shù)性能日趨完善。近年來我省電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。目前,它雖然基本上能用以指導(dǎo)燃燒調(diào)整。但存在的一些問題卻影響其使用壽命和測量準卻度,本文擬介紹氧化鋯氧分析儀的選型要點,并分析在我省火電廠應(yīng)用中存在的問題及對策,以期達到正確使用之目的。2．選型要點2．1在750±50℃工作溫度下,探頭電池內(nèi)阻應(yīng)小于80Ω。2.2氧化鋯管的本底電勢在±4mV以內(nèi)。2.3基本誤差不超過制造廠給出的測量準確度,一般應(yīng)小于5％2．4當(dāng)被測氣體含氧量變化時,儀器達到指示含氧量穩(wěn)定值的90％所需的時間（響應(yīng)時間）不得超過制造廠的規(guī)定值,最大不超過302．5控溫誤差不超過±5℃。此外,還應(yīng)向制造廠所取計量器具制造許可證（MC）,產(chǎn)品合格證,測試報告,出廠編號,生產(chǎn)日期和安裝說明書,并向使用過的單位了解該產(chǎn)品的有關(guān)情況,以便更全面地了解其性能。3．存在問題1998年6～7月份,省電力試驗研究所熱工室組織專人對我省火電廠氧化鋯氧分析儀的使用壽命,準確性,穩(wěn)定性和售后服務(wù)等進行了調(diào)查,其結(jié)論是;氧化鋯氧分析儀的總體質(zhì)量較好,在穩(wěn)定工作下,基本上能用以在線指導(dǎo)燃燒調(diào)整,但仍存在著一些問題,亟待改進。3．1產(chǎn)品方面問題目前,我省電廠使用的氧化鋯氧分析儀的廠家與型號主要有;中國原子能研究所的ZO系列,上海硅酸鹽研究所的ZO－4,上海海寧儀表廠的JGY－1200H,上?？少F故態(tài)離子導(dǎo)體公司的ZO－3D等,其產(chǎn)品質(zhì)量普遍存在以下問題;（1）在長期運行后,鋯頭的連接螺栓有燒壞現(xiàn)象,現(xiàn)場難以更換。（2）本底電勢不太穩(wěn)定,易漂移。（3）內(nèi)外電極密封性欠佳,低氧時參比端有泄漏現(xiàn)象,指示偏大。3.2用方面問題（1）測點位置距爐膛太近,導(dǎo)致氧化鋯氧分析儀受高溫腐蝕,壽命縮短,氧量指標(biāo)不穩(wěn)定。（2）運行人員未能及時調(diào)整風(fēng)量與燃料量,致使氧量指示不準確。（3）日常維護與管理制度不健全,沒有按期進行校驗與清除探頭過濾器上的集灰。4.對策4．1合理選擇安裝位置（1）測點煙溫在600－800℃比較合適,測點處應(yīng)燃燒完全,煙氣流動平穩(wěn),無劇烈震動和敲打源。（2）測點位置應(yīng)在鍋爐密封性好,不漏風(fēng)的部位,應(yīng)避開入孔門等位置,應(yīng)為入孔門容易出現(xiàn)關(guān)不嚴,漏風(fēng)等現(xiàn)象,導(dǎo)致氧量指示偏大。（3）探頭應(yīng)稍向下傾斜,以防止煙氣對流和冷凝水進入鋯頭。（4）氧化鋯氧分析儀的變送器,指示表應(yīng)安裝在環(huán)境較好的地方,如集控室內(nèi),指示儀的信號引線應(yīng)與加熱爐內(nèi)熱電偶的補償導(dǎo)線同型號,以免因溫差造成測量誤差。4．2保持鋯頭溫度恒定根據(jù)Nernst公式,只有當(dāng)溫度恒定時,輸出電勢才僅與被測氣體的氧分壓有關(guān),溫度過低不僅達到穩(wěn)定的電勢輸出需較長的時間,同時輸出電勢特性的斜率降低,響應(yīng)速度變慢,零點電勢增加;溫度過高,則電極和引線會因熔化而脫落。試驗證明,在750℃,氧濃度為5.0％時,溫度變化10℃就會引起1％的誤差。所以,保持鋯頭溫度恒定十分重要。4.3嚴密監(jiān)視電極電阻的變化在高溫?zé)煔飧g下,探頭經(jīng)一段時間的使用,其內(nèi)外電極將受到污染,表面會附著一層不均勻的覆蓋物,鉑電極的唯孔中也會有雜質(zhì)進入,使電極的多孔性變差,有效面積減少,引起速度變慢,輸出電勢變低,甚至探頭不能正常工作（此時其內(nèi)阻將高達幾百歐）,隨著時間的延長,電極污染進一步加劇,輸出電勢偏高理論值更多,一般情況下,電阻大于1000Ω時,應(yīng)考慮更換探頭。為此,要嚴密監(jiān)視電極電阻的變化,并采取措施防止污染。4.4及時調(diào)整風(fēng)量與燃料量運行人員常會發(fā)現(xiàn)裝與爐膛兩側(cè)的氧化鋯氧分析儀氧量指示偏差較大,這不一定是儀器故障,而往往是由于燃燒工況發(fā)生變化后未能及時進行調(diào)整所致,運行人員如能根據(jù)爐膛燃燒工況及時調(diào)整風(fēng)量和燃料量,幾分鐘后指示就能恢復(fù)正常。4.5加強日常維護和管理新投運的氧化鋯氧分析儀至少每2周校驗1次,以后可根據(jù)實際情況適當(dāng)延長,定期清楚探頭過濾器上的集灰,必要時可拆下處理,標(biāo)準氣管應(yīng)暢通,探頭每季度應(yīng)在線標(biāo)定一次,發(fā)現(xiàn)問題及時處理,鍋爐停用較長時間應(yīng)切斷加熱爐電源,以延長其壽命,要加強日常的技術(shù)管理,對氧化鋯氧分析儀的更換,故障原因,處理結(jié)果等應(yīng)作詳細的記錄。5結(jié)束語雖然氧化鋯氧分析儀目前基本上能用以指導(dǎo)在線燃燒調(diào)整,但使用中暴露出來的問題仍需認真對待,不可忽視,隨著電力形式的發(fā)展,廠網(wǎng)分開,競價上網(wǎng)勢在必行,作為指導(dǎo)火電廠經(jīng)濟運行的重要儀表――氧化鋯氧分析儀,必將發(fā)揮更大的作用,因此務(wù)必不斷總結(jié)經(jīng)驗,使之進一步完善。ZO系列氧化鋯氧量分析儀常見故障分析及處理方法劉華賢上?？少F固態(tài)離子導(dǎo)體公司一、前言ZO一系列氧化鋯氧量分析儀是八十年代開始應(yīng)用的先進的氣體氧量分析儀。其工作原理是根據(jù)能斯特(Nemst)&式計算的。氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯材料是一種高性能的氧離子導(dǎo)體,氧化鋯鋯管內(nèi)外側(cè)涂以多孔鉑電極,在高溫(大于600℃)時,當(dāng)氧化鋯鋯管內(nèi)外兩側(cè)分別通以不同氧濃度的氣體時,就形成氧濃差電池：(P02‘)Pt／ZrO2-Pt(PO2”)陰極：O2+4e=2O2陽極：202=O2+4eP02‘和PO2“分別為參比氣氧分壓和被測氣氧分壓,氧濃差電池電動熱E與氧分壓的關(guān)系可用能斯特(Nemst)公式表示：E=(RT／4F)ln(PO2‘／PO2“)式中：R—理想氣體常數(shù)(8．3l4J／molk);T一濃差電池工作溫度(K);F-法拉第常數(shù)(96500J／v);PO2‘—參比氣氧分壓O2“一被測氣氧分壓。通過測量濃差電池電動勢E,就可就計算出被測氣體的氧分壓。與傳統(tǒng)的磁氧分析儀和紅外分析儀相比,氧化鋯氧量分析儀具有如下的優(yōu)點：氧化鋯氧量分析儀磁氧儀紅外分析儀靈敏度(大氣壓)10—1110一4n10一7準確度(ΔP／P)2％重現(xiàn)性-/+05％**±5％***響應(yīng)速度0.1秒～數(shù)秒1分鐘數(shù)十分鐘線性范圍10-11～1大氣壓設(shè)備狀態(tài)簡單使用壽命數(shù)月～數(shù)年注：*在一個大氣壓條件下;**氧量在0．1～l000PPM;***氧量在1％。正由于這些優(yōu)越性,氧化鋯氧量分析儀已廣泛應(yīng)用于發(fā)電、石化、冶金、化工、輕紡等行業(yè),在節(jié)能、環(huán)保等方面起了十分重要作用。我們公司生產(chǎn)的氧化锫氧量分析儀的主要優(yōu)點：1．用化學(xué)共沉淀法合成氧化鋯材料,用等靜壓成型,高溫?zé)Y(jié)。氧化鋯材料純度、密度高,電性能好,使用壽命長。圖l是使用一年半后的氧化鋯元件性能(摘自撫順石油學(xué)院賈大中教授的氧化鋯《氧化鋯氧傳感器應(yīng)用研究報告》)。從圖上可以看出：除電勢響應(yīng)值稍稍降低外,其線性與以能斯特公式計算的直線一樣,也就是說通過變送器修正,該氧化鋯元件仍可繼續(xù)使用。2檢測器使用不銹鋼材料制成,可直接插入煙道內(nèi)連續(xù)測量。3．使用壽命長,維修費用低。4．變送器以單片微機為核心調(diào)試簡單。圖1表面不平衡電勢對鋯頭特性的影響二、常見故障1.氧化鋯工作溫度達不到7500C工作溫度·原因分析一：加熱爐絲開路或短路處理步驟：a．測量加熱爐絲內(nèi)阻是否在60歐姆左右;b．如內(nèi)阻很小,接線是否短路,只要斷開加熱爐一端接線,測量其阻值,是否達到出廠標(biāo)準60歐姆左右。解決辦法：如確定開路,返回公司修理,因現(xiàn)場無法維修;如確定短路,應(yīng)將檢測器與變送器連線重新檢查?！ぴ蚍治龆簾犭娕奸_路或短路處理步驟：a．測量熱電偶內(nèi)阻,冷態(tài)時應(yīng)為2-3歐姆,并與外界絕緣;b．熱電偶是否與氧信號短路,如果短路很有可能是熱電偶頂端頂住氧化鋯工作電極。解決辦法：如果開路,返回公司修理;如果短路,只要將接線盒內(nèi)的熱電偶線輕輕拔出2～3mm即可?！ぴ蚍治鋈汗虘B(tài)繼電器是否正常處理步驟．a(chǎn).用萬用表直流檔測量固態(tài)繼電器輸入應(yīng)在0～4V跳動：b．用萬用表交流檔測量固態(tài)繼電器兩輸出端間電壓應(yīng)在0-80V上下跳動：c．輸入正常、輸出不正常,則固態(tài)繼電器有故障。解決辦法：重新更換．接線不要接錯即可?！ぴ蚍治鏊模豪溲a管AD590是否正常處理步驟：測冷補管“一”對地電壓應(yīng)為l2．3mV,若為0,則冷補管正負極間電壓應(yīng)為8．8v左右,若此電壓正常則冷補管有故障;若此電壓低于4V則查線路故障。解決辦法：重新接上AD590．正負極千萬別搞錯．在無冷補管的情況下用l/8W3OKΩ的銅電阻代替?！ぴ蚍治鑫澹夯鶞孰妷鹤儎犹幚聿襟E：測量MCl4433的二腳對地電壓應(yīng)為200mV。解決辦法：若偏離則調(diào)節(jié)W3調(diào)位器。2.在溫控正常情況下無氧量信號·原因分析一：氧化鋯信號線開路處理步驟：拆下陶瓷過濾器和氧化鋯鋯管,用萬用表一端接觸彈簧絲,另一端接信號線正極看其是否接觸。解決辦法：如開路,返回公司修理。·原因分析二：氧化鋯信號線短路處理步驟：在冷態(tài)時信號線對地絕緣,正負極之間無內(nèi)阻。解決辦法：如短路,可能信號線已相碰,一根絕緣套管破損碰外殼。只要重新接上新套管或包一下就可避免?！ぴ蚍治鋈貉趸嗕喒荛_路處理步驟：拆下氧化鋯鋯管,看其鉑金對地引線點焊處是否松脫、斷開。解決辦法：如松脫．返公司點焊,重新裝上即可;如斷開,更換新的氧化鋯鋯管。·原因分析四：氧化鋯鋯管斷裂處理步驟：拆下過濾器,拔出鋯管即可發(fā)現(xiàn)。解決辦法：更換新的氧化鋯鋯管?！ぴ蚍治鑫澹簭椈山z失效處理步驟：拆下氧化鋯鋯管,看其彈簧絲在高溫下是否被腐蝕,一般呈鐵銹色。解決辦法：更換新的彈簧絲,不緊不松卡進為好。3．在溫控正常情況下氧量信號超限或偏差大·原因分析一：氧化鋯鋯管是否老化失效處理步驟：用萬用表測量氧化鋯鋯管內(nèi)阻是否超過lkΩ。解決辦法：超過lkΩ氧化鋯鋯管使用壽命到．重新更換即可?！ぴХ治龆貉趿繐鞙y器標(biāo)準氣管漏氣處理步驟：看撿測器上標(biāo)準氣嘴的螺堵是否松掉或落掉。解決辦法：如松掉,重新擰緊標(biāo)準氣嘴的螺堵即可;如落掉,用橡皮管一頭扎緊．一頭套在標(biāo)準氣嘴上,不漏氣即可?！ぴ蚍治鋈貉趸喰盘柧€接反處理步驟：用萬用表測量其毫伏數(shù),看其是否接錯。解決辦法：只要將正負信號線調(diào)換即可。4.在溫控正常情況下無氧量信號·原因分析：量程SPAN電位器與零點ZER0電位器調(diào)亂。處理步驟：用萬用表測量405l的第l3腳與模擬地之間電壓是否為100mV;用萬用測量4051的第12腳與模擬地之間電壓是否100mV。解決辦法：分別調(diào)節(jié)SPAN和ZER0電位器使其為100mV,然后按通標(biāo)準氧氧氣步驟調(diào)試即可。5．在溫控正常情況下氧量量波動大·原因分析：氧化鋯鋯管與彈簧絲接觸不良或太松。處理步驟：卸下過濾器．用手擰住鋯管旋轉(zhuǎn)一下．看其是否松動,然后拉出鋯管,看其鉑金電極是否與彈簧絲配合緊密,一般有痕跡,可以看出接觸是否在鉑金電極中間。解決辦法：更換新的鋯管,安裝時必須不松不緊,以插得進為好?！渡虾Ｓ嬃繙y試》氧化鋯氧量分析儀故障分析章群新疆烏魯木齊紅雁池第一發(fā)電氧化鋯氧量分析儀用于準確測量發(fā)電廠煙氣中的含氧量,反映煙氣中過剩空氣系數(shù)a的大小。可對煙氣連續(xù)檢測,反應(yīng)鍋爐排放煙氣的品質(zhì),指導(dǎo)運行人員及時組織的運行方式,采取措施減少污染物的排放。1.儀器概況全套測量儀表由氧量變送器和測氧傳感器（探頭）兩部分構(gòu)成。氧量變送器包括恒溫控制系統(tǒng)和顯示部分。探頭又分為探頭主體,過濾器和法蘭。理論上講,只要測出被測氣體的溫度及氧化鋯電池的電勢,就可以求出被測氣體的含氧量。但在實際工作中,由于氧化鋯內(nèi)外電極的溫差及氣壓差,氧化鋯電池與測溫?zé)犭娕嫉臏夭钜约把趸嗠娊赓|(zhì)中存在的電子電導(dǎo)的影響,使測量產(chǎn)生誤差。應(yīng)用氧化鋯氧量分析儀,采用本底但是及等效溫差來對其進行修正,當(dāng)被測氣體含氧量與參比氣體含氧量不同時,便產(chǎn)生氧濃差電勢,通過測量該電勢,從而達到準確測量煙氣含量的目的。2.測點位置的選擇紅一電采用的ZO－12型氧化鋯氧量分析儀,要求測氧傳感器在700℃以下的煙道中使用。但探頭位置選擇在高溫的煙道上,測氧傳感器中各部件氧化腐蝕較為嚴重,影響鋯頭的使用壽命;而溫度過低時。凝結(jié)的水氣與煙氣中的二氧化硫和三氧化硫形成硫酸,亞硫酸,對氧化鋯元件危害極大。因此,氧化鋯傳感器的檢測點我們選測溫度在（200－500℃的煙道,即選擇在二級省煤器尾部煙道上。如圖1所示。這里煙氣流通良好,流速平穩(wěn)無漩渦,煙氣密度正常而不處于稀薄區(qū)域。選擇時,不能選在煙道拐彎處,由于可能形成渦流,致使某電處于煙氣稀薄狀態(tài),而檢測不準。3主要技術(shù)參數(shù)ZO－12型氧化鋯氧量分析儀,測量范圍：0－20％O2,精度：基本誤差不大于正負3％,工作誤差不大于基本誤差的2.5倍;輸出信號：0－10mA,4－20mA;本底修改電勢;-30~30mA;探頭恒溫溫度：780℃±20℃;電源電壓：220V±10％;加熱爐電壓：90～110V。4.故障情況2003年7月,紅一電廠7號爐使用的ZO-12型氧化鋯氧量分析儀,氧量顯示值不穩(wěn)定,檢查時發(fā)現(xiàn),加熱爐溫度在5500C,比正常工作時爐溫偏低,池電勢輸出在22.6mA－18.80mA之間變化,氧量顯示在7％－8.4％之間,從當(dāng)時負荷情況和風(fēng)量調(diào)節(jié)情況判斷,此時顯示的氧量使不正確的,檢查加熱爐電壓在90V,屬正常;但儀表在斷電后重新送電時,無升溫過程。于是,判斷認為處于氧化鋯鋯頭內(nèi)部的測溫元件熱電偶出現(xiàn)問題,測溫上限達不到7800C,更換新鋯頭。當(dāng)新?lián)Q上的鋯頭送電后,有加熱爐升溫過程,并顯示溫度在7790C,池電勢輸出35.55mA,氧量顯示5.0％,根據(jù)當(dāng)時運行情況可判斷,該氧量分析儀已正常工作。但幾個小時后,爐溫再次顯示5500C,氧量顯示跳變,再次將氧量分析儀退出運行,拆回實驗室進行檢查,發(fā)現(xiàn)變送器內(nèi)部熱電偶電阻為4Ω屬正常,而加熱爐電阻無窮大,判斷加熱爐絲燒斷,鋯元件被燒壞。致使氧化鋯頭再次損壞。5故障原因分析及檢測5.1故障原因分析事后對兩只燒壞的鋯頭進行再次認真檢查發(fā)現(xiàn)其損壞部位相同,在對現(xiàn)場的一次線路、接線盒、二次線路、控制盤后接線端子再次進行檢查時發(fā)現(xiàn)：補償導(dǎo)線在經(jīng)過二級省煤器與二級空預(yù)器時,與高溫壓力表管有接觸現(xiàn)象,在長期高溫作用下,補償導(dǎo)線絕緣層老化,有輕微脫落,在現(xiàn)場振動較大情況下,補償導(dǎo)線相間發(fā)生短路,致使氧化鋯變送器顯示的溫度不能真實的反映加熱爐的溫度,而顯示的是補償導(dǎo)線短路處的溫度。如圖2所示：其實此時加熱爐的溫度已遠遠超過了額定溫度,從而造成氧量變送器恒溫系統(tǒng)誤認為爐膛沒達到額定溫度7800C,