高溫型余氧儀

0引言玻璃的熔化澄清過程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，所需熱能主要來自燃料燃燒所釋放的化學(xué)能。目前玻璃廠所用的燃料大部分是管道天然氣，其燃燒化學(xué)方程式為CH4＋2O2＝CO2＋2H2O，氧氣的來源主要是助燃介質(zhì)。當(dāng)氧氣不足時(shí)，天然氣過剩，過剩的天然氣隨煙氣通過煙囪排到大氣中，既浪費(fèi)能源又污染環(huán)境；氧氣過量時(shí)，多余的氧氣或空氣需從室溫加熱到1600℃再隨煙氣通過煙囪排到大氣中，氣體被加熱需消耗能源，造成能源浪費(fèi)。同時(shí)，顏色玻璃對(duì)窯爐氣氛又有特殊要求，準(zhǔn)確測(cè)量煙氣中氧氣的濃度來調(diào)節(jié)玻璃生產(chǎn)的工藝參數(shù)非常有必要。1高溫型余氧儀通過對(duì)現(xiàn)有余氧儀的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、工作原理和使用中遇到的問題的研究分析，研發(fā)了高溫型余氧儀，監(jiān)測(cè)煙氣中氧氣的含量來調(diào)節(jié)氧燃比，可有效節(jié)約燃料，減少環(huán)境污染，提高玻璃質(zhì)量。（1）余氧儀測(cè)量氧氣含量工作原理余氧儀傳感器探頭材質(zhì)為氧化釔摻雜的六立方氧化鋯晶體，其結(jié)構(gòu)為螢石結(jié)構(gòu)，六立方氧化鋯晶格中有氧離子空位穴存在，在600℃以上其是良好的氧離子導(dǎo)體。當(dāng)氧化鋯兩邊的氧含量不同時(shí)，氧濃度差產(chǎn)生電勢(shì)差。通過測(cè)量煙氣端和參比空氣端的電勢(shì)差來檢測(cè)煙氣氧含量。（2）系統(tǒng)技術(shù)方案系統(tǒng)采用自制的氧化鋯傳感器為檢測(cè)元件，檢測(cè)煙氣側(cè)與參比空氣側(cè)的電勢(shì)差，輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；采用自制氧含量變送器將電勢(shì)差信號(hào)轉(zhuǎn)換為氧氣的濃度；人機(jī)交互端采用LED屏幕集成在輔助系統(tǒng)控制箱內(nèi)，LED液晶屏負(fù)責(zé)顯示和打印輸出；配置輔助系統(tǒng)控制箱為測(cè)量元件提供參比氣并吹掃殘余雜塵，將顯示變送器及維護(hù)儀制成一體，直接壁掛安裝在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，檢測(cè)數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)顯示記錄，通過有恒流性能的4～20mA直流電流信號(hào)將數(shù)據(jù)傳送至中控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，整套設(shè)備免去了復(fù)雜的采樣和預(yù)處理系統(tǒng)，響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性好，靈敏度高，使用壽命長(zhǎng)。（3）系統(tǒng)配置高溫型余氧儀系統(tǒng)配備用以氧氣濃度檢測(cè)的傳感器探頭、用以電信號(hào)與氧氣濃度轉(zhuǎn)換的信號(hào)變換傳送裝置、用以校準(zhǔn)的參比空氣裝置和防塵吹掃裝置組成的輔助系統(tǒng)、用以將信號(hào)傳送至中控室的屏蔽電纜。系統(tǒng)配置見圖1。圖1高溫型余氧儀系統(tǒng)配置①HOT氧探頭HOT氧探頭采用自行研制的管筒形氧化釔摻雜的六立方氧化鋯氧傳感器，耐溫達(dá)1700℃。玻璃窯爐蓄熱室上部空間溫度為1300～1350℃，可將傳感器探頭插入蓄熱室上部空間1300～1350℃溫度的煙氣中直接檢測(cè)余氧量，此時(shí)煙氣的堿性物質(zhì)為氣體狀態(tài)，不會(huì)堵塞余氧儀探頭。氧化鋯在1300～1350℃溫度環(huán)境下為穩(wěn)定的六立方螢石型晶體，不會(huì)因產(chǎn)生相變影響檢測(cè)結(jié)果。HOT氧探頭設(shè)置熱電偶，檢測(cè)溫度的變化，及時(shí)修正溫度對(duì)檢測(cè)氧濃度的影響。外設(shè)帶過濾功能的高鋁保護(hù)套管，可過濾有害雜質(zhì)，也能減緩環(huán)境溫度變化對(duì)傳感器的熱沖擊，延長(zhǎng)傳感器使用壽命。HOT氧探頭結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。圖2HOT氧探頭結(jié)構(gòu)示意圖②信號(hào)變換傳送裝置信號(hào)變換傳送裝置與HOT氧檢測(cè)端口配合使用，通過液晶顯示器可顯示多重參數(shù)；全中文人機(jī)交互端，操作及顯示通俗易掌握；可組態(tài)入DCS控制系統(tǒng)。將HOT氧檢測(cè)端口測(cè)量的毫伏電壓轉(zhuǎn)換為氧氣濃度并顯示，也可以轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳輸至DCS控制系統(tǒng)。③輔助系統(tǒng)輔助系統(tǒng)主要是在現(xiàn)場(chǎng)為測(cè)量元件提供參比氣和維護(hù)的設(shè)備，內(nèi)部包含測(cè)量元件參比氣控制電路。信號(hào)變換傳送裝置與輔助系統(tǒng)集成為一個(gè)整體，安裝在測(cè)量元件使用附近環(huán)境溫度在0～45℃的位置，可以直接將測(cè)得的氧氣濃度以模擬量標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送給DCS控制系統(tǒng)。④HOT氧探頭外型及安裝尺寸外部保護(hù)套管直徑：25mm；圓筒形傳感器探頭有效長(zhǎng)度1000mm，實(shí)際插入墻體內(nèi)約600mm；安裝接口配置支架。圖3為高溫型余氧儀HOT探頭安裝示意圖。圖3高溫型余氧儀HOT探頭安裝示意圖2高溫型余氧儀在玻璃生產(chǎn)中的應(yīng)用國(guó)內(nèi)某玻璃有限公司，2#窯爐為81m2天然氣馬蹄焰窯爐，主要生產(chǎn)白酒瓶，采用普通余氧儀取氣管加長(zhǎng)的形式在蓄熱式上部空間取煙氣檢測(cè)。2020年7月投產(chǎn)運(yùn)行，運(yùn)行初期，瓶子顏色白中帶綠，余氧計(jì)失靈，將余氧計(jì)取出檢查發(fā)現(xiàn)傳感器探頭上附著粉末，清除粉末后用了三天又堵塞了，余氧計(jì)自此不能穩(wěn)定運(yùn)行。高溫型余氧儀研制成功后在該公司安裝試用，測(cè)得煙氣中氧氣的濃度為5%。確定空氣過剩，但天然氣依然沒燃盡，天然氣和空氣沒有很好的混合，燃燒不充分。對(duì)工藝進(jìn)行二次調(diào)整，將空燃比調(diào)整為11∶1，將燃槍角度上調(diào)1°，經(jīng)檢測(cè)煙氣中氧氣含量為2.5%，煙氣中CO濃度為痕跡量，瓶子顏色純正，能耗為135Nm3/t玻璃液，玻璃微泡為70個(gè)/100g玻璃液，調(diào)整后玻璃瓶質(zhì)量很好，在同行業(yè)中能耗較低，高溫型余氧儀一直正常運(yùn)行，指導(dǎo)玻璃生產(chǎn)監(jiān)控和工藝流程。使用高溫型余氧儀前后各技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見表1。表1調(diào)整前后效果對(duì)照3結(jié)語(yǔ)玻璃窯爐蓄熱室上部緊接窯爐，漏風(fēng)概率降低，受外界影響小，測(cè)量的是煙氣最真實(shí)的含氧量，此處溫度1300～1350℃，揮發(fā)物以蒸汽形式存在，不會(huì)形成液滴或粉末堵塞余氧儀傳感器探頭，研制的新型高溫型余氧儀，在材質(zhì)上通體使用氧化鋯，可耐1700℃高溫，解決了原余氧儀不耐高溫，安裝在煙氣回路較低溫度處，揮發(fā)物冷結(jié)成粘稠的液體或粉狀物固體堵塞余氧儀傳感器探頭的問題。研制的新型高溫型余氧儀在玻璃窯爐上穩(wěn)定使用，指導(dǎo)玻璃生產(chǎn)工藝調(diào)整，燃燒已調(diào)整到最佳狀態(tài)，效果明顯，但玻璃微泡