ZO系列氧化锆氧分析仪使用说明书

1、ZO 系列氧化锆氧分析仪使用说明书中国原子能科学研究院概述仪器测量原理仪器主要技术参数仪器简介4.1 仪器组成4.2 各部分简介4.2.1 探头简介4.2.2 变送器简介4.2.2.1基本结构4.2.2.2基本操作4.2.2.3基本设置仪器检验仪器安装6.1 安装前的准备6.1.1探头安装位置的选择6.1.2炉体法兰的焊接6.1.3现场布线.1.01.1.6.2 安装6.2.1 变送器的安装1.1.6.2.2 探头的安装1.1.6.3 现场连线1.27 仪器校准.1.27.1 校准前的准备.1.27.2 校准方法1.38 仪器日常维护与常见故障排除1.4.8.1 仪器日常维护.1.4.8.2

2、常见故障的分析与排除1.5.1 概述氧化锆氧分析仪主要用于测定锅炉烟气中的氧分压即氧气的体积百分数含 量（简称氧含量或氧量） ，对于保障锅炉运行安全、提高燃料燃烧效率及减少环 境污染将起到重要作用。其应用场所主要有： 火电厂锅炉； 炼油厂加热炉和输油管道加热炉； 冶炼厂加热炉和均热炉； 化工、轻纺、食品加工、制药、水泥和采暖等企业的工业锅炉。燃料燃烧效率与空气过剩系数密切相关。 在燃烧过程中， 当空气过剩系数太 小即氧量不足时， 由于燃料未充分燃烧而导致热效率降低， 且排出的未完全燃烧 气体也将对导致环境污染； 而当空气过剩系数太大即氧量过多时， 虽然能使燃料 充分燃烧，但过剩空气带走的热量多

3、， 也导致热效率降低， 同时过量氧气使烟气 中硫化物和氮氧化物含量增大，同样导致环境污染。因此， 通过安装氧化锆氧分 析仪，在线实时监测烟气中的氧含量， 调节空气和燃料的最佳配比， 实现优化燃 烧，在节能减排与安全环保等方面具有重要意义。中国原子能科学研究院始建于 1950 年，是中国核科学技术的发祥地，是以 核科学为主、多学科并存的综合性大型科研基地，是我国“两弹一艇”事业的摇 篮。氧化锆开发研究室是院下属的集科研、 产品开发和市场营销为一体的综合性 实体，从事氧化锆测氧技术的研究已 30 余年，编写了国内本行业第一本专著：氧离子固体电解质浓差电池与测氧技术 。该技术曾先后多次荣获国家发明奖

4、 及部科技成果奖。 在这一系列科研成果的基础上， 成功研制出 ZO 系列氧化锆氧 分析仪。该产品曾在北京国际博览会上获同类产品最高质量奖， 并在全国氧化锆氧分析仪行业质量评比中荣获一等奖。2001年，该产品通过IS09001国际质量 体系认证。此后，我院开发并推出了防硫型、高温型等多种型号的氧化锆氧分析 仪，以满足不同用户的需求。2 仪器测量原理Z0系列氧化锆氧分析仪是利用氧浓差电池原理来测定气体中氧含量的电化学分析仪器。在理想状态下，当氧化锆元件达到工作温度且内外电极表面的氧 含量不相等时，便构成一个氧浓差电池， 产生电池电动势，电池电动势与电极表 面氧浓度关系符合能斯特（Nernst）方程

5、:E RTln P。(1)4FP式中:E 浓差电池电动势,mV ;R -气体常数，8.3145 J mol -1 K-；F -法拉第常数，96485.309 C mol -1 ;T -绝对温度，K;Po 参比气体氧分压,% ；P 被测气体氧分压，%。由于受各种因素的影响，实际测量并非在理想状态下进行,因此需要对（1）式进行校正，校正后得到新的方程:P0Emk lnE0P本设计中Po为空气中氧含量（20.6 %）, k和E值均可以通过校正得到。通过测定氧化锆电池电势信号Em，并将其输送至变送器，变送器将根据（2 ）式，计 算出被测气体的氧含量P值。 严格地说，氧化锆氧分析仪测量的是惰性气体中的氧

6、含量，当烟气中含有可 燃性气体时，测得的氧含量值将偏小。3 仪器主要技术参数测量范围：020.6Vol%O 2;测量精度：1级;量程选择：010Vol%O 2或020Vol%O 2;工作温度：750 C±5 C；响应时间：3秒（达到90% ）;输出方式：DC 010mA或DC 4mA20mA电流线性输出;探头长度：500mm1200mm ;变送器箱体尺寸（高X宽X深）：墙挂式（Q型）：320mm X240mm xi10mm ;盘装式（P型）：160mm X160mm X400mm ;80mm X160mm X320mm （卧式）；160mm X80mm X320mm （立式）；安装点

7、最佳烟气温度：350 C450 C；安装点允许最大压差：2KPa;环境温度：变送器-5 C55 r ,探头V 70 C；750 C 的工作电源：AC 220V ±22V , 50Hz。 对于不同型号探头，其值可能略有不同，本文均以工作温度为ZO-12B探头为例说明。若工作温度不同，将文中涉及温度750 r改为对应工作 温度值即可。 不同型号探头长度不同。仪器简介4.1仪器组成该仪器主要由探头和变送器两大部分组成。探头实际上是一种装有氧化锆电池的氧传感器，其主要作用就是输出被测氧量所对应的电势信号值。变送器主 要有两大功能：一是稳定控制探头的工作温度；二是将从探头输入的电势信号值 转换

8、为对应的氧量值，并将氧量值转化为对应的电流值输出。4.2 各部分简介4.2.1探头简介探头由氧化锆元件、加热炉、K型热电偶、过滤器、信号引线、接线盒及不 锈钢壳体等组成，其结构如图1所示:图1探头结构示意图1.过滤器2.氧化锆元件3.加热炉 4.外壳 5.信号引线6.标气管7.元件法兰8.K型热电偶 9.法兰 10.接线盒各主要部件作用：氧化锆元件是探头的核心部件，由其产生电势信号；加热 炉将氧化锆元件加热到设定的工作温度； 热电偶作为温度传感器，用来测量加热 炉的温度；信号引线将氧化锆元件所产生的电势信号输送到变送器。422 变送器简介4.2.2.1 基本结构变送器主要由主电路板、操作显示面

9、板、接线端子和机箱等组成。主电路由 氧浓差电势信号放大器、热电偶电势信号放大器、电源单元、中央处理单元、温控单元、显示单元及输出单元等部分组成。图2 变送器电路原理框图从图2可见，探头产生的氧浓差电势信号、热电偶电势信号经分别放大后,由多路选择开关将其输入A/D转换器，经A/D转换后由CPU根据能斯特方程计算出氧量值，再经D/A转换、光电隔离及V/I转换，最后得到DC 010mA或DC4mA20mA的电流信号输出。4.222基本操作变送器的基本操作都在操作显示氧化锆氧分析仪Zirco nia Oxygen An alyzerssas3所示。 calsta n gas calib各部分功能：中央

10、为LED数码显示cj fd管（以下简称LED），显示相关的参数值。TestEmTmpTestCal面板上完成。变送器操作显示面板如图左侧为参数显示状态指示灯，LED显示e空气校准air calibA标气校准 %O mV的数值为指示灯亮者所对应的参数值。右侧分别为空气校准和标气校准电位变送器操作显示面板图器,用来校准仪器，以提高测量精度 。下方为操作按钮，由其决定LED显示内容。具体操作：将变送器电源开关拨至“开”后，探头加热炉开始升温,“C”指示灯亮，LED显示探头加热炉温度值。当加热炉温度达到600 C时，“02”指示灯亮，变送器电路将自动运算并显示测得的氧量值。此后，LED显示内容由操作按

11、钮决定。如：当按住自检时，“O2”指示灯亮，LED显示自检氧量值;当按住电势时，“mV ”指示灯亮，LED显示电池电势信号值；当按住温度时,“C”指示灯亮，LED显示加热炉温度值；当按下标定时“cal”指示灯亮，此时可以校准仪器；校准以后按下测量,LED显示被测氧量值，仪器进入测量状态。仪器校准的具体操作详见第 7章“仪器校准”部分。 如果安装的是新探头，开机后可能出现“mV ”指示灯亮、LED显示为“HHHH ”并闪烁的现象，这是由于新探头内保温材料含水分过多造成氧电势信号过大而超出量程，一般情况下，开机后1小时左右仪器将正常工作。 自检功能是为诊断变送器运算电路是否正常而设置的，其自检氧量

12、值不代表4.2.探头所测氧量值。2.3基本设置010%，此时电初始量程设置为电流输出设置：变送器设有两档电流输出:DC 0 10mA 和 DC 4mA量程设置：变送器主电路板上设置了量程转换跳线开关。 当把跳线插在左边 两个并排的引脚上即靠近电路板S1位置时，选择氧量量程为020%，此时电流 输出值DC 010mA或DC 4mA20mA都是分别与该量程对应的值；当把跳线插在右边两个并排的引脚上即远离 S1位置时，选择氧量量程为流输出值DC 010mA或DC 4mA20mA都是分别与该量程对应的值。020%，如需010%量程，将跳线插在右边两个引脚上即可20mA。初始电流设置为DC 4mA20m

13、A信号输出，如用户需要DC 010mA信号输出，需在订货时注明。5仪器检验仪器在发货前已经过严格的质量检验， 并附合格证，但运输过程中可能因碰 撞使其损坏。因此，用户在使用仪器前，应先进行开箱检验，判断仪器正常后方可上炉安装。具体操作步骤如下:(1 )打开探头接线盒，用万用表分别测量加热炉及热电偶两端的电阻值, 判断在运输中有无造成断线或接触不良现象 。(2)判断无故障后，用符合要求的三组导线(参考6.1.3节)分别将探头“加热炉” “热电偶”和“信号”接线端子与变送器对应接线端连接好(参考图(3)将外接电源接在变送器“ AC220V ”端子上。(4 )接通电源，加热炉开始升温，当达到600

14、C后，仪器自动转为氧量值显示。按住操作面板上的自检键，若显示为“5.00 ±0.20”，说明变送器氧量转换系统正常。量程转换只影响对应电流输出值，而与变送器本身的氧量值显示无关。 对于ZO 12B型探头，加热炉阻值一般为150 Q±20 Q，热电偶阻值一般为 3.5 Q±).5 Q。对于不同型号产品，其值略有不同。详见“ 4.222基本操作”部分。(5)稳定一段时间后，测量探头信号线两端的电阻及电势值，若电阻小于1K Q、电势绝对值逐渐减小且稳定后小于10mV，表明探头完好，可以进行现场安装。将探头与变送器相应端连接时，注意不要错接、虚接或正负极反接。请勿将外接电

15、源接入变送器或探头的“信号”、“热电偶”或 “加热炉”接线 端，否则，将造成仪器损坏，损失由用户承担。墙挂式变送器接线端子探头接线端子图4墙挂式变送器与探头接线图图5盘装式变送器与探头接线图6仪器安装6.1安装前的准备6.1.1 探头安装位置的选择正确选择探头安装点，对于提高测量准确性和延长探头使用寿命有着重要意义。选择安装点的原则:安装点的烟气温度不宜过高，否则会缩短探头的使用寿命，推荐安装点过热器再热器 烟气温度在350 C450 C范围内;安装点应选在烟气流动性好的位置，切忌安装在炉内侧、死角、涡流或 缩口处。因为炉内侧和死角处氧量变化响应滞缓，涡流处氧量波动大，而缩口处 冲刷大易灰堵;

16、安装点处应有操作平台，有利于探头的安装、校准和维护;安装点负压不能过大，一般应W 2KPa，以免产生测量偏差;安装点附近应绝对密封，不应出现漏气现象，否则会使氧量测量值偏高;探头安装位置应符合锅炉结构特点。对于电厂锅炉和工业炉来说，推荐 安装点如图6所示。旁路烟道安装图如图7所示。推荐安装选点区域图6电厂锅炉和工业炉推存安装点图7旁路烟道安装图6.1.2炉体法兰的焊接ZO系列氧化锆氧分析仪的空气U 预热器g 除尘器炉体法兰大小相同，但长度不同。炉体法兰结构示意图如图8所示。为了保证炉体法兰在焊接后有良好的密封性，用户需自备一段长度等于炉壁厚的102mmX5mm的炉墙管和一块约5mm厚的方形钢板

17、（大小视现场情况而定）。在方板中心开一个图8炉体法兰90mm的圆孔，将炉体法兰焊在该孔中，方板再与炉墙管焊接在一起（参考图9 ）。图9炉体法兰的焊接6.1.3现场布线变送器与探头之间用3组导线连接，分别为:氧电势信号线：1.0mm 21.5mm 2，双芯金属屏蔽电缆;热 电 偶 线：1.0mm 21.5mm 2，双芯镍铬-镍硅补偿导线;加 热炉 线：1.2mm 21.5mm 2，双芯普通电缆。6.2.1变送器的安装4-a7墙挂式即（Q）型变送器是靠四个M6 X20的螺栓（用户自HSSH备）安装在现场的合适位置（图10 ）。盘装式即（P）型变送器有三种，均安装在仪表盘上，其开孔尺寸（高X宽）分别

18、为153mm屯二中耶子能科学碱烏too6.2 安装X153mm、76mm X153mm （卧 式）和 153mm X76mm （立式）。6.2.2 探头的安装探头可在停炉状态下安装，也可以在开炉状态下安装，其安10墙挂式变送器安装图装示意图如图11所示。由图可见，安装时将探头用4个螺栓固定在炉体法兰上即可，探头法兰标准尺寸如图12所示。图11探头安装示意图图12 探头法兰尺寸图Q型变送器安装点环境温度为 一5 C55 C,并注意防水、防尘。探头安装操作十分简单，但要注意以下环节:探头内的核心部件为陶瓷易碎品，搬运时应轻拿轻放，避免剧烈振动，以免损坏;若在开炉状态下安装，应将探头在插入炉内1/3

19、长度时，停留23分钟, 再缓缓插入，以防骤热损坏氧化锆元件;探头过滤器的金属面必须对着烟气流向，以防过滤器陶瓷因受冲刷而被损坏;两法兰之间应放置石棉垫圈，并拧紧 4个螺栓，以防漏气。6.3现场连线待变送器和探头分别安装完毕后，按要求用三组导线将变送器与探头相连。仪器校准7.1校准前的准备确认仪器连线准确无误后，打开变送器电源开关，探头加热炉开始升温，此 时变送器LED显示其温度值。当温度达到600 C时，变送器自动显示氧量值。当温度达到750 C并稳定后，仪器进入测量状态。虽然仪器进入测量状态，但在运行前期测量值可能有较大偏差或波动， 这属于正常情况。一般探头大约需要运行 24小时后，显示值才

20、能趋于平稳，虽然此时指示正常，但测量结果并不一定十分准确，应该进行校准工作。7.2校准方法本仪器采用两点校准法，即空气校准和标气校准。第一步为空气校准，操作步骤如下:(1)将探头“标气入口”打开，使空气自动进入探头;(2)待显示稳定后，调节变送器操作显示面板上“空气校准”电位器，使显示为“ 20.60 ±0.20 ”。详见“ 4.222基本操作”部分。二步为标气校准，操作步骤如下:(1)将标气校准装置按图13所示与气瓶连接好;确认减压阀处于关闭状态后，打开气瓶阀;缓缓打开减压阀，将标气流量调节为 300ml/mi n500ml/min将连接软管与探头“标气入口”相连，将标气通入探头，

21、此过程应保证不漏气;通气约1分钟后，调节变送器面板上“标气校准”电位器，将氧量显示值调为标准气体氧量值即可。图13 仪器校准示意图应先进行空气校准，再进行标气校准。应先调好标气流量，再将连接软管与探头“标气入口”相连，否则可能因气 体流量过大而导致氧化锆元件破裂。校准过程中，应保证不漏气，以免影响校准的准确性。校准完毕时，一定要先从“标气入口”拔下连接软管，再关闭减压阀和气瓶 阀。校准完毕后，应拧紧“标气入口”螺帽，否则空气进入将使氧量测量值偏大仪器日常维护与常见故障排除8.1仪器日常维护仪器日常维护应注意以下几个方面:变送器在发货前已调试好，用户不应调节其内部电位器，以免影响测量 线性及精度;探头安装24小时以后应校准，以后可根据实际情况用标气校准;4S仪器安装