氧化锆氧量计测氧原理课件

热工控制与保护热工控制与保护一、分析含氧量意义二、氧化锆测氧原理三、氧化锆注意事项氧化锆氧量计测氧原理一、分析含氧量意义二、氧化锆测氧原理三、氧化锆注意事项一、分析烟气含氧量意义1与环保经济性的关系

为了保证锅炉燃烧环保经济性，监视炉膛内燃料燃烧状况，确保安全运行，需要及时控制燃料和空气的比例，即保持烟气过剩空气系数为最佳值，一般为1.02~1.20。要控制过剩空气系数为最佳值，则需要测量值

，由于值很难准确测量，分析发现值与O2

成确定单值对应函数关系

。

一、分析烟气含氧量意义1与环保经济性的关系为一、分析烟气含氧量意义2

与Ｏ2的关系

过剩空气系数与氧含量Ｏ2之间不仅具有单值函数关系，且受燃料品种、燃烧方式和设备结构影响小。

可见分析氧含量Ｏ2的意义就是为了控制过剩空气系数为最佳值，保证锅炉燃烧的经济性。一、分析烟气含氧量意义2与Ｏ2的关系过剩空气系数思考

氧含量Ｏ2如何分析测量？分析氧含量Ｏ2的仪表主要有热磁式氧量计与氧化锆氧量计。思考二、氧化锆氧量分析仪原理1结构与特点结构简单，价格便宜，测量精度高，对氧含量变化反应迅速，灵敏度高，测量范围广，运行可靠，安装方便，维护量小。二、氧化锆氧量分析仪原理1结构与特点结构简单二、氧化锆氧量分析仪原理2为什么用氧化锆(ZrO2)材料可准确测量含氧量呢？掺入杂质后氧化锆是氧离子的良好导体。

纯氧化锆的晶型是不稳定的，当在ZrO2中掺入一定量的稳定剂Y2O3时，由于Y3+置换了Zr4+的位置，一方面在晶体中留下了氧离子空穴，另一方面由于晶体内部应力变化的原因，该晶体冷却后变成了稳定氧化锆。

稳定氧化锆在高温下(650℃以上)是氧离子的良好导体。二、氧化锆氧量分析仪原理2为什么用氧化锆(ZrO2)材料可准二、氧化锆氧量分析仪原理3氧化锆探头与氧浓差电池

掺杂氧化锆管，内外附上多孔的金属铂电极，使其处于高温状态下，当电解质两侧气体中氧气的浓度不同时，两铂电极间会形成氧浓差电势，这个装置称作氧浓差电池。

“氧浓差电势”是如何形成的？二、氧化锆氧量分析仪原理3氧化锆探头与氧浓差电池二、氧化锆氧量分析仪原理4工作原理分析参比侧烟气侧铂电极

在高温(650~850℃)下，氧气从分压大的

参比侧向分压小的烟气侧扩散。

这种扩散，不是氧分子透过氧化锆从参比侧到烟气侧，而是氧分子离解成氧离子后，通过氧化锆的过程。

在750℃左右的高温中，在铂电极的催化作用下，在参比侧发生还原反应：O2+4e2O2-

4e+O2

2O2-二、氧化锆氧量分析仪原理4工作原理分析参比侧烟气侧铂电极二、氧化锆氧量分析仪原理4工作原理分析

这些氧离子进入电解质后，通过晶体中的空穴向前运动到达左侧的铂电极，在烟气侧发生氧化反应，氧离子在铂电极上释放电子并结合成氧分子析出，即：

2O2--4eO2

参比侧烟气侧铂电极

2O2--4eO2

二、氧化锆氧量分析仪原理4工作原理分析这些二、氧化锆氧量分析仪原理4工作原理分析

参比侧铂电极由于大量给出电子而带正电，成为氧浓差电池的正极或阳极。

烟气侧铂电极由于大量得到电子而带负电，成为氧浓差电池的负极或阴极。

这样在两个电极上，由于正负电荷的堆积而形成一个电势，即氧浓差电势。参比侧烟气侧铂电极E二、氧化锆氧量分析仪原理4工作原理分析参比侧二、氧化锆氧量分析仪原理5

能斯托公式氧浓差电势

若参比气体侧和待分析气体烟气侧气体的总压力相等，均为P，则二、氧化锆氧量分析仪原理5能斯托公式氧浓差电势二、氧化锆氧量分析仪原理6

测氧原理

若温度T一定，当固体电介质参比侧氧分压已知时，由浓差电池输出氧浓差电势E，就可以计算出固体电介质另一侧，即烟气侧氧分压的大小。Φ1Φ2二、氧化锆氧量分析仪原理6测氧原理若温度二、氧化锆氧量分析仪原理7

公式简化式中E——氧浓差电势(V)R——理想气体常数，为8.314J／(mol·K)F——法拉弟常数，为96487C／molT——热力学温度(K)n——一个氧分子输送的电子个数，=4Ψ1——被分析气体(如烟气)的氧分压Ψ2——参比气体(如空气)的氧分压。将常数代入后，转换为以10为底的对数：式中E——氧浓差电势(mV)T——热力学温度(K)Ψ1——被分析气体(如烟气)的氧分压Ψ2——参比气体(如空气)的氧分压。二、氧化锆氧量分析仪原理7公式简化式中E——氧浓差电

已知800摄氏度下测得烟气的氧浓差电势为16.04mV,参比气体为空气，求烟气的含氧量是多少？举例已知800摄氏度下测得烟气的氧浓差电势为16三、使用注意事项氧化锆管应该在恒定温度下工作或采取温度补偿措施。氧化锆管应该在一定高温下工作，并且使得参比侧氧分压恒定不变，比烟气侧氧分压大得多。保证材料均匀致密性，不能有裂纹或微小的孔洞。保证电极材料的纯度，电极应该使用纯铂丝。三、使用注意事项氧化锆管应该在恒定温度下工作三、使用注意事项使用中保持被测气体与参比气体的压力相等且恒定。保证氧化锆管两侧气体有一定的流速，不断流动更新。测量线路中必须具有对输出信号进行线性化处的线性化电路，显示仪表具有较高输入阻抗。三、使用注意事项使用中保持被测气体与参比气体内容小结分析含氧量意义能斯托公式氧化锆使用注意事项氧化锆测氧原理内容小结分析含氧量意义能斯托氧化锆氧化锆感谢观看感谢观看热工控制与保护热工控制与保护一、分析含氧量意义二、氧化锆测氧原理三、氧化锆注意事项氧化锆氧量计测氧原理一、分析含氧量意义二、氧化锆测氧原理三、氧化锆注意事项一、分析烟气含氧量意义1与环保经济性的关系

为了保证锅炉燃烧环保经济性，监视炉膛内燃料燃烧状况，确保安全运行，需要及时控制燃料和空气的比例，即保持烟气过剩空气系数为最佳值，一般为1.02~1.20。要控制过剩空气系数为最佳值，则需要测量值

，由于值很难准确测量，分析发现值与O2

成确定单值对应函数关系

。

一、分析烟气含氧量意义1与环保经济性的关系为一、分析烟气含氧量意义2

与Ｏ2的关系

过剩空气系数与氧含量Ｏ2之间不仅具有单值函数关系，且受燃料品种、燃烧方式和设备结构影响小。

可见分析氧含量Ｏ2的意义就是为了控制过剩空气系数为最佳值，保证锅炉燃烧的经济性。一、分析烟气含氧量意义2与Ｏ2的关系过剩空气系数思考

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纯氧化锆的晶型是不稳定的，当在ZrO2中掺入一定量的稳定剂Y2O3时，由于Y3+置换了Zr4+的位置，一方面在晶体中留下了氧离子空穴，另一方面由于晶体内部应力变化的原因，该晶体冷却后变成了稳定氧化锆。

稳定氧化锆在高温下(650℃以上)是氧离子的良好导体。二、氧化锆氧量分析仪原理2为什么用氧化锆(ZrO2)材料可准二、氧化锆氧量分析仪原理3氧化锆探头与氧浓差电池

掺杂氧化锆管，内外附上多孔的金属铂电极，使其处于高温状态下，当电解质两侧气体中氧气的浓度不同时，两铂电极间会形成氧浓差电势，这个装置称作氧浓差电池。

“氧浓差电势”是如何形成的？二、氧化锆氧量分析仪原理3氧化锆探头与氧浓差电池二、氧化锆氧量分析仪原理4工作原理分析参比侧烟气侧铂电极

在高温(650~850℃)下，氧气从分压大的

参比侧向分压小的烟气侧扩散。

这种扩散，不是氧分子透过氧化锆从参比侧到烟气侧，而是氧分子离解成氧离子后，通过氧化锆的过程。

在750℃左右的高温中，在铂电极的催化作用下，在参比侧发生还原反应：O2+4e2O2-

4e+O2

2O2-二、氧化锆氧量分析仪原理4工作原理分析参比侧烟气侧铂电极二、氧化锆氧量分析仪原理4工作原理分析

这些氧离子进入电解质后，通过晶体中的空穴向前运动到达左侧的铂电极，在烟气侧发生氧化反应，氧离子在铂电极上释放电子并结合成氧分子析出，即：

2O2--4eO2

参比侧烟气侧铂电极

2O2--4eO2

二、氧化锆氧量分析仪原理4工作原理分析这些二、氧化锆氧量分析仪原理4工作原理分析

参比侧铂电极由于大量给出电子而带正电，成为氧浓差电池的正极或阳极。

烟气侧铂电极由于大量得到电子而带负电，成为氧浓差电池的负极或阴极。

这样在两个电极上，由于正负电荷的堆积而形成一个电势，即氧浓差电势。参比侧烟气侧铂电极E二、氧化锆氧量分析仪原理4工作原理分析参比侧二、氧化锆氧量分析仪原理5

能斯托公式氧浓差电势

若参比气体侧和待分析气体烟气侧气体的总压力相等，均为P，则二、氧化锆氧量分析仪原理5能斯托公式氧浓差电势二、氧化锆氧量分析仪原理6

测氧原理

若温度T一定，当固体电介质参比侧氧分压已知时，由浓差电池输出氧浓差电势E，就可以计算出固体电介质另一侧，即烟气侧氧分压的大小。Φ1Φ2二、氧化锆氧量分析仪原理6测氧原理若温度二、氧化锆氧量分析仪原理7

公式简化式中E——氧浓差电势(V)R——理想气体常数，为8.314J／(mol·K)F——法拉弟常数，为96487C／molT——热力学温度(K)n——一个氧分子输送的电子个数，=4Ψ1——被分析气体(如烟气)的氧分压Ψ2——参比气体(如空气)的氧分压。将常数代入后，转换为以10为底的对数：式中E——氧浓差电势(mV)T——热力学温度(K)Ψ1——被分析气体(如烟气)的氧分压Ψ2——参比气体(如空气)的氧分压。二、氧化锆氧量分析仪原理7公式简化式中E——氧浓差电

已知800摄氏度下测得烟气的氧浓差电势为16.04mV,参比气体为空气，求烟气的含氧量是多少？举例已知800摄氏度下测得烟气的氧浓差电势为16三、使用注意事项氧化锆管应该在恒定温度下工作或采取温度补偿措施。氧化锆管应该在一定高温下工作，并且使得参比侧氧分压恒定不变，比烟气侧氧分压大得多。保证材料均匀致密性，不能有裂纹或微小的孔洞。