ZO系列氧化锆氧量仪的使用和调试

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6500C—7000C,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2mV的指示,此时可修正本底电势为接近0,氧量显示在20％～20.6％。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80Ω以下,越小越好,相反,旧锆头的内阻超过800Ω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800Ω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/0C300350400450500550600650700750氧化锆电极内阻/Ω136k23k18k13k8k2.8k4001234419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650～8000C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650～8000C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。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+4e→2O2-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（8.314J/克分子*K）n=4（一个氧分子反应时输送的电子数）F—法拉第常数（=96500C/克分子）T—开尔文温度（K）Pl—空气氧分压（%）PX—被测烟气氧分压（%）一般Pl=20.6%,则（伏）即E＝-T(3.4027＋4.9595lgPx)mV由上式可知,氧浓差电势E,除了与烟气中氧含量PX有关外,还与温度T（K）有关。3标定方法氧化锆氧量分析仪的测量系统可分为两大类,即直插补偿式和定温式。由于定温式一般配备定温炉和旁路烟道,设备复杂昂贵,工业使用较少。而直插补偿式则直接将氧化锆探头插在被测烟气处,结构简单,应用广泛。而在中小用户,由于用量较小,一般不配备校验设施,标定工作比较困难。通过前面对氧化锆工作原理的分析,我们不难得出“温度、电势测定、对照关系表进行标定”的方法。直插补偿式氧量分析仪测量锅炉烟气含氧量的方法如图2所示：图中,温度信号来自锆管处的热电偶,补偿信号来自氧化锆探头末端的热电阻或其他热敏元件,温度信号和补偿信号构成锆管的温度测量回路;二次仪表根据温度测量回路的信号,对锆管进行加热,可使锆管温度维持在一定范围;氧浓差信号则是在一定范围温度下的烟气含氧量信号。根据以上分析,在没有校验设施和图2直插补偿式氧化锆分析仪系统图标准样气的情况下,我们可以采取测算氧化锆管温和测量氧浓差电势的方法进行查表标定,方法如下：（1）准备“温度——氧浓差电势——烟气含氧量（%）”关系对照表。可以借助有关技术资料,也可以用关系式E＝-T(0.034027＋0.049595lgPx)mV进行计算;（2）测算锆管温度,根据热电偶的温度信号和热电偶冷端补偿信号计算锆管温度,并化为相应的热力学温度（开尔文温度）;（3）确定锆管温度稳定在正常使用范围后,对二次表进行“零点”毫伏标定,即断开氧浓差毫伏信号,按相应的温度查关系对照表,对二次仪表加对应的“零点”毫伏信号,调整二次仪表的“调零”,使其显示为“零”,输出4mA（Ⅲ型标准信号）或0Ma（Ⅱ型标准信号）;（4）满值标记,即把“校验阀门”打开,检查氧浓差电势毫伏值为零,调整二次仪表“量程”,使其显示满值（即20.6％）,且输出满量程信号（4～20ma或0～10ma）：调整完毕后关闭“校验”气阀。（5）测量氧浓差电势,根据所测算的温度（T）和氧浓差电势（E）,差关系对照表,并按查得的百分含氧量,检查标定是否正确,如误差在允许范围内,则标定完毕,否则须检查二次仪表是否合格,确定后再重新标定。4效果分析本办法沿用原始值计算后进行标定,避免了标准气配制和校验设施的不确定度带来的误差。一方面解决小火电和其它工业锅炉氧量表的校验问题,同时也可以检验已经校验的氧量表在环境改变后的精确度。《蒲北科技》氧化锆氧量分析仪的使用与维护梁毅兰州蓝天浮法玻璃股份一．氧化锆氧量分析仪的正确使用首先,应将仪器平稳放置在工作台上或牢固安装于配电柜内,可靠接地,远离高温,高热,强磁,粉尘和震动大的场所。由于仪器是非防爆产品,所以严禁在有爆炸和腐蚀性气体的场合使用。如果被测气体中氧含量≤10×10¯６。气源管线就必须使用Φ3mm×0.5mm的不锈钢管或紫铜管,管线安装前要将内壁用四氧化炭或稀硫酸清洗干净,严禁管内滞留油污,水分,粉尘及金属颗粒。另外,待测气体中若存在CO,CH4,H2等可燃性气体,会明显使测量指示偏低,甚至无氧含量指示。而代待测气体中若存在SO2进行了解,如果存在上述五种气体,必须采取相应的净化措施,,H2S等有毒气体,则会造成氧化锆管电极中毒而失效。因此,在使用前要对待测气体以免造成仪器的损坏或测量偏差。气源输出点要靠近仪器,管线不能绕圈和折弯,以减少仪器测量的滞后时间,及时反应情况。管线和仪器进气口连接时,需要将管线插到进气口底部,加密封垫圈后再用镙帽拧紧,要杜绝气体泄漏,否则会引起测量值偏高后仪器反应迟钝。在负压装置上使用时,需要配备抽气泵;在正压装置上使用时,为保护氧化锆管不受大流量气体冲击,必须把气源压力降至1kPa以下。上述工作完成后,即可进行通气试验,先将流量计的调节阀关闭,调好代测气体压力,再旋动流量计调节阀,当流量计浮子指示在300mL时停下,此时用手快速堵一下仪器后面板上的出气口,若流量计浮子迅速回到零位,说明气路流量已基本调好,反之说明仪器内部有漏气的情况,可用肥皂在各接头处进行排查。最后确认无误即可开启仪器,通电预热1小时后再通入待测气体,通过流量计调节阀将气体流量稳定在300Ml/min刻度,仪器输出指示即为代测气体的氧含量值。仪器关闭时,应先关闭气源,即先关闭流量计调节阀,再关闭仪器电源。二．氧化锆氧量分析仪的维护与修理仪器在使用（1500～2000）小时以后,需要对其准确度进行检查。方法是按正常使用时的操作程序接入氧标准气,观察其指示的读数和标准气含量的差值,若大于仪器的规定误差,就需要进行校准。同时对仪器气路的气密性也要进行检查。另外,由于锆管长期在高温的环境下工作,容易使锆管性能破坏,出现锆管内阻增大,误差变大,并反应迟钝。因此,在仪器使用一年后要检查锆管的老化程度。方法是先把仪器升温稳定,通入5分钟空气后关闭流量计调节阀,用电阻计测量锆管电极的热电阻,如果电阻大于（80～100）Ω,说明锆管已经老化,必须进行更换。在实际工作中,仪器会出现各类故障,根据故障现象,我们分析出引起仪器故障的原因及排除方法,特例表1所示。序列故障现象可能的原因排除措施1仪器指示偏高1．管线漏气;2．炉温过低;3．量程电势低;4．流量偏小;5．锆管漏气;6．仪器老化更换密封垫或旋紧压帽;提高炉温;调整电势;换氧化锆管2仪器指示偏低1．炉温过高;2．流量偏大;3．气样中可燃气体太多;4．量程电势偏高降低炉温;调节流量;加净化器;校正量程电势3仪器无指示无工作1．无电源;2．电源插头接触不良;3．保险丝松动或已断查电源线;换电源插头;换保险丝4有电源但加热路不工作1．3A保险丝断;2．电炉丝断;3．固体继电器坏;4．温控继电器坏;5．热电偶坏换保险丝;换电炉丝;换故态继电器;检查温控电路;检查热电偶5有电源但无指示1．显示板与主机板的连接插头接触不良;2．没有＋5V电源换连线或插头;排除电源故障6显示系统错误1．A/D转换电路故障;2．热电偶坏;3．集成块2817A数据混乱查出损坏器件并更换;更换热电偶;重写数据7显示接线错误1.热电偶接反（温度不正常）;2.氧化锆信号接反检查极性,将信号线连接正确8显示杂乱1．程序片损坏;2．程序片工作不正常更换2764程序片;重新开关仪器《标准物质与分析技术》氧化锆分析仪应用中存在的问题及对策陈国伟福建省电力试验研究院1．引言氧化锆氧分析仪可及时,准确地检测烟气中的含氧量,直接反应风煤比是否合理,燃烧是否充分,从而在线指导燃烧调整,以保持最佳氧量,减少燃烧产物中SO2;NO2.,CO,SO3等气体的含量,最终达到经济运行和减少环境污染的目的。氧化锆氧分析仪经过30多年的应用和发展,其结构型式和技术性能日趋完善。近年来我省电力系统中得到了广泛应用。目前,它虽然基本上能用以指导燃烧调整。但存在的一些问题却影响其使用寿命和测量准却度,本文拟介绍氧化锆氧分析仪的选型要点,并分析在我省火电厂应用中存在的问题及对策,以期达到正确使用之目的。2．选型要点2．1在750±50℃工作温度下,探头电池内阻应小于80Ω。2.2氧化锆管的本底电势在±4mV以内。2.3基本误差不超过制造厂给出的测量准确度,一般应小于5％2．4当被测气体含氧量变化时,仪器达到指示含氧量稳定值的90％所需的时间（响应时间）不得超过制造厂的规定值,最大不超过302．5控温误差不超过±5℃。此外,还应向制造厂所取计量器具制造许可证（MC）,产品合格证,测试报告,出厂编号,生产日期和安装说明书,并向使用过的单位了解该产品的有关情况,以便更全面地了解其性能。3．存在问题1998年6～7月份,省电力试验研究所热工室组织专人对我省火电厂氧化锆氧分析仪的使用寿命,准确性,稳定性和售后服务等进行了调查,其结论是;氧化锆氧分析仪的总体质量较好,在稳定工作下,基本上能用以在线指导燃烧调整,但仍存在着一些问题,亟待改进。3．1产品方面问题目前,我省电厂使用的氧化锆氧分析仪的厂家与型号主要有;中国原子能研究所的ZO系列,上海硅酸盐研究所的ZO－4,上海海宁仪表厂的JGY－1200H,上海可贵故态离子导体公司的ZO－3D等,其产品质量普遍存在以下问题;（1）在长期运行后,锆头的连接螺栓有烧坏现象,现场难以更换。（2）本底电势不太稳定,易漂移。（3）内外电极密封性欠佳,低氧时参比端有泄漏现象,指示偏大。3.2用方面问题（1）测点位置距炉膛太近,导致氧化锆氧分析仪受高温腐蚀,寿命缩短,氧量指标不稳定。（2）运行人员未能及时调整风量与燃料量,致使氧量指示不准确。（3）日常维护与管理制度不健全,没有按期进行校验与清除探头过滤器上的集灰。4.对策4．1合理选择安装位置（1）测点烟温在600－800℃比较合适,测点处应燃烧完全,烟气流动平稳,无剧烈震动和敲打源。（2）测点位置应在锅炉密封性好,不漏风的部位,应避开入孔门等位置,应为入孔门容易出现关不严,漏风等现象,导致氧量指示偏大。（3）探头应稍向下倾斜,以防止烟气对流和冷凝水进入锆头。（4）氧化锆氧分析仪的变送器,指示表应安装在环境较好的地方,如集控室内,指示仪的信号引线应与加热炉内热电偶的补偿导线同型号,以免因温差造成测量误差。4．2保持锆头温度恒定根据Nernst公式,只有当温度恒定时,输出电势才仅与被测气体的氧分压有关,温度过低不仅达到稳定的电势输出需较长的时间,同时输出电势特性的斜率降低,响应速度变慢,零点电势增加;温度过高,则电极和引线会因熔化而脱落。试验证明,在750℃,氧浓度为5.0％时,温度变化10℃就会引起1％的误差。所以,保持锆头温度恒定十分重要。4.3严密监视电极电阻的变化在高温烟气腐蚀下,探头经一段时间的使用,其内外电极将受到污染,表面会附着一层不均匀的覆盖物,铂电极的唯孔中也会有杂质进入,使电极的多孔性变差,有效面积减少,引起速度变慢,输出电势变低,甚至探头不能正常工作（此时其内阻将高达几百欧）,随着时间的延长,电极污染进一步加剧,输出电势偏高理论值更多,一般情况下,电阻大于1000Ω时,应考虑更换探头。为此,要严密监视电极电阻的变化,并采取措施防止污染。4.4及时调整风量与燃料量运行人员常会发现装与炉膛两侧的氧化锆氧分析仪氧量指示偏差较大,这不一定是仪器故障,而往往是由于燃烧工况发生变化后未能及时进行调整所致,运行人员如能根据炉膛燃烧工况及时调整风量和燃料量,几分钟后指示就能恢复正常。4.5加强日常维护和管理新投运的氧化锆氧分析仪至少每2周校验1次,以后可根据实际情况适当延长,定期清楚探头过滤器上的集灰,必要时可拆下处理,标准气管应畅通,探头每季度应在线标定一次,发现问题及时处理,锅炉停用较长时间应切断加热炉电源,以延长其寿命,要加强日常的技术管理,对氧化锆氧分析仪的更换,故障原因,处理结果等应作详细的记录。5结束语虽然氧化锆氧分析仪目前基本上能用以指导在线燃烧调整,但使用中暴露出来的问题仍需认真对待,不可忽视,随着电力形式的发展,厂网分开,竞价上网势在必行,作为指导火电厂经济运行的重要仪表――氧化锆氧分析仪,必将发挥更大的作用,因此务必不断总结经验,使之进一步完善。ZO系列氧化锆氧量分析仪常见故障分析及处理方法刘华贤上海可贵固态离子导体公司一、前言ZO一系列氧化锆氧量分析仪是八十年代开始应用的先进的气体氧量分析仪。其工作原理是根据能斯特(Nemst)&式计算的。氧化钇稳定的氧化锆材料是一种高性能的氧离子导体,氧化锆锆管内外侧涂以多孔铂电极,在高温(大于600℃)时,当氧化锆锆管内外两侧分别通以不同氧浓度的气体时,就形成氧浓差电池：(P02‘)Pt／ZrO2-Pt(PO2”)阴极：O2+4e=2O2阳极：202=O2+4eP02‘和PO2“分别为参比气氧分压和被测气氧分压,氧浓差电池电动热E与氧分压的关系可用能斯特(Nemst)公式表示：E=(RT／4F)ln(PO2‘／PO2“)式中：R—理想气体常数(8．3l4J／molk);T一浓差电池工作温度(K);F-法拉第常数(96500J／v);PO2‘—参比气氧分压O2“一被测气氧分压。通过测量浓差电池电动势E,就可就计算出被测气体的氧分压。与传统的磁氧分析仪和红外分析仪相比,氧化锆氧量分析仪具有如下的优点：氧化锆氧量分析仪磁氧仪红外分析仪灵敏度(大气压)10—1110一4n10一7准确度(ΔP／P)2％重现性-/+05％**±5％***响应速度0.1秒～数秒1分钟数十分钟线性范围10-11～1大气压设备状态简单使用寿命数月～数年注：*在一个大气压条件下;**氧量在0．1～l000PPM;***氧量在1％。正由于这些优越性,氧化锆氧量分析仪已广泛应用于发电、石化、冶金、化工、轻纺等行业,在节能、环保等方面起了十分重要作用。我们公司生产的氧化锫氧量分析仪的主要优点：1．用化学共沉淀法合成氧化锆材料,用等静压成型,高温烧结。氧化锆材料纯度、密度高,电性能好,使用寿命长。图l是使用一年半后的氧化锆元件性能(摘自抚顺石油学院贾大中教授的氧化锆《氧化锆氧传感器应用研究报告》)。从图上可以看出：除电势响应值稍稍降低外,其线性与以能斯特公式计算的直线一样,也就是说通过变送器修正,该氧化锆元件仍可继续使用。2检测器使用不锈钢材料制成,可直接插入烟道内连续测量。3．使用寿命长,维修费用低。4．变送器以单片微机为核心调试简单。图1表面不平衡电势对锆头特性的影响二、常见故障1.氧化锆工作温度达不到7500C工作温度·原因分析一：加热炉丝开路或短路处理步骤：a．测量加热炉丝内阻是否在60欧姆左右;b．如内阻很小,接线是否短路,只要断开加热炉一端接线,测量其阻值,是否达到出厂标准60欧姆左右。解决办法：如确定开路,返回公司修理,因现场无法维修;如确定短路,应将检测器与变送器连线重新检查。·原因分析二：热电偶开路或短路处理步骤：a．测量热电偶内阻,冷态时应为2-3欧姆,并与外界绝缘;b．热电偶是否与氧信号短路,如果短路很有可能是热电偶顶端顶住氧化锆工作电极。解决办法：如果开路,返回公司修理;如果短路,只要将接线盒内的热电偶线轻轻拔出2～3mm即可。·原因分析三：固态继电器是否正常处理步骤．a.用万用表直流档测量固态继电器输入应在0～4V跳动：b．用万用表交流档测量固态继电器两输出端间电压应在0-80V上下跳动：c．输入正常、输出不正常,则固态继电器有故障。解决办法：重新更换．接线不要接错即可。·原因分析四：冷补管AD590是否正常处理步骤：测冷补管“一”对地电压应为l2．3mV,若为0,则冷补管正负极间电压应为8．8v左右,若此电压正常则冷补管有故障;若此电压低于4V则查线路故障。解决办法：重新接上AD590．正负极千万别搞错．在无冷补管的情况下用l/8W3OKΩ的铜电阻代替。·原因分析五：基准电压变动处理步骤：测量MCl4433的二脚对地电压应为200mV。解决办法：若偏离则调节W3调位器。2.在温控正常情况下无氧量信号·原因分析一：氧化锆信号线开路处理步骤：拆下陶瓷过滤器和氧化锆锆管,用万用表一端接触弹簧丝,另一端接信号线正极看其是否接触。解决办法：如开路,返回公司修理。·原因分析二：氧化锆信号线短路处理步骤：在冷态时信号线对地绝缘,正负极之间无内阻。解决办法：如短路,可能信号线已相碰,一根绝缘套管破损碰外壳。只要重新接上新套管或包一下就可避免。·原因分析三：氧化锆锆管开路处理步骤：拆下氧化锆锆管,看其铂金对地引线点焊处是否松脱、断开。解决办法：如松脱．返公司点焊,重新装上即可;如断开,更换新的氧化锆锆管。·原因分析四：氧化锆锆管断裂处理步骤：拆下过滤器,拔出锆管即可发现。解决办法：更换新的氧化锆锆管。·原因分析五：弹簧丝失效处理步骤：拆下氧化锆锆管,看其弹簧丝在高温下是否被腐蚀,一般呈铁锈色。解决办法：更换新的弹簧丝,不紧不松卡进为好。3．在温控正常情况下氧量信号超限或偏差大·原因分析一：氧化锆锆管是否老化失效处理步骤：用万用表测量氧化锆锆管内阻是否超过lkΩ。解决办法：超过lkΩ氧化锆锆管使用寿命到．重新更换即可。·原困分析二：氧量捡测器标准气管漏气处理步骤：看捡测器上标准气嘴的螺堵是否松掉或落掉。解决办法：如松掉,重新拧紧标准气嘴的螺堵即可;如落掉,用橡皮管一头扎紧．一头套在标准气嘴上,不漏气即可。·原因分析三：氧化锆信号线接反处理步骤：用万用表测量其毫伏数,看其是否接错。解决办法：只要将正负信号线调换即可。4.在温控正常情况下无氧量信号·原因分析：量程SPAN电位器与零点ZER0电位器调乱。处理步骤：用万用表测量405l的第l3脚与模拟地之间电压是否为100mV;用万用测量4051的第12脚与模拟地之间电压是否100mV。解决办法：分别调节SPAN和ZER0电位器使其为100mV,然后按通标准氧氧气步骤调试即可。5．在温控正常情况下氧量量波动大·原因分析：氧化锆锆管与弹簧丝接触不良或太松。处理步骤：卸下过滤器．用手拧住锆管旋转一下．看其是否松动,然后拉出锆管,看其铂金电极是否与弹簧丝配合紧密,一般有痕迹,可以看出接触是否在铂金电极中间。解决办法：更换新的锆管,安装时必须不松不紧,以插得进为好。《上海计量测试》氧化锆氧量分析仪故障分析章群新疆乌鲁木齐红雁池第一发电氧化锆氧量分析仪用于准确测量发电厂烟气中的含氧量,反映烟气中过剩空气系数a的大小。可对烟气连续检测,反应锅炉排放烟气的品质,指导运行人员及时组织的运行方式,采取措施减少污染物的排放。1.仪器概况全套测量仪表由氧量变送器和测氧传感器（探头）两部分构成。氧量变送器包括恒温控制系统和显示部分。探头又分为探头主体,过滤器和法兰。理论上讲,只要测出被测气体的温度及氧化锆电池的电势,就可以求出被测气体的含氧量。但在实际工作中,由于氧化锆内外电极的温差及气压差,氧化锆电池与测温热电偶的温差以及氧化锆电解质中存在的电子电导的影响,使测量产生误差。应用氧化锆氧量分析仪,采用本底但是及等效温差来对其进行修正,当被测气体含氧量与参比气体含氧量不同时,便产生氧浓差电势,通过测量该电势,从而达到准确测量烟气含量的目的。2.测点位置的选择红一电采用的ZO－12型氧化锆氧量分析仪,要求测氧传感器在700℃以下的烟道中使用。但探头位置选择在高温的烟道上,测氧传感器中各部件氧化腐蚀较为严重,影响锆头的使用寿命;而温度过低时。凝结的水气与烟气中的二氧化硫和三氧化硫形成硫酸,亚硫酸,对氧化锆元件危害极大。因此,氧化锆传感器的检测点我们选测温度在（200－500℃的烟道,即选择在二级省煤器尾部烟道上。如图1所示。这里烟气流通良好,流速平稳无漩涡,烟气密度正常而不处于稀薄区域。选择时,不能选在烟道拐弯处,由于可能形成涡流,致使某电处于烟气稀薄状态,而检测不准。3主要技术参数ZO－12型氧化锆氧量分析仪,测量范围：0－20％O2,精度：基本误差不大于正负3％,工作误差不大于基本误差的2.5倍;输出信号：0－10mA,4－20mA;本底修改电势;-30~30mA;探头恒温温度：780℃±20℃;电源电压：220V±10％;加热炉电压：90～110V。4.故障情况2003年7月,红一电厂7号炉使用的ZO-12型氧化锆氧量分析仪,氧量显示值不稳定,检查时发现,加热炉温度在5500C,比正常工作时炉温偏低,池电势输出在22.6mA－18.80mA之间变化,氧量显示在7％－8.4％之间,从当时负荷情况和风量调节情况判断,此时显示的氧量使不正确的,检查加热炉电压在90V,属正常;但仪表在断电后重新送电时,无升温过程。于是,判断认为处于氧化锆锆头内部的测温元件热电偶出现问题,测温上限达不到7800C,更换新锆头。当新换上的锆头送电后,有加热炉升温过程,并显示温度在7790C,池电势输出35.55mA,氧量显示5.0％,根据当时运行情况可判断,该氧量分析仪已正常工作。但几个小时后,炉温再次显示5500C,氧量显示跳变,再次将氧量分析仪退出运行,拆回实验室进行检查,发现变送器内部热电偶电阻为4Ω属正常,而加热炉电阻无穷大,判断加热炉丝烧断,锆元件被烧坏。致使氧化锆头再次损坏。5故障原因分析及检测5.1故障原因分析事后对两只烧坏的锆头进行再次认真检查发现其损坏部位相同,在对现场的一次线路、接线盒、二次线路、控制盘后接线端子再次进行检查时发现：补偿导线在经过二级省煤器与二级空预器时,与高温压力表管有接触现象,在长期高温作用下,补偿导线绝缘层老化,有轻微脱落,在现场振动较大情况下,补偿导线相间发生短路,致使氧化锆变送器显示的温度不能真实的反映加热炉的温度,而显示的是补偿导线短路处的温度。如图2所示：其实此时加热炉的温度已远远超过了额定温度,从而造成氧量变送器恒温系统误认为炉膛没达到额定温度7800C,