如何进行氧化锆氧量分析仪标定及参数设置

如何进行氧化锆氧量分析仪标定及参数设置

锅炉燃烧过程中，氧量的变化直接影响着燃料的燃烧效果，准确的氧量数值决定着燃料的利用率和节能环保效果。控制炉膛氧量，保证燃料充分燃烧是锅炉燃烧运行中一大关键环节。锅炉氧量数值在各个风机和投料量的共同作用下保持稳定合理数值，使燃料利用率达到最高，是各个锅炉运行项目组共同面对的课题。所以，一组稳定的氧量参考数值直接决定着锅炉燃烧效果的好坏。

1、氧化锆测量原理
氧化锆传感器的核心构件是氧化锆固体电解质，氧化锆固体电解质是由多元氧化物组成的。常用的这类电解质有ZrO2.Y2O3，它由二元氧化物组成，其中ZrO2称为基体，Y2O3称为稳定剂。ZrO2在常温下是单斜晶体，在高温下它变成立方晶体(萤石型)，但当它冷却后又变为单斜晶体。因此，纯氧化锆的晶型是不稳定的。所以，当在ZrO2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，该晶体冷却后仍保留立方晶体。因此，又称它为稳定氧化锆。据上述分析，稳定氧化锆在高温下(650℃)是氧离子的良好导体。

典型的氧化锆传感器是，这样在两个电极上，由于正负电荷的堆积而形成一个电势，称之为氧浓差电动势。当用导线将两个电极连成电路时，负极上的电子就会通过外电路流到正极，再供给氧分子形成离子，电路中就有电流通过。
其池电势由能斯特方程给出：。在温度700℃时，当固体电介质一侧氧分压为空气(20.6%)时，由浓差电池输出电动势E，就可以计算出固体电介质另一侧氧分压，这就是氧化锆氧量分析仪的测氧原理。

在实际应用中，由于仪表出厂检验的量程(0-10%)与现场需求(0-25%)不同，并且出厂后经过较长时间才安装使用，导致氧量计测量值发生偏差，其测量空气含氧量为19%左右，与实际情况有较大偏差。经现场检查调试发现，其原因与E的补偿值(本底电势)有关。

2、氧化锆氧量分析仪测量的特点
氧探头的氧电势信号、热偶温度信号经放大送A/D电路，单片微机系统CPU采集到其信号后，与校正系数一起进行数据处理，即可得出氧含量的百分含量。

同时，氧化锆氧量分析仪可实行氧电势、探头温度、校正系数值的显示，并对锆管的加热电炉进行恒温控制，且辅以断偶、超温保护、热偶反接保护，确保氧量计可靠工作。

3、现场实际情况分析
①现场情况简介
在现场的实际使用中，安装氧化锆及表头后，经过较长时间系统才开始试运行。氧化锆电池出现老化、积灰、受SO2和SO3对电池的腐蚀等许多干扰因素的影响，运行过程中，仪器参数将发生逐渐变化，而给测量带来误差，电池老化表现在内阻升高和本底电势增大两个主要参数上。试运过程中氧量显示比预想的偏低。试运结束后，氧化锆氧量计表头显示18%-19%，不能测量(空气中氧含量约为21%)。

②改造前情况
试运行阶段，氧量值偏低，结束试运之后测量空气中氧含量也明显偏低。在初步排查原因，排除了安装位置、烟道走向、通风换气调节和其他因素后，又进行了氧量标定，使用0.4%含氧量的气罐和空气对安装好的氧化锆进行标定。

标定具体操作为：先将标气流量调至500ml/min，然后取下探头上的标气入口堵头，将标气用导管接入标气入口，并密封好。当标气通入约(3min-5min)后，显示稳定，这时调变送器前面板上的本底调节电位器，直至氧气显示和标气值相等。取下标气连接管，重新堵上标气入口，仪器校准完毕，保存设置参数，即可读出，记录该值。

标定后氧量显示并无明显变化，仍旧比实际值偏低。实际情况是，氧量经过标定后仍对测量值无明显纠正，排除了镐头测量不准或是测量出现问题的原因。

③改造后情况
通过对原理的分析和实践中的经验，经讨论和研究决定对仪表出厂设置的参数进行改动。因出厂检验测试量程范围为0-10%，而实际使用的量程范围为0-25%，与测试值相比变化较大，故决定调高补偿电势E(本底电势)。

④情况分析总结
根据现场设备的改造，氧量值恢复正常，可以保证锅炉的正常运行。

4、氧化锆氧量仪的改造意义和经验
氧化锆测氧仪具有结构简单、响应时间短、测量范围宽、使用温度高、运行可靠、安装方便、维护量小等优点。因此，氧化锆传感器的主要应用可归纳为以下五个方面：
①烟气测氧：主要用于发电厂、炼油厂、钢铁厂、化工厂、轻纺印染厂、食品加工厂、等企业。
②汽车尾气测量：目前主要用于载人的小汽车和轿车等。
③钢液测氧：主要用于钢铁公司和炼铜厂等冶炼企业。
④惰性气体测氧：主要用于钢铁公司、空分厂、化肥厂和电子企业等。
⑤物化研究：主要用于高温氧化还原反应中热力学和动力学参数测定。

运行氧量发生变化时，对经济性的最直接影响来自烟气量引起的排烟热损失的变化，同时，它还会引起其它运行参数的改变，这些参数包括：灰渣未燃烬碳含量、排烟温度、送引风机总电耗、主汽温度和减温水量、再热汽温度和减温水量。变氧量运行对整台机组经济性的净影响是上述所有参数综合作用的结果。

烟气氧含量是锅炉大气污染物监测中极其重要的一项经济运行考核指标，在一定程度上，其值的大小是确定污染物排放浓度是否达标的关键。烟气氧含量控制是一个综合性、系统性的问题。在实际生产中，锅炉房要安装必要的烟气监控仪表，为运行管提供可量化参考依据；同时，只要保证设备系统的密封性，加强运行管理，消除不规范操作行为，影响烟气氧含量的诸多因素是可以进行有效控制的，污染排放浓度也是可以按照国家标准要求进行管控的。司炉人员应当保持锅炉在规定的负荷下运行，严格控制风量配比，使燃料充分燃烧，同时要注意避免或消除漏风现象，尽可能将烟气氧含量控制在经济指标6%-8%范围内这样既可以减少排烟热损失，提高锅炉的热效率，又能够较好地控制锅炉大气污染物排放，为保护和改善区域环境境空气质量发挥积极的作用。