結(jié)合氧化鋯氧量分析儀測量原理，詳細(xì)介紹氧化鋯氧量分析儀標(biāo)定方法和參數(shù)設(shè)置，以保持氧化鋯氧量分析儀長期準(zhǔn)確、可靠運(yùn)行。
鍋爐燃燒過程中，氧量的變化直接影響著燃料的燃燒效果，準(zhǔn)確的氧量數(shù)值決定著燃料的利用率和節(jié)能環(huán)保效果?？刂茽t膛氧量，保證燃料充分燃燒是鍋爐燃燒運(yùn)行中一大關(guān)鍵環(huán)節(jié)。鍋爐氧量數(shù)值在各個(gè)風(fēng)機(jī)和投料量的共同作用下保持穩(wěn)定合理數(shù)值，使燃料利用率達(dá)到最高，是各個(gè)鍋爐運(yùn)行項(xiàng)目組共同面對的課題。所以，一組穩(wěn)定的氧量參考數(shù)值直接決定著鍋爐燃燒效果的好壞。
1、氧化鋯測量原理
氧化鋯傳感器的核心構(gòu)件是氧化鋯固體電解質(zhì)，氧化鋯固體電解質(zhì)是由多元氧化物組成的。常用的這類電解質(zhì)有ZrO2.Y2O3，它由二元氧化物組成，其中ZrO2稱為基體，Y2O3稱為穩(wěn)定劑。ZrO2在常溫下是單斜晶體，在高溫下它變成立方晶體(螢石型)，但當(dāng)它冷卻后又變?yōu)閱涡本w。因此，純氧化鋯的晶型是不穩(wěn)定的。所以，當(dāng)在ZrO2摻入一定量的穩(wěn)定劑Y2O3時(shí)，由于Y3+置換了Zr4+的位置，一方面在晶體中留下了氧離子空穴；另一方面由于晶體內(nèi)部應(yīng)力變化的原因，該晶體冷卻后仍保留立方晶體。因此，又稱它為穩(wěn)定氧化鋯。據(jù)上述分析，穩(wěn)定氧化鋯在高溫下(650℃)是氧離子的良好導(dǎo)體。
典型的氧化鋯傳感器是，這樣在兩個(gè)電極上，由于正負(fù)電荷的堆積而形成一個(gè)電勢，稱之為氧濃差電動(dòng)勢。當(dāng)用導(dǎo)線將兩個(gè)電極連成電路時(shí)，負(fù)極上的電子就會(huì)通過外電路流到正極，再供給氧分子形成離子，電路中就有電流通過。
其池電勢由能斯特方程給出：。在溫度700℃時(shí)，當(dāng)固體電介質(zhì)一側(cè)氧分壓為空氣(20.6%)時(shí)，由濃差電池輸出電動(dòng)勢E，就可以計(jì)算出固體電介質(zhì)另一側(cè)氧分壓，這就是氧化鋯氧量分析儀的測氧原理。
在實(shí)際應(yīng)用中，由于儀表出廠檢驗(yàn)的量程(0-10%)與現(xiàn)場需求(0-25%)不同，并且出廠后經(jīng)過較長時(shí)間才安裝使用，導(dǎo)致氧量計(jì)測量值發(fā)生偏差，其測量空氣含氧量為19%左右，與實(shí)際情況有較大偏差。經(jīng)現(xiàn)場檢查調(diào)試發(fā)現(xiàn)，其原因與E的補(bǔ)償值(本底電勢)有關(guān)。
2、氧化鋯氧量分析儀測量的特點(diǎn)
氧探頭的氧電勢信號(hào)、熱偶溫度信號(hào)經(jīng)放大送A/D電路，單片微機(jī)系統(tǒng)CPU采集到其信號(hào)后，與校正系數(shù)一起進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即可得出氧含量的百分含量。
同時(shí)，氧化鋯氧量分析儀可實(shí)行氧電勢、探頭溫度、校正系數(shù)值的顯示，并對鋯管的加熱電爐進(jìn)行恒溫控制，且輔以斷偶、超溫保護(hù)、熱偶反接保護(hù)，確保氧量計(jì)可靠工作。
3、現(xiàn)場實(shí)際情況分析
①現(xiàn)場情況簡介
在現(xiàn)場的實(shí)際使用中，安裝氧化鋯及表頭后，經(jīng)過較長時(shí)間系統(tǒng)才開始試運(yùn)行。氧化鋯電池出現(xiàn)老化、積灰、受SO2和SO3對電池的腐蝕等許多干擾因素的影響，運(yùn)行過程中，儀器參數(shù)將發(fā)生逐漸變化，而給測量帶來誤差，電池老化表現(xiàn)在內(nèi)阻升高和本底電勢增大兩個(gè)主要參數(shù)上。試運(yùn)過程中氧量顯示比預(yù)想的偏低。試運(yùn)結(jié)束后，氧化鋯氧量計(jì)表頭顯示18%-19%，不能測量(空氣中氧含量約為21%)。
②改造前情況
試運(yùn)行階段，氧量值偏低，結(jié)束試運(yùn)之后測量空氣中氧含量也明顯偏低。在初步排查原因，排除了安裝位置、煙道走向、通風(fēng)換氣調(diào)節(jié)和其他因素后，又進(jìn)行了氧量標(biāo)定，使用0.4%含氧量的氣罐和空氣對安裝好的氧化鋯進(jìn)行標(biāo)定。
標(biāo)定具體操作為：先將標(biāo)氣流量調(diào)至500ml/min，然后取下探頭上的標(biāo)氣入口堵頭，將標(biāo)氣用導(dǎo)管接入標(biāo)氣入口，并密封好。當(dāng)標(biāo)氣通入約(3min-5min)后，顯示穩(wěn)定，這時(shí)調(diào)變送器前面板上的本底調(diào)節(jié)電位器，直至氧氣顯示和標(biāo)氣值相等。取下標(biāo)氣連接管，重新堵上標(biāo)氣入口，儀器校準(zhǔn)完畢，保存設(shè)置參數(shù)，即可讀出，記錄該值。
標(biāo)定后氧量顯示并無明顯變化，仍舊比實(shí)際值偏低。實(shí)際情況是，氧量經(jīng)過標(biāo)定后仍對測量值無明顯糾正，排除了鎬頭測量不準(zhǔn)或是測量出現(xiàn)問題的原因。
③改造后情況
通過對原理的分析和實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)討論和研究決定對儀表出廠設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行改動(dòng)。因出廠檢驗(yàn)測試量程范圍為0-10%，而實(shí)際使用的量程范圍為0-25%，與測試值相比變化較大，故決定調(diào)高補(bǔ)償電勢E(本底電勢)。
④情況分析總結(jié)
根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的改造，氧量值恢復(fù)正常，可以保證鍋爐的正常運(yùn)行。
4、氧化鋯氧量儀的改造意義和經(jīng)驗(yàn)
氧化鋯測氧儀具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)時(shí)間短、測量范圍寬、使用溫度高、運(yùn)行可靠、安裝方便、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)。因此，氧化鋯傳感器的主要應(yīng)用可歸納為以下五個(gè)方面：
①煙氣測氧：主要用于發(fā)電廠、煉油廠、鋼鐵廠、化工廠、輕紡印染廠、食品加工廠、等企業(yè)。
②汽車尾氣測量：目前主要用于載人的小汽車和轎車等。
③鋼液測氧：主要用于鋼鐵公司和煉銅廠等冶煉企業(yè)。
④惰性氣體測氧：主要用于鋼鐵公司、空分廠、化肥廠和電子企業(yè)等。
⑤物化研究：主要用于高溫氧化還原反應(yīng)中熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)測定。
運(yùn)行氧量發(fā)生變化時(shí)，對經(jīng)濟(jì)性的最直接影響來自煙氣量引起的排煙熱損失的變化，同時(shí)，它還會(huì)引起其它運(yùn)行參數(shù)的改變，這些參數(shù)包括：灰渣未燃燼碳含量、排煙溫度、送引風(fēng)機(jī)總電耗、主汽溫度和減溫水量、再熱汽溫度和減溫水量。變氧量運(yùn)行對整臺(tái)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的凈影響是上述所有參數(shù)綜合作用的結(jié)果。
煙氣氧含量是鍋爐大氣污染物監(jiān)測中極其重要的一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行考核指標(biāo)，在一定程度上，其值的大小是確定污染物排放濃度是否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵。煙氣氧含量控制是一個(gè)綜合性、系統(tǒng)性的問題。在實(shí)際生產(chǎn)中，鍋爐房要安裝必要的煙氣監(jiān)控儀表，為運(yùn)行管提供可量化參考依據(jù)；同時(shí)，只要保證設(shè)備系統(tǒng)的密封性，加強(qiáng)運(yùn)行管理，消除不規(guī)范操作行為，影響煙氣氧含量的諸多因素是可以進(jìn)行有效控制的，污染排放濃度也是可以按照國家標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行管控的。司爐人員應(yīng)當(dāng)保持鍋爐在規(guī)定的負(fù)荷下運(yùn)行，嚴(yán)格控制風(fēng)量配比，使燃料充分燃燒，同時(shí)要注意避免或消除漏風(fēng)現(xiàn)象，盡可能將煙氣氧含量控制在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)6%-8%范圍內(nèi)這樣既可以減少排煙熱損失，提高鍋爐的熱效率，又能夠較好地控制鍋爐大氣污染物排放，為保護(hù)和改善區(qū)域環(huán)境境空氣質(zhì)量發(fā)揮積極的作用。
