ZOY-4氧化锆氧量分析仪

氧化锆氧量分析仪使用说明书无锡市湖利仪表厂
一、用途
ZOY-4系列氧化锆氧量分析仪可对锅炉、窑炉、加热炉等燃烧设备在燃烧过程中所产生的烟气含量进行快速、正确的在线检测分析，以实现低氧燃烧控制，达到节能目的，减少环境污染。

ZOY-4系列氧化锆氧量分析仪有氧化锆头（一次仪表）和氧量变送器（二次仪表）二部分组成。

ZOY-4型氧化锆探头外壳采用耐高温、耐腐蚀的不锈钢材料制成。

不必外加气泵，参比气能自行对流。

并设有标准气接口，可在现场运行时用标准气体进行标定校验。

探头锆管能方便地拆卸更换。

ZOY-4型氧量变送器结构简单，安装尺寸规范，线路设计合理，工艺质量先进，仪表性能稳定可靠，调试方便。

ZOY-4系列氧化锆氧量分析仪由于其优越的性能价格比，数年来在国内大中型电厂得到广泛应用。

二、工作原理
被测气体（烟气）通过传感器进入氧化锆管的内侧，参比气体（空气）通过自然对流进入传感器的外侧，当锆管内外侧的氧浓度不同时在氧化锆管内外侧产生氧浓差电势（在参比气体确定情况下，氧化锆输出的氧浓差电势与传感器的工作温度和被测气体浓度呈函数对应关系）该氧浓差电动势经显示仪表转化成与被测烟气含氧量呈线性关系的标准信号供显示和输出
传感器的检测组件是氧化锆电解质管，工作原理图如下.
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烟气入口电
质管壁内外两侧涂有铂催化电极，当电解质管温度达到600℃左右时，被测烟气进入电解质管内，而管外为参比气体--空气。

因空气含氧量为20.6％O 2 ，管外被测烟气含氧量低于空气，此时空气中的氧经铂电极催化吸收4个电子(e)形成氧离子(0=)，其反应方程为 O 2+4e=202-
氧离子进入电解质管后，又经特殊传递方式到达管内铂电极一侧，再次经铂电极催化放出4个电子(e)而还原成氧，其反应方程为 202--4e=O 2
被吸收电子的一侧电极为正极，释放电子的一侧电极为负极.正负电极间的电动势符合奈斯特方程.即
E =
式中：R 为气体常数； F 为法拉弟常数；
T 为被测烟气的绝对温度；
P1为参比气体--空气氧分压，等比于20.6％02
P 2为被测烟气的氧分压，用百分氧量表示.
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21ln 4P P F
RT
三、型号规格
氧化锆分析仪的型号定义 ZOY-4－ 口 — 口
探 头 的 长 度 规 格 m m
L = 6 0 0、 8 0 0、 10 0 0、 1 2 0 0 3表示加热式
1.氧量变送器尺寸
盘装横式160×80 ×250 开孔152 ×76
2、本氧化锆探头的外形尺寸：单位mm(连接法兰为DN50，外径125，孔距126，Ø18×4)
1000
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￠12-4孔均布
120
四、外形结构
氧化锆检测器由氧化锆管、加热炉丝、热电偶、防尘装置及壳体等组成。

整个检测装置采用全封闭钢制直插式结构，增加了检测器的封闭性能，提高了检测器的耐高温、抗腐蚀能力。

氧化锆氧传感器的外形结构如图所示，整个传感器全不锈钢结构
插入烟道的探头顶部是一个过滤器，烟气经过滤后才进入探头的检测器.检测器内是涂有铂电极的氧化锆电解质管与热电偶和一个电炉.
安装法兰的后部是接线盒，接线盒内部是氧化锆、热电偶、电加热接线端子，其下部有两个气孔，一个是标准气孔，另一个是参比气孔，标准气孔由一个带密封圈的螺丝封牢。

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五．技术指标
1．基本误差：<+3%F．S; 仪表精度1级
2．量程：０～２５％Ｏ2
3．本底修正：－２０mV～＋２0mV
4．为了保证氧化锆探头的寿命，长期被测烟气温度应小于 700℃5．输出信号：0~10mADC 4~20mADC任意设置
6．负载能力：0~1.2KΩ(0~10mA时)或0~600Ω（4~20mA时）7．环境能力：0~50℃，相对湿度〈90%
8．电源/；220V+10%，50Hz。

9．功耗：变送器约8W，加热炉平均为50W。

10．响应时间/；90%约3秒。

11．氧化锆探头加热炉升温时间：约20分钟。

氧化锆探头端子接线图(探头)
1 2- 3 4 5 6
变送器仪表接线图
变送器热电势（2、3）接到传感器热电势（3、4） 变送器1、4脚接CU50铜热电阻作冷端补偿 变送器氧电势（5、6）接到传感器氧电势（1、2）
变送器 加 热 炉（10、11）接到传感器加热炉（5、6）高 温型 氧探头加 热 炉不要接 操作说明：按←键并保持2秒钟，等显示出参数代号后再放开，再按←键，仪表将显示该参数，通过、 ▼、▲、< 、等键可修改参数值（按 键某一位小数点闪亮，即可用▼、▲键修改此位）。

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电 炉
电流输出
220V
六参数功能
Loc：若要设置以下参数，先把Loc设置为808，设置结束后，可把Loc 设置为其他值，防止误操作改变设置值
dA：等于零电流输出为0-10 mA，不等于零电流输出为4-20 mA
dIL：0- +20.00，线性输入零点显示值
dIH：0- +20.00，线性输入满度显示值，对应dIL~ dIH，7，8脚输出电流4~20 mA
注：1键为设置键，2键为光标移位键；3键为数字减键；4键在设置状态下为数字加键，在工作状态下为温度与氧量的切换键。

5键为工作键。

特别注意
1.本仪表的4~20mA输出为模拟信号输出，在与计算机连接时，必须先检查一下计算机输入的方式是模拟信号输入还是二线制输入，如为模拟信号输
入，即可以将仪表的输出与计算机的输入直接相接；
2.锅炉停止运行的同时，务必请将氧量分析仪的电源也同时断开，以确
保氧化锆探头正常的工作寿命。

3.硫化床炉在用水清洗烟道粉尘时，请不要将水洒到氧化锆探头上，否
则氧化锆锆管遇水将要爆裂损坏。

七.氧化锆本底电势的检测及设定修正值的二种方法
1.不用标气的校验方法为: 将氧化锆检测器置于大气中，与仪表的连线都接好，给仪表通电(氧化锆检测器同时也加热工作)，待仪表显示稳定的氧量值后(氧化锆检测器大约需要通电1-2小时左右后,氧量值读数才能稳定)，然后将仪表显示的氧量值与大气作比较(大气的含氧量标准值应为20%-20.6%左右)，仪表显示的实际氧量值高于大气标准值,高出部分的数值就叫本底电势值;这个值必须在仪表上进行修正,修正办法是:仪表在工作状态下连续按设置键，显示“SC”（本底修正符号），将本底电势值输入仪表，然后按工作键，仪表应显示大气氧量为20%-20.6%，如不显示20%-20.6%，则需反复修改“SC”直到显示20%-20.6%为止。

2. 标气校验;先按上面的方法将示值修正到20%-20.6%,然后将标气接
到探头的标气入口处,打开标气(流量控制在100毫升以内),示值应符合精度要求. 我厂生产的氧化锆氧量分析仪为智能型线性仪表，其电势变化值与示值为表格式一一对应，出厂前都已用标气严格标定，按装时用
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户无须再行重新标定,如需标定,为了确保标气的精度,请从我厂购买全套氧化锆标准的标气校验装置.
3.温控值的设定: 仪表在工作状态下连续按设置键，显示“cc”温控设
定符号,温控值可以任意设定,为了延长探头的使用寿命,温控值不能大于700℃,出厂时都设定在700度.即探头加热到700度后即显示氧量值,温控值请不要随意改变．△键在设置状态时为+键;在工作状态时为当前温度值与当前氧量值的切换键
八. 氧化锆探头氧量分析仪全套装置连接校验的方法
1.接线: 氧化锆探头及仪表安装好后,要根据探头接线盒里及仪表接线柱所示的接线符号逐一将加热线线,热电偶线,锆管线接好(仪表的4-20mA 模拟信号输出线,在调试时为防损坏输出元件,请暂时不要与计算机连接,调试时可串个万用表的电流挡用一下,待调试完以后再与计算机连上), 热电偶线,锆管线分正负极,千万不能接错。

2. 氧化锆氧量分析仪全套装置实际工作可为三个部分组成:
第一部分为温控部分,由探头的加热炉,仪表的温控电路组成,80V的电炉线,热电偶线接好后,如果这一部分工作正常且接线正确,显示器显示温度值应该不断升高,到控温点后即显示氧量值;如没有温度显示,用万用表量一下仪表后部接线端子一脚与四脚的补偿电阻cu50有没有装,如没有或开路要把它装上;再脱开80V加热线,用万用表的Ω档检查一下电炉丝的电阻值应为62Ω左右,然后量一下80V电压,空载时应高于80V -8-
值;再量一下热电偶丝应为2Ω左右,如一切正常,则重点检查热电偶正负线,调正好了温度值即可正常升高.
第二部分为氧量显示部分:主要由探头的核心部件氧化锆管(又称氧化锆电池)组成; 温度到达控温点后如不显示氧量值,则重点检查锆管输出线的正负有没有接反, 氧化锆的锆管在运输途中有没有损坏. 检查锆管的接线,好,坏.灵敏度的方法为:有标气的可用标气直接接入看读数是否正常;没有标气的可在探头接线盒上将标气入口的螺丝拧开,用一根塑料管插到标气入口的管上,用嘴往里吹气,仪表的氧量显示值往上走,则锆管的正负接线接反了, 仪表的氧量显示值往下走,则锆管是好的,灵敏度也可以;如仪表的氧量显示值没有变化,那锆管基本已损坏需更换新的锆管.特别注意,不管用那种方法,检查完后标气入口的螺丝一定要拧上并拧紧.
第三部分为氧量模拟信号输出部分:主要是将仪表显示的氧量值转换成4-20mA模拟信号供DCS系统使用,千万注意，氧量分析仪输出的信号为4-20MA模拟信号，而不是二线制变送器信号，所以不用24V直流电源。

氧量分析仪（变送器）的主要元件为集成电路, 集成电路的工作温度不能超过55℃,所以氧量分析仪的按装位置应选在通风背阴,雨水淋不到,环境温度不能超过50℃的地方．
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九. 氧化锆探头安装点的选择
1.氧化锆探头应安装在烟气流动好,切忌安装在炉内侧.死角.涡流及缩口处,内侧和死角点易使响应迟缓,涡流处氧量波动大,缩口处易灰堵和冲刷大;安装点处应有操作平台,便于安装探头和校准,安装操作。

氧化锆探头安装要考虑维修方便。

一般来说，烟气温度低，氧化锆探头使用寿命长，烟气温度高，使用寿命短。

氧化锆探头不能安装在烟气不流动的死角，也不能安装在烟气流动很快的地方(如有些旁路气道的扩容腔内)。

不能安装在过热器前面、几乎接近炉膛的位置、高温的炉膛里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。

2.要求烟道漏气较小，对于中、小型锅炉，建议安装在省煤器前过热器后，即将氧化锆探头装在过热器与省煤器中间 , 安装点的烟气温度应符合小于700℃的要求，因为锅炉系统烟气的流向从炉膛到汽包，经过过热器、省煤器、空气预热器，由引风机经回收处理后从烟囱排放。

如果测点过于靠近烟气炉膛出口，由于温度过高，流速较快，将对检测器不锈钢外壳形成冲刷腐蚀，减短使用寿命；如果测点过于偏后，由于烟道系统中漏气现象，将造成测点处氧量值偏高，不能如实反映炉膛中的烟气氧量。

3.氧化锆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，避开震动场所。

气体温度和压力要在仪器的使用范围内。

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4.炉墙上的氧化锆探头固定法兰安装：
用钢材做成如图形状的过渡架，过渡架的法兰能直接焊在炉墙处壁上或埋入炉墙中，但要求气密牢固。

过渡架另一端法兰是为固定氧化锆探头而设，因此必须与氧化锆探头固定法兰的螺孔相匹配。

如选用由12mm安装孔，则将过渡架法兰的￠125mm圆上均布四个￠12mm的安装孔，使用4个M1O×40的螺丝，将它与检测器的固定法兰紧固，为防止漏气，两法兰间可填充橡胶纸板密封圈。

5.氧化锆探头的安装注意：
氧化锆探头在安装时必须慢慢的插到烟道里,避免锆管突遇高温而爆裂; 氧探头接线盒上有两个进气口,必须朝下面。

一个进气口为参比气入口,为常开口,不能堵住; 另一个进气口为标气入口,为常闭口,试验完毕必须堵住,才能确保测量精度.
氧化锆探头在安装时法兰与法兰之间必须用石棉垫垫好,不能有漏气,以免影响测量精度; 氧化锆探头的底部装有白色过滤器,时间久了积满粉尘影响气体穿透力,必须及时更换.氧化锆探头在使用8-10个月后,最好
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要重新进行一下标定,确定本底值,没有标气按上面的方法确定,最好用标气校,标气及氧化锆校验装置我厂可以提供.
氧化锆探头检测器的参比气是靠空气自然对流提供的，氧化锆探头检测器需水平安装，参比气和标准气接口相应朝下。

氧化锆探头安装法兰和过渡架法兰之间必须填橡胶纸板，以免空气漏入烟道，影响测量准确度。

氧化锆探头端头必须离锅炉内壁150mm以上，使过滤器的多孔陶瓷暴露部分背对烟气的流向(过滤器方向可单独转动)以避免陶瓷体受气体冲刷，延长使用寿命。

取样点的温度、压力、流量等参数不能变化太大，
当检测器推入热的烟道时，为防止锆管爆裂，宜分段逐步推入，一般以10～20厘米/分钟为好。

十.重要提醒
从我厂新进的全套氧化锆氧量分析仪,在出厂时都用3.01%的标气和9%的标准气体加检测装置严格标定过,仪表里的数据在标定时都已设定好了,到现场后只要按标签上的标号(探头和仪表的号码要一致)安装好即可,一般设定好的数据不要随意更改,也无需重新进行标定,以免引起不必要的麻烦．
十一、调试投运
1、检查接线是否正确；
2、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
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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％。

3、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700℃时应该为80Ω以下,越小越好,相反,锆头的内阻超过800Ω是不能用的。

经凋试检查后，便可通电预热半小时，随即氧分析仪系统投入运行，正常测量显示烟气含氧量.
十二、故障处理
1、氧化锆、热电偶信号不稳定：有干扰信号混入，应设法根据具体情况排除或采取适当措施.
2、热电偶信号小：检查传感器电炉加热丝或热电偶。

3、氧电势读数过大：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。

4、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。

5、产品使用过程中可能存在的问题;
（1）本底电势不太稳定,易漂移。

（2）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）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。

（4）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。

（5）日常维护不健全,没有按期进行校验与清除探头过滤器上的积灰。

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6.、对策
（1）合理选择安装位置：测点烟温要小于700℃ ,测点处应烟气流动平稳,无剧烈震动和敲打源。

测点位置应在密封性好,不漏风的部位,应避开入孔门等位置以免关闭不严而漏风 ,导致氧量指示偏大。

（2）探头应稍向下倾斜,以防止烟气对流和冷凝水进入锆头。

（3）氧化锆氧分析仪的变送器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）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。

（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月校验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积灰,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。

十三、本地电势调节
1、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。

氧化锆测量管内外两侧通以不同氧浓度的气体：内侧通空气,作为参比气体,外通过被测烟气。

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600℃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：O
+4e→2O2-管内壁氧化锆给出电子而带正电,生成的O2-
2
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。

得出“温度、电势测定、对照关系表进行标定”的方法。

在标气的情况下,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 或0 mA;
（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。

2、标气标定步骤
(1)探头在空气里：仪表接线正确无误后通电，仪表开始对电极进行加热，加热过程约需20分钟左右，等仪表达到正常工作温度后，稳定30分钟，查看此时氧电极电势，即为此电极的本底电势，一般在±3mV
以内，修改参数Eo为此数值即可。

(2)探头在烟道中，并且在动态测氧：准备一瓶已知氧含量百分比的标准气，拧开探头标准气螺钉，通入标准气，流量为100～200ml/min，稳定一分钟看二次表氧含量，若偏离标准气，修正参数Eo，使显示值相等即可，(若通入标准气后，电极实测电势为E实，再根据此标准气的百分数查此时温度下此百分比对应的理论电势值E理，则Eo应设为E实-E 理)例如，在650℃时，通入10%的标准气，查表此时的理论输出电势E 理应为14.36mv，而电极实际输出电势E实为14.03mv，则Eo应为E实-E 理=14.03-14.36=0.33mV。

(3)本底电势设定完成后，可将含氧量分别为l％，5％，9％左右的标准气输入氧化锆探头，待读数稳定后，误差应在±O.3％范围内。

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