中国原子能科学研究院氧化锆氧量分析报告仪说明书

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目录

1 概述1

2 仪器测量原理2

3 仪器主要技术参数3

4 仪器简介3

4.1 仪器组成3

4.2 各局部简介4

4.2.1 探头简介4

4.2.2 变送器简介4

4.2.2.1 根本结构4

4.2.2.2 根本操作5

4.2.2.3 根本设置6

5 仪器检验6

6 仪器安装8

6.1 安装前的准备8

6.1.1 探头安装位置的选择8

6.1.2 炉体法兰的焊接9

6.1.3 现场布线9

6.2 安装10

6.2.1 变送器的安装10

6.2.2 探头的安装10

6.3 现场连线11

7 仪器校准11

7.1 校准前的准备11

7.2 校准方法11

8 仪器日常维护与常见故障排除13

8.1 仪器日常维护13

8.2 常见故障的分析与排除13

1 概述

氧化锆氧分析仪主要用于测定锅炉烟气中的氧分压即氧气的体积百分数含量〔简称氧含量或氧量〕，对于保障锅炉运行安全、提高燃料燃烧效率与减少环境污染将起到重要作用。其应用场所主要有：

●火电厂锅炉；

●炼油厂加热炉和输油管道加热炉；

●冶炼厂加热炉和均热炉；

●化工、轻纺、食品加工、制药、水泥和采暖等企业的工业锅炉。

燃料燃烧效率与空气过剩系数密切相关。在燃烧过程中，当空气过剩系数太小即氧量不足时，由于燃料未充分燃烧而导致热效率降低，且排出的未完全燃烧气体也将对导致环境污染；而当空气过剩系数太大即氧量过多时，虽然能使燃料充分燃烧，但过剩空气带走的热量多，也导致热效率降低，同时过量氧气使烟气中硫化物和氮氧化物含量增大，同样导致环境污染。因此，通过安装氧化锆氧分析仪，在线实时监测烟气中的氧含量，调节空气和燃料的最优配比，实现优化燃烧，在节能减排与安全环保等方面具有重要意义。

中国原子能科学研究院始建于1950年，是中国核科学技术的发祥地，是以核科学为主、多学科并存的综合性大型科研基地，是我国“两弹一艇〞事业的摇篮。氧化锆开发研究室是院下属的集科研、产品开发和市场营销为一体的综合性实体，从事氧化锆测氧技术的研究已30余年，编写了国内本行业第一本专著：《氧离子固体电解质浓差电池与测氧技术》。该技术曾先后屡次荣获国家发明奖与部科技成果奖。在这一系列科研成果的根底上，成功研制出ZO系列氧化锆氧分析仪。该产品曾在国际博览会上获同类产品最高质量奖，并在全国氧化锆氧分析仪行业质量评比中荣获一等奖。2001年，该产品通过ISO9001国际质量体系认证。此后，我院开发并推出了防硫型、高温型等多种型号的氧化锆氧分析仪，以满足不同用户的需求。

2 仪器测量原理

ZO 系列氧化锆氧分析仪是利用氧浓差电池原理来测定气体①中氧含量的电化学分析仪器。在理想状态下，当氧化锆元件达到工作温度且内外电极外表的氧含量不相等时，便构成一个氧浓差电池，产生电池电动势，电池电动势与电极外表氧浓度关系符合能斯特(Nernst)方程：

ln 4RT P E F P

=

(1) 式中：

E — 浓差电池电动势，V ； R — 气体常数，J ·mol －1·K －1；

F — 法拉第常数，C ·mol -1； T — 绝对温度，K ； P 0— 参比气体氧分压，%； P — 被测气体氧分压，%。

由于受各种因素的影响，实际测量并非在理想状态下进展，因此需要对〔1〕式进展校正，校正后得到新的方程：

0ln

m P E k E P

=+ 〔2〕 本设计中P 0为空气中氧含量〔20.6％〕，k 和E 0值均可以通过校正得到。通过测定氧化锆电池电势信号E m ，并将其输送至变送器，变送器将根据〔2〕式，计算出被测气体的氧含量P 值。

① 严格地说，氧化锆氧分析仪测量的是惰性气体中的氧含量，当烟气中含有可燃性气体时，测得的氧含量值将偏小。

3 仪器主要技术参数

● 测量X 围：0～20.6Vol%O 2； ● 测量精度：1级；

● 量程选择：0～10Vol%O 2或0～20Vol%O 2； ● 工作温度①：750℃±5℃； ● 响应时间：<3秒〔达到90%〕；

● 输出方式：DC 0～10mA 或DC 4mA ～20mA 电流线性输出； ● 探头长度②：500mm ～1200mm ； ● 变送器箱体尺寸〔高×宽×深〕： 墙挂式〔Q 型〕：320mm ×240mm ×110mm ； 盘装式〔P 型〕：160mm ×160mm ×400mm ；

80mm ×160mm ×320mm 〔卧式〕； 160mm ×80mm ×320mm 〔立式〕；

● 探头安装点烟气温度：≤600℃〔350℃～450℃为最优〕； ●安装点允许最大压差：2KPa ；

● 环境温度：变送器-20℃～55℃, 探头-40℃＜70℃；

●工作电源：AC 220V ±22V ，50Hz 。

4 仪器简介

4.1 仪器组成

该仪器主要由探头和变送器两大局部组成。探头实际上是一种装有氧化锆电池的氧传感器，其主要作用就是输出被测氧量所对应的电势信号值。变送器主要有两大功能：一是稳定控制探头的工作温度；二是将从探头输入的电势信号值转换为对应的氧量值，并将氧量值转化为对应的电流值输出。

① 对于不同型号探头，其值可能略有不同，本文均以工作温度为750℃的ZO-12B

探头为例说明。假如工作温度不同，将文中涉与温度750℃改为对应工作温度值即可。

② 不同型号探头长度不同。

4.2 各局部简介

4.2.1 探头简介

探头由氧化锆元件、加热炉、K型热电偶、过滤器、信号引线、接线盒与不锈钢壳体等组成，其结构如图1所示：

图1 探头结构示意图

1.过滤器

2.氧化锆元件

3.加热炉

4.外壳

5. 信号引线

各主要部件作用：氧化锆元件是探头的核心部件，由其产生电势信号；加热炉将氧化锆元件加热到设定的工作温度；热电偶作为温度传感器，用来测量加热炉的温度；信号引线将氧化锆元件所产生的电势信号输送到变送器。

4.2.2 变送器简介

4.2.2.1 根本结构

变送器主要由主电路板、操作显示面板、接线端子和机箱等组成。主电路由氧浓差电势信号放大器、热电偶电势信号放大器、电源单元、中央处理单元、温控单元、显示单元与输出单元等局部组成。

图2 变送器电路原理框图