近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保工作的重視，明確提出了節(jié)能減排的目標(biāo)，作為化工企業(yè)來(lái)講，開(kāi)展節(jié)能減排工作也成為了大勢(shì)所趨。某化工集團(tuán)一期年產(chǎn)100萬(wàn)純堿項(xiàng)目共有5臺(tái)130t/h煤粉鍋爐。5臺(tái)煤粉鍋爐共用了10套直插式氧化鋯分析儀，每臺(tái)鍋爐安裝2套。以下就我公司在一期純堿項(xiàng)目煤粉鍋爐上使用的直插式氧化鋯氧量自動(dòng)分析儀進(jìn)行介紹。

　　氧傳感器測(cè)氧原理

　　直插式氧化鋯分析儀，其探頭核心是由氧化鋯固體電解質(zhì)材料的兩側(cè)用燒結(jié)的方法制成多孔鉑層作為電極，再在電極上焊上鉑絲作為引線。在一定高溫下，當(dāng)鋯管兩邊的氧含量不同時(shí)，它便形成一個(gè)氧濃差電池，在這個(gè)電池中，空氣是參比氣，它與煙氣分別位于內(nèi)外電極。在實(shí)際的氧探頭中，空氣流經(jīng)外電極，煙氣流經(jīng)內(nèi)電極，當(dāng)煙氣氧含量P小于空氣氧含量P0(20.6%02)時(shí)，空氣中的氧分從外電極上奪取4個(gè)電子形成2個(gè)氧離子，發(fā)生如下電極值反應(yīng)0(P0)+4e-→20-2

　　 氧離子在氧化鋯管中迅速遷移到煙氣邊，在內(nèi)電極上發(fā)生相反的電極勢(shì)反應(yīng)：20-2→0(P0)4e-

　　 由于氧濃差導(dǎo)致氧離子從空氣邊遷移到煙氣邊，因而產(chǎn)生的電勢(shì)又導(dǎo)致氧離子從煙氣邊反向遷移到空氣邊，當(dāng)這兩種遷移達(dá)到平衡后，便在兩電極間產(chǎn)生一個(gè)與氧濃差有關(guān)的電勢(shì)信號(hào)E，該電勢(shì)信號(hào)符合“能斯特”方程：

　　 式中R、F分別是氣體常數(shù)和法拉第常數(shù)，T是鋯管溫度(k)，P0是空氣氧含量(20.6%02)，P是煙氣氧含量。由(1)式可見(jiàn)，在一定的高溫測(cè)量介質(zhì)條件下(一般600℃)，一定的煙氣氧含量便會(huì)有一對(duì)反應(yīng)的電勢(shì)輸出。直插式氧化鋯氧量分析儀的正常工作溫度為700℃。

　　直插式氧化鋯氧量自動(dòng)分析儀的結(jié)構(gòu)

　　直插式氧化鋯氧量自動(dòng)分析儀的探頭為直插式，可直接置于被側(cè)氣樣中，不需附加取樣裝置，整套儀器由探頭、信號(hào)轉(zhuǎn)換器(氧量變送器)及有關(guān)附件組成。

　　2.1氧探頭

　　探頭部件是分析儀的核心，由陶瓷過(guò)濾器、氧化鋯管元件、加熱器、測(cè)溫?zé)犭娕技皻んw等主要部件組成。整個(gè)裝置采用全封閉型結(jié)構(gòu)。

　　氧化鋯管元件置于加熱器內(nèi)，由它產(chǎn)生氧濃差電勢(shì)信號(hào)。陶瓷過(guò)濾器主要的作用是過(guò)濾煙氣中的灰塵，防止污染電極。加熱器由加熱絲、爐管、保護(hù)套管等組成。熱電偶用來(lái)檢測(cè)電極元件部分的溫度與加熱控制電路配合實(shí)現(xiàn)氧化鋯元件的恒溫系統(tǒng)。

　　2.2信號(hào)轉(zhuǎn)換

　　氧化鋯氧量自動(dòng)分析儀的信號(hào)轉(zhuǎn)換器主要由檢測(cè)電路、溫度控制電路組成。檢測(cè)電路的作用是將氧化鋯產(chǎn)生的氧濃差電勢(shì)轉(zhuǎn)換為氧量并輸出4-20mADC。溫度控制電路是保證探頭電極部分的溫度為700℃，使氧濃差電勢(shì)與氧含量成單值函數(shù)關(guān)系。它由偏差信號(hào)放大器、PI控制器，可控硅控制電路等組成。

　　 3氧化鋯氧量自動(dòng)分析儀的安裝

　　 3.1氧化鋯探頭的安裝

　　 設(shè)備短節(jié)與法蘭焊接，按要求選好取樣位置(爐壁或管道)，開(kāi)一個(gè)Φ76的孔，將短節(jié)以水平方式焊接到設(shè)備上，焊接時(shí)要保證焊接處不漏氣。在選定取樣點(diǎn)位置后，Ψ76設(shè)備短節(jié)應(yīng)根據(jù)保溫厚度適當(dāng)穿過(guò)爐體溫磚，與爐體鋼殼焊牢，露出部分長(zhǎng)度大于60mm。

　　 氧探頭在剛開(kāi)始的安裝投運(yùn)中，考慮安裝地點(diǎn)選擇防止不合適，頻繁更換安裝地點(diǎn)，現(xiàn)總結(jié)出氧探頭的安裝中需要注意的問(wèn)題：

　　 1.所選的探頭安裝點(diǎn)必須能快速反映工藝狀況的變化情況；

　　 2.取樣點(diǎn)的溫度、壓力、流量等參數(shù)不應(yīng)變化太大

　　 3.氧探頭插入深度應(yīng)達(dá)到煙道氣流部位，避免死區(qū)

　　 4.切忌在管道、煙道底部開(kāi)口取樣

　　 5.取樣點(diǎn)附近爐膛、煙道應(yīng)無(wú)泄漏，否則將造成測(cè)量誤差

　　 6.要求選擇在易于維護(hù)、檢修的地方

　　 3.2信號(hào)轉(zhuǎn)換器的安裝

　　 信號(hào)轉(zhuǎn)換器的外行尺寸：280×220×100mm(水平×垂直×深)

　　 儀表盤(pán)表面的開(kāi)孔尺寸：272×212(水平×垂直)

　　 信號(hào)轉(zhuǎn)換器用隨即配備的安裝夾板及螺絲安裝在儀表盤(pán)上，亦可安裝在現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)箱內(nèi)。

　　 4氧化鋯氧量自動(dòng)分析的日常維護(hù)

　　 1、為了使氧化鋯分析儀測(cè)量準(zhǔn)確，必須定期用標(biāo)氣進(jìn)行校準(zhǔn)。標(biāo)定方法：先將標(biāo)氣流量調(diào)至500ml/min，然后去下探頭上的標(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。將變送器進(jìn)行標(biāo)定菜單，當(dāng)標(biāo)氣通過(guò)約3~5min后，顯示穩(wěn)定，這時(shí)調(diào)節(jié)變送器前面板上的顯示值，直到氧氣顯示和標(biāo)氣值相等。按下確認(rèn)鍵，取下標(biāo)氣連接管，重新堵上標(biāo)氣入口，儀器標(biāo)準(zhǔn)完畢，按下返回鍵，即可讀出記錄該值。

　　 2、由于氧化鋯是長(zhǎng)期在線檢測(cè)測(cè)量，煙氣中的粉塵含量大，氧化鋯探頭陶瓷過(guò)濾器和進(jìn)氣孔容易被堵塞，使用一段時(shí)間后必須定期拆出清理。

　　 3、由于氧化鋯電極所用的材料是鉑，而煙氣中含有大量的強(qiáng)還原性的氣體，如SO2、CO等容易使鋯頭失效，發(fā)生顯示值無(wú)變化現(xiàn)象，這時(shí)可以打開(kāi)標(biāo)氣口吹入空氣進(jìn)行清洗，如果顯示沒(méi)有變化，則需要更換鎬頭。

　　 4、更換鎬頭時(shí)，要注意保護(hù)電極與鎬頭螺旋接觸面，更換鎬頭后，反校正氧化鋯的氧濃度顯示值。如果不進(jìn)行此項(xiàng)工作，氧化鋯檢測(cè)的氧濃度可能會(huì)與實(shí)際濃度產(chǎn)生偏差，從而影響測(cè)量。

　　 5、氧化鋯退出使用時(shí)，不能在切斷電源情況下放置在煙氣管道內(nèi)，應(yīng)保持加熱器供熱供電以防止鎬頭和鋯管被腐蝕。

　　 6、氧化鋯分析儀在運(yùn)行中連續(xù)不斷地系統(tǒng)自檢，若有故障出現(xiàn)，儀表會(huì)顯示相應(yīng)的故障代碼，再做相對(duì)應(yīng)的維護(hù)措施。

　　 5維修案例

　　 案例1：氧化鋯氧分析儀變送器在運(yùn)行過(guò)程中顯示0.25并報(bào)警。進(jìn)行標(biāo)定發(fā)現(xiàn)加熱器，發(fā)現(xiàn)加熱器無(wú)供電電壓，更換另一臺(tái)變送器，故障依舊；檢查萬(wàn)用表正常；檢查變送器內(nèi)電路板，發(fā)現(xiàn)加熱器供電的固態(tài)繼電器沒(méi)有輸出。反復(fù)查看圖紙，發(fā)現(xiàn)固態(tài)繼電器是由氧化鋯探頭的溫度來(lái)控制的，2臺(tái)變送器都沒(méi)有輸出，而探頭沒(méi)有更換，問(wèn)題出在探頭的溫度檢測(cè)上。探頭的測(cè)溫元件是1個(gè)熱電偶，檢查熱電偶輸出，發(fā)現(xiàn)熱電偶已經(jīng)開(kāi)路，在變送器的溫度輸入端子上接入1個(gè)好的熱電偶，通電實(shí)驗(yàn)，氧化鋯氧分析儀工作恢復(fù)正常。

　　 案例2：氧化鋯氧分析儀變送器在運(yùn)行過(guò)程中儀表示值偏高，且顯示變化不大。首先檢測(cè)探頭內(nèi)溫度及溫度控制電路，均沒(méi)有問(wèn)題，后檢查氧化鋯管元件，用萬(wàn)用表測(cè)量其電極內(nèi)電阻發(fā)現(xiàn)內(nèi)阻為150Ω左右，故判斷為氧化鋯管元件故障（新的鋯管內(nèi)阻應(yīng)小于50Ω，如果鋯管內(nèi)阻不大與1000，可以適當(dāng)提高測(cè)量溫度繼續(xù)使用，更換新的氧化鋯管元件后，氧化鋯氧分析儀工作正常。）