氧化锆分析仪工作原理

1、氧化锆工作原理及特性：氧化锆陶瓷是一种固体电介质,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。在一定温度下,氧化锆测量管内外两侧通以氧浓度的气体,例如内侧通空气,作为参比气体,外则通过被测烟气。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：O2+4e→2O2- 管内壁氧化锆给出电子而带正电,生成的O2-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，从而产生浓差电势E。氧浓差电势E的大小,不仅与参比气体氧分压（一般用空气,值为20.6）和烟气中的氧分压有关，还和氧化锆的工作温度有关,更为重要的是氧化锆的导电特性和温度有直接关系。对氧化锆的导电特性——工作温度关系,一般情况下：

氧化锆的导电特性——工作温度关系测试结果

氧化锆工作温度

/0℃ 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750

氧化锆电极内阻

/Ω 136k 23k 18k 13k 8k 2.8k 400 123 44 19

由此可见,温度过低时,氧化锆探头巨大的内阻影响了它的导体特,二次分析仪已无法得到准确的氧浓差电势。为此,通常把氧化锆的理想工作温度定在650～800℃之间。

2、氧化锆氧量计的主要部件：氧化锆氧量计是由防尘装置、氧化锆管元件 ( 固体电解质元件 ) 、热电偶、加热器、校准气体导管、接线盒以及外壳壳体等主要部件组成。整个装置采用全封闭型结构，以增加整个装置的密封性能。材料采用耐高温、耐腐蚀的不锈钢材料制作，以提高使用寿命。

防尘装置由防尘罩和过滤器组成，能防止烟气中的灰尘进入氧化锆锆管内部，使锆管元件免受污染，并能起到缓冲气样的作用。

氧化锆管元件是氧探头的核心部件，由它产生氧浓差电势信号。氧化锆管元件是陶瓷类金属氧化物，使用时必须避免剧烈震动，以免损坏锆管元件。

热电偶是为测量锅炉、窑炉烟道中被测气体的温度和加热器恒温控制之用。

加热器的作用是提供氧化锆固体电解质元件正常工作所需的温度，从而使其在低于

600 ℃ 的被测烟气环境中正常工作。

3、氧化锆氧量计的基本分类：浮温型（普通型）、恒温型（加热型）。

氧量计安装位置附近的烟气温度应小于800℃ ，并且不能有明火、火星。安装位置必须不是烟气流量过大的地点或者烟气不流动的死角。因此建议安装在锅炉省煤器前、过热器后。

氧传感器可作水平安装也可以垂直安装。加热型传感器安装部位温度应< 550℃ ，浮温型传感器安装部位应在450 -700℃ 之间。浮温型传感器工作温度低，容易选择安装点

恒温加热式氧化锆氧量检测器（锆头）的自身运行温度要求是700℃,因此,氧量检测器（锆头）不能安装在温度高于700C的过热器前面,不允许安装在高温的炉膛里;准确的必须选择烟道内烟气温度在700℃以下的位置上。因此,插入安装的选择一般有两种：第一、过热器和省煤器之间;第二、省煤器和空预器之间。这两种安装位置都能满足锅炉运行的烟气检测要求,区别只在于锆头自身的寿命长短不同、测量反应速度稍有不同和对烟道密闭性要求有别。

在过热器和省煤器之间安装锆头,同样会受到现场位置空间的限制,结果往往会不得不将锆头安装在烟道弯头的节点上,由于受到不稳定烟气的流速变化造成锆头的测量工作不正常,并且很快将锆头的金属管磨损,造成了锆头的使用寿命缩短一半。因此,对这个位置的选择要慎重,要根据烟道空腔形状大小仔细判断弯道部位的烟气运行状态方能决定。

恒温加热式氧化锆氧量分析仪的工作性能和技术指标与普通的氧化锆探头有很大的不同,恒温加热功能克服了对烟气温度的依赖,延长了自身寿命。如果将恒温加热式的探头安装在过热器前面、安装在几乎接近炉膛的位置处,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。

恒温加热式氧化锆氧量分析仪的探头安装位置最好选择密闭性能良好的烟道内,而且插装在一、二级省煤器和空预器（或者一、二级省煤器）之间的烟道中央。

氧量计的安装方向，必须是氧量计的过滤器背对烟气的方向。

要求烟道漏气较小氧量计安装在较方便更换的位置。

4、氧量计测量的是燃烧后的氧量，实际上就是空气与煤燃烧后剩余的氧量，可依据氧量判断风量煤量的配比是否合适，另外还可以通过不同烟道位置的氧量来测量烟道的漏风系数和监测烟道再燃烧。

5、我厂测点布置：东锅300MW锅炉，配脱销、脱硫。

高过与低过之间烟道转向室一个。

省煤器和空预热之间一个。

6、现代电站锅炉的控制盘上，为什么大装氧量表，而不用CO2表？

通过测定烟气中的CO2值和O2值，可以推算过量空气系数a，用以衡量送风量的大小，因而可根据CO2值或O2值来调节送风量。

过去锅炉控制盘上多装CO2表，也就是根据烟气中的CO2值来调节风量。现代电站锅炉控制盘上大多装O2表，也就是以烟气中的O2值来调节风量的主要信号。为什么会有这样的变化呢？主要因为：

（1）烟气中CO2值与燃料种类有关，煤种不同对应的RO2max值也不同，相同的CO2值会对应不同的过量空气系数a值。若只根据CO2值调节风量，在煤种变化时，可能会出现错误的调节。

（2）CO2值的大小，不仅与a有关，还与是否完全燃烧有关，一般，CO2值小意味着a大，应减小送风，这仅在完全燃烧时才是正确的。而当不完全燃烧时，一部分碳生成一氧化碳，二氧化碳生成量减小，烟气中CO2值下降。这时，正确的调节是增加风量，而不是减少风量。因此，根据CO2表的指示调节的准确性。

（3）CO2表的时滞大，也会影响调节的准确性