氧化鋯分析儀測(cè)氧原理及應(yīng)用

1、中國(guó)電力( )氧化鋯分析儀測(cè)氧原理及應(yīng)用作者：侯典來(lái) 單位：中國(guó)國(guó)電集團(tuán)公司菏澤發(fā)電廠熱工摘要：本文通過(guò)氧化鋯分析儀在菏澤電廠的成功應(yīng)用案例，詳細(xì)論述了125MW機(jī)組鍋爐采用氧化鋯氧量變送器測(cè)定煙氣中的含氧量工作原理，儀器結(jié)構(gòu)、 性能和標(biāo)定方法，鋯頭安裝與更換，故障判斷和消除等。關(guān)鍵詞：氧化鋯，標(biāo)定1前言針對(duì)#1機(jī)組送風(fēng)單耗升高、氧量高負(fù)荷上不去問(wèn)題進(jìn)行了全面分析，通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，送風(fēng)機(jī)全開(kāi)，氧量只有 4.0%左右，同時(shí)送風(fēng)機(jī)單耗上升 0.45kwh/tq，引 風(fēng)機(jī)單耗也有0.1-0. 2 kwh/tq的升高，同時(shí)甲側(cè)煙道伴隨排煙溫度降低，甲側(cè)排煙溫度約比乙側(cè)低21C，判斷為預(yù)熱器甲側(cè)漏風(fēng)，安排

2、熱力試驗(yàn)進(jìn)行漏風(fēng)測(cè) 試，發(fā)現(xiàn)甲側(cè)預(yù)熱器漏風(fēng)率高達(dá)18鳩上。#1爐預(yù)熱器甲側(cè)漏風(fēng)嚴(yán)重，嚴(yán)重影響送風(fēng)單耗，高負(fù)荷氧量上不去，利用停爐 機(jī)會(huì)檢查消除#1爐預(yù)熱器內(nèi)部漏風(fēng)點(diǎn)。本次#1爐停爐備用期間，對(duì)預(yù)熱器漏風(fēng) 管子進(jìn)行了封堵，2004年8月24日開(kāi)機(jī)后觀察，同負(fù)荷、同氧量下，送風(fēng)耗電 率降低0.029個(gè)百分點(diǎn)，引風(fēng)耗電率降低0.009個(gè)百分點(diǎn)，送、引風(fēng)耗電率合計(jì) 降低0.038個(gè)百分點(diǎn)。菏澤電廠125MW機(jī)組采用氧量信號(hào)校正風(fēng)量指令，如下圖 1所示。甲含氧量乙側(cè)畑氣含氧量調(diào)逵級(jí)壓力FGC-SELR001RI02QCCIOCC.OUTAT1AE-2T&麗f (x)l FVL-FX RI01皙不

3、用RIOSRIOSdiv io tn AFSUOCC.SFT禍爐指令I(lǐng).nrr LNIC:FT-CAI£ M02T RI03B0-CA1JC甲BO-FXlfblR003實(shí)際鳳星BO-CALC RCKRI05I ®亜MF 鳳量券令國(guó)i ATSC氧量校正回跖OCC風(fēng)量指令送至送風(fēng)控制系統(tǒng)，去控制甲乙送風(fēng)機(jī)偶合器勺管開(kāi)度， 從而控制送風(fēng) 量；風(fēng)量指令與實(shí)際送風(fēng)量的偏差經(jīng)過(guò) RAFC塊的PI運(yùn)算輸出，作為前饋信號(hào)引 入引風(fēng)控制系統(tǒng)，控制甲乙引風(fēng)機(jī)偶合器勺管開(kāi)度，從而控制爐膛負(fù)壓。2測(cè)氧原理中國(guó)電力( )如圖2所示，在氧化鋯管底的內(nèi)外表面有兩個(gè)鉑電極，即參比電極和測(cè)量電極, 分別帶有

4、兩根鉑引線，構(gòu)成一個(gè)氧化鋯測(cè)氧電池，即氧濃差電池。gongK中國(guó)電力( )中國(guó)電力( )圖 測(cè)氧電池結(jié)構(gòu)原理團(tuán)1氧化錯(cuò)管：2測(cè)量電極CP） : 3參比電池【；Fo一一空氣含甄量；F一一煙氣含氧量測(cè)氧時(shí)，參比電極（Po）I S +4e20H f測(cè)量電極（P） : 20Z03 +4b池電勢(shì)（E）: E（mV）=（RT/4F）ln（FVP）公式1式中:E氧化皓探頭信號(hào)m¥ ） ： R一氣體竄數(shù)；T絕對(duì)溫度；F一一法拉第常數(shù)：h 一一空氣氧百分含（20陸）設(shè)r So= CRT/4F）r =2. 303 £ , !j?JiE= SoJLn（Po/P）二（p心/p） .- “一

5、1;-2現(xiàn)場(chǎng)池為*T5od將上式中的氣體常數(shù)K與法拉第常數(shù)F代入計(jì)算氐 得:E=50. 741 ln（Po/P）公式3實(shí)際氧化錯(cuò)電池存在溫差電勢(shì)、接觸電勢(shì)、極化電勢(shì)、參比電勢(shì)和腐蝕電勢(shì)，從而產(chǎn)生 本底電勢(shì)，用E。表示上述5項(xiàng)電勢(shì)之和，實(shí)際計(jì)算公式洵：£.=50. 741 ln（P#/P）H-Eo3 探頭結(jié)構(gòu)采用Z0-12B型氧化錯(cuò)探頭，其結(jié)構(gòu)如圖3-6安裝法蘭：7探頭外殼；8標(biāo)氣管：9過(guò)濾器：10元件密封圈現(xiàn)場(chǎng)更換探頭后按鏡接線板：5一一標(biāo)氣入口：該型探頭主要由以下組件組成：氧化鋯元件為探頭的關(guān)鍵部件，以它為主體構(gòu)成 測(cè)氧電池，包括氧化鋯管及涂制在管底部的鉬電極和電極引線，電極引線可

6、將信號(hào)引出；加熱爐用于加熱氧化鋯管，使它恒定在設(shè)定溫度（780土 10C）上；標(biāo)氣管用于接通 標(biāo)氣，校準(zhǔn)探頭；熱電偶用于測(cè)量氧電池中的溫度，接入變送器溫控系統(tǒng)；接線板設(shè)有信號(hào)、 熱電偶和加熱爐三對(duì)接線柱，其它還有過(guò)濾器、安裝法蘭和探頭外殼。4氧量變送器原ZO-12 （Q型氧量變送器的原理圖如圖 4所示，有兩部分組成。本底變換1O-lOiiA4-20mA信號(hào)佔(zhàn): _ _本底佰氣 i也溫于.負(fù)載圖4氧量變送辭原理圖4.1氧莖運(yùn)算部分由本地調(diào)節(jié)、自檢、信號(hào)、氧量轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換四部分組成本底調(diào)節(jié)的作用是 校準(zhǔn)本底電勢(shì)氐對(duì)測(cè)量的彩響.本底電勢(shì)調(diào)節(jié)值和探頭信號(hào)賒是從差分旗大器的不同 輸入端進(jìn)行差分枚大后變咸能

7、進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量的探頭信號(hào)（E= E-Ec） o自檢信號(hào)的作用 是內(nèi)設(shè)一個(gè)相當(dāng)于5購(gòu)行20C）的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)29. 7mV,以校驗(yàn)氧堇轉(zhuǎn)換系數(shù)是否正常.« 童轉(zhuǎn)換部分包括差分放大和反對(duì)數(shù)戰(zhàn)大，將（E-Eo）的信號(hào)按収夢(mèng)魏校準(zhǔn)公式轉(zhuǎn)換為氧 量信號(hào).電壓/電流轉(zhuǎn)換為可供自控系統(tǒng)接收的4曲皿標(biāo)準(zhǔn)信號(hào).4.2溫控部分溫控部分的作用是將探頭中測(cè)氧電池的溫度定在（780土 10C）范圍內(nèi)，由裝在 探頭中的熱電偶將池溫信號(hào)ET輸?shù)綔乜仉娐?，?jīng)過(guò)冷端補(bǔ)償和斷偶保護(hù)，再放 大100倍后加到比例積分電路，并與池溫設(shè)定電勢(shì)3.24V比較，其比較結(jié)果送移 相觸發(fā)電路，產(chǎn)生可變周期的脈沖，以觸發(fā)固態(tài)繼電器，由于脈沖周

8、期不同，所 以，可控制固態(tài)繼電器中可控硅的導(dǎo)通角，從而改變探頭加熱爐的加熱功率，達(dá) 到恒溫的目的。4.3前面板功能鍵ZD-lZtQJ型氧化皓氧另折器5.0利用面板功能餐現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試該變送器前面板功能鍵如圖5所示，它設(shè)有七個(gè)功能鍵和一個(gè)本底調(diào)節(jié)，內(nèi)容包 括：四參數(shù)顯示鍵：氧量一一顯示煙氣含氧量，信號(hào)一一顯示探頭信號(hào)，本底一 顯示本底電勢(shì)，池溫一一顯示探頭氧化鋯電池溫度；上排三個(gè)鍵為獨(dú)立操作鍵， 互不影響，包括數(shù)顯開(kāi)關(guān)，兩個(gè)量程轉(zhuǎn)換（10唏口 20%，自檢內(nèi)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)代 替探頭信號(hào)，用于檢驗(yàn)變送器的氧量轉(zhuǎn)換部分是否正常； 本底電勢(shì)用于標(biāo)氣校驗(yàn) 時(shí)，調(diào)試該電位器以校準(zhǔn)本底電勢(shì)的影響。本底調(diào)節(jié)數(shù)顯量程自檢

9、X10%5 0±0.2 *20%氧星信號(hào)本底池溫I ”111 E1応匚疋I疋 電源圖5氧昱變送器前面板功能鍵該變送器設(shè)有兩個(gè)保護(hù)功能：斷偶保護(hù)用于當(dāng)熱電偶斷后，該線路部分將輸入一中國(guó)電力( )個(gè)約34mV勺假熱偶信號(hào)，自動(dòng)斷開(kāi)加熱爐電源，保護(hù)探頭以免燒壞；超溫保護(hù) 用于當(dāng)溫控系統(tǒng)出現(xiàn)故障而失控時(shí)，池溫升至820C，超溫保護(hù)系統(tǒng)將控制電源恒定在820 E，避免探頭燒壞。5在線標(biāo)定：氧化鋯電池老化、積灰、SO2和SO3對(duì)電池的腐蝕等許多干擾因素的影響，運(yùn) 行過(guò)程中，儀器參數(shù)將發(fā)生逐漸變化，而給測(cè)量帶來(lái)誤差，電池老化表現(xiàn)在內(nèi)阻 升高和本底電勢(shì)增大兩個(gè)主要參數(shù)上。內(nèi)阻大于800 Q或本底電勢(shì)

10、增大到（一25一30） mV寸，氧量顯示出現(xiàn)跳動(dòng)現(xiàn)象，響應(yīng)遲緩。為了使測(cè)量準(zhǔn)確，必須定 期用標(biāo)氣進(jìn)行校準(zhǔn)。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（35） min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，按下本底鍵，即可讀出記 錄該值。中國(guó)電力( )6況2000年口月25 S-甲乙側(cè)氧量有時(shí)IH差達(dá)到1. 2%，通過(guò)配合中國(guó)原子能科學(xué)研究院黃 媾東工程師，#1，#2爐的氧表進(jìn)行檢查，變送器、探頭均正常，用標(biāo)氣校準(zhǔn)，兩臺(tái)爐氧量 均正常.

11、氧量參數(shù)標(biāo)走表1項(xiàng)目&A C *0i J本地電勢(shì)（判爐甲側(cè)5 4-2.1乙側(cè)5.5'-2.4耗爐甲側(cè)5.7-3.0乙側(cè)5 4-3 0#1爐耄表甲側(cè)運(yùn)行口個(gè)月，正常；粗爐氧表乙側(cè)運(yùn)行2個(gè)月，正常.通過(guò)檢查，探頭、變送器均正常，兩側(cè)氧壘偏差1.0臨不是探頭問(wèn)題，可能漏風(fēng)、調(diào)節(jié)有聯(lián)系， 應(yīng)從這方蔚拔間題.氧量表最好3個(gè)月或&個(gè)月校驗(yàn)一次，短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)兩側(cè)偏差超過(guò)不是氧表間題；隨著 使用時(shí)間朗增加，本地電勢(shì)逐漸増大.知兇年吁月3日，不同負(fù)荷下，有時(shí)偏差達(dá)1.5熱檢查氧重變迸器的蔘數(shù)如下：兩氧重翕數(shù)檢查表2項(xiàng)目自檢（楓）信號(hào)C mV)池遍（貯J本底(mV )甲側(cè)5. 129.5T45-2 5乙測(cè)5.229 BT50一二匸中說(shuō)明變送器型題，更換粗爐甲乙側(cè)氧量探頭，24小時(shí)后用標(biāo)吒標(biāo)定后，恢復(fù)正常，目前偏差僅0. 06%,如圖6所示.I4t IS *-3-ME6 #1爐甲乙側(cè)氧呈運(yùn)行曲線參考文獻(xiàn)1管怡和，阮勇，周建莉JJG535-88，氧化