zo系列氧化鋯氧量分析儀使用說明書

1、-PAGE . z. . .可修編. .目 錄-. z. TOC o 1-4 h z u HYPERLINK l _Toc1840096011 概述 PAGEREF _Toc184009601 h 1HYPERLINK l _Toc1840096022 儀器測量原理 PAGEREF _Toc184009602 h 2HYPERLINK l _Toc1840096033 儀器主要技術(shù)參數(shù) PAGEREF _Toc184009603 h 3HYPERLINK l _Toc1840096044 儀器簡介 PAGEREF _Toc184009604 h 3HYPERLINK l _Toc1840096

2、054.1 儀器組成 PAGEREF _Toc184009605 h 3HYPERLINK l _Toc1840096064.2 各局部簡介 PAGEREF _Toc184009606 h 4HYPERLINK l _Toc1840096074.2.1 探頭簡介 PAGEREF _Toc184009607 h 4HYPERLINK l _Toc1840096084.2.2 變送器簡介 PAGEREF _Toc184009608 h 4HYPERLINK l _Toc1840096094.2.2.1 根本構(gòu)造 PAGEREF _Toc184009609 h 4HYPERLINK l _Toc18

3、40096104.2.2.2 根本操作 PAGEREF _Toc184009610 h 5HYPERLINK l _Toc1840096114.2.2.3 根本設(shè)置 PAGEREF _Toc184009611 h 6HYPERLINK l _Toc1840096125 儀器檢驗(yàn) PAGEREF _Toc184009612 h 6HYPERLINK l _Toc1840096136 儀器安裝 PAGEREF _Toc184009613 h 8HYPERLINK l _Toc1840096146.1 安裝前的準(zhǔn)備 PAGEREF _Toc184009614 h 8HYPERLINK l _Toc1

4、840096156.1.1 探頭安裝位置的選擇 PAGEREF _Toc184009615 h 8HYPERLINK l _Toc1840096166.1.2 爐體法蘭的焊接 PAGEREF _Toc184009616 h 9HYPERLINK l _Toc1840096176.1.3 現(xiàn)場布線 PAGEREF _Toc184009617 h 9HYPERLINK l _Toc1840096186.2 安裝 PAGEREF _Toc184009618 h 10HYPERLINK l _Toc1840096196.2.1 變送器的安裝 PAGEREF _Toc184009619 h 10HYPE

5、RLINK l _Toc1840096206.2.2 探頭的安裝 PAGEREF _Toc184009620 h 10HYPERLINK l _Toc1840096216.3 現(xiàn)場連線 PAGEREF _Toc184009621 h 11HYPERLINK l _Toc1840096227 儀器校準(zhǔn) PAGEREF _Toc184009622 h 11HYPERLINK l _Toc1840096237.1 校準(zhǔn)前的準(zhǔn)備 PAGEREF _Toc184009623 h 11HYPERLINK l _Toc1840096247.2 校準(zhǔn)方法 PAGEREF _Toc184009624 h 11H

6、YPERLINK l _Toc1840096258 儀器日常維護(hù)與常見故障排除 PAGEREF _Toc184009625 h 13HYPERLINK l _Toc1840096268.1 儀器日常維護(hù) PAGEREF _Toc184009626 h 13HYPERLINK l _Toc1840096278.2 常見故障的分析與排除 PAGEREF _Toc184009627 h 13-. z.1 概述氧化鋯氧分析儀主要用于測定鍋爐煙氣中的氧分壓即氧氣的體積百分?jǐn)?shù)含量簡稱氧含量或氧量，對于保障鍋爐運(yùn)行平安、提高燃料燃燒效率及減少環(huán)境污染將起到重要作用。其應(yīng)用場所主要有：火電廠鍋爐；煉油廠加熱爐

7、和輸油管道加熱爐；冶煉廠加熱爐和均熱爐；化工、輕紡、食品加工、制藥、水泥和采暖等企業(yè)的工業(yè)鍋爐。燃料燃燒效率與空氣過剩系數(shù)密切相關(guān)。在燃燒過程中，當(dāng)空氣過剩系數(shù)太小即氧量缺乏時(shí)，由于燃料未充分燃燒而導(dǎo)致熱效率降低，且排出的未完全燃燒氣體也將對導(dǎo)致環(huán)境污染；而當(dāng)空氣過剩系數(shù)太大即氧量過多時(shí)，雖然能使燃料充分燃燒，但過?？諝鈳ё叩臒崃慷啵矊?dǎo)致熱效率降低，同時(shí)過量氧氣使煙氣中硫化物和氮氧化物含量增大，同樣導(dǎo)致環(huán)境污染。因此，通過安裝氧化鋯氧分析儀，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測煙氣中的氧含量，調(diào)節(jié)空氣和燃料的最正確配比，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化燃燒，在節(jié)能減排與平安環(huán)保等方面具有重要意義。 中國原子能科學(xué)研究院始建于1950年，是

8、中國核科學(xué)技術(shù)的發(fā)祥地，是以核科學(xué)為主、多學(xué)科并存的綜合性大型科研基地，是我國兩彈一艇事業(yè)的搖籃。氧化鋯開發(fā)研究室是院下屬的集科研、產(chǎn)品開發(fā)和市場營銷為一體的綜合性實(shí)體，從事氧化鋯測氧技術(shù)的研究已30余年，編寫了國內(nèi)本行業(yè)第一本專著：氧離子固體電解質(zhì)濃差電池與測氧技術(shù)。該技術(shù)曾先后屢次榮獲國家創(chuàng)造獎及部科技成果獎。在這一系列科研成果的根底上，成功研制出ZO系列氧化鋯氧分析儀。該產(chǎn)品曾在國際博覽會上獲同類產(chǎn)品最高質(zhì)量獎，并在全國氧化鋯氧分析儀行業(yè)質(zhì)量評比中榮獲一等獎。2001年，該產(chǎn)品通過ISO9001國際質(zhì)量體系認(rèn)證。此后，我院開發(fā)并推出了防硫型、高溫型等多種型號的氧化鋯氧分析儀，以滿足不同用

9、戶的需求。2 儀器測量原理ZO系列氧化鋯氧分析儀是利用氧濃差電池原理來測定氣體中氧含量的電化學(xué)分析儀器。在理想狀態(tài)下，當(dāng)氧化鋯元件到達(dá)工作溫度且內(nèi)外電極外表的氧含量不相等時(shí)，便構(gòu)成一個氧濃差電池，產(chǎn)生電池電動勢，電池電動勢與電極外表氧濃度關(guān)系符合能斯特(Nernst)方程： (1)式中：E 濃差電池電動勢，mV；R 氣體常數(shù)，8.3145Jmol1K1；F 法拉第常數(shù)，96485.309Cmol-1；T 絕對溫度，K；P0 參比氣體氧分壓，%；P 被測氣體氧分壓，%。由于受各種因素的影響，實(shí)際測量并非在理想狀態(tài)下進(jìn)展，因此需要對1式進(jìn)展校正，校正后得到新的方程： 2 本設(shè)計(jì)中P0為空氣中氧含量

10、21.00，k和E0值均可以通過校正得到。通過測定氧化鋯電池電勢信號Em，并將其輸送至變送器，變送器將根據(jù)2式，計(jì)算出被測氣體的氧含量P 值。 嚴(yán)格地說，氧化鋯氧分析儀測量的是惰性氣體中的氧含量，當(dāng)煙氣中含有可燃性氣體時(shí)，測得的氧含量值將偏小。3 儀器主要技術(shù)參數(shù) 測量*圍：025.00Vol%O2； 測量精度：1級； 量程選擇：010Vol%O2或020Vol%O2； 工作溫度：7505； 響應(yīng)時(shí)間：3秒到達(dá)90%； 輸出方式：DC 010mA或DC 4mA20mA電流線性輸出； 探頭長度：500mm1200mm； 變送器箱體尺寸高寬深：墻掛式Q型：320mm240mm110mm；盤裝式P型

11、：160mm160mm400mm；80mm160mm320mm臥式；160mm80mm320mm立式；直插式探頭安裝點(diǎn)煙氣溫度：600300-500最正確；安裝點(diǎn)允許最大壓差：2KPa； 環(huán)境溫度：變送器-555, 探頭70；工作電源：AC 220V22V，50Hz。 對于不同型號探頭，其值可能略有不同，本文均以工作溫度為750的ZO-12B探頭為例說明。假設(shè)工作溫度不同，將文中涉及溫度750改為對應(yīng)工作溫度值即可。 不同型號探頭長度不同。4 儀器簡介4.1 儀器組成 該儀器主要由探頭和變送器兩大局部組成。探頭實(shí)際上是一種裝有氧化鋯電池的氧傳感器，其主要作用就是輸出被測氧量所對應(yīng)的電勢信號值。

12、變送器主要有兩大功能：一是穩(wěn)定控制探頭的工作溫度；二是將從探頭輸入的電勢信號值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的氧量值，并將氧量值轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的電流值輸出。4.2 各局部簡介4.2.1 探頭簡介探頭由氧化鋯元件、加熱爐、K型熱電偶、過濾器、信號引線、接線盒及不銹鋼殼體等組成，其構(gòu)造如圖1所示：圖1 探頭構(gòu)造示意圖1.過濾器 2.氧化鋯元件 3.加熱爐 4.外殼 5. 信號引線 6.標(biāo)氣管 7.元件法蘭 8.K型熱電偶 9.法蘭 10.接線盒各主要部件作用：氧化鋯元件是探頭的核心部件，由其產(chǎn)生電勢信號；加熱爐將氧化鋯元件加熱到設(shè)定的工作溫度；熱電偶作為溫度傳感器，用來測量加熱爐的溫度；信號引線將氧化鋯元件所產(chǎn)生的電勢信

13、號輸送到變送器。4.2.2 變送器簡介4.2.2.1 根本構(gòu)造變送器主要由主電路板、操作顯示面板、接線端子和機(jī)箱等組成。主電路由氧濃差電勢信號放大器、熱電偶電勢信號放大器、電源單元、中央處理單元、溫控單元、顯示單元及輸出單元等局部組成。 圖2 變送器電路原理框圖從圖2可見，探頭產(chǎn)生的氧濃差電勢信號、熱電偶電勢信號經(jīng)分別放大后，由多路選擇開關(guān)將其輸入A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后由CPU根據(jù)能斯特方程計(jì)算出氧量值，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換、光電隔離及V/I轉(zhuǎn)換，最后得到DC 010mA或DC 4mA20mA的電流信號輸出。4.2.2.2 根本操作變送器的根本操作都在操作顯示面板上完成。變送器操作顯示面板如圖

14、3所示。 各局部功能：中央為LED數(shù)碼顯示管(以下簡稱LED)，顯示相關(guān)的參數(shù)值。左側(cè)為參數(shù)顯示狀態(tài)指示燈，LED顯示的數(shù)值為指示燈亮者所對應(yīng)的參數(shù)值。右側(cè)分別為空氣校準(zhǔn)和標(biāo)氣校準(zhǔn)電位 圖3 變送器操作顯示面板圖器，用來校準(zhǔn)儀器，以提高測量精度。下方為操作按鈕，由其決定LED顯示內(nèi)容。 具體操作：將變送器電源開關(guān)撥至開后，探頭加熱爐開場升溫，指示燈亮，LED顯示探頭加熱爐溫度值。當(dāng)加熱爐溫度到達(dá)600時(shí)，O2指示燈亮，變送器電路將自動運(yùn)算并顯示測得的氧量值。此后，LED顯示內(nèi)容由操作按鈕決定。如：當(dāng)按住自檢時(shí)，O2指示燈亮，LED顯示自檢氧量值；當(dāng)按住電勢時(shí)，mV指示燈亮，LED顯示電池電勢信

15、號值；當(dāng)按住溫度時(shí)，指示燈亮，LED顯示加熱爐溫度值；當(dāng)按下標(biāo)定時(shí)，cal 指示燈亮，此時(shí)可以校準(zhǔn)儀器；校準(zhǔn)以后按下測量，LED顯示被測氧量值，儀器進(jìn)入測量狀態(tài)。儀器校準(zhǔn)的具體操作詳見第7章儀器校準(zhǔn)局部。 如果安裝的是新探頭，開機(jī)后可能出現(xiàn)mV指示燈亮、LED顯示為HHHH并閃爍的現(xiàn)象，這是由于新探頭內(nèi)保溫材料含水分過多造成氧電勢信號過大而超出量程，一般情況下，開機(jī)后1小時(shí)左右儀器將正常工作。 自檢功能是為診斷變送器運(yùn)算電路是否正常而設(shè)置的，其自檢氧量值不代表探頭所測氧量值。4.2.2.3 根本設(shè)置量程設(shè)置：變送器主電路板上設(shè)置了量程轉(zhuǎn)換跳線開關(guān)。當(dāng)把跳線插在左邊兩個并排的引腳上即靠近電路板S

16、1位置時(shí)，選擇氧量量程為020%，此時(shí)電流輸出值DC 010mA或DC 4mA20mA都是分別與該量程對應(yīng)的值；當(dāng)把跳線插在右邊兩個并排的引腳上即遠(yuǎn)離S1位置時(shí)，選擇氧量量程為010%，此時(shí)電流輸出值DC 010mA或DC 4mA20mA都是分別與該量程對應(yīng)的值。初始量程設(shè)置為020%，如需010%量程，將跳線插在右邊兩個引腳上即可。電流輸出設(shè)置：變送器設(shè)有兩檔電流輸出：DC 010mA和DC 4mA20mA。初始電流設(shè)置為DC 4mA20mA信號輸出，如用戶需要DC 010mA信號輸出，需在訂貨時(shí)注明。5 儀器檢驗(yàn)儀器在發(fā)貨前已經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，并附合格證，但運(yùn)輸過程中可能因碰撞使其損壞。

17、因此，用戶在使用儀器前，應(yīng)先進(jìn)展開箱檢驗(yàn)，判斷儀器正常前方可上爐安裝。具體操作步驟如下：1翻開探頭接線盒，用萬用表分別測量加熱爐及熱電偶兩端的電阻值，判斷在運(yùn)輸中有無造成斷線或接觸不良現(xiàn)象。2判斷無故障后，用符合要求的三組導(dǎo)線參考節(jié)分別將探頭加熱爐、熱電偶和信號接線端子與變送器對應(yīng)接線端連接好參考圖4、圖5。3將外接電源接在變送器AC220V端子上。4接通電源，加熱爐開場升溫，當(dāng)?shù)竭_(dá)600后，儀器自動轉(zhuǎn)為氧量值顯示。按住操作面板上的自檢鍵，假設(shè)顯示為5.000.20，說明變送器氧量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)正常。量程轉(zhuǎn)換只影響對應(yīng)電流輸出值，而與變送器本身的氧量值顯示無關(guān)。對于ZO12B型探頭，加熱爐阻值一般為

18、15020，熱電偶阻值一般為3.50.5。對于不同型號產(chǎn)品，其值略有不同。詳見4.2.2.2 根本操作局部。(5穩(wěn)定一段時(shí)間后，測量探頭信號線兩端的電阻及電勢值，假設(shè)電阻小于1K、電勢絕對值逐漸減小且穩(wěn)定后小于10mV，說明探頭完好，可以進(jìn)展現(xiàn)場安裝。 將探頭與變送器相應(yīng)端連接時(shí)，注意不要錯接、虛接或正負(fù)極反接。 請勿將外接電源接入變送器或探頭的信號、熱電偶或 加熱爐接線端，否則，將造成儀器損壞，損失由用戶承當(dāng)。圖4 墻掛式變送器與探頭接線圖圖5 盤裝式變送器與探頭接線圖6 儀器安裝6.1 安裝前的準(zhǔn)備6.1.1 探頭安裝位置的選擇正確選擇探頭安裝點(diǎn)，對于提高測量準(zhǔn)確性和延長探頭使用壽命有著重

19、要意義。選擇安裝點(diǎn)的原則： 安裝點(diǎn)的煙氣溫度不宜過高，否則會縮短探頭的使用壽命，推薦安裝點(diǎn)最正確煙氣溫度在300500*圍內(nèi)； 安裝點(diǎn)應(yīng)選在煙氣流動性好的位置，切忌安裝在爐內(nèi)側(cè)、死角、渦流或縮口處。因?yàn)闋t內(nèi)側(cè)和死角處氧量變化響應(yīng)滯緩，渦流處氧量波動大，而縮口處沖刷大易灰堵； 安裝點(diǎn)處應(yīng)有操作平臺，有利于探頭的安裝、校準(zhǔn)和維護(hù)； 安裝點(diǎn)負(fù)壓不能過大，一般應(yīng)2KPa，以免產(chǎn)生測量偏差； 安裝點(diǎn)附近應(yīng)絕對密封，不應(yīng)出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，否則會使氧量測量值偏高； 探頭安裝位置應(yīng)符合鍋爐構(gòu)造特點(diǎn)。對于電廠鍋爐和工業(yè)爐來說，推薦安裝點(diǎn)如圖6所示。旁路煙道安裝圖如圖7所示。圖6 電廠鍋爐和工業(yè)爐推薦安裝點(diǎn) 圖7 旁

20、路煙道安裝圖6.1.2 爐體法蘭的焊接ZO系列氧化鋯氧分析儀的 爐體法蘭大小一樣，但長度不同。爐體法蘭構(gòu)造示意圖如圖8所示。為了保證爐體法蘭在焊接后有良好的密封性，用戶需自備一段長度等于爐壁厚的102mm5mm的爐墻管和一塊約5mm厚的方形鋼板大小視現(xiàn)場情況而定。在方板中心開一個 圖8 爐體法蘭90mm的圓孔，將爐體法蘭焊在該孔中，方板再與爐墻管焊接在一起參考圖9。圖9 爐體法蘭的焊接6.1.3 現(xiàn)場布線變送器與探頭之間用3組導(dǎo)線連接，分別為： 氧電勢信號線：1.0mm21.5mm2，雙芯金屬屏蔽電纜； 熱 電 偶 線：1.0mm21.5mm2，雙芯鎳鉻-鎳硅補(bǔ)償導(dǎo)線； 加 熱 爐 線：1.2

21、mm21.5mm2，雙芯普通電纜。6.2 安裝6.2.1 變送器的安裝墻掛式即Q型變送器是靠四個M620的螺栓用戶自備安裝在現(xiàn)場的適宜位置圖10。盤裝式即P型變送器有三種，均安裝在儀表盤上，其開孔尺寸高寬分別為153mm153mm、76mm153mm臥式和153mm76mm立式。6.2.2 探頭的安裝探頭可在停爐狀態(tài)下安裝，也可以在開爐狀態(tài)下安裝，其安 圖10 墻掛式變送器安裝圖裝示意圖如圖11所示。由圖可見，安裝時(shí)將探頭用4個螺栓固定在爐體法蘭上即可，探頭法蘭標(biāo)準(zhǔn)尺寸如圖12所示。圖11 探頭安裝示意圖 圖12 探頭法蘭尺寸圖 Q型變送器安裝點(diǎn)環(huán)境溫度為555，并注意防水、防塵。探頭安裝操作

22、十分簡單，但要注意以下環(huán)節(jié)：探頭內(nèi)的核心部件為陶瓷易碎品，搬運(yùn)時(shí)應(yīng)輕拿輕放，防止 劇烈振動，以免損壞； 假設(shè)在開爐狀態(tài)下安裝，應(yīng)將探頭在插入爐內(nèi)1/3長度時(shí)，停留23分鐘，再緩緩插入，以防驟熱損壞氧化鋯元件；探頭過濾器的金屬面必須對著煙氣流向，以防過濾器陶瓷因受沖刷而被損壞；兩法蘭之間應(yīng)放置石棉墊圈，并擰緊4個螺栓，以防漏氣。 6.3 現(xiàn)場連線待變送器和探頭分別安裝完畢后，按要求用三組導(dǎo)線將變送器與探頭相連。 7 儀器校準(zhǔn)7.1 校準(zhǔn)前的準(zhǔn)備確認(rèn)儀器連線準(zhǔn)確無誤后，翻開變送器電源開關(guān)，探頭加熱爐開場升溫，此時(shí)變送器LED顯示其溫度值。當(dāng)溫度到達(dá)600時(shí)，變送器自動顯示氧量值。當(dāng)溫度到達(dá)750并

23、穩(wěn)定后，儀器進(jìn)入測量狀態(tài)。雖然儀器進(jìn)入測量狀態(tài)，但在運(yùn)行前期測量值可能有較大偏差或波動，這屬于正常情況。一般探頭大約需要運(yùn)行24小時(shí)后，顯示值才能趨于平穩(wěn)，雖然此時(shí)指示正常，但測量結(jié)果并不一定十分準(zhǔn)確，應(yīng)該進(jìn)展校準(zhǔn)工作。7.2 校準(zhǔn)方法本儀器采用兩點(diǎn)校準(zhǔn)法，即空氣校準(zhǔn)和標(biāo)氣校準(zhǔn)。第一步為空氣校準(zhǔn)，操作步驟如下：1將探頭標(biāo)氣入口翻開，使空氣自動進(jìn)入探頭；2待顯示穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)變送器操作顯示面板上空氣校準(zhǔn)電位器，使顯示為21.000.20。 詳見4.2.2.2 根本操作局部。第二步為標(biāo)氣校準(zhǔn)，操作步驟如下：1將標(biāo)氣校準(zhǔn)裝置按圖13所示與氣瓶連接好；2確認(rèn)減壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)后，翻開氣瓶閥；3緩緩翻開減壓閥，將標(biāo)氣流量調(diào)節(jié)為300ml/min500ml/min；4將連接軟管與探頭標(biāo)氣入口相連，將標(biāo)氣通入探頭，此過程應(yīng)保證不漏氣；5通氣約1分鐘后，調(diào)節(jié)變送器面板上標(biāo)氣校準(zhǔn)電位器，將氧量顯示值調(diào)為標(biāo)準(zhǔn)氣體氧量值即可。 圖13 儀器校準(zhǔn)示意圖 應(yīng)先進(jìn)展空氣校準(zhǔn)，再進(jìn)展標(biāo)氣校準(zhǔn)。 應(yīng)先調(diào)好標(biāo)氣流量，再將連接軟管與探頭標(biāo)氣入口相連，否則可能因氣體流量過大而導(dǎo)致氧化鋯元件破裂。 校準(zhǔn)過程中，應(yīng)保證不漏氣，以免影響校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。 校準(zhǔn)完畢時(shí)，一定要先從標(biāo)氣入口拔下連接軟管，再關(guān)閉減壓閥和氣瓶閥。 校準(zhǔn)完畢后，應(yīng)擰緊