氧化鋯分析儀在鍋爐上的使用及維護

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(河南能源化工集團 安化公司，河南 安陽 455133)

氧化鋯分析儀在鍋爐上的使用及維護

索治斌，王小軍

(河南能源化工集團 安化公司，河南 安陽 455133)

介紹了ZR分離式氧化鋯氧分析儀在供汽鍋爐上的使用及維護情況，對其安裝、標定、調查、檢查等方面的注意事項進行了闡述。

氧化鋯；探頭；分析儀；使用；維修

0 前言

氧化鋯氧分析儀是近年來普遍在工業爐窯中采用的熱控儀表，它經過30多年的應用和發展，其結構型式和技術性能日趨完善。目前，在電站鍋爐和其它工業鍋爐上已經廣泛采用了氧化鋯氧量分析儀，可及時、準確地檢測煙氣中的含氧量，直接反映風煤比是否合理，燃燒是否充分，從而在線指導燃燒調整，以保持最佳氧量，減少燃燒產物中SO2、NO2、CO、SO3等氣體的含量，最終達到經濟運行和減少環境污染的目的。氧化鋯分析儀的使用，主要用來檢測和控制燃燒氣體、鍋爐及工業爐中的氧濃度，可以幫助節約能源，也可通過控制完全燃燒，對提高鍋爐燃燒效率、節能降耗起到了重要的作用。目前，煙氣氧化鋯氧分析儀中比較先進的一種，屬于ZR22G普通型直插式氧化鋯氧量分析儀，具有結構簡單、精確度高、維護方便等諸多優點，河南能源化工集團安化公司近幾年在鍋爐中使用，它雖然基本上能用以指導燃燒調整，但存在的一些問題卻影響其使用壽命和測量準確度，本文擬介紹氧化鋯氧分析儀在使用和調試過程中存在一些需要注意和重視的問題，并對存在的問題進行分析，以達到正確的使用目的。

1 ZR22G分離式氧化鋯探頭的安裝

公司于2009年在供汽7#鍋爐投入使用普通型ZR22G分離式氧化鋯分析儀，該探頭適應煙氣溫度在0～700 ℃(最佳煙氣溫度在200～300 ℃)。因此，氧化鋯探頭不能安裝在溫度高于700 ℃的過熱器前面，不允許安裝在高溫的爐膛里；而供汽7#鍋爐內煙氣溫度在0～900 ℃，所以，必須準確地選擇煙道內煙氣溫度在300 ℃以下的位置上，因此插入安裝的選擇地點一般有兩種：①一級過熱器和省煤器之間；②一級省煤器和二級省煤器之間。根據日本橫河公司使用的分析總結完全可以得出，兩種安裝位置都能滿足鍋爐運行的煙氣檢測要求，只是鋯頭自身的壽命長短不同、測量反應速度稍有不同和對煙道密閉性要求有別。針對這樣兩種安裝位置，我們選擇了第一種，對這個位置的選擇要慎重，要根據煙道空腔形狀大小仔細判斷彎道部位的煙氣運行狀態方能決定。將這種恒溫加熱式的探頭安裝在過熱器前面及接近爐膛的位置都是不妥當的，這樣會使鋯頭不能正常工作，甚至由于高溫、高溫輻射、灰塵堵塞、爐溫控制操作的溫度驟變等損壞鋯頭的結構和性能，我們在5#、6#鍋爐上曾出現過這樣的故障。ZR22G分離式氧化鋯氧分析儀的探頭安裝位置最好選擇密閉性能良好的煙道內，而且插裝在一級過熱器和省煤器之間的煙道中央。另外在進行安裝氧化鋯探頭時，除說明書上注意的事項外，還應注意以下幾點：①氧化鋯管元件系陶瓷類金屬氧化物，安裝時不要與爐膛內的管子劇烈碰撞。②氧化鋯探頭需要安裝在煙道中心處，要求煙氣流通條件好，煙氣流通好壞直接關系到儀器響應的快慢。③在運行的鍋爐上安裝時，應將氧化鋯探頭緩緩插入煙道安裝座中。④氧化鋯探頭與安裝座的法蘭連接處，需墊橡膠石棉圈密封，以防空氣滲入，影響測量。⑤氧化鋯管的熱電偶信號線和電源線分別使用各自的屏蔽電纜，以免影響測量精度。⑥在檢修中，由于探頭頂端的傳感器(氧化鋯電導池)可能會由于水珠滴在其上面造成熱沖擊導致損壞，因為它一直處于高溫狀態，所以不要將探頭頂端安裝的比其底部還高。使用正確地安裝方式是保證鋯頭安全運行的前提，也是維護氧化鋯表運行及使用壽命的唯一前提。

2 分離式氧化鋯氧分析儀的正確使用

ZR22G氧化鋯氧量分析儀能夠確保自身和鍋爐安全運行，起到節能環保的效果，必須注意正確使用它，這是一個完整的過程，絕大部分的時間需要按照規程進行操作和維護，主要有安裝、標定、調整、檢查等內容。

2.1氧化鋯分析儀的工作原理

氧化鋯是一種固體電介質，它具有離子導電性質，是測量裝置中將煙氣氧濃度轉換成電信號的關鍵元件，氧化鋯測量管內外兩側通以氧濃度的氣體，例如內側通空氣，作為參比氣體，外則通過被測煙氣。當內外兩側氣體的氧濃度不同時，氧化鋯測管內外兩側將產生氧濃度差電勢，內側多孔性鉑參比電勢為正極，外側多孔性鉑電極為負極。兩根引線將氧濃度差電勢送至二次儀表進行放大顯示，也可轉換為標準信號用作其它控制，其具體的理論電勢原理在說明書中都給以詳細地介紹。

2.2氧分析儀探頭的檢修及維護

在檢修和維護ZR22G分離式氧化鋯氧分析儀探頭時，大多是在鍋爐運行的狀態下進行的，比如2009年1月15日，在6#鍋爐開車過程中發現氧化鋯變送器指示21%，出現錯誤信息，經過分析判斷是氧化鋯探頭傳感器出現故障，在鍋爐運行的狀態下必須進行維修及更換，這就需要了解氧化鋯表的一些性能。首先必須關閉儀表后切斷電源，等待其冷卻一段時間后再輕輕地分段抽出鋯頭，防止驟冷損壞鋯頭，為解決故障，減少人為因素的麻煩，做好正確判斷的準備，不能隨意地將其取出。在安裝新的鋯頭時，必須正確接好各電源線和信號線，接線錯誤同樣會造成儀表的狀態錯誤或儀表損壞，一定要按照說明書的要求安裝探頭傳感器，然后再進行通電加熱，因為在鍋爐運行時，煙道溫度可以達到600 ℃以上，所以必須將預熱的探頭加熱到650～700 ℃，再分段送至安裝位置，直至得到穩定的運行狀態，這段時間需要2 h左右，也是探頭能較長時間正常工作的關鍵之一。

2.3標定及調整

ZR22G分離式氧化鋯氧量分析儀的探頭和氧量變送器在出廠前是校驗和標定合格的狀態，一般經過正確安裝后皆能正常工作，如果需要現場重新校驗和標定的話，就要按照說明書和相應的規程步驟進行。儀表的本底電勢的調節在變送器上可見到略大于2 mV的指示，此時可修正本底電勢為接近0，氧量顯示在20%～20.6%。

測量探頭的內阻(也就是電導池的阻抗)是檢測氧化鋯鋯管性能的指標之一，在斷電情況下用萬用表測Cell+、Cell-顯示阻抗應小于200 Ω，表示正常，當接近使用壽命的電導池顯示阻抗為3 000～10 000 Ω，如果阻值無限大加上電導池電壓過大，就可以判斷電導池退化或損壞。注意在現場測量時必須擰開標氣絲堵，看到氧電勢接近為0，可用萬能表電阻檔測量。如果探頭是存在氧電勢的狀態，可以用電阻箱連接氧電勢輸出端，慢慢調節電阻，使輸出在氧量變送器上顯示的氧電勢數值只是原來的一半，在電阻箱上讀出的電阻值就是探頭的內阻。

2.4日常檢查

ZR22G分離式氧化鋯氧量分析儀在使用中如果發現異常顯示時，一般都需要對鋯頭的狀態進行判斷，根據多年來的積累，基本有以下狀態：

2.4.1 在氧量變送器上顯示出氧電勢讀數過大

如果將探頭上標氣孔絲堵螺栓擰開，氧電勢的讀數很快下降到0左右，再用測量鋯頭內阻的方法判斷。如果探頭的內阻足夠小，就可以說明此時探頭的測量功能是準確的。理由是：探頭測得的氧量趨向變小時氧電勢變大，而氧量接近為零的時候，氧電勢就變成為無窮大了。

2.4.2 在氧量變送器上顯示出氧電勢讀數過小

一般來看必須采用探頭內阻測量的方法首先判斷。如果探頭的內阻值變大，就是探頭存在故障，內阻值達到10 kΩ以上是需要更換探頭的，另外一種情況就是探頭存在漏氣故障了。

2.4.3 儀表數據顯示工作不正常而對探頭進行樣氣標定檢查不能判斷故障

在現場，通過樣氣標定探頭的檢測方法，可以發現探頭和變送器上的一些故障問題，但是也會由于條件限制造成不能判斷的現象。氧化鋯鋯管如果沒有損壞，一般都能用樣氣標定出正確的儀表讀數來，例如輕微的漏氣問題未被檢查出而疏忽，現場樣氣輸入的氣流過大降低了被測溫度不能反映實際狀況等，這就需要結合更完整的方法進行檢測判斷。另外ZR22G分離式氧化鋯一些基本故障及現場運行中出現的錯誤信息(在變送器上顯示錯誤代碼)，說明書上也有詳細地介紹。所以針對維修人員，無論在哪種狀態下，不管是停爐檢修還是短時間停止鍋爐運行，都要保持鋯頭有一定的正常工作溫度，杜絕頻繁冷卻或驟然的高溫變化，這是保證氧化鋯氧量分析儀的安全運行保障。

4 結束語

雖然氧化鋯氧分析儀目前基本上能用以指導在線燃燒的調整，但使用中暴露出來的問題仍需要認真地對待，不可忽視，因此在使用中要不斷地總結經驗，特別對儀表維修人員及操作人員來講，尤其需要對氧化鋯氧量分析儀的使用和調試進行了解，這樣才能更好地保證設備的安全運行，發揮節能環保的作用。

2014-07-12

索治斌(1977-)，男，工程師，從事化工儀表維修工作，電話：15517208932。

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1003-3467(2014)09-0049-02