如何進行氧化鋯氧量分析儀標定及參數設置

鍋爐燃燒過程中，氧量的變化直接影響著燃料的燃燒效果，準確的氧量數值決定著燃料的利用率和節能環保效果。控制爐膛氧量，保證燃料充分燃燒是鍋爐燃燒運行中一大關鍵環節。鍋爐氧量數值在各個風機和投料量的共同作用下保持穩定合理數值，使燃料利用率達到最高，是各個鍋爐運行項目組共同面對的課題。所以，一組穩定的氧量參考數值直接決定著鍋爐燃燒效果的好壞。

1、氧化鋯測量原理
氧化鋯傳感器的核心構件是氧化鋯固體電解質，氧化鋯固體電解質是由多元氧化物組成的。常用的這類電解質有ZrO2.Y2O3，它由二元氧化物組成，其中ZrO2稱為基體，Y2O3稱為穩定劑。ZrO2在常溫下是單斜晶體，在高溫下它變成立方晶體(螢石型)，但當它冷卻后又變為單斜晶體。因此，純氧化鋯的晶型是不穩定的。所以，當在ZrO2摻入一定量的穩定劑Y2O3時，由于Y3+置換了Zr4+的位置，一方面在晶體中留下了氧離子空穴；另一方面由于晶體內部應力變化的原因，該晶體冷卻后仍保留立方晶體。因此，又稱它為穩定氧化鋯。據上述分析，穩定氧化鋯在高溫下(650℃)是氧離子的良好導體。

典型的氧化鋯傳感器是，這樣在兩個電極上，由于正負電荷的堆積而形成一個電勢，稱之為氧濃差電動勢。當用導線將兩個電極連成電路時，負極上的電子就會通過外電路流到正極，再供給氧分子形成離子，電路中就有電流通過。
其池電勢由能斯特方程給出：。在溫度700℃時，當固體電介質一側氧分壓為空氣(20.6%)時，由濃差電池輸出電動勢E，就可以計算出固體電介質另一側氧分壓，這就是氧化鋯氧量分析儀的測氧原理。

在實際應用中，由于儀表出廠檢驗的量程(0-10%)與現場需求(0-25%)不同，并且出廠后經過較長時間才安裝使用，導致氧量計測量值發生偏差，其測量空氣含氧量為19%左右，與實際情況有較大偏差。經現場檢查調試發現，其原因與E的補償值(本底電勢)有關。

2、氧化鋯氧量分析儀測量的特點
氧探頭的氧電勢信號、熱偶溫度信號經放大送A/D電路，單片微機系統CPU采集到其信號后，與校正系數一起進行數據處理，即可得出氧含量的百分含量。

同時，氧化鋯氧量分析儀可實行氧電勢、探頭溫度、校正系數值的顯示，并對鋯管的加熱電爐進行恒溫控制，且輔以斷偶、超溫保護、熱偶反接保護，確保氧量計可靠工作。

3、現場實際情況分析
①現場情況簡介
在現場的實際使用中，安裝氧化鋯及表頭后，經過較長時間系統才開始試運行。氧化鋯電池出現老化、積灰、受SO2和SO3對電池的腐蝕等許多干擾因素的影響，運行過程中，儀器參數將發生逐漸變化，而給測量帶來誤差，電池老化表現在內阻升高和本底電勢增大兩個主要參數上。試運過程中氧量顯示比預想的偏低。試運結束后，氧化鋯氧量計表頭顯示18%-19%，不能測量(空氣中氧含量約為21%)。

②改造前情況
試運行階段，氧量值偏低，結束試運之后測量空氣中氧含量也明顯偏低。在初步排查原因，排除了安裝位置、煙道走向、通風換氣調節和其他因素后，又進行了氧量標定，使用0.4%含氧量的氣罐和空氣對安裝好的氧化鋯進行標定。

標定具體操作為：先將標氣流量調至500ml/min，然后取下探頭上的標氣入口堵頭，將標氣用導管接入標氣入口，并密封好。當標氣通入約(3min-5min)后，顯示穩定，這時調變送器前面板上的本底調節電位器，直至氧氣顯示和標氣值相等。取下標氣連接管，重新堵上標氣入口，儀器校準完畢，保存設置參數，即可讀出，記錄該值。

標定后氧量顯示并無明顯變化，仍舊比實際值偏低。實際情況是，氧量經過標定后仍對測量值無明顯糾正，排除了鎬頭測量不準或是測量出現問題的原因。

③改造后情況
通過對原理的分析和實踐中的經驗，經討論和研究決定對儀表出廠設置的參數進行改動。因出廠檢驗測試量程范圍為0-10%，而實際使用的量程范圍為0-25%，與測試值相比變化較大，故決定調高補償電勢E(本底電勢)。

④情況分析總結
根據現場設備的改造，氧量值恢復正常，可以保證鍋爐的正常運行。

4、氧化鋯氧量儀的改造意義和經驗
氧化鋯測氧儀具有結構簡單、響應時間短、測量范圍寬、使用溫度高、運行可靠、安裝方便、維護量小等優點。因此，氧化鋯傳感器的主要應用可歸納為以下五個方面：
①煙氣測氧：主要用于發電廠、煉油廠、鋼鐵廠、化工廠、輕紡印染廠、食品加工廠、等企業。
②汽車尾氣測量：目前主要用于載人的小汽車和轎車等。
③鋼液測氧：主要用于鋼鐵公司和煉銅廠等冶煉企業。
④惰性氣體測氧：主要用于鋼鐵公司、空分廠、化肥廠和電子企業等。
⑤物化研究：主要用于高溫氧化還原反應中熱力學和動力學參數測定。

運行氧量發生變化時，對經濟性的最直接影響來自煙氣量引起的排煙熱損失的變化，同時，它還會引起其它運行參數的改變，這些參數包括：灰渣未燃燼碳含量、排煙溫度、送引風機總電耗、主汽溫度和減溫水量、再熱汽溫度和減溫水量。變氧量運行對整臺機組經濟性的凈影響是上述所有參數綜合作用的結果。

煙氣氧含量是鍋爐大氣污染物監測中極其重要的一項經濟運行考核指標，在一定程度上，其值的大小是確定污染物排放濃度是否達標的關鍵。煙氣氧含量控制是一個綜合性、系統性的問題。在實際生產中，鍋爐房要安裝必要的煙氣監控儀表，為運行管提供可量化參考依據；同時，只要保證設備系統的密封性，加強運行管理，消除不規范操作行為，影響煙氣氧含量的諸多因素是可以進行有效控制的，污染排放濃度也是可以按照國家標準要求進行管控的。司爐人員應當保持鍋爐在規定的負荷下運行，嚴格控制風量配比，使燃料充分燃燒，同時要注意避免或消除漏風現象，盡可能將煙氣氧含量控制在經濟指標6%-8%范圍內這樣既可以減少排煙熱損失，提高鍋爐的熱效率，又能夠較好地控制鍋爐大氣污染物排放，為保護和改善區域環境境空氣質量發揮積極的作用。