氧化锆分析仪在锅炉上的使用及维护

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(河南能源化工集团 安化公司，河南 安阳 455133)

氧化锆分析仪在锅炉上的使用及维护

索治斌，王小军

(河南能源化工集团 安化公司，河南 安阳 455133)

介绍了ZR分离式氧化锆氧分析仪在供汽锅炉上的使用及维护情况，对其安装、标定、调查、检查等方面的注意事项进行了阐述。

氧化锆；探头；分析仪；使用；维修

0 前言

氧化锆氧分析仪是近年来普遍在工业炉窑中采用的热控仪表，它经过30多年的应用和发展，其结构型式和技术性能日趋完善。目前，在电站锅炉和其它工业锅炉上已经广泛采用了氧化锆氧量分析仪，可及时、准确地检测烟气中的含氧量，直接反映风煤比是否合理，燃烧是否充分，从而在线指导燃烧调整，以保持最佳氧量，减少燃烧产物中SO2、NO2、CO、SO3等气体的含量，最终达到经济运行和减少环境污染的目的。氧化锆分析仪的使用，主要用来检测和控制燃烧气体、锅炉及工业炉中的氧浓度，可以帮助节约能源，也可通过控制完全燃烧，对提高锅炉燃烧效率、节能降耗起到了重要的作用。目前，烟气氧化锆氧分析仪中比较先进的一种，属于ZR22G普通型直插式氧化锆氧量分析仪，具有结构简单、精确度高、维护方便等诸多优点，河南能源化工集团安化公司近几年在锅炉中使用，它虽然基本上能用以指导燃烧调整，但存在的一些问题却影响其使用寿命和测量准确度，本文拟介绍氧化锆氧分析仪在使用和调试过程中存在一些需要注意和重视的问题，并对存在的问题进行分析，以达到正确的使用目的。

1 ZR22G分离式氧化锆探头的安装

公司于2009年在供汽7#锅炉投入使用普通型ZR22G分离式氧化锆分析仪，该探头适应烟气温度在0～700 ℃(最佳烟气温度在200～300 ℃)。因此，氧化锆探头不能安装在温度高于700 ℃的过热器前面，不允许安装在高温的炉膛里；而供汽7#锅炉内烟气温度在0～900 ℃，所以，必须准确地选择烟道内烟气温度在300 ℃以下的位置上，因此插入安装的选择地点一般有两种：①一级过热器和省煤器之间；②一级省煤器和二级省煤器之间。根据日本横河公司使用的分析总结完全可以得出，两种安装位置都能满足锅炉运行的烟气检测要求，只是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。针对这样两种安装位置，我们选择了第一种，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。将这种恒温加热式的探头安装在过热器前面及接近炉膛的位置都是不妥当的，这样会使锆头不能正常工作，甚至由于高温、高温辐射、灰尘堵塞、炉温控制操作的温度骤变等损坏锆头的结构和性能，我们在5#、6#锅炉上曾出现过这样的故障。ZR22G分离式氧化锆氧分析仪的探头安装位置最好选择密闭性能良好的烟道内，而且插装在一级过热器和省煤器之间的烟道中央。另外在进行安装氧化锆探头时，除说明书上注意的事项外，还应注意以下几点：①氧化锆管元件系陶瓷类金属氧化物，安装时不要与炉膛内的管子剧烈碰撞。②氧化锆探头需要安装在烟道中心处，要求烟气流通条件好，烟气流通好坏直接关系到仪器响应的快慢。③在运行的锅炉上安装时，应将氧化锆探头缓缓插入烟道安装座中。④氧化锆探头与安装座的法兰连接处，需垫橡胶石棉圈密封，以防空气渗入，影响测量。⑤氧化锆管的热电偶信号线和电源线分别使用各自的屏蔽电缆，以免影响测量精度。⑥在检修中，由于探头顶端的传感器(氧化锆电导池)可能会由于水珠滴在其上面造成热冲击导致损坏，因为它一直处于高温状态，所以不要将探头顶端安装的比其底部还高。使用正确地安装方式是保证锆头安全运行的前提，也是维护氧化锆表运行及使用寿命的唯一前提。

2 分离式氧化锆氧分析仪的正确使用

ZR22G氧化锆氧量分析仪能够确保自身和锅炉安全运行，起到节能环保的效果，必须注意正确使用它，这是一个完整的过程，绝大部分的时间需要按照规程进行操作和维护，主要有安装、标定、调整、检查等内容。

2.1氧化锆分析仪的工作原理

氧化锆是一种固体电介质，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，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。两根引线将氧浓度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它控制，其具体的理论电势原理在说明书中都给以详细地介绍。

2.2氧分析仪探头的检修及维护

在检修和维护ZR22G分离式氧化锆氧分析仪探头时，大多是在锅炉运行的状态下进行的，比如2009年1月15日，在6#锅炉开车过程中发现氧化锆变送器指示21%，出现错误信息，经过分析判断是氧化锆探头传感器出现故障，在锅炉运行的状态下必须进行维修及更换，这就需要了解氧化锆表的一些性能。首先必须关闭仪表后切断电源，等待其冷却一段时间后再轻轻地分段抽出锆头，防止骤冷损坏锆头，为解决故障，减少人为因素的麻烦，做好正确判断的准备，不能随意地将其取出。在安装新的锆头时，必须正确接好各电源线和信号线，接线错误同样会造成仪表的状态错误或仪表损坏，一定要按照说明书的要求安装探头传感器，然后再进行通电加热，因为在锅炉运行时，烟道温度可以达到600 ℃以上，所以必须将预热的探头加热到650～700 ℃，再分段送至安装位置，直至得到稳定的运行状态，这段时间需要2 h左右，也是探头能较长时间正常工作的关键之一。

2.3标定及调整

ZR22G分离式氧化锆氧量分析仪的探头和氧量变送器在出厂前是校验和标定合格的状态，一般经过正确安装后皆能正常工作，如果需要现场重新校验和标定的话，就要按照说明书和相应的规程步骤进行。仪表的本底电势的调节在变送器上可见到略大于2 mV的指示，此时可修正本底电势为接近0，氧量显示在20%～20.6%。

测量探头的内阻(也就是电导池的阻抗)是检测氧化锆锆管性能的指标之一，在断电情况下用万用表测Cell+、Cell-显示阻抗应小于200 Ω，表示正常，当接近使用寿命的电导池显示阻抗为3 000～10 000 Ω，如果阻值无限大加上电导池电压过大，就可以判断电导池退化或损坏。注意在现场测量时必须拧开标气丝堵，看到氧电势接近为0，可用万能表电阻档测量。如果探头是存在氧电势的状态，可以用电阻箱连接氧电势输出端，慢慢调节电阻，使输出在氧量变送器上显示的氧电势数值只是原来的一半，在电阻箱上读出的电阻值就是探头的内阻。

2.4日常检查

ZR22G分离式氧化锆氧量分析仪在使用中如果发现异常显示时，一般都需要对锆头的状态进行判断，根据多年来的积累，基本有以下状态：

2.4.1 在氧量变送器上显示出氧电势读数过大

如果将探头上标气孔丝堵螺栓拧开，氧电势的读数很快下降到0左右，再用测量锆头内阻的方法判断。如果探头的内阻足够小，就可以说明此时探头的测量功能是准确的。理由是：探头测得的氧量趋向变小时氧电势变大，而氧量接近为零的时候，氧电势就变成为无穷大了。

2.4.2 在氧量变送器上显示出氧电势读数过小

一般来看必须采用探头内阻测量的方法首先判断。如果探头的内阻值变大，就是探头存在故障，内阻值达到10 kΩ以上是需要更换探头的，另外一种情况就是探头存在漏气故障了。

2.4.3 仪表数据显示工作不正常而对探头进行样气标定检查不能判断故障

在现场，通过样气标定探头的检测方法，可以发现探头和变送器上的一些故障问题，但是也会由于条件限制造成不能判断的现象。氧化锆锆管如果没有损坏，一般都能用样气标定出正确的仪表读数来，例如轻微的漏气问题未被检查出而疏忽，现场样气输入的气流过大降低了被测温度不能反映实际状况等，这就需要结合更完整的方法进行检测判断。另外ZR22G分离式氧化锆一些基本故障及现场运行中出现的错误信息(在变送器上显示错误代码)，说明书上也有详细地介绍。所以针对维修人员，无论在哪种状态下，不管是停炉检修还是短时间停止锅炉运行，都要保持锆头有一定的正常工作温度，杜绝频繁冷却或骤然的高温变化，这是保证氧化锆氧量分析仪的安全运行保障。

4 结束语

虽然氧化锆氧分析仪目前基本上能用以指导在线燃烧的调整，但使用中暴露出来的问题仍需要认真地对待，不可忽视，因此在使用中要不断地总结经验，特别对仪表维修人员及操作人员来讲，尤其需要对氧化锆氧量分析仪的使用和调试进行了解，这样才能更好地保证设备的安全运行，发挥节能环保的作用。

2014-07-12

索治斌(1977-)，男，工程师，从事化工仪表维修工作，电话：15517208932。

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