ZO系列氧化鋯氧分析儀使用說明書

1、中國原子能科學(xué)研究院ZO系列氧化鋯氧分析儀ZO系列氧化鋯氧分析儀使用說明書中國原子能科學(xué)研究院目錄1概述 12儀器測量原理 23儀器主要技術(shù)參數(shù) 34儀器簡介 44.1 儀器組成 44.2 各局部簡介 44.2.1 探頭簡介 44.2.2 變送器簡介 54.2.2.1 根本結(jié)構(gòu) 54.2.2.2 根本操作 64.2.2.3 根本設(shè)置 75 儀器檢驗 76 儀器安裝 96.1 安裝前的準備 96.1.1 探頭安裝位置的選擇 96.1.2 爐體法蘭的焊接 106.1.3 現(xiàn)場布線 116.2 安裝 12621 變送器的安裝 12622 探頭的安裝 126.3 現(xiàn)場連線 137 儀器校準 137.1

2、 校準前的準備 137.2 校準方法 148儀器日常維護與常見故障排除 158.1 儀器日常維護 158.2 常見故障的分析與排除 16#彳2中國原子能科學(xué)研究院ZO系列氧化鋯氧分析儀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數(shù)含 量簡稱氧含量或氧量，對于保障鍋爐運行平安、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，由于燃料未充分燃燒而導(dǎo)致熱效率降

3、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，雖然能使燃料 充分燃燒，但過剩空氣帶走的熱量多， 也導(dǎo)致熱效率降低，同時過量氧氣使煙氣 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，在線實時監(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 體，從事氧化鋯測氧技術(shù)

4、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)品曾在北京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IS09001國際質(zhì)量體系 認證。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， 以滿足不同用戶的需求。2儀器測量原理Z0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)氧化鋯元件到達工作溫度且內(nèi)外電極外表的氧含量不相等時

5、，便構(gòu)成一個氧濃差電池，產(chǎn)生電池電動勢，電池電動勢與電極表RT4F面氧濃度關(guān)系符合能斯特Nernst方程：Po ln -P式中:E 濃差電池電動勢，mV ；R 氣體常數(shù)，8.3145 J mol -1 K-1;F 法拉第常數(shù)，96485.309 C mol-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，實際測量并非在理想狀態(tài)下進行，因此需要對1 式進行校正，校正后得到新的方程：(2)PoEm = k In EoP本設(shè)計中Po為空氣中氧含量%,k和Eo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

6、 算出被測氣體的氧含量P值 嚴格地說，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，測得的氧含量值將偏小。3儀器主要技術(shù)參數(shù)測量范圍：020.6Vol%0 2;測量精度：1級；量程選擇：010VoI%O2或020VoI%O 2；工作溫度：750 C5C；響應(yīng)時間：3秒到達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x寬X深：墻掛式Q型：320mm X240mm X110mm ;盤裝式P型：160mm X160mm X400mm ;3彳2中國原子能科學(xué)研究院ZO系列氧化鋯氧分析儀80mm xi

7、60mm X320mm 臥式；160mm 80mm X320mm 立式；安裝點最正確煙氣溫度：350 C450 C；安裝點允許最大壓差：2KPa ;環(huán)境溫度：變送器-5 C55 C ,探頭V 70 C；工作電源：AC 220V i22V, 50Hz。嚴 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 C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 C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。變送器主要有兩大功能

8、：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。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，其結(jié)構(gòu)如圖1所示：圖1探頭結(jié)構(gòu)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)生的電勢信號輸送到變送器。4.2.2 變送器簡介4

9、.2.2.1 根本結(jié)構(gòu)變送器主要由主電路板、操作顯示面板、接線端子和機箱等組成。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。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,5彳2中國原子能科學(xué)研究院ZO系列氧化鋯氧分析儀9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DC4mA20mA的電流信號輸出4.222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 3所示。各局部功能

10、：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氧化鋯氧分析儀Zirco niaOxygen An alyzer-空氣校準air calib二標(biāo)氣校準,sta n gas calib cal%Q,mV CsassI自檢|電勢|溫度|測量|校準|TestEmTmpTestCal顯示的數(shù)值為指示燈亮者所對應(yīng)的參數(shù)值。右側(cè)分別為空氣校準和標(biāo)氣校準電位圖3變送器操作顯示面板圖器，用來校準儀器，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，探頭加熱爐開始升溫，“C指示燈亮，LED顯示探頭加熱爐溫度值。當(dāng)加熱

11、爐溫度到達600 C時，“2指示燈亮，變送器電路將自動運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。女口：當(dāng)按住自檢時,“知2指示燈亮,LED顯示自檢氧量值；當(dāng)按住電勢時, mV指示燈亮,LED顯示電池電勢信號值；當(dāng)按住溫度時,“C指示燈亮,LED 顯示加熱爐溫度值；當(dāng)按下標(biāo)定時,“al指示燈亮，此時可以校準儀器；校準以 后按下測量,LED顯示被測氧量值，儀器進入測量狀態(tài)。 儀器校準的具體操作詳見第 7章“儀器校準局部。 如果安裝的是新探頭，開機后可能出現(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

12、下，開機后 1小時左右儀器將正常工作。 自檢功能是為診斷變送器運算電路是否正常而設(shè)置的，其自檢氧量值不代表4 2探頭所測氧量值。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S1位置時，選擇氧量量程為020%，此時電流 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離 S1位置時，選擇氧量量程為010%，此時電 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：

13、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，需在訂貨時注明。5儀器檢驗儀器在發(fā)貨前已經(jīng)過嚴格的質(zhì)量檢驗， 并附合格證，但運輸過程中可能因碰撞使其損壞。因此，用戶在使用儀器前，應(yīng)先進行開箱檢驗，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、圖5)。(3)

14、 將外接電源接在變送器“ AC220V 端子上。(4) 接通電源，加熱爐開始升溫，當(dāng)?shù)竭_ 600 C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“ 5.00 ).20 :說明變送器氧量轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)正常。4-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ZO 12B型探頭，加熱爐阻值一般為150 Q0 Q,熱電偶阻值一般為3.5 Q).5 Q。對于不同型號產(chǎn)品，其值略有不同。 詳見根本操作局部。(5)穩(wěn)定一段時間后，測量探頭信號線兩端的電阻及電勢值，假設(shè)電阻小于1K Q、電勢絕對值逐漸減小且穩(wěn)定后小于10mV，說明探頭完好，可以進行現(xiàn)場安裝。將探頭與變送器

15、相應(yīng)端連接時，注意不要錯接、虛接或正負極反接。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 那么，將造成儀器損壞，損失由用戶承當(dāng)。墻掛式變送器接線端子探頭接線端子圖4墻掛式變送器與探頭接線圖探頭接線端子十 _ 十 _加熱爐 熱電偶 信 號圖5盤裝式變送器與探頭接線圖6儀器安裝安裝前的準備6.1.1 探頭安裝位置的選擇正確選擇探頭安裝點，對于提高測量準確性和延長探頭使用壽命有著重要意義。選擇安裝點的原那么：安裝點的煙氣溫度不宜過高，否那么會縮短探頭的使用壽命，推薦安裝點煙 中國原子能科學(xué)研究院ZO系列氧化鋯氧分析儀氣溫度在350 C450 C范圍內(nèi)；安裝點應(yīng)選在煙氣流動性

16、好的位置， 切忌安裝在爐內(nèi)側(cè)、死角、渦流或縮 口處。因為爐內(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；安裝點處應(yīng)有操作平臺，有利于探頭的安裝、校準和維護；安裝點負壓不能過大，一般應(yīng)w 2KPa，以免產(chǎn)生測量偏差；安裝點附近應(yīng)絕對密封，不應(yīng)出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，否那么會使氧量測量值偏高；探頭安裝位置應(yīng)符合鍋爐結(jié)構(gòu)特點。 對于電廠鍋爐和工業(yè)爐來說，推薦安 裝點如圖6所示。旁路煙道安裝圖如圖7所示。推薦安裝選點區(qū)域過熱器再熱器竺爲(wèi) 省 空預(yù)r圖6電廠鍋爐和工業(yè)爐推薦安裝點圖7旁路煙道安裝圖6.1.2 爐體法蘭的焊接ZO系列氧化鋯氧分析儀的10彳2中國原子能科學(xué)研究院ZO系列氧化

17、鋯氧分析儀為了保證爐102mm X在方板中心參考圖9。爐墻/爐體法蘭大小相同，但長度不同。爐體法蘭結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示。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 5mm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 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：22，雙芯金屬屏蔽電纜；熱 電偶 線：22，雙芯鎳鉻-鎳硅補償導(dǎo)線;加 熱爐 線：22，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M6 X20的螺栓用戶自

18、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X寬分別為153mm X153mm、76mm X153mm 臥式 和 153mm X76mm 立式。6.2.2 探頭的安裝100a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)準尺寸如圖12所示。15爐墻 爐體法蘭石棉墊圈探頭法蘭圖11探頭安裝示意圖圖12 探頭法蘭尺寸圖Q型變送器安裝點環(huán)境溫度為 一5C55 C,并注意防水、防塵探頭安裝操作十分簡單，但要注意以下環(huán)節(jié)：探頭內(nèi)的核心部件為

19、陶瓷易碎品，搬運時應(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，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儀器校準校準前的準備確認儀器連線準確無誤后，翻開變送器電源開關(guān)，探頭加熱爐開始升溫，此 時變送器LED顯示其溫度值。當(dāng)溫度到達600 C時，變送器自動顯示氧量值。 當(dāng)溫度到達750 C并穩(wěn)定后，儀器進入測量狀態(tài)。雖然儀器進入測量狀態(tài)

20、，但在運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行 24小時后，顯示值才能趨于平穩(wěn)，雖然此時指示正常，但測量結(jié)果并不一定十分準確，應(yīng)該進行校準工作。7.2 校準方法本儀器采用兩點校準法，即空氣校準和標(biāo)氣校準。第一步為空氣校準，操作步驟如下：1將探頭“標(biāo)氣入口翻開，使空氣自動進入探頭；2待顯示穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)變送器操作顯示面板上“空氣校準電位器，使顯示為 20.60 .20 詳見根本操作局部。第二步為標(biāo)氣校準，操作步驟如下：1將標(biāo)氣校準裝置按圖13所示與氣瓶連接好；2確認減壓閥處于關(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/

21、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)氣校準電位器，將氧量顯示值 調(diào)為標(biāo)準氣體氧量值即可。圖13 儀器校準示意圖應(yīng)先進行空氣校準，再進行標(biāo)氣校準。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，否那么可能因氣體流 量過大而導(dǎo)致氧化鋯元件破裂。校準過程中，應(yīng)保證不漏氣，以免影響校準的準確性。校準完畢時，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。校準完畢后，應(yīng)擰緊“標(biāo)氣入口螺帽，否那么空氣進入將使氧量測量值偏大。8 儀器日常維護與常見故障排除8.1 儀器日常維護儀器日常維護應(yīng)注意以下幾個方面：變送器在發(fā)貨前已調(diào)試好，用戶不應(yīng)調(diào)節(jié)其內(nèi)部電位器，以免影響測量線性及精度；探頭安裝24小時以后應(yīng)校準，以后可根據(jù)實際情況用標(biāo)氣校準；彳2中國原子能科