鍋爐燃控用氧化鋯氧濃度傳感器--煙氣氧濃度傳感器

氧化鋯氧量分析儀/煙氣氧含量/提高燃燒效率

一  基本簡介

氧化鋯氧量分析儀主要用于測量燃燒過程中煙氣的含氧濃度，同樣也適用于非燃燒氣體中氧濃度的測量。

氧化鋯氧量分析儀廣泛應用于多種行業(yè)的燃燒監(jiān)視與控制過程，有助于將設備的燃燒控制在狀態(tài)，減少CO、SOx及NOx的排放，從而為防止變暖及空氣污染做出貢獻，同時幫助各行業(yè)領域取得了節(jié)能、降耗、環(huán)保效果。

氧不僅與人的生存息息相關，而且也與化學、生物反應以及物理現(xiàn)象關系密切的一種化學元素，無論是在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、能源交通、醫(yī)療、生態(tài)環(huán)境等各個方面，還是在日常生活中，氧是需要控制與檢測的一種元素。

在工業(yè)領域，燃燒過程送風量的控制是工業(yè)鍋爐一個非常重要的問題。送風量太小，會使燃料燃燒不充分，產(chǎn)生大量的一氧化碳，污染環(huán)境，同時還會降低燃燒效率；送風量過大，不但會使排煙熱損失增加，增大鍋爐煤耗，而且因為鍋爐爐膛內(nèi)含氧量的增加，排煙中硫化物和氮氧化物的含量增加，加大了省煤器和煙道的腐蝕，縮短了他們的壽命，加劇了環(huán)境的污染。因此送風量的控制一直是工業(yè)鍋爐工作者探索和研究的問題。由于工業(yè)鍋爐是動態(tài)運行的，當鍋爐的負荷或燃料發(fā)生變化時，運行人員必須及時調(diào)整送風量，使燃燒過程繼續(xù)保持在過量空氣系數(shù)下進行，以保證獲得較高的燃燒效率。然而，對于人工調(diào)整送風量來說，特別是對于沒有煙氣分析設備的工業(yè)鍋爐，僅通過對火焰及排煙的顏色來判斷空氣過量系數(shù)，不可能獲得過量空氣系數(shù)。

氧化鋯氧傳感器能在各種高溫環(huán)境下使用，具有靈敏度高、響應快、信號易于處理的優(yōu)點。氧傳感器測量煙氣中的殘氧含量，通過自動控制設備對氧含量的變化迅速作出響應，調(diào)節(jié)燃燒狀態(tài)從而合理組織燃燒，是提高燃燒效率效的方法之一。把氧傳感器和自動化技術結合起來應用到工業(yè)鍋爐，就可以獲得過量空氣系數(shù)和實現(xiàn)經(jīng)濟運行。

氧含量分析儀是一種對煙氣中氧含量進行檢測，從而將設備中的燃燒控制在狀態(tài)，達到節(jié)能、降耗、環(huán)保等效果的儀表設備。儀表的使用，可實現(xiàn)對諸多的工業(yè)爐窯、鍋爐所排放煙氣中的氧含量作快速準確的在線檢測分析，并為及時調(diào)正空燃比提供可靠的技術參數(shù)，終達到經(jīng)濟燃燒和減少煙氣排放保護環(huán)境的。

氧化鋯氧量分析儀應用領域簡單列舉：

n   煤/油/氣/生物質鍋爐/熔爐燃燒效率的提高

n   煙氣排放連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)（CEMS）

n   易腐貨物存儲、運輸環(huán)境控制

n   機載惰性氣體制造系統(tǒng)和機載制氧系統(tǒng)

n   農(nóng)業(yè)、堆肥、果品儲藏

n   可控大氣監(jiān)測

n   醫(yī)療和實驗室設備

n   車輛尾氣排放監(jiān)測……

氧化鋯氧量分析儀/煙氣氧含量/提高燃燒效率

二  性能參數(shù)

三  工作原理

氧化鋯氧量分析儀 工作原理見下圖。

儀表接通24V直流電源后，經(jīng)過一定時間預熱，傳感器達到700℃的工作溫度后，氧化鋯核心元件由絕緣體成為氧離子載體。當附著多孔鉑電極的氧化鋯陶瓷介質的兩側存在氧濃度差時，氧離子就從氧濃度高的一側向濃度低的一側遷移，在兩鉑電極之間產(chǎn)生電動勢，形成氧濃度差，其輸出電動勢大小與電池的工作溫度和兩側的氧濃度呈一定關系。利用這樣的關系來測量出氧氣的含量。氧化鋯核心元件由兩個氧化鋯方片組成，***個氧化鋯方片起到電化學氧氣泵的作用，對密封室抽氣或再加壓。第二個氧化鋯方片兩邊的氧氣壓力差能產(chǎn)生電壓，此電壓與氧氣的濃度成正比。（如右圖）

四  接線方式

氧化鋯氧量分析儀通過安費諾七芯航空插頭與用戶主機系統(tǒng)連接。相應線序引腳定義如下表：

注：

1、  產(chǎn)品模擬量輸出默認4～20mA，用戶如需0-10V輸出，請在訂貨時說明；

2、  用戶如需使用通訊串口，請在訂貨時說明?！敬诠ぷ髂Ｊ街饕?RS485總線工作模式】

注：1、電源接接線前，務必確保所接電源為穩(wěn)定的24V DC！??！

2、給儀表通電前，仔細檢查確保正確接線?。?！

五、產(chǎn)品現(xiàn)場應用照片

六、注意事項

   二氧化鋯傳感器工作所處環(huán)境影響著傳感器的壽命。為確保傳感器不過早失效，應注意以下幾點：

1．在侵蝕性潮濕環(huán)境中使用傳感器

在溫暖潮濕的環(huán)境中使用傳感器時，應該保持傳感器的溫度始終比環(huán)境溫度要高，尤其是測量氣體中含有腐蝕性氣體時。在傳感器加熱到700℃時，傳感器工作是沒有問題的，但如要給傳感器斷電時，應確保周圍環(huán)境溫度適當冷卻并且穩(wěn)定后再給傳感器斷電。理想情況下，若在非常潮濕的環(huán)境中使用傳感器，應使傳感器保持通電加熱狀態(tài)。

若未能遵守上述準則，會造成加熱器和傳感元件上形成結露。再次給傳感器通電時，結露會蒸發(fā)，但會留下具有侵蝕性的鹽分，它將快速損毀加熱器和傳感元件。請注意觀察，此時傳感器的外部金屬看起來*正常，但內(nèi)部已經(jīng)損壞。

2．保護傳感器免受過度水分侵害

在可能存在過多水分或下落水滴的環(huán)境中使用傳感器時，一定要避免傳感器透氣孔上直接落有水滴，高溫下的透氣孔會因為水滴產(chǎn)生溫度劇變從使傳感器件和加熱器發(fā)生巨大的溫度沖擊。保護傳感器比較普遍的做法是在其頂部安放一個罩子，或將傳感器安裝在直徑較大的圓筒中。

若無法采用上述方法保護傳感器，則使用傳感器時至少應使傳感器頂部稍微傾斜若干角度，這樣才使能水分滑下，保護傳感器免受水滴侵害。

3．在含硅的環(huán)境下使用傳感器

若測量氣體中存在硅，則氧化鋯傳感器會損毀。室溫硫化硅橡膠RTV和密封劑的氣化物（有機硅樹脂化合物）是產(chǎn)生硅的主要原因，并在許多應用中廣泛使用。這些材料通常由價格低廉的硅制成，這些硅在加熱時仍然會向周圍空氣釋放硅蒸汽。當硅蒸汽進入到達傳感器后，化合物的有機部分會在高溫下燃燒，留下非常細膩的二氧化硅微粒，它們會*堵塞傳感器氣孔和影響鉑電極的活性等。

如果環(huán)境無法避免硅樹脂，我們建議使用高溫時不產(chǎn)生氣體的高質量，高溫合成的材料。

4．氧氣傳感器工作時頭部會產(chǎn)生高溫，請勿觸摸以免***，氧氣傳感器會被加熱到700℃（1300°F），所以是一種火源。故嘗試接觸或維護設備前須確保傳感器已*冷卻。

5．*使用氧氣含量在低于1%的環(huán)境中，會造成氧泵壽命縮短，為避免氧泵損壞，切勿使傳感器長時間在低氧濃度下工作。

6．出廠標定時是以河北地區(qū)空氣為標準標定，在與內(nèi)地氧氣偏差比較大的地區(qū)測量相對氧氣含量時（西藏、青海、云南、貴州及其他高山環(huán)境），建議客戶在使用前重新標定。

7．如果氧傳感器顯示或讀數(shù)錯誤，請在專業(yè)人員的指導或由專業(yè)人員維修，請勿私自拆開氧氣傳感器。

七、 其他影響因素

對傳感器壽命和測量結果會產(chǎn)生影響的氣體和化合物：

1．可燃氣體

少量可燃氣體會在高溫鉑電極表面或傳感器的氧化鋁過濾器上燃燒。通常只要存在足夠的氧氣，可燃氣體將以化學方式計量燃燒，傳感器測量到的是殘余氧分壓，這會導致測量誤差。不*客戶把傳感器應用在含有大量可燃氣體并且需要準確測量O2 濃度的環(huán)境里。

調(diào)研過的氣體有：

• H2 (氫氣)達2%；按化學計量燃燒2H2+O2(g)→2H2O【500℃】
• CO (一氧化碳) 達2%；按化學計量燃燒2CO+O2(g)→2CO2【610℃】
• CH4 (甲烷) 達2.5%；按化學計量燃燒CH4+2O2(g)→CO2+2H2O【538℃】
• NH3 (氨氣) 達1500 ppm；按化學計量4NH3+7O2→4NO2+6H2O【651℃】

2．重金屬氣化物

Zn (鋅), Cd (鎘), Pb (鉛), Bi (鉍) 等重金屬的氣化物將影響鉑電極的催化屬性，應避免將傳感器暴露在含有上述金屬氣化物的環(huán)境中。

3．鹵素和硫化合物

少量 (<100ppm) 的鹵素或硫化物對傳感器（<100ppm）不會造成影響。量過大時會馬上造成讀數(shù)問題，尤其在結露環(huán)境里，腐蝕到傳感元件。這些氣體通常從加熱的塑料外殼和導管排出的。

經(jīng)過調(diào)查研究，這些氣體是：

• 鹵素, F2 (氟氣), Cl2 (氯氣)
• HCL (*), HF (氟化氫)
• SO2 (二氧化硫)
• H2S (硫化氫)
• 氟利昂
• CS2 (二硫化碳)

4．還原性氣體環(huán)境

長時間將傳感器暴露在還原空氣中會很快破壞鉑電極的催化屬性，故應當避免。。還原性氣體環(huán)境定義為存在少量自由氧氣分子和可燃氣體。還原性氣體環(huán)境，氧氣分子會由于可燃氣燃燒而消耗完。

5．其他

n   灰塵：細微粉塵（碳組分/炭黑）會堵塞通透的不銹鋼過濾孔，影響傳感器對氧氣變化的響應速度。

n   重擊或震動會影響傳感器特性，需要重新標定。

水蒸汽：水蒸汽結露會使過濾孔堵塞，或傳感器內(nèi)部元件腐蝕。我們建議在傳感器暴露到水蒸汽里時，傳感器要保持在工作溫度，避免傳感器直接粘到水滴。