近年來，隨著國家對環保工作的重視，明確提出了節能減排的目標，作為化工企業來講，開展節能減排工作也成為了大勢所趨。某化工集團一期年產100萬純堿項目共有5臺130t/h煤粉鍋爐。5臺煤粉鍋爐共用了10套直插式氧化鋯分析儀，每臺鍋爐安裝2套。以下就我公司在一期純堿項目煤粉鍋爐上使用的直插式氧化鋯氧量自動分析儀進行介紹。

　　氧傳感器測氧原理

　　直插式氧化鋯分析儀，其探頭核心是由氧化鋯固體電解質材料的兩側用燒結的方法制成多孔鉑層作為電極，再在電極上焊上鉑絲作為引線。在一定高溫下，當鋯管兩邊的氧含量不同時，它便形成一個氧濃差電池，在這個電池中，空氣是參比氣，它與煙氣分別位于內外電極。在實際的氧探頭中，空氣流經外電極，煙氣流經內電極，當煙氣氧含量P小于空氣氧含量P0(20.6%02)時，空氣中的氧分從外電極上奪取4個電子形成2個氧離子，發生如下電極值反應0(P0)+4e-→20-2

　　 氧離子在氧化鋯管中迅速遷移到煙氣邊，在內電極上發生相反的電極勢反應：20-2→0(P0)4e-

　　 由于氧濃差導致氧離子從空氣邊遷移到煙氣邊，因而產生的電勢又導致氧離子從煙氣邊反向遷移到空氣邊，當這兩種遷移達到平衡后，便在兩電極間產生一個與氧濃差有關的電勢信號E，該電勢信號符合“能斯特”方程：

　　 式中R、F分別是氣體常數和法拉第常數，T是鋯管溫度(k)，P0是空氣氧含量(20.6%02)，P是煙氣氧含量。由(1)式可見，在一定的高溫測量介質條件下(一般600℃)，一定的煙氣氧含量便會有一對反應的電勢輸出。直插式氧化鋯氧量分析儀的正常工作溫度為700℃。

　　直插式氧化鋯氧量自動分析儀的結構

　　直插式氧化鋯氧量自動分析儀的探頭為直插式，可直接置于被側氣樣中，不需附加取樣裝置，整套儀器由探頭、信號轉換器(氧量變送器)及有關附件組成。

　　2.1氧探頭

　　探頭部件是分析儀的核心，由陶瓷過濾器、氧化鋯管元件、加熱器、測溫熱電偶及殼體等主要部件組成。整個裝置采用全封閉型結構。

　　氧化鋯管元件置于加熱器內，由它產生氧濃差電勢信號。陶瓷過濾器主要的作用是過濾煙氣中的灰塵，防止污染電極。加熱器由加熱絲、爐管、保護套管等組成。熱電偶用來檢測電極元件部分的溫度與加熱控制電路配合實現氧化鋯元件的恒溫系統。

　　2.2信號轉換

　　氧化鋯氧量自動分析儀的信號轉換器主要由檢測電路、溫度控制電路組成。檢測電路的作用是將氧化鋯產生的氧濃差電勢轉換為氧量并輸出4-20mADC。溫度控制電路是保證探頭電極部分的溫度為700℃，使氧濃差電勢與氧含量成單值函數關系。它由偏差信號放大器、PI控制器，可控硅控制電路等組成。

　　 3氧化鋯氧量自動分析儀的安裝

　　 3.1氧化鋯探頭的安裝

　　 設備短節與法蘭焊接，按要求選好取樣位置(爐壁或管道)，開一個Φ76的孔，將短節以水平方式焊接到設備上，焊接時要保證焊接處不漏氣。在選定取樣點位置后，Ψ76設備短節應根據保溫厚度適當穿過爐體溫磚，與爐體鋼殼焊牢，露出部分長度大于60mm。

　　 氧探頭在剛開始的安裝投運中，考慮安裝地點選擇防止不合適，頻繁更換安裝地點，現總結出氧探頭的安裝中需要注意的問題：

　　 1.所選的探頭安裝點必須能快速反映工藝狀況的變化情況；

　　 2.取樣點的溫度、壓力、流量等參數不應變化太大

　　 3.氧探頭插入深度應達到煙道氣流部位，避免死區

　　 4.切忌在管道、煙道底部開口取樣

　　 5.取樣點附近爐膛、煙道應無泄漏，否則將造成測量誤差

　　 6.要求選擇在易于維護、檢修的地方

　　 3.2信號轉換器的安裝

　　 信號轉換器的外行尺寸：280×220×100mm(水平×垂直×深)

　　 儀表盤表面的開孔尺寸：272×212(水平×垂直)

　　 信號轉換器用隨即配備的安裝夾板及螺絲安裝在儀表盤上，亦可安裝在現場保護箱內。

　　 4氧化鋯氧量自動分析的日常維護

　　 1、為了使氧化鋯分析儀測量準確，必須定期用標氣進行校準。標定方法：先將標氣流量調至500ml/min，然后去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。將變送器進行標定菜單，當標氣通過約3~5min后，顯示穩定，這時調節變送器前面板上的顯示值，直到氧氣顯示和標氣值相等。按下確認鍵，取下標氣連接管，重新堵上標氣入口，儀器標準完畢，按下返回鍵，即可讀出記錄該值。

　　 2、由于氧化鋯是長期在線檢測測量，煙氣中的粉塵含量大，氧化鋯探頭陶瓷過濾器和進氣孔容易被堵塞，使用一段時間后必須定期拆出清理。

　　 3、由于氧化鋯電極所用的材料是鉑，而煙氣中含有大量的強還原性的氣體，如SO2、CO等容易使鋯頭失效，發生顯示值無變化現象，這時可以打開標氣口吹入空氣進行清洗，如果顯示沒有變化，則需要更換鎬頭。

　　 4、更換鎬頭時，要注意保護電極與鎬頭螺旋接觸面，更換鎬頭后，反校正氧化鋯的氧濃度顯示值。如果不進行此項工作，氧化鋯檢測的氧濃度可能會與實際濃度產生偏差，從而影響測量。

　　 5、氧化鋯退出使用時，不能在切斷電源情況下放置在煙氣管道內，應保持加熱器供熱供電以防止鎬頭和鋯管被腐蝕。

　　 6、氧化鋯分析儀在運行中連續不斷地系統自檢，若有故障出現，儀表會顯示相應的故障代碼，再做相對應的維護措施。

　　 5維修案例

　　 案例1：氧化鋯氧分析儀變送器在運行過程中顯示0.25并報警。進行標定發現加熱器，發現加熱器無供電電壓，更換另一臺變送器，故障依舊；檢查萬用表正常；檢查變送器內電路板，發現加熱器供電的固態繼電器沒有輸出。反復查看圖紙，發現固態繼電器是由氧化鋯探頭的溫度來控制的，2臺變送器都沒有輸出，而探頭沒有更換，問題出在探頭的溫度檢測上。探頭的測溫元件是1個熱電偶，檢查熱電偶輸出，發現熱電偶已經開路，在變送器的溫度輸入端子上接入1個好的熱電偶，通電實驗，氧化鋯氧分析儀工作恢復正常。

　　 案例2：氧化鋯氧分析儀變送器在運行過程中儀表示值偏高，且顯示變化不大。首先檢測探頭內溫度及溫度控制電路，均沒有問題，后檢查氧化鋯管元件，用萬用表測量其電極內電阻發現內阻為150Ω左右，故判斷為氧化鋯管元件故障（新的鋯管內阻應小于50Ω，如果鋯管內阻不大與1000，可以適當提高測量溫度繼續使用，更換新的氧化鋯管元件后，氧化鋯氧分析儀工作正常。）