《朱祥柯热工》PPT课件

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1、氧化锆氧量计朱祥柯内容（1）氧量测量的意义（2）氧化锆性质（3）氧化锆测氧原理（4）氧化锆传感器的结构（5）氧化锆管使用时的注意事项（6）测量系统及信号处理（7）氧化锆传感器的检定一、氧量测量的意义在火电厂中，为保持锅炉燃烧处于最佳工况，燃料量和氧量必须有恰当的比例，这一比例可以通过过量空气系数α的大小反映出来。（1）α太大，会降低炉温，增加排烟损失；（2）α太小，燃烧不充分，增加机械不完全燃烧损失；（3）α取值为，燃煤锅炉1.2~1.3，燃油锅炉1.1~1.2。α的直接测量很困难，目前都是通过对烟气中氧量和二

2、氧化碳量进行分析得出的。二、氧化锆的性质氧化锆（ZrO2）是一种固体电解质，具有离子导电性。（1）常温下，ZrO2下为单斜晶体；（2）高于1150℃时为立方晶体。（3）掺入一定数量的CaO或Y2O3，进行高温焙烧，形成稳定的萤石形立方晶体结构，不随温度变化而变化。掺入CaO或Y2O3的ZrO2晶体中，Ca2+或Y3+会置换出Zr4+，形成O2-空穴。当加热到数百度时，该晶体会成为良好的O2-导体。三、氧化锆测氧原理1.产生热电势的3个条件：1）带有疏空电极的杂质氧化锆2）工作温度大于600℃3）氧浓度差氧浓差电

3、势与被测气体中的氧含量的对数成线性关系。三、氧化锆测氧原理2.氧浓差电池两极发生的反应正极（含氧量大侧）：还原反应O2+4e→2O2-负极（含氧量小侧）：氧化反应2O2-→O2+4e这样在电极上产生电荷的积累，从而在两极之间建立电场，此电场将阻止这种迁移的进一步进行，直到达到动态平衡，此时在两极间形成电场。此电势因与两侧氧浓度有关，故称氧浓差电势三、氧化锆测氧原理3.氧浓差电势大小能斯特方程：注：E—氧浓差电势，mv;R—理想气体常数，8.314J/（mol.K）；F—法拉第常数，96487C/mol；T—热力

4、学温度，K；n—一个氧分子输送的电子个数，n=4；P1—被分析气体（如烟气）的氧分压；P2—参比气体（如空气）的氧分压。三、氧化锆测氧原理由于在混合气体中，某种气体的分压力与总压力（p）之比等于该组分的体积浓度，即：则能斯特方程可写为：由上式可知，当氧浓差电池工作温度T一定，以及参比气体的氧浓度一定时，电池产生的氧浓差电势与被测气体的含氧浓度成单值函数关系。通过测量氧浓差电势E就可以得到被测气体的含氧量。三、氧化锆测氧原理4.氧浓差电势与被测气体含氧量的关系由于空气的含氧量为=20.8﹪，且成本低廉，所以在分析

5、炉烟中的含氧量时，一般常用空气作为参比气体。三、氧化锆测氧原理例题：四、氧化锆传感器的结构四、氧化锆传感器的结构五、使用氧化锆管时注意事项(1)氧化锆管的工作温度应保持恒定，或在仪表线路中采取温度补偿措施。温度过低(<600℃)，输出灵敏度下降；温度过高（＞1200℃），烟气中的氧化铂的催化作用下，易于可燃物质化合，使含氧量下降，输出电势增加。（2）氧化锆管材质应均匀致密，不能有裂纹或孔洞，否则空气直接漏过，使氧浓差下降，输出电势减小；纯度要高，如存在杂质，特别是铁，会使电子通过氧化锆本身短路，从而使输出电势下

6、降。例如，当氧化锆中含5%的Fe203时，输出电势仅为计算值的50%，所以电极材料中的铁元素应控制在千分之几的数量级。(3)参比气体和被测气体压力应保持相等。(4)氧化锆管内外两侧气体要不断流动更新，由于氧浓差电池有使两侧氧浓度趋于一致的倾向(5)电极引线应用纯铂丝(6)与氧化锆管配接的二次仪表应有很高的输入阻抗。(7)如果氧化锆管的输出作为自动调节信号，则应采用线性化电路将氧浓差电势与含氧浓度之间的对数关系转换为线性关系。另外应注意的是，由于氧化锆探头长期使用在高温状态下，易由于膨胀造成裂纹或电极脱落；氧化锆

7、管表面附着有烟尘微粒，也会造成铂电极上微孔堵塞、积灰，是输出电势出现异常，甚至造成铂电极中毒，所以在使用过程中要经常清洗。六、测量系统及信号处理1.氧化锆氧量计的分类按探头工作温度：定温式及温度补偿式按安装方式：直插式与抽出式抽出式系统是将气样抽出后再送入氧化锆管测量，带有抽气和净化系统，能除去杂质和SO2等有害气体，并且氧化锆管处于800℃恒温下工作，准确度较高，但系统复杂，迟延较大，不能及时反映被测烟气的含氧量变化。所以生产现场一般采用直插式测量系统。直插式就是直接将氧化锆管插入烟道的高温部分。(一)直插补

8、偿式测量系统根据温度在700～800℃之间时，K型热电偶的热电势随热端温度的变化与氧化锆氧浓差电势随烟气温度的变化基本相等，二者之差基本与温度无关的原理来实现补偿的。直插式补偿测量示意图1．高输入阻抗变换氧化锆材料是一种离子晶体，其内阻可高达几千欧（国外产品可达几十千欧）。当测量电路内阻不高时，就不可能正确测量氧浓差电势。如图：E’—经运算放大器阻抗变换后的等效氧浓差电势当R4=18欧