氧化鋯氧量分析儀常見故障原因分析及防范措施

　　為保證鍋爐達到燃燒工況，發電廠把氧量信號引入燃燒自動控制系統，作為校正信號來控制風量。這就要求鍋爐煙氣的含氧量測量必須準確可靠。然而氧化鋯氧量分析儀長期工作在高溫、煙氣沖刷厲害的惡劣環境中容易出現故障，所以我們要加強對氧化鋯氧量分析儀的運行維護。

　　機組的煤耗與鍋爐燃燒質量的好壞有著直接的關系。鍋爐處于正常燃燒狀態時具有一定的過剩空氣系數，而過剩空氣系數和煙氣中氧氣的含量有一定的關系，因此可以通過監視煙氣中氧氣的含量來了解過剩空氣系數，以判斷燃燒是否處于正常狀態。甚至于把氧氣的含量信號引入燃燒自動控制系統，作為校正信號來控制送風量，以保證鍋爐的經濟燃燒。因此，火力發電廠測量鍋爐煙氣的含氧量有非常重要的意義，這就要求鍋爐煙氣的含氧量測量必須準確可靠。

　　氧化鋯氧量分析儀的基本原理是：以氧化鋯作固體電解質，高溫下的電解質兩側氧濃度不同時形成濃差電池，濃差電池產生的電勢與兩側氧濃度有關，如一側氧濃度固定，即可通過測量輸出電勢來測量另一側的氧含量。在600～1200℃高溫下，經高溫焙燒的氧化鋯材料對氧離子有良好傳導性。在氧化鋯管兩側氧濃度不等的情況下，濃度大的一側的氧分子在該側氧化鋯管表面電極上結合兩個電子形成氧離子，然后通過氧化鋯材料晶格中的氧離子空穴向氧濃度低的一側泳動，當到達低濃度一側時在該側電極上釋放兩個電子形成氧分子放出，于是在電極上造成電荷累積，兩電極之間產生電勢，此電勢阻礙這種遷移的進一步進行，直至達到動平衡狀態，這就形成濃差電池，它所產生的與兩側氧濃度差有關的電勢，稱作濃差電勢。

　　在空氣側(參比側)電極上：O2+4e→2O-2

　　在低氧側(被測側)電極上：2O-2→O2+4e

　　電池兩端產生的電勢E符合能斯特方程：

　　式中：n—反應時所輸送的電子數，對氧n=4;

　　T-熱力學溫度(K)

　　F-法拉第常數，F=96500C/mol

　　R-氣體常數，R=8.315J/(mol.K)

　　PX-被測氣體的氧分壓

　　PA-參比氣體的氧分壓

　　這樣，如果把氧化鋯管加熱至一大于600℃的穩定溫度，在氧化鋯兩側分別流過總壓力相同的被測氣體和參比氣體，則產生的電勢與氧化管的工作溫度和兩側的氧濃度有固定的關系。如果知道參比氣體濃度，則可以根據氧化鋯管兩側的氧電勢和氧化鋯管的工作溫度計算出被測氣體的氧濃度。在分析爐煙的氧含量時，常用空氣作參比氣體，即參比氣氧濃度的百分數為20.8%，則上式可變為：如果工作溫度T一定，則氧濃差電勢與被測氣體中的氧含量的對數成反比。為了正確測量煙氣中氧含量，使用氧化鋯氧量分析儀時必須注意以下幾點：

　　①為確保輸出不受溫度影響，氧化鋯管應處于恒定溫度下工作或在儀表線路中附加溫度補償措施。

　　②使用中應保持被測氣體和參比氣體的壓力相等，只有這樣，兩種氣體中氧分壓之比才能代表兩種氣體中氧的百分容積含量(即氧濃度)之比。因為當壓力不同時，如氧濃度相同，氧分壓也是不同的。

　　③必須保證被測氣體和參比氣體都有一定的流速，以便不斷更新。

　　3.1 氧化鋯探頭老化大多數探頭老化時，內阻將大于1kΩ，因此通過測量探頭內阻即可判斷探頭老化程度。一般情況下，在安裝點選擇合理和中等惡劣煙氣條件下，探頭使用一年后才會明顯老化。但是如果安裝點煙溫過高，或煙氣中二氧化硫含量太大，都會加速探頭老化，縮短探頭壽命。

　　3.2 氧量跳動氧量運行曲線是一條有毛刺的波動線。毛刺和波動分別是短周噪聲和長周噪聲，分別是由爐膛壓力波動和風煤比波動引起的。因此毛刺和波動的大小決定于爐子的優劣，不是探頭本身引起的，正常的毛刺約為±0.4%，如果毛刺近于±1%為小跳動，大于±1%為大跳動，探頭老化是產生跳動的一個原因。

　　3.3 氧量顯示不正常引起氧量顯示不正常的故障原因較多，主要有氧化鋯元件老化或損壞，加熱爐絲斷，熱電偶斷，需要更換相應儀器部件或探頭;另外連接導線接觸不良或斷開，也會引起氧量顯示不正常，需要重新連接導線或更換導線。

　　例如：被測氣體含氧量不為零時，氧量分析儀氧量測量顯示為零。

　　①溫度故障。溫度低的原因：

　　1)熱電偶損壞。可通過測量熱電偶電阻判斷。

　　2)加熱器損壞。切斷電源，測量加熱器的電阻，同時測量加熱器的引線與探頭外殼間絕緣電阻應大于2MΩ。

　　3)熱電偶或加熱器引線接觸不良。②引線及轉換器故障。

　　③探頭內電極接觸不良。

　　④探頭內積聚大量可燃物。

　　3.4 氧量顯示偏高引起氧量顯示偏高的原因較多，主要有爐墻漏風，安裝法蘭漏，探頭的標準氣體入口螺帽未擰緊，探頭內部管組件與外部管連接處、內部管與氧化鋯元件連接處不嚴密，氧化鋯老化等。判別方法是：當用標準氣體校準正常，而運行中氧量明顯偏高者可判為漏氣，即爐墻漏風，安裝法蘭漏，探頭的標準氣體入口螺帽未擰緊，或探頭內部管組件與外部管連接處、內部管與氧化鋯元件連接處不嚴密。

　　①爐墻漏風。如果探頭附近的爐墻漏風，呈負壓的煙道會將空氣吸入，氧量分析儀周圍的煙氣中混有空氣，此時測得的煙氣中的氧量包含了空氣中的氧氣，所以顯示值會偏高。應采取措施使探頭附近的爐墻密封。

　　②安裝法蘭漏，一是煙道法蘭焊接不密封，二是煙道法蘭與探頭法蘭之間的密封墊片不完好，三是探頭安裝螺栓擰不緊。煙道內呈微負壓，這種情況下空氣會從安裝法蘭處漏入煙道中，此時測得的煙氣中的含氧量包含了空氣中的氧氣，所以顯示值會偏高。應采取措施密封安裝。

　　③探頭的標準氣體入口螺帽未擰緊。如果探頭的標準氣體入口螺帽未擰緊，空氣則從螺帽處漏入到氧化鋯測量元件的測量端，此時空氣、煙氣混合，煙氣中含氧量增加，使得氧量顯示偏高。應將探頭的標準氣體入口螺帽擰緊。

　　④探頭內部管組件與外部管連接處、內部管與氧化鋯元件連接處不嚴密，主要有密封墊片破損或連接螺栓擰不緊兩種情況。氧量分析儀在線測量時煙道內呈負壓狀態，外部呈正壓，內外管連接處或內部管與氧化鋯元件連接處不嚴密都會使空氣中的氧通過縫隙進入到氧化鋯測量元件的測量端，此時空氣、煙氣混合，煙氣中含氧量增加，使得氧量分析儀測量值顯示偏高。

　　3.5 堵灰

　　當探頭安裝在煙速過大的縮口處，不僅探頭容易被磨損，而且容易堵灰。堵灰時，氧量變化十分緩慢。

　　3.6 溫度不正常，引起溫度不正常的原因很多，主要有熱電偶斷，加熱爐絲斷，供電有問題，超溫保護回路動作，加熱驅動信號失效，溫度控制回路故障等。

　　4.1 選擇錯誤的安裝點

　　①煙溫太高，如果選用600～750℃的煙溫點，因煙氣溫度過高，將加速探頭老化。

　　②選用爐內側、死角，雖然探頭使用壽命大于1年，但響應遲緩，無法指導調風操作。

　　③選用渦流處，氧量波動大。

　　④選用煙道縮口處，風速大，容易造成探頭堵灰和沖刷大。

　　⑤選在煙道負壓大于1000Pa處，易產生漏氣故障，氧量偏高。

　　⑥工況氧量無代表性，正常煙氣氧量和探頭安裝處氧量相差甚遠。

　　4.2 接線失誤情況

　　①將熱電偶的正、負極接反，結果輸給溫度控制系統一個負信號，將導致燒壞探頭。

　　②將氧量電勢信號的正、負極接反，測量不正常。

　　③連線中間斷，未檢查就投入，結果投不上，無法運行。

　　④信號電纜磨破導致與爐體短路，測量不正常。

　　4.3 安裝不當，造成漏氣情況

　　①探頭的標準氣體入口螺帽未擰緊，造成氧量偏高。

　　②探頭安裝不密封，爐體法蘭焊接不密封。

　　③安裝點附近有漏點，如在安裝點上游有吹灰孔，而又未堵嚴，或者爐體漏風大，將造成氧量偏高。

　　④檢修人員在更換元件或維修時，裝配不正確或探頭安裝螺栓擰不緊，造成漏氣。

　　4.4 現場特殊情況處理實例。

　　安裝點煙氣沖刷厲害，外套管容易磨穿，可在外套管上加焊防磨罩;如果沖刷十分

　　厲害，以致不到一年探頭外套管磨穿，只能尋找沖刷小的安裝點。

　　5.1 合理選擇安裝位置

　　①安裝點保證測點煙溫在400～500℃之間，煙道的負壓小于1000Pa，測點處應燃燒完全，煙氣流動平穩無劇烈振動和敲打源。

　　②在環境較好的地方安裝氧化鋯氧量分析儀的控制器。

　　③為防止煙氣對流和冷凝水進入鋯頭，探頭應稍向下傾斜。

　　④測點位置應避開人孔門等位置，應在鍋爐密封性好、不漏風的部位。

　　5.2 探頭安裝時應該注意的問題

　　①氧化鋯探頭一般為法蘭安裝方式，煙道法蘭與探頭法蘭之間必須使用石棉密封墊，探頭安裝螺栓必須擰緊。

　　②探頭頭部切忌敲擊、碰撞，以免陶瓷部件損壞。

　　③探頭插入熱的煙道時，不能太快，一般以每分鐘插入10cm為宜。

　　④必須擰緊探頭的標準氣體入口螺帽。

　　5.3 保持鋯頭溫度恒定，只有當溫度恒定時，輸出電勢僅與被測氣體的氧分壓有關。溫度過低或者多高，都會對較 終的結果造成不利影響，所以，保持鋯頭溫度恒定十分重要。

　　5.4 運行人員應及時調整風量和燃料量

　　有時氧化鋯氧量分析儀氧量指示偏差較大，并不一定是氧量分析儀出了故障，而是由于燃燒工況發生變化后運行人員未能及時進行調整所致，此時只需及時調整風量和燃料量就可恢復正常。

　　5.5 加強日常維護和管理

　　新投運的氧化鋯氧量分析儀至少每兩周標定1次，定時清理。標準氣管應暢通，探頭每季度在線標定一次，發現問題及時處理。鍋爐停用較長時間應切斷加熱爐電源，以延長其壽命;點火前1～2天，先接通電源，以避免氧化鋯管的驟冷或驟熱而造成斷裂。為防止探頭損壞，鍋爐檢修時應將探頭從煙道中抽出，清除積灰，保管好。要加強日常的技術管理，對氧化鋯氧量分析儀的更換、故障原因、處理結果

　　等應作詳細記錄。通過加強對氧化鋯氧量分析儀的故障分析、總結與維護，大大提高了鍋爐煙氣含氧量測量信號的準確可靠性，從而大大提高了鍋爐燃燒的安全性和經濟性。不但節約了燃料成本，而且減少了環境污染，延長了鍋爐壽命，為大容量、高參數的火力發電機組的安全、經濟運行提供了有力的保障。