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(dá)到燃燒工況，發(fā)電廠把氧量信號引入燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)，作為校正信號來控制風(fēng)量。這就要求鍋爐煙氣的含氧量測量必須準(zhǔn)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(huán)境中容易出現(xiàn)故障，所以我們要加強(qiáng)對氧化鋯氧量分析儀的運(yùn)行維護(hù)。

　　機(jī)組的煤耗與鍋爐燃燒質(zhì)量的好壞有著直接的關(guān)系。鍋爐處于正常燃燒狀態(tài)時(shí)具有一定的過剩空氣系數(shù)，而過剩空氣系數(shù)和煙氣中氧氣的含量有一定的關(guān)系，因此可以通過監(jiān)視煙氣中氧氣的含量來了解過剩空氣系數(shù)，以判斷燃燒是否處于正常狀態(tài)。甚至于把氧氣的含量信號引入燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)，作為校正信號來控制送風(fēng)量，以保證鍋爐的經(jīng)濟(jì)燃燒。因此，火力發(fā)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(zhǔn)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(zhì)，高溫下的電解質(zhì)兩側(cè)氧濃度不同時(shí)形成濃差電池，濃差電池產(chǎn)生的電勢與兩側(cè)氧濃度有關(guān)，如一側(cè)氧濃度固定，即可通過測量輸出電勢來測量另一側(cè)的氧含量。在600～1200℃高溫下，經(jīng)高溫焙燒的氧化鋯材料對氧離子有良好傳導(dǎo)性。在氧化鋯管兩側(cè)氧濃度不等的情況下，濃度大的一側(cè)的氧分子在該側(cè)氧化鋯管表面電極上結(jié)合兩個(gè)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(cè)泳動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)低濃度一側(cè)時(shí)在該側(cè)電極上釋放兩個(gè)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(chǎn)生電勢，此電勢阻礙這種遷移的進(jìn)一步進(jìn)行，直至達(dá)到動(dòng)平衡狀態(tài)，這就形成濃差電池，它所產(chǎn)生的與兩側(cè)氧濃度差有關(guān)的電勢，稱作濃差電勢。

　　在空氣側(cè)(參比側(cè))電極上：O2+4e→2O-2

　　在低氧側(cè)(被測側(cè))電極上：2O-2→O2+4e

　　電池兩端產(chǎn)生的電勢E符合能斯特方程：

　　式中：n—反應(yīng)時(shí)所輸送的電子數(shù)，對氧n=4;

　　T-熱力學(xué)溫度(K)

　　F-法拉第常數(shù)，F(xiàn)=96500C/mol

　　R-氣體常數(shù)，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(wěn)定溫度，在氧化鋯兩側(cè)分別流過總壓力相同的被測氣體和參比氣體，則產(chǎn)生的電勢與氧化管的工作溫度和兩側(cè)的氧濃度有固定的關(guān)系。如果知道參比氣體濃度，則可以根據(jù)氧化鋯管兩側(cè)的氧電勢和氧化鋯管的工作溫度計(jì)算出被測氣體的氧濃度。在分析爐煙的氧含量時(shí)，常用空氣作參比氣體，即參比氣氧濃度的百分?jǐn)?shù)為20.8%，則上式可變?yōu)椋喝绻ぷ鳒囟萒一定，則氧濃差電勢與被測氣體中的氧含量的對數(shù)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(shí)必須注意以下幾點(diǎn)：

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

　　②使用中應(yīng)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?yàn)楫?dāng)壓力不同時(shí)，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(shù)探頭老化時(shí)，內(nèi)阻將大于1kΩ，因此通過測量探頭內(nèi)阻即可判斷探頭老化程度。一般情況下，在安裝點(diǎn)選擇合理和中等惡劣煙氣條件下，探頭使用一年后才會(huì)明顯老化。但是如果安裝點(diǎn)煙溫過高，或煙氣中二氧化硫含量太大，都會(huì)加速探頭老化，縮短探頭壽命。

　　3.2 氧量跳動(dòng)氧量運(yùn)行曲線是一條有毛刺的波動(dòng)線。毛刺和波動(dòng)分別是短周噪聲和長周噪聲，分別是由爐膛壓力波動(dòng)和風(fēng)煤比波動(dòng)引起的。因此毛刺和波動(dòng)的大小決定于爐子的優(yōu)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(dòng)，大于±1%為大跳動(dòng)，探頭老化是產(chǎn)生跳動(dòng)的一個(gè)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(yīng)儀器部件或探頭;另外連接導(dǎo)線接觸不良或斷開，也會(huì)引起氧量顯示不正常，需要重新連接導(dǎo)線或更換導(dǎo)線。

　　例如：被測氣體含氧量不為零時(shí)，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(shí)測量加熱器的引線與探頭外殼間絕緣電阻應(yīng)大于2MΩ。

　　3)熱電偶或加熱器引線接觸不良。②引線及轉(zhuǎn)換器故障。

　　③探頭內(nèi)電極接觸不良。

　　④探頭內(nèi)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(fēng)，安裝法蘭漏，探頭的標(biāo)準(zhǔn)氣體入口螺帽未擰緊，探頭內(nèi)部管組件與外部管連接處、內(nèi)部管與氧化鋯元件連接處不嚴(yán)密，氧化鋯老化等。判別方法是：當(dāng)用標(biāo)準(zhǔn)氣體校準(zhǔn)正常，而運(yùn)行中氧量明顯偏高者可判為漏氣，即爐墻漏風(fēng)，安裝法蘭漏，探頭的標(biāo)準(zhǔn)氣體入口螺帽未擰緊，或探頭內(nèi)部管組件與外部管連接處、內(nèi)部管與氧化鋯元件連接處不嚴(yán)密。

　　①爐墻漏風(fēng)。如果探頭附近的爐墻漏風(fēng)，呈負(fù)壓的煙道會(huì)將空氣吸入，氧量分析儀周圍的煙氣中混有空氣，此時(shí)測得的煙氣中的氧量包含了空氣中的氧氣，所以顯示值會(huì)偏高。應(yīng)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(nèi)呈微負(fù)壓，這種情況下空氣會(huì)從安裝法蘭處漏入煙道中，此時(shí)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(huì)偏高。應(yīng)采取措施密封安裝。

　　③探頭的標(biāo)準(zhǔn)氣體入口螺帽未擰緊。如果探頭的標(biāo)準(zhǔn)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(shí)空氣、煙氣混合，煙氣中含氧量增加，使得氧量顯示偏高。應(yīng)將探頭的標(biāo)準(zhǔn)氣體入口螺帽擰緊。

　　④探頭內(nèi)部管組件與外部管連接處、內(nèi)部管與氧化鋯元件連接處不嚴(yán)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(shí)煙道內(nèi)呈負(fù)壓狀態(tài)，外部呈正壓，內(nèi)外管連接處或內(nèi)部管與氧化鋯元件連接處不嚴(yán)密都會(huì)使空氣中的氧通過縫隙進(jìn)入到氧化鋯測量元件的測量端，此時(shí)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(dāng)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(shí)，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(hù)回路動(dòng)作，加熱驅(qū)動(dòng)信號失效，溫度控制回路故障等。

　　4.1 選擇錯(cuò)誤的安裝點(diǎn)

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

　　②選用爐內(nèi)側(cè)、死角，雖然探頭使用壽命大于1年，但響應(yīng)遲緩，無法指導(dǎo)調(diào)風(fēng)操作。

　　③選用渦流處，氧量波動(dòng)大。

　　④選用煙道縮口處，風(fēng)速大，容易造成探頭堵灰和沖刷大。

　　⑤選在煙道負(fù)壓大于1000Pa處，易產(chǎn)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(yuǎn)。

　　4.2 接線失誤情況

　　①將熱電偶的正、負(fù)極接反，結(jié)果輸給溫度控制系統(tǒng)一個(gè)負(fù)信號，將導(dǎo)致燒壞探頭。

　　②將氧量電勢信號的正、負(fù)極接反，測量不正常。

　　③連線中間斷，未檢查就投入，結(jié)果投不上，無法運(yùn)行。

　　④信號電纜磨破導(dǎo)致與爐體短路，測量不正常。

　　4.3 安裝不當(dāng)，造成漏氣情況

　　①探頭的標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)附近有漏點(diǎn)，如在安裝點(diǎn)上游有吹灰孔，而又未堵嚴(yán)，或者爐體漏風(fēng)大，將造成氧量偏高。

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

　　4.4 現(xiàn)場特殊情況處理實(shí)例。

　　安裝點(diǎn)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(diǎn)。

　　5.1 合理選擇安裝位置

　　①安裝點(diǎn)保證測點(diǎn)煙溫在400～500℃之間，煙道的負(fù)壓小于1000Pa，測點(diǎn)處應(yīng)燃燒完全，煙氣流動(dòng)平穩(wěn)無劇烈振動(dòng)和敲打源。

　　②在環(huán)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(jìn)入鋯頭，探頭應(yīng)稍向下傾斜。

　　④測點(diǎn)位置應(yīng)避開人孔門等位置，應(yīng)在鍋爐密封性好、不漏風(fēng)的部位。

　　5.2 探頭安裝時(shí)應(yīng)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(shí)，不能太快，一般以每分鐘插入10cm為宜。

　　④必須擰緊探頭的標(biāo)準(zhǔn)氣體入口螺帽。

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

　　5.4 運(yùn)行人員應(yīng)及時(shí)調(diào)整風(fēng)量和燃料量

　　有時(shí)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(fā)生變化后運(yùn)行人員未能及時(shí)進(jìn)行調(diào)整所致，此時(shí)只需及時(shí)調(diào)整風(fēng)量和燃料量就可恢復(fù)正常。

　　5.5 加強(qiáng)日常維護(hù)和管理

　　新投運(yùn)的氧化鋯氧量分析儀至少每兩周標(biāo)定1次，定時(shí)清理。標(biāo)準(zhǔn)氣管應(yīng)暢通，探頭每季度在線標(biāo)定一次，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。鍋爐停用較長時(shí)間應(yīng)切斷加熱爐電源，以延長其壽命;點(diǎn)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(shí)應(yīng)將探頭從煙道中抽出，清除積灰，保管好。要加強(qiáng)日常的技術(shù)管理，對氧化鋯氧量分析儀的更換、故障原因、處理結(jié)果

　　等應(yīng)作詳細(xì)記錄。通過加強(qiáng)對氧化鋯氧量分析儀的故障分析、總結(jié)與維護(hù)，大大提高了鍋爐煙氣含氧量測量信號的準(zhǔn)確可靠性，從而大大提高了鍋爐燃燒的安全性和經(jīng)濟(jì)性。不但節(jié)約了燃料成本，而且減少了環(huán)境污染，延長了鍋爐壽命，為大容量、高參數(shù)的火力發(fā)電機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了有力的保障。