AMETEK水露点仪镜头

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在热力生产过程中，锅炉燃烧的好坏是影响热力生产效率及环保要求的一个重要因素。提高锅炉效率，实现优化燃烧，需要对有关燃烧参数在线及时准确监测，以便实现人工调节和自动控制，保持锅炉在燃烧状态下运行。      在锅炉运行中，必须控制好进入锅炉的空气量与燃料量两者的比例。若空气量与燃料量之比越大，则排烟损失越大，同时，高温下空气中的氧易与燃料中的硫和空气中的氮发生化学反应，生成对换热设备和环境具有不良影响的SOx和NOx;；若空气量与燃料量之比越小，则化学未完全燃烧损失越大，燃料燃烧不充分，降低了燃烧的经济性。因此，为了使锅炉保持燃烧工况，必须使空气量与燃料量的比例合适，这个比例称为过剩空气系数（α），数值应在1．20—1．30之间。由于直接测量和控制过剩空气系数十分困难，而α值又与烟气中的O2及CO2有确定(单值)的函数关系，且受燃料品种变化影响较小，所以通常用测量烟气中氧气含量的方法来了解过剩空气系数，以判断燃烧状况，控制进入炉膛的空气量，从而维持风煤比，达到优化燃烧的目的。    
1  氧化锆氧量计原理及应用时注意的问题
1.1 氧化锆氧量计的工作原理：
氧化锆氧量计的工作原理是利用氧化锆(ZrO2)作固体电解质而进行测量的，如图1所示。
 
图1：氧化锆氧量计测量原理
高温下电解质在两侧氧浓度不同时产生氧浓差电势，如一侧氧浓度固定，即可通过测量输出电势来测量另一侧的氧含量。氧化锆测量原理可用公式1表述: 
PPln(RT0nFE）
              公式1：氧化锆测量原理公式
式中，E---为氧浓差电势，mV; R---氧的气体常数，R=8.314J/( mol?K); n---反应时，一个氧分子输送的电子数，4; T---热力学温度，K; P0---参比气体中氧分压(或体积分数)，Pa(或%); P---被测烟气中氧分压(或体积分数)，Pa(或%)；
F---法拉第常数，F=96.487?103C/mol。
    当锆管温度恒定时，探头的输出电势只与两侧的氧浓度有关。可见，如能测出氧探头的输出电动势E和被测气体的温度T，即可算出被测气体烟气的氧分压（浓度）P。
1.2 氧化锆氧量计在应用时注意的问题：
1.2.1因为氧浓差电势E与氧化锆工作管的温度T成正比关系，因此在测量系统中应有恒温装置，以保证输出不受温度影响；
1.2.2工作温度T要选在600℃以上，以保证有足够的灵敏度；
 
1.2.3参比气体中的氧分压要恒定不变，且比被测气体中的氧分压大得多，保证输出灵敏度大；
1.2.4保证参比气体和被测气体都有一定的流速，以便不断更新；
1.2.5氧浓差电势E与被测气体氧含量成对数关系，应进行线性化处理。
 
2  AMETEK氧量分析仪装置配置介绍
某公司4?300MW机组，每台锅炉均配置了A、B侧空预器进口及A、B侧空预器出口共四只氧化锆氧量计，采用AMETEK公司WDG210型氧量分析仪。
WDG210型氧量分析仪组件组成：
氧化锆元件为探头的关键部件，包括氧化锆管及涂制在管底部的钼电极和电极引线，电极引线可将信号引出；加热炉用于加热氧化锆管；标气管用于接通标气，校准探头；热电偶用于测量氧电池中的温度，接入变送器温控系统；接线板设有信号、热电偶和加热炉三对接线柱，其它还有过滤器、安装法兰和探头外壳。
控制器接受氧电势信号，并转换为氧量信号；同时控制锆管温度，使它恒定在设定温度（615℃）上。
WDG210型氧量分析仪的测量部分和控制器如图2所示：
 
    
图2：WDG210型氧量分析仪的测量探头和控制器
A 接线盒
B 校准气用
1/ 4″接口
C 
2″NPT （
M ）螺纹以安装法兰
D 内层套管
E 外层保护套管
F 支撑环
G 氧化锆信号导出线
H 氧化锆管加热器和热电偶
I 氧化锆管和隔离套管
J 陶瓷护套
K 保护网
3  氧量分析仪维护中常见故障及处理：
AMETEK WDG210型氧量分析仪在使用2000小时后，由于锆头长期在高温的环境下工作，容易出现内阻增大，性能下降，反映迟钝现象。需要对其准确度进行校准，同时对气路的气密性也要进行检查。在实际维护中氧量分析仪会出现各类故障，根据故障现象将引起仪器故障分为外部故障和内部故障。
3.1氧量分析仪常见外部故障处理
氧化锆氧量测量系统运行时间过长,因其所处位置温度较高、配件老化等原因,会出现法兰垫、标准气入口等部位松动、漏风。因此,必须对氧化锆氧量测量系统进行定期维护,同时要经常观察氧量的变化情况,发现显示异常要及时处理。
3.1.1密封性问题  氧量测量装置通过与焊接在烟道壁上的发兰盘相连而固定的，同时为了防止外层套管被烟气长期冲刷而磨穿，加装了耐磨陶瓷保护管，其安装示意图如图3所示，两法兰盘之间通过石棉垫片进行密封。该处法兰接头处漏气会影响测量精度或造成信号波动，对输出电势影响较大，因为氧浓差电势与含氧量成指数曲线关系,氧量稍有变化,会引起较大电势变化。
 
 
图3：改造前耐磨陶瓷管示意图
由于两法兰盘之间的密封处理不好，且烟道内为负压，外界为大气压，造成大气通过发兰盘间隙漏入，并直接进入锆头部分，造成氧量测量偏大。
    针对此情况，对防磨套瓷管重新进行加工处理，如图4所示：
 
图4：改造后耐磨陶瓷管示意图
耐磨陶瓷管加工成半圆管，上半圆管防止烟气冲刷，而漏入的少量大气到不了锆头头部即被烟气带走，不影响对氧量的测量。
3.1.2内、外套管之间的密封问题  由于内、外套管之间进入的分别是参比气体和分析气体，如果两者之间的密封不好，将造成参比气体（空气）漏入烟气，造成测量偏差。故应定期对内、外套管之间密封垫片进行检查。
3.1.3陶瓷过滤器积灰  由于烟气中含有大量的灰尘和化合物，为了防止锆头被灰堵和被烟气腐蚀，影响使用寿命，通常在锆头前装有陶瓷过滤器。但陶瓷过滤器长时间运行后也易堵灰，就造成锆头中的烟气不能及时更新，造成氧量测量变化迟缓。故应定期对陶瓷过滤器进行清洗，保证测量的准确。
3.1.4氧量测量装置安装位置不合理  烟气经过空预器后，必然会漏入部分二次风和一次风，所以空预器出口氧量应该高于空预器进口氧量，但我公司四台锅炉进出口氧量对比数据如表1：
 
进口A侧
进口B侧
出口A侧
出口B侧
#1炉现氧量
4.83% 5.08% 4.86% 5.40% #2炉现氧量
5.13% 5.32% 4.97% 5.02% #3炉现氧量
5.4% 6.13% 6.28% 6.39% 表1：四台锅炉进出口氧量对比数据表
分析上表，发现空预器出口氧量基本和空预器进口氧量相同，故空预器出口氧量测量明显不正确。后通过燃烧效率分析仪testo-350对现场进行氧量分析，与原在线氧量值对比，发现空预器出口氧量测量装置安装位置不好，利用停机检修逐一对出口氧量测点进行移位改造，见图5所示。改进前的原氧量测点位于锅炉空预器出口折角的上部,这一部位很容易形成烟气死角,
烟气流的阻力较大,造成原在线测点处烟气的流通性不好。改造后的氧量测点位于尾部烟道后,此处烟气流速较高,不易积灰,烟气流通性好,氧化锆探头易接触到鲜的烟气。移位后出口氧量测点的在线氧量显示值与试验测点所测氧量值跟踪对应良好。
 
图5：空预器出口氧量测点移位示意图
3.2氧量分析仪常见内部故障处理
当氧化锆测量系统内部发生故障时会发出系统错误信息，方便用户进行故障诊断，如表2：
 
系统错误信息
氧化锆测量系统内部的故障分析
标定失败
表示用户已经放弃标定或者由于满量程或零点气超量程而失败。
测量池超温
 
表示传感器的温度超过它的正常工作温度，控制器将关闭加热直到温度恢复到正常范围。如果这个信息迅速消失，表明温度已经回到可以接受的范围。
满量程标气错误
 
如果满量程标气读数不在允许的范围内，将出现这个错误信息，一旦出现这个信息，系统的标定将放弃，这条信息可能会表明下列一些问题：
(1)标定气设置问题
 (2) 测量池有问题（3)测量池接线反
（4)管路漏气（5)管路阻塞
温度升高失败
 
这条信息表明在启动时，传感器没能在60秒内升高10℃。下列问题可能会引起这条错误信息：
  (1)传感器供电问题
(2)炉膛打开  (3)内部接线问题
零标气错误
 
如果零标气的读数不在软件允许的范围内，将出现这个错误信息，一旦出现这个信息，系统的标定将会放弃，这条信息可能表明下列一些问题： (1)标气设定错误
 
(2)过程压力输入不正确
 (3)测量池接线反了
 (4)测量池有问题
(5)管路泄漏或阻塞。
显示乱码
可以对控制器的EEPRAM和ROM进行清除内部信息，然后对控制器重新设定即可恢复正常。
表2：氧化锆测量系统常见故障及对策表
机组运行时检查或更换氧化锆管应注意，将氧化锆测量部分拔出或插入烟道时要缓慢防止氧化锆管受热不均破裂而损害，过程一般控制在15min左右。更换或检查后，均应标定氧量分析仪，如不进行此项工作，氧分析仪检测的氧浓度可能会与实际浓度产生偏差，从而影响测量。
 
4、
结束语
烟气中的氧量过高或过低,都严重影响锅炉安全经济运行,为了提高烟气中含氧量的测量准确度，必须对氧化锆氧量测量系统进行定期维护,同时要经常检查在线氧量的变化情况,发现显示异常要及时处理。