氧化锆氧量分析仪常见故障原因分析及防范措施

　　为保证锅炉达到燃烧工况，发电厂把氧量信号引入燃烧自动控制系统，作为校正信号来控制风量。这就要求锅炉烟气的含氧量测量必须准确可靠。然而氧化锆氧量分析仪长期工作在高温、烟气冲刷厉害的恶劣环境中容易出现故障，所以我们要加强对氧化锆氧量分析仪的运行维护。

　　机组的煤耗与锅炉燃烧质量的好坏有着直接的关系。锅炉处于正常燃烧状态时具有一定的过剩空气系数，而过剩空气系数和烟气中氧气的含量有一定的关系，因此可以通过监视烟气中氧气的含量来了解过剩空气系数，以判断燃烧是否处于正常状态。甚至于把氧气的含量信号引入燃烧自动控制系统，作为校正信号来控制送风量，以保证锅炉的经济燃烧。因此，火力发电厂测量锅炉烟气的含氧量有非常重要的意义，这就要求锅炉烟气的含氧量测量必须准确可靠。

　　氧化锆氧量分析仪的基本原理是：以氧化锆作固体电解质，高温下的电解质两侧氧浓度不同时形成浓差电池，浓差电池产生的电势与两侧氧浓度有关，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。在600～1200℃高温下，经高温焙烧的氧化锆材料对氧离子有良好传导性。在氧化锆管两侧氧浓度不等的情况下，浓度大的一侧的氧分子在该侧氧化锆管表面电极上结合两个电子形成氧离子，然后通过氧化锆材料晶格中的氧离子空穴向氧浓度低的一侧泳动，当到达低浓度一侧时在该侧电极上释放两个电子形成氧分子放出，于是在电极上造成电荷累积，两电极之间产生电势，此电势阻碍这种迁移的进一步进行，直至达到动平衡状态，这就形成浓差电池，它所产生的与两侧氧浓度差有关的电势，称作浓差电势。

　　在空气侧(参比侧)电极上：O2+4e→2O-2

　　在低氧侧(被测侧)电极上：2O-2→O2+4e

　　电池两端产生的电势E符合能斯特方程：

　　式中：n—反应时所输送的电子数，对氧n=4;

　　T-热力学温度(K)

　　F-法拉第常数，F=96500C/mol

　　R-气体常数，R=8.315J/(mol.K)

　　PX-被测气体的氧分压

　　PA-参比气体的氧分压

　　这样，如果把氧化锆管加热至一大于600℃的稳定温度，在氧化锆两侧分别流过总压力相同的被测气体和参比气体，则产生的电势与氧化管的工作温度和两侧的氧浓度有固定的关系。如果知道参比气体浓度，则可以根据氧化锆管两侧的氧电势和氧化锆管的工作温度计算出被测气体的氧浓度。在分析炉烟的氧含量时，常用空气作参比气体，即参比气氧浓度的百分数为20.8%，则上式可变为：如果工作温度T一定，则氧浓差电势与被测气体中的氧含量的对数成反比。为了正确测量烟气中氧含量，使用氧化锆氧量分析仪时必须注意以下几点：

　　①为确保输出不受温度影响，氧化锆管应处于恒定温度下工作或在仪表线路中附加温度补偿措施。

　　②使用中应保持被测气体和参比气体的压力相等，只有这样，两种气体中氧分压之比才能代表两种气体中氧的百分容积含量(即氧浓度)之比。因为当压力不同时，如氧浓度相同，氧分压也是不同的。

　　③必须保证被测气体和参比气体都有一定的流速，以便不断更新。

　　3.1 氧化锆探头老化大多数探头老化时，内阻将大于1kΩ，因此通过测量探头内阻即可判断探头老化程度。一般情况下，在安装点选择合理和中等恶劣烟气条件下，探头使用一年后才会明显老化。但是如果安装点烟温过高，或烟气中二氧化硫含量太大，都会加速探头老化，缩短探头寿命。

　　3.2 氧量跳动氧量运行曲线是一条有毛刺的波动线。毛刺和波动分别是短周噪声和长周噪声，分别是由炉膛压力波动和风煤比波动引起的。因此毛刺和波动的大小决定于炉子的优劣，不是探头本身引起的，正常的毛刺约为±0.4%，如果毛刺近于±1%为小跳动，大于±1%为大跳动，探头老化是产生跳动的一个原因。

　　3.3 氧量显示不正常引起氧量显示不正常的故障原因较多，主要有氧化锆元件老化或损坏，加热炉丝断，热电偶断，需要更换相应仪器部件或探头;另外连接导线接触不良或断开，也会引起氧量显示不正常，需要重新连接导线或更换导线。

　　例如：被测气体含氧量不为零时，氧量分析仪氧量测量显示为零。

　　①温度故障。温度低的原因：

　　1)热电偶损坏。可通过测量热电偶电阻判断。

　　2)加热器损坏。切断电源，测量加热器的电阻，同时测量加热器的引线与探头外壳间绝缘电阻应大于2MΩ。

　　3)热电偶或加热器引线接触不良。②引线及转换器故障。

　　③探头内电极接触不良。

　　④探头内积聚大量可燃物。

　　3.4 氧量显示偏高引起氧量显示偏高的原因较多，主要有炉墙漏风，安装法兰漏，探头的标准气体入口螺帽未拧紧，探头内部管组件与外部管连接处、内部管与氧化锆元件连接处不严密，氧化锆老化等。判别方法是：当用标准气体校准正常，而运行中氧量明显偏高者可判为漏气，即炉墙漏风，安装法兰漏，探头的标准气体入口螺帽未拧紧，或探头内部管组件与外部管连接处、内部管与氧化锆元件连接处不严密。

　　①炉墙漏风。如果探头附近的炉墙漏风，呈负压的烟道会将空气吸入，氧量分析仪周围的烟气中混有空气，此时测得的烟气中的氧量包含了空气中的氧气，所以显示值会偏高。应采取措施使探头附近的炉墙密封。

　　②安装法兰漏，一是烟道法兰焊接不密封，二是烟道法兰与探头法兰之间的密封垫片不完好，三是探头安装螺栓拧不紧。烟道内呈微负压，这种情况下空气会从安装法兰处漏入烟道中，此时测得的烟气中的含氧量包含了空气中的氧气，所以显示值会偏高。应采取措施密封安装。

　　③探头的标准气体入口螺帽未拧紧。如果探头的标准气体入口螺帽未拧紧，空气则从螺帽处漏入到氧化锆测量元件的测量端，此时空气、烟气混合，烟气中含氧量增加，使得氧量显示偏高。应将探头的标准气体入口螺帽拧紧。

　　④探头内部管组件与外部管连接处、内部管与氧化锆元件连接处不严密，主要有密封垫片破损或连接螺栓拧不紧两种情况。氧量分析仪在线测量时烟道内呈负压状态，外部呈正压，内外管连接处或内部管与氧化锆元件连接处不严密都会使空气中的氧通过缝隙进入到氧化锆测量元件的测量端，此时空气、烟气混合，烟气中含氧量增加，使得氧量分析仪测量值显示偏高。

　　3.5 堵灰

　　当探头安装在烟速过大的缩口处，不仅探头容易被磨损，而且容易堵灰。堵灰时，氧量变化十分缓慢。

　　3.6 温度不正常，引起温度不正常的原因很多，主要有热电偶断，加热炉丝断，供电有问题，超温保护回路动作，加热驱动信号失效，温度控制回路故障等。

　　4.1 选择错误的安装点

　　①烟温太高，如果选用600～750℃的烟温点，因烟气温度过高，将加速探头老化。

　　②选用炉内侧、死角，虽然探头使用寿命大于1年，但响应迟缓，无法指导调风操作。

　　③选用涡流处，氧量波动大。

　　④选用烟道缩口处，风速大，容易造成探头堵灰和冲刷大。

　　⑤选在烟道负压大于1000Pa处，易产生漏气故障，氧量偏高。

　　⑥工况氧量无代表性，正常烟气氧量和探头安装处氧量相差甚远。

　　4.2 接线失误情况

　　①将热电偶的正、负极接反，结果输给温度控制系统一个负信号，将导致烧坏探头。

　　②将氧量电势信号的正、负极接反，测量不正常。

　　③连线中间断，未检查就投入，结果投不上，无法运行。

　　④信号电缆磨破导致与炉体短路，测量不正常。

　　4.3 安装不当，造成漏气情况

　　①探头的标准气体入口螺帽未拧紧，造成氧量偏高。

　　②探头安装不密封，炉体法兰焊接不密封。

　　③安装点附近有漏点，如在安装点上游有吹灰孔，而又未堵严，或者炉体漏风大，将造成氧量偏高。

　　④检修人员在更换元件或维修时，装配不正确或探头安装螺栓拧不紧，造成漏气。

　　4.4 现场特殊情况处理实例。

　　安装点烟气冲刷厉害，外套管容易磨穿，可在外套管上加焊防磨罩;如果冲刷十分

　　厉害，以致不到一年探头外套管磨穿，只能寻找冲刷小的安装点。

　　5.1 合理选择安装位置

　　①安装点保证测点烟温在400～500℃之间，烟道的负压小于1000Pa，测点处应燃烧完全，烟气流动平稳无剧烈振动和敲打源。

　　②在环境较好的地方安装氧化锆氧量分析仪的控制器。

　　③为防止烟气对流和冷凝水进入锆头，探头应稍向下倾斜。

　　④测点位置应避开人孔门等位置，应在锅炉密封性好、不漏风的部位。

　　5.2 探头安装时应该注意的问题

　　①氧化锆探头一般为法兰安装方式，烟道法兰与探头法兰之间必须使用石棉密封垫，探头安装螺栓必须拧紧。

　　②探头头部切忌敲击、碰撞，以免陶瓷部件损坏。

　　③探头插入热的烟道时，不能太快，一般以每分钟插入10cm为宜。

　　④必须拧紧探头的标准气体入口螺帽。

　　5.3 保持锆头温度恒定，只有当温度恒定时，输出电势仅与被测气体的氧分压有关。温度过低或者多高，都会对较 终的结果造成不利影响，所以，保持锆头温度恒定十分重要。

　　5.4 运行人员应及时调整风量和燃料量

　　有时氧化锆氧量分析仪氧量指示偏差较大，并不一定是氧量分析仪出了故障，而是由于燃烧工况发生变化后运行人员未能及时进行调整所致，此时只需及时调整风量和燃料量就可恢复正常。

　　5.5 加强日常维护和管理

　　新投运的氧化锆氧量分析仪至少每两周标定1次，定时清理。标准气管应畅通，探头每季度在线标定一次，发现问题及时处理。锅炉停用较长时间应切断加热炉电源，以延长其寿命;点火前1～2天，先接通电源，以避免氧化锆管的骤冷或骤热而造成断裂。为防止探头损坏，锅炉检修时应将探头从烟道中抽出，清除积灰，保管好。要加强日常的技术管理，对氧化锆氧量分析仪的更换、故障原因、处理结果

　　等应作详细记录。通过加强对氧化锆氧量分析仪的故障分析、总结与维护，大大提高了锅炉烟气含氧量测量信号的准确可靠性，从而大大提高了锅炉燃烧的安全性和经济性。不但节约了燃料成本，而且减少了环境污染，延长了锅炉寿命，为大容量、高参数的火力发电机组的安全、经济运行提供了有力的保障。