概述 ZrO2-II型直插式微機(jī)化氧量自動(dòng)分析儀是在總結(jié)氧化鋯氧量分析儀多年研究和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)后,研制成功的新型氧量分析儀,適用于各種工業(yè)鍋爐、窯爐及加熱爐中煙氣的含氧量。它的主要特點(diǎn)是氧量檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及鉑電極的化學(xué)配方、制作工藝充分考慮了被測(cè)爐氣組分復(fù)雜這一特點(diǎn),可保證檢測(cè)器在水平直插條件下應(yīng)用時(shí)具體足夠長(zhǎng)的壽命。而其信號(hào)轉(zhuǎn)換部分以單片微處理器為核心,通過軟件實(shí)現(xiàn)儀表大部分功能,硬件配置重點(diǎn)強(qiáng)化儀表的抗干擾措施。 從提高氧量測(cè)量可靠性入手,延長(zhǎng)氧量檢測(cè)器的持續(xù)使用壽命,并使儀表具備與檢測(cè)器要求相適應(yīng)的自診斷功能及抗干擾能力。本儀表在完善氧化鋯頭金屬化工藝及儀表信號(hào)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)智能化等方面較大改進(jìn),具體內(nèi)容如下: |
(1)多孔性鉑電極的化學(xué)配方及制作工藝可保證氧量檢測(cè)器氧化鋯探頭在鍋爐煙氣氛中有足夠的使用壽命。 (2)儀表具有多種線性量程選擇。 (3)儀表溫度控制系統(tǒng)所給出的升溫曲線能滿足氧化鋯材料對(duì)升溫速度的要求。 (4)儀表信號(hào)具有必要的自診斷功能。 1、工作原理 本儀器依據(jù)濃差電池原理構(gòu)成,和其他電池一樣,它具有兩個(gè)半電池,而在兩電極之間,用固體電介質(zhì)氧化鋯聯(lián)結(jié)。 在高溫下,當(dāng)氧化鋯兩側(cè)有氧濃差時(shí),就形成了氧濃差電池,電池電動(dòng)勢(shì)的大小可依據(jù)Nernst公式計(jì)算,即: |
式中:E-濃差電池輸出,mV; n-電子轉(zhuǎn)移數(shù),在此為4; R-理想氣體常數(shù),9.314 W*S/mol; F-法拉第常數(shù),96500 C; T-溫度,K; P"Q-高濃度側(cè)氧分壓; P’Q-低濃度側(cè)氧分壓。 當(dāng)電池工作溫度固定于700℃時(shí),上式為:
由上式可知,在溫度700℃時(shí),當(dāng)固體電介質(zhì)一側(cè)氧分壓為空氣(20.6%)時(shí),由濃差電池輸出電動(dòng)勢(shì)E,就可以計(jì)算出固體電介質(zhì)一側(cè)氧分壓,這就是氧化鋯氧量自動(dòng)分析儀的測(cè)氧原理。 2.主要技術(shù)參數(shù) 2.1 測(cè)量范圍 顯示:0~25.0%?:(三位數(shù)字顯示) 模擬量輸出(線性):0~5.00%?,0~10.0%?,0~25.0%? 2.2 測(cè)量精度:3% 2.3 響應(yīng)時(shí)間:≤5S(90%測(cè)量值) 2.4 溫度精度:700±1℃ 2.5 顯示內(nèi)容:氧濃()、氧勢(shì)(mV)、爐溫(℃)、加熱電壓(V)、量程上、下限()、報(bào)警上、下限() 2.6 鍵盤設(shè)定:報(bào)警上、下限設(shè)定,探頭零電勢(shì)校正 2.7 自診斷內(nèi)容及故障類別符號(hào): E-0 氧量上限 E-1 氧量下限 E-2 溫度異常(高) E-3 溫度異常(低) E-4 溫度異常(快) E-5 溫度異常(停) E-6 氧勢(shì)異常 E-7 斷偶 2.8 輸出:0-10mA 或 4-20mA 2.9 負(fù)載電阻:0-1.6kΩ(0-10mA輸出),0-800Ω(4-20mA輸出) 2.10 檢測(cè)器長(zhǎng)度為0.2m、0.4m、0.8m、1.0m、1.2m。 3 使用條件 3.1 信號(hào)轉(zhuǎn)換器的使用條件 3.1.1 儀器安裝環(huán)境應(yīng)無易燃、易爆和強(qiáng)腐蝕性氣體,并要求通風(fēng)良好。 3.1.2 工作環(huán)境溫度:0-50℃ 3.1.3 工作環(huán)境溫度:≤90% 3.1.4 供電電壓:220V.AC±10%Hz 3.1.5 功率消耗:150W 3.2 氧量檢測(cè)器的現(xiàn)場(chǎng)按裝條件 檢測(cè)器的現(xiàn)場(chǎng)按裝場(chǎng)所必須滿足下列條件: 3.2.1 避開震動(dòng)場(chǎng)合; 3.2.2 要有足夠的工作空間。 3.2.3 煙氣溫度和壓力要在儀器規(guī)定范圍內(nèi)。(煙氣溫度<650℃) 4 儀器的組成 整套儀器由氧量檢測(cè)器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器及有關(guān)附件組成。 4.1 氧量檢測(cè)器 氧量檢測(cè)器由防塵裝置、氧化鋯管、加熱電爐、測(cè)溫?zé)犭娕肌⒔泳€盒以及殼體等主要部件組成。整個(gè)裝置采用全封閉型結(jié)構(gòu),以增加整個(gè)裝置的密封性能,提高使用壽命。 氧化鋯管是該檢測(cè)器的核心,由它產(chǎn)生氧濃差電勢(shì)信號(hào),使用時(shí)應(yīng)注意避免劇烈震動(dòng),以免損壞。 檢測(cè)器內(nèi)加熱電爐的作用是提供氧化鋯元件正常工作所需的溫度,為延長(zhǎng)加熱電爐的壽命,在工藝上做了特殊的處理。由于檢測(cè)器本身帶有加熱裝置,因而在低于600℃的環(huán)境中仍能正常工作。 4.2 信號(hào)轉(zhuǎn)換器 Zr02-Ⅱ型微機(jī)化氧量自動(dòng)分析儀的信號(hào)轉(zhuǎn)換器實(shí)際上是一個(gè)小型的測(cè)控系統(tǒng),由單片機(jī)作為中央控制系統(tǒng)。 將來自氧量檢測(cè)器的模擬信號(hào)(氧勢(shì)、熱電勢(shì))分別調(diào)制成0-10KNz調(diào)頻信號(hào),經(jīng)光電隔離后送至計(jì)算機(jī),采用調(diào)頻方式能將儀表輸入、輸出相互隔離,這樣就消除了諸如大電流跳變所引起的干擾,能夠克服高共模電壓,因而大大提高了儀表的抗干擾能力。應(yīng)用程序主要由主程序和子程序組成,所有的程序都采用模塊結(jié)構(gòu)編制,便于修改、增加軟件功能,以滿足不同用戶的特殊需要。程序運(yùn)算采用了三位浮點(diǎn)數(shù),保證了運(yùn)算勞動(dòng)精度,對(duì)氧濃、爐溫的計(jì)算,采用查表線性插值法,對(duì)爐溫的控制采用增量式PID算式控制。信號(hào)轉(zhuǎn)換器的電氣原理框圖見圖15 儀器的安裝 5.1 取樣點(diǎn)位置的選擇 選擇取樣點(diǎn)的原則有: 5.1.1 所取的氣樣能快速反映工藝的變化情況,即氣體要具有代表性; 5.1.2 取樣點(diǎn)的溫度、壓力、流量等參數(shù)不應(yīng)變化太大; 5.1.3 氧檢測(cè)器插入深度應(yīng)達(dá)到煙道氣流部位,避免死區(qū); 5.1.4 切忌在管道、煙道底部開口取樣; 5.1.5 取樣點(diǎn)附近爐膛、煙道應(yīng)無、泄漏,否則將造成測(cè)量誤差; 5.1.6 要選擇在易于維護(hù)、檢修的地方。 5.2 氧量檢測(cè)器的安裝 氧量檢測(cè)器的安裝參照?qǐng)D3、圖4、進(jìn)行 預(yù)先加工好帶法蘭的φ76mm設(shè)備短節(jié),按要求選好取樣位置(爐壁或管道),開一個(gè)φ76的孔,將短節(jié)以水平方式焊接到設(shè)備上,焊接時(shí)要保證焊接處不漏氣。對(duì)帶余熱鍋爐流程,在選定取樣點(diǎn)位置后,φ76mm設(shè)備短節(jié)應(yīng)根據(jù)保溫厚度適當(dāng)加長(zhǎng)穿過爐體保溫磚,與爐體鋼殼焊牢,露出部分長(zhǎng)度約60mm。必須注意:應(yīng)保證設(shè)備短節(jié)與爐體保溫磚之間的密封,不能泄漏。把檢測(cè)器插入短節(jié),在短節(jié)法蘭與檢測(cè)器法蘭間墊上2-4mm厚的石棉墊,旋緊4個(gè)螺栓,使其不漏氣即可。 注意:由于探頭的參比氣是靠空氣自然對(duì)流提供的,探頭必須水平安裝,參比氣和標(biāo)準(zhǔn)氣接口相應(yīng)朝下。探頭端部防護(hù)套管的缺口位置(可調(diào)整方向)也應(yīng)垂直向下,以防積灰。 5.3 信號(hào)轉(zhuǎn)換器的安裝 信號(hào)轉(zhuǎn)換器的外形尺寸:水平×垂直×深 160×80×250mm 信號(hào)轉(zhuǎn)換器的開口尺寸:水平×垂直 152-1×76-1mm 信號(hào)轉(zhuǎn)換器用隨機(jī)配備的安裝夾板及螺絲安裝在儀表盤上,亦可安裝在現(xiàn)場(chǎng)儀表保護(hù)箱內(nèi)。 5.3.1 信號(hào)轉(zhuǎn)換器與檢測(cè)器之間的連接 信號(hào)轉(zhuǎn)換器盤裝于控制室,氧量檢測(cè)器安裝于現(xiàn)場(chǎng),它們之間連接線有:氧勢(shì)信號(hào)線兩根采用RVVP2×1.5帶屏蔽二芯電纜線敷設(shè)、電偶冷端補(bǔ)償導(dǎo)線兩根,采用K分度KX-G型2×1.5帶屏蔽二芯補(bǔ)償導(dǎo)線敷設(shè)、電爐加兩根,采用RVVP2×2.5二芯電纜線敷設(shè)。 信號(hào)轉(zhuǎn)換器與氧量檢測(cè)器之間的接線見圖3。 5.3.2 接線時(shí)應(yīng)注意下列要求: 5.3.2.1 加與信號(hào)線分開穿管; 5.3.2.2 鋯管的氧勢(shì)、熱電偶溫度補(bǔ)償信號(hào)線都是具有極性的信號(hào)線,安裝時(shí)應(yīng)注意極性的正確連接。 6 使用方法 6.1 信號(hào)轉(zhuǎn)換器的使用 6.1.1 開機(jī)及狀態(tài)說明 置信號(hào)轉(zhuǎn)換器于“測(cè)量”狀態(tài)(出廠時(shí),信號(hào)轉(zhuǎn)換器已置于測(cè)量狀態(tài)),開機(jī)后,顯示屏顯示“———”符號(hào),表示開機(jī)正常,2S后進(jìn)入程序升溫狀態(tài),顯示屏交叉顯示“UUU”及溫度,溫度鍵對(duì)應(yīng)指示燈亮,經(jīng)1h爐溫達(dá)700℃,并自動(dòng)退出程序升溫狀態(tài)轉(zhuǎn)入氧量測(cè)量程序,氧量鍵對(duì)應(yīng)指示燈亮,LED窗口顯示當(dāng)時(shí)氧量,輸出通道給出與所選擇的測(cè)量范圍及當(dāng)時(shí)氧量有關(guān)的模擬量(0-10mA或4-20mA)。 開機(jī)后各狀態(tài)說明表1 狀態(tài) | 顯示 | 輸出 | 說明 | 開機(jī) | ——— | | 開機(jī)后穩(wěn)定約2S | 程序升溫 | 升溫符“UUU”、溫度值1S | 0-1000℃對(duì)應(yīng)為0-10mA或4-20mA | 按鍵不影響輸出 | 氧量測(cè)量 | 氧量 | 由數(shù)字開關(guān)“2”“3”的位置決定 | 按鍵不影響輸出 |
6.1.2 在線查詢參數(shù) 在線查詢參數(shù)的具體按鍵操作說明如表2表2 測(cè)量狀態(tài)下按鍵操作詳細(xì)說明 |
按鍵 | 顯示內(nèi)容 | 氧量 | 氧量() | 溫度 | 爐溫(℃) | 加熱電壓 | 電爐加熱電壓(V) | 氧勢(shì) | 經(jīng)零電勢(shì)校正后的氧探頭電勢(shì)(mV) | 氧勢(shì)、氧量零點(diǎn)(同時(shí)按) | 顯示氧探頭輸出電勢(shì)(mV) | 氧量零點(diǎn) | 顯示測(cè)量范圍下限設(shè)定值() | 氧量量程 | 顯示測(cè)量范圍上限設(shè)定值() | 上限報(bào)警 | 顯示氧量上限報(bào)警設(shè)定值() | 下限報(bào)警 | 顯示氧量下限報(bào)警設(shè)定值() |
在“程序升溫”狀態(tài)下,儀表顯示升溫符號(hào)及當(dāng)時(shí)溫度值,在正常“測(cè)量”狀態(tài)下,儀表顯示當(dāng)時(shí)“氧量”值,當(dāng)要查詢“溫度”或“氧量”以外的其它參數(shù)時(shí),只要按下列板對(duì)應(yīng)鍵,在顯示窗口立即顯示對(duì)應(yīng)參數(shù)值,但按鍵動(dòng)作不影響程序升溫時(shí)溫度或測(cè)量狀態(tài)時(shí)氧量所對(duì)應(yīng)的模擬輸出量,且在10S后顯示內(nèi)容自動(dòng)返回,恢復(fù)顯示程序升溫狀態(tài)時(shí)溫度或測(cè)量狀態(tài)時(shí)的氧量值??傊?,在測(cè)量時(shí),任何按鍵動(dòng)作不影響與氧量相對(duì)應(yīng)的模擬量輸出,僅僅是顯示內(nèi)容的改變,且在10S后返回。 6.1.3 儀器的校正 由于氧化鋯元件的離散性,由于氧化鋯元件在使用過程中的老化,由于安裝點(diǎn)比氣的流通情況不盡相同,可能是氧化鋯元件的測(cè)量產(chǎn)生較大誤差。因此,不僅對(duì)新安裝的氧化鋯探頭需要進(jìn)行在線校準(zhǔn),而且必須定期對(duì)運(yùn)行中的探頭進(jìn)行校準(zhǔn)。 在實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場(chǎng),把氧探頭和轉(zhuǎn)換器按圖6正確連接好并接通電源,一小時(shí)后溫度達(dá)到700℃。旋開探頭上的標(biāo)準(zhǔn)氣螺栓,將瓶裝5%含量的氮中氧標(biāo)準(zhǔn)氣體通過減壓器將其流量控制在300ml/分鐘,用無味乳膠管送入探頭的標(biāo)氣口內(nèi),觀察轉(zhuǎn)換器的氧量顯示值,若氧量偏差較大則需按一下“氧勢(shì)校正鍵”,再通過按“加”或“減”鍵使顯示值增加或減少一些,再按“氧量”鍵,查看氧量是否在5%左右,若未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)重復(fù)此步驟調(diào)整,若無法調(diào)到標(biāo)準(zhǔn),說明鋯管已老化,需換新鋯管。 無標(biāo)氣現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn):旋開探頭上的標(biāo)準(zhǔn)氣螺栓,使空氣進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)氣導(dǎo)管,按一下轉(zhuǎn)換器面板上的“氧勢(shì)校正鍵”,通過按“加”或“減”鍵使顯示值為±0.1mv以內(nèi),再按下“氧量”鍵應(yīng)顯示20.6即可,校準(zhǔn)結(jié)束應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)氣螺栓重新旋緊即可正常使用。 6.1.4 上下限報(bào)警設(shè)定值的改變 按上限報(bào)警(或下限報(bào)警)鍵,此時(shí)顯示上限報(bào)警(或下限報(bào)警)設(shè)定值,如需進(jìn)行改變,按“加”或“減”鍵,直至符合要求為止。 6.1.5 異常報(bào)警說明 在發(fā)生異常時(shí),LED窗口顯示故障類別,并將報(bào)警接點(diǎn)接通,此時(shí),輸出不自鎖。詳細(xì)說明如表3。 表3 異常報(bào)警功能說明顯示 | 報(bào)警內(nèi)容 | 可能故障 | E-0 | 氧量上限 | | E-1 | 氧量下限 | | E-2 | 溫度異常(高) 爐溫高于750℃ | | E-3 | 溫度異常(低) 爐溫低于650℃ | | E-4 | 溫升異常(快) 程序升溫時(shí),溫度上升太快,不受控制。 | 固態(tài)繼電器擊穿 | E-5 | 溫升異常(停) 程序升溫時(shí),停止升溫。 | 電爐絲斷 固態(tài)繼電器截止 | E-6 | 氧勢(shì)異常 檢測(cè)到氧電勢(shì)高于120mV | | E-7 | 斷偶 | 斷偶或電偶極性接反 |
仔細(xì)檢查氧量檢測(cè)器是否符合第5節(jié)所述安裝要求后,在檢測(cè)器電爐溫度達(dá)到700℃后,儀表應(yīng)顯示系統(tǒng)當(dāng)時(shí)含氧量對(duì)應(yīng)的模擬量。 7 故障判別及排除方法 注:表4包括由于儀器信號(hào)故障所造成的氧量測(cè)量值偏高、偏低或不穩(wěn)定,其故障排除方法可參考6.1.3儀器校正的步驟進(jìn)行。 7.1 故障處理步驟 7.1.1 將氧量檢測(cè)器從取樣口抽出,在現(xiàn)場(chǎng)與信號(hào)轉(zhuǎn)接器按說明書要求正確接線,并使氧量 檢測(cè)器氧化鋯探頭升溫至700℃。測(cè)量鋯管的零電勢(shì)及高溫內(nèi)阻,應(yīng)分別小于±5mV及500Ω(出廠時(shí),鋯管的零電勢(shì)及高溫內(nèi)阻分別小于±3mV及50Ω),如能符合要求,說明氧化鋯探頭性能良好。若零電勢(shì)及高溫內(nèi)阻分別大于±5mV及500Ω以上,需換新鋯管,然后按照6.1.3節(jié)說明的方法進(jìn)行校準(zhǔn)。 7.1.2 在氧量檢測(cè)器“氧勢(shì)”端子處卸下內(nèi)部探頭連線,將手動(dòng)電位差計(jì)輸出信號(hào)由“氧勢(shì)”端子輸入,不同的毫伏輸入,信號(hào)轉(zhuǎn)換器應(yīng)顯示不同的氧量,其關(guān)系參見附錄A“氧濃度-濃差電勢(shì)對(duì)照表”。 7.1.3 確認(rèn)氧化鋯探頭性能,氧量測(cè)量及溫度控制系統(tǒng)均正常后,重新將氧量檢測(cè)器裝回取樣口,按表4所列現(xiàn)象按先后次序檢查、排除。 表4 故障現(xiàn)象、原因、排除方法現(xiàn)象 | 原因 | 排除方法 | 氧量偏高 | a.氧檢測(cè)器安裝法蘭漏氣 | 擰緊檢測(cè)器法蘭 | b.氧檢測(cè)器鋯管壓蓋未擰緊 | 擰緊鋯管壓蓋 | c.工藝操作負(fù)壓太大或取樣裝置前設(shè)備泄漏嚴(yán)重 | 改變操作壓力及堵漏 | d.取樣點(diǎn)溫度低,造成過濾器堵塞 | 改變?nèi)狱c(diǎn)位置 | 氧量偏低 | a.焙燒用礦源含碳或磁性氧化鐵() | | b.焙燒冷卻水箱漏水 | 堵漏 | 氧量指標(biāo)不穩(wěn)定或周期性波動(dòng) | a.原料含硫波動(dòng)太大 | 適當(dāng)拌礦 | b.加料皮帶轉(zhuǎn)速不勻或空轉(zhuǎn) | 拉緊加料皮帶或檢查加料電機(jī) | c.工藝管道局部堵塞,系統(tǒng)阻力不穩(wěn)定 | 消除工藝道管堵塞現(xiàn)象 | 升溫過快 | 固態(tài)繼電器故障 | 更換繼電器 | 檢測(cè)器不能升溫 | 固態(tài)繼電器故障 | 同上 | 電爐加熱絲斷 | 更換電爐 | | | | 8 儀表成套性 全套儀表裝相清單:信號(hào)轉(zhuǎn)換器 | 1臺(tái) | 轉(zhuǎn)換器安裝螺絲 | 2 套 | 氧量檢測(cè)器 | 1臺(tái) | 檢驗(yàn)合格證 | 1件 | 碳化硅過濾器(備件) | 1臺(tái) | 使用說明書 | 1本 |
附錄A 氧濃度-濃差電勢(shì)對(duì)照表(0.1-12%) (計(jì)算條件:參比氣氧濃度為20.6%,工作溫度700℃)。氧濃度%(V/V) | 0.10 | 0.20 | 0.30 | 0.40 | 0.50 | 0.60 | 0.70 | 0.80 | 0.90 | 1.00 | 電勢(shì)mV | 111.7 | 97.14 | 88.64 | 82.67 | 77.93 | 74.11 | 70.88 | 68.03 | 65.62 | 63.41 | 氧濃度%(V/V) | 1.50 | 2.00 | 2.50 | 3.00 | 3.50 | 4.00 | 4.50 | 5.00 | 6.00 | 7.00 | 電勢(shì)mV | 54.91 | 48.88 | 44.20 | 40.38 | 37.15 | 34.35 | 31.88 | 29.67 | 25.85 | 22.62 | 氧濃度%(V/V) | 8.00 | 9.00 | 10.0 | 11.0 | 12.0 | 13.0 | 14.0 | 15.0 | | | 電勢(shì)mV | 19.82 | 17.36 | 15.15 | 13.15 | 11.33 | 9.65 | 8.10 | 6.65 | | |
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ZOY-5型高溫型氧量?jī)x補(bǔ)充說明 1、被測(cè)煙氣溫度600℃~800℃。 2、氧化鋯管電極的鉑絲與不銹鋼探頭引線采用點(diǎn)焊技術(shù),電極接觸電阻小,增強(qiáng)了檢測(cè)器可靠性。 3、由煙氣直接給氧化鋯管加熱,所以探頭內(nèi)沒有電爐。探頭與變送器之間的連線為一根六芯屏蔽電纜(RVVP)接法同??型,一對(duì)加熱電爐線不用了。 4、溫度<600℃(熱電偶兩端<24mV)加熱發(fā)光管閃亮,數(shù)碼管顯示被測(cè)點(diǎn)溫度值,儀器不能正常工作。 溫度600℃~800℃(熱電偶兩端24mV~32.46mV)加熱發(fā)光管不亮,數(shù)碼管顯示被測(cè)點(diǎn)含氧量。儀器正常工作。 溫度700℃以上(熱電偶兩端32.46mV以上)加熱發(fā)光管閃亮,數(shù)碼管顯示被測(cè)點(diǎn)含氧量,儀器正常工作。此時(shí)應(yīng)檢查熱電偶兩端mV值,嚴(yán)格控制被測(cè)點(diǎn)溫度不要超過850℃(35mV以上)以免大大影響氧化鋯管壽命。 5、由于氧化鋯管輸出電勢(shì)受溫度影響,即當(dāng)煙氣溫度變化時(shí),鋯管電勢(shì)略有變化。由此可知,若煙氣溫度波動(dòng)大,則氧量變化波動(dòng)也大。 6、高溫型探頭工作一定時(shí)間后,需要更換鋯管時(shí),須更換高溫型氧化鋯管。 7、選型;公司還可按樣品或圖紙定做各種特殊型號(hào)熱電偶、熱電阻、雙金屬溫度計(jì)、壓力表、壓力變送器、液位計(jì)、流量計(jì)、智能控制儀、溫度變送器、電線電纜及溫度傳感器法蘭套管。 |