氧氣含量分析儀

安徽百斯達儀表有限公司

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随着人們環保和節能意識的逐漸提高，衆多大中型企業如鋼鐵冶金、石油化工、火力發電廠等，已将提高燃燒效率、降低能源消耗、降低污染物排放、保護環境等作為提高産品質量和增強産品競争能力的重要途徑。鋼鐵行業的軋鋼加熱爐、電力行業的鍋爐等燃燒裝置和熱工設備，是各行業的能源消耗大戶。因此，如何測量和提高燃燒裝置的燃燒效率、确定至佳燃燒點，是十分令人關心的。

供給加熱爐、鍋爐等加熱設備的燃料燃燒熱并不是全部被利用了。以軋鋼加熱爐或鍋爐為例，有效熱是為了使物料加熱或熔化(以及工藝過程的進行)所必須傳入的熱量，爐子煙氣帶走的物理熱是熱損失中主要部分。當鼓風量過大時(即空燃比α偏大)，雖然能使燃料充分燃燒，但煙氣中過剩空氣量偏大，表現為煙氣中O2含量高，過剩空氣帶走的熱損失Q1值增大，導緻熱效率η偏低。與此同時，過量的氧氣會與燃料中的S、煙氣中的N2反應生成SO2、NOX等有害物質。而對于軋鋼加熱爐，煙氣中氧含量過高還會導緻鋼坯氧化鐵皮增厚，增加氧化燒損。

當鼓風量偏低時(即空燃比α減小)，表現為煙氣中O2含量低，CO含量高，雖說排煙熱損失小，但燃料沒有完全燃燒，熱損失Q2增大，熱效率η也将降低。另外，煙囪也會冒黑煙而污染環境。

所謂提高燃燒效率，就是要适量的燃料與适量的空氣組成至佳比例進行燃燒。熱效率與煙氣中的CO、O2、CO2含量以及排煙溫度、供熱負荷、霧化條件等因素有關。因此，可通過測量并控制煙道氣體中CO、O2、CO2的含量來調節空氣消耗系數λ，來達到至高燃燒效率。

燃燒效率控制由來已久，上世紀60年代，曾***采用CO2分析儀監測煙道氣體中CO2含量來控制空氣消耗系數λ以達到至佳，但CO2含量受燃料品種影響較大。70年代後，逐漸采用煙氣中O2含量或O2含量和CO含量相結合的方法來控制燃燒效率。

提高燃燒效率的方法就是使用煙氣分析儀器(如煙氣分析儀、燃燒效率測定儀、氧化锆氧含量檢測儀)連續監測煙道氣體成分，分析煙氣中O2含量和CO含量，調節助燃空氣和燃料的流量，确定至佳的空氣消耗系數。

一，概述

百斯達氧化锆氧量分析儀(Zirconia Oxygen Analyzer)，又稱氧化锆氧分析儀、氧化锆分析儀

、氧化锆氧量計、氧化锆氧量表，主要用于測量燃燒過程中煙氣的含氧濃度，同樣也适用于非燃燒氣體氧濃度測量。在傳感器内溫度恒定的電化學電池産生一個毫伏電勢，這個電勢直接反應出煙氣中含氧濃度值。 将此分析儀應用于燃燒監視與控制，将有助于充分燃燒，減少CO、SOx及NOx的排放，從而為防止全球變暖及空氣污染做出貢獻。同時，氧化锆氧量分析儀還可用于氣氛控制，控制燃燒效率。

百斯達氧量分析儀應用于多種行業的燃燒監視與控制過程，并且幫助各行業領域取得了相當可觀的節能效果。應用領域包括能耗行業，如鋼鐵業、電子電力業、石油化工業、制陶業、造紙業、食品業、紡織品業，還包括各種燃燒設備，如焚燒爐、中小型鍋爐等。

二，工作原理

氧傳感器的關鍵部件是氧化锆，在氧化锆元件的内外兩側塗上多孔性鉑電極制成氧濃度差電池。它位于傳感器的頂端。為了使電池保持額定的工作溫度，在傳感器中設置了加熱器。用氧分析儀内的溫度控制器控制氧化锆溫度恒定。氧化锆氧量分析儀的構成是由氧傳感器(又稱氧探頭、氧檢測器)、氧分析儀(又稱變送器、變送單元、轉換器、分析儀)以及它們之間的連接電纜等組成。

三，主要原理

氧化锆探頭是利用氧化锆濃差電勢來測定氧含量的傳感器，其核心的氧化锆管安置在一微型電爐内，位于整個探頭的頂端。

氧化锆管是由氧化锆材料摻以一定量的氧化钇或氧化鈣經高溫燒結後形成的穩定的氧化锆陶瓷燒結體。由于它的立方晶格中含有氧離子空穴，因此在高溫下它是良好的氧離子導體。因其這一特性，在一定高溫下，當锆管兩邊的氧含量不同時，它便是一個典型的氧濃差電池，在此電池中，空氣是參比氣，它與煙氣分别位于内外電極。在實際的氧探頭中，空氣流經外電極，煙氣流經内電極，當煙氣氧含量P小于空氣氧含量P0(20.6%O2)時，空氣中的氧分子從外電極上奪取4個電子形成2個氧離子，發生如下電極反應:

O(P0) 4e-→2O-2

氧離子在氧化锆管中迅速遷移到煙氣邊，在内電極上發生相反的電極反應:

2O-2 →O(P0) 4e-

由于氧濃差導緻氧離子從空氣邊遷移到煙氣邊，因而産生的電勢又導緻氧離子從煙氣邊反向遷移到空氣邊，當這兩種遷移達到平衡後，便在兩電極間産生一個與氧濃差有關的電勢信号E,該電勢信号符合"能斯特"方程:

E=(RT/4F)Ln(P0 /P) (1)

式中R、F分别是氣體常數和法拉第常數，T是锆管溫度(K), P0是空氣氧含量(20.6%O2), P 是煙氣含量。由(1) 式可見，在一定的高溫條件下(一般)600℃)，一定的煙氣氧含量便會有一對應的電勢輸出，在理想狀态下，其電勢值在高溫區域内對應氧含量。 在理想狀态下，當被測煙氣與參比氣濃度一樣時， 其輸出電勢E值為 0 mV, 但在實際應用中，锆管實際條件和現場情況均不是理想狀态。 故事實上的锆管是偏離此值的。實際上，一定氧含量锆管輸出的電勢為理論值和本底電勢的和，我們稱為無濃差條件下锆管輸出的電勢值為本底電勢或稱為零位電勢， 此值的大小又在不同溫度下呈不同的值， 并且随锆管使用期延長而變化。 因此， 如不對此情況處理，會嚴重影響整套測氧儀的準确和探頭壽命。

三，技術規格

測量對象:各種工業爐窯煙氣，混合氣體濃度

測量元件:氧化锆管

1、測氧範圍:0-20.6%O2或0--10%

2、儀器精度:系統測氧基本誤差≤±2%滿量程值

3、變送器精度:1.0級(≤1.0%滿量程值)

4、溫控精度:恒溫點的700±1℃

5、響應時間:≤3秒(達到90%的響應)

6、報警輸出:上、下限節點輸出，可選"常開"或"常閉"點

7、模拟量輸出信号:4-20 mA ADC(負載0Ω-750Ω)對應氧量0-10%O2或者0-20.6%O2

8、本底修正範圍:-20 mV- 20 mV

9、數顯形式:LED四位數碼管顯示

10、電源:AC220V±15%

11、功耗:<6W(不包括加熱功率)

12、加熱功率:約50W(平均值)可提供150W輸出功率

13、環境條件:溫度-20℃-60℃

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相對濕度<90%

14、檢測器約10Kg，轉換器約5Kg

15、标定方式:叁參數标定。空氣點、标準氣點、工況點。

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