氧化鋯氧量分析儀故障原因分析與防范措施
【摘要】為保證鍋爐最佳燃燒工況，必須確定合適的風/煤交叉化。我班采用了氧化鋯氧分析儀通過對氧量的監(jiān)視由運行人員來調(diào)整鍋爐達到最佳燃燒工況．但由于氧化鋯氧分析儀長期工作在高溫下容易出現(xiàn)故障，所以我們要加強對氧化鋯氧分析儀的運行維護。
【關鍵字】氧化鋯氧分析儀氧量鋯頭
1.概述
隨著我國電力市場體制的逐漸完善，對機組的運行經(jīng)濟性提出了更高的要求.尤其寧夏大壩發(fā)電有限責任公司采用4臺300MW燃煤發(fā)電機組，對鍋爐的經(jīng)濟燃燒,運行工況要求就更加嚴格。為了加強對鍋爐燃燒工況的監(jiān)視以及節(jié)能降耗原則，我班采用了氧化鋯氧分析儀通過對氧量的監(jiān)視由運行人員來調(diào)整鍋爐達到最佳燃燒工況。
2.氧量在鍋爐燃燒中的作用
為保證鍋爐最佳燃燒工況，必須確定合適的風/煤交叉化。它所反映的是風量過小，燃料不能充分燃燒；風量過大，過剩的風量帶走的熱量就多，即鍋爐風量過大或過小都會造成燃料和熱能損失。這種關系又可用空氣過剩系數(shù)α來表示：α=21/(21-O2%)(由此式可以看出，α與O2（氧量）是一單值函數(shù)關系)。為了保證最佳的過?？諝庀禂?shù),鍋爐的熱效率η才最高。因此，準確、快速測量鍋爐煙氣中的含氧量，及時指導鍋爐運行人員調(diào)節(jié)鍋爐的過?？諝庀禂?shù)，同時，用氧量信號直接參與鍋爐燃燒自動控制，使鍋爐處于最佳燃燒工況，對電廠的經(jīng)濟效益和社會效益都很重要，當然，這就要求鍋爐的氧量測量裝置必須準確可靠。關系曲線見圖1：
1：氧量和熱效率關系曲線圖
3.我廠氧量測量裝置的配置
我廠現(xiàn)有4臺30萬千瓦火力發(fā)電機組，每臺機組配置兩套氧量測量裝置，現(xiàn)在#1、#2爐的氧化鋯氧量測量裝置已由以往的上海曉舟電子儀表公司生產(chǎn)的YYJ-系列氧化鋯氧量檢測器改為北京原子能科學研究院生產(chǎn)的ZO系列“雙參數(shù)標準法”的氧量測量裝置。ZO系列氧量測量裝置具有測量較準確，維護量小的特點，因此，在#3、#4機組投產(chǎn)時又相繼采用了該系列的智能型氧量測量裝置。
#1、#2爐的氧量鋯頭安裝于省煤氣后（空予器入口）垂直煙道兩側，分別將測得的氧量氧電勢信號送至安裝于集控室的氧量變送器進行運算并顯示氧量值，同時變送器輸出的4—20mA信號送至DAS進行氧量的顯示、打印及事故追憶。#3、#4爐的氧量鋯頭安裝于省煤氣后、空予器入口前垂直煙道兩側，分別將測得的氧量氧電勢信號送至爐就地同一平臺上安裝的氧量變送器，進行氧量運算顯示。氧量變送器與輸出的0—10mA信號再送至集控室進行氧量顯示，供運行人員監(jiān)視調(diào)整。氧量變送器輸出的4—20mA信號送至CCS進行空氣過剩系數(shù)校正，同時還送至OIS進行氧量顯示及事故追憶打印。
4.ZQ系列氧化鋯氧量測量裝置的工作原理
氧化鋯氧量測量裝置是由氧化鋯氧量檢測探頭和氧量運算電路變送器組成，氧化鋯氧量檢測探頭是利用氧化鋯氧量測量電池來測氧含量的化學分析儀器，氧化鋯電池是一個在750℃以上高溫下導氧離子的氧化鋯固體電解質(zhì)組成的濃差電池。氧化鋯管一邊是參比氣體（空氣），另一邊是被測氣體（煙氣）。由于氧濃差導致氧離子從空氣邊移到煙氣邊，而產(chǎn)生的電勢又導致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后，便在兩電極間產(chǎn)生一個與氧濃差有關的探頭信號E，該信號符合能斯特方程：
E=RT/4F*ln(P0/P)
式中R、F分別是氣體常數(shù)和法拉第常數(shù)，T是電池工作溫度（K）,Po和P分別是空氣氧含量(20.6％)和煙氣氧含量,由上式可見,當池溫恒定后,只要測到探頭信號便可算出煙氣氧含量P,實際上只有在理想狀態(tài)下才能用上式。
5.常見故障及原因分析
5.1系統(tǒng)檢修
氧量變送器若出現(xiàn)氧量指示為零或無氧量信號，這時應首先檢查氧量信號線路是否斷開，若線路正常，則應檢查鋯頭是否正常。在750℃測探頭內(nèi)阻，若內(nèi)阻大于1KΩ，證明探頭已老化，需更換鋯元件或探頭，若內(nèi)阻小于800Ω，證明接線開路，逐一檢查處理。
5.2恒溫系統(tǒng)故障
1）若出現(xiàn)池溫上不去,則應檢查加熱爐內(nèi)阻絲是短路還是斷路.正常的加熱爐絲電阻約為140Ω,若用萬用表測得電阻絲開路或阻值小于80Ω,則應更換加熱爐絲。
2）當出現(xiàn)池溫過高及溫度失控時，這不僅使氧量顯示不準，而且會加速鋯頭老化或鋯頭燒壞，這時應立即檢查熱偶是否斷路或連線是否開路，方法是用萬用表檢查熱偶，電阻若大于20Ω，則判斷為熱電偶斷路，需更換熱電偶及鋯頭；溫度失控的另一個原因是：繼電器或溫控電路故障，因為繼電器、溫度電路故障會使氧量變送器始終給加熱爐一加熱電壓，從而造成溫度升高。
5．3鋯元件故障
1）使用一段時間的探頭，鋯元件引線的轉接處可能由于氧化而接觸不良或松動，這是會使Em值（用萬用表量）時大時小，時好時壞，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，觀察鋯元件后做相應處理。
2）當出現(xiàn)氧量信號偏差太大或不準確時，則有可能是氧化鋯電極短路，這時應檢查氧化鋯電池連線是否短接。在未升溫時，內(nèi)阻若小于50Ω，證明電極短路，須更換鋯頭。
3）若在運行過程中，出現(xiàn)本底電勢大于10mV或小于-30mV，則須對氧量測量裝置用標氣重新標定，標定完后若本底電勢仍然異常，則說明探頭已老化，不能再使用了。
5.4氣路方面的故障
1）氧化鋯鋯頭堵灰，造成參比氣不流通，其結果會使探頭的輸出電勢Em變小，本底電勢Eo變大，這時用洗耳球對準探頭的空氣入口處吹若干次，解決導氣管堵塞之后，上述現(xiàn)象即可解決。
2）鋯元件堵灰：應取出探頭消除灰堵，重裝過濾器。
3）探頭漏氣對探頭影響極大。
5.5甲乙側氧量偏差大
在調(diào)整鍋爐燃燒工況，啟停鍋爐風機或磨組時，若出現(xiàn)兩側氧量偏差大，屬正常現(xiàn)象，待鍋爐燃燒工況穩(wěn)定后，氧量指示會恢復正常。若機組無任何調(diào)整出現(xiàn)兩側偏差大就需要檢查鋯頭工作是否正常，將變送器拆會進行校驗檢查。設備都正常要求運行人員對氣體流量進行調(diào)整。氣體和參比氣體都應不斷的流過電極，不停止也*。但流量過大會起冷卻作用，使電池溫度不均，造成誤差。過小的流量除易形成氣流停滯和死區(qū)外，還可能因氧離子的傳導而改變局部區(qū)域的氧濃度，從而影響準確測量，使兩側形成偏差。
5．6現(xiàn)場干擾引起故障：
由于電磁場較強，對新安裝儀表的不穩(wěn)定故障，應首先考慮干擾的可能性。
6.制定防范措施
6.1安裝時注意事項：
1）氧化鋯頭裝入之前，應先做好外觀檢查，氧化鋯探頭是否有碰傷，若外觀完整無損，然后用萬用表測熱電偶的電阻應為5—10Ω。氧化鋯探頭電阻應大于10Ω。電爐絲的電阻應為130--160Ω，再測熱電偶、氧化鋯熱電勢信號、電爐絲接線端對地絕緣。若絕緣不好（有接地點），就會造成兩點接地引如干擾信號使儀表不能正常指示，自動無法投入。
2）裝入現(xiàn)場時，法蘭盤的墊圈一定要墊平，固定螺絲要緊死，不能有漏氣現(xiàn)象。
6.2新安裝鋯頭標定：
氧化鋯探頭裝入現(xiàn)場運行一天后，讓探頭內(nèi)的可燃氣體全部燃燒完，溫度升至恒定時，再通入標氣進行恒標定。標定方法如下：
1：標氣校準系統(tǒng)的連接圖
2）把中間開有小孔的橡皮墊圈平坦的放進標氣瓶出氣孔的洞里,再裝上減壓閥,把減壓閥的鎖緊螺母上緊.
3）把減壓閥把手旋出（反時針方向），此時減壓閥處于關閉狀態(tài)。
4）緩慢松開標氣瓶的氣閥，減壓閥上右邊的氧壓表指示氣瓶內(nèi)部氣體的壓力，注意檢查減壓閥與氣瓶連接處，應無漏氣現(xiàn)象。若此時氧壓表無指示，可能是密封用的橡皮墊圈堵住了標氣瓶的出氣孔。
5）流量計正向放置，底部入口應接到減壓閥的出口處，頂部出口的導氣膠管置于空氣中，緩慢旋進（順時針）減壓閥的把手，使流量計指示在400mL/min至500mL/min之間，其刻度應查流量計的曲線求得。
6）把探頭上標氣入口的短膠管取下，把導氣膠管套到探頭的標氣入口處，待變送器指示的氧量值穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)面板上的“本底調(diào)節(jié)”電位器，使氧量指示值與標氣指示相等，標氣結束，記錄本底數(shù)值，以供分析探頭運行情況之用。
6.3運行中鋯頭定期標定
所安裝的探頭，可在正常運行三天后進行校準，使用中發(fā)現(xiàn)有異常現(xiàn)象，在變送器自校正常、溫控系統(tǒng)正常的前提下，可通入標氣檢查氧化鋯元件的性能，正常運行的儀表，一般一個月可校驗一次。應該特別注意有兩點：第一、防止標氣沖擊損壞氧化鋯元件，應調(diào)節(jié)好流量之后再把導氣管接到標氣入口處；第二、防止漏氣造成浪費，開啟氣瓶頂部的氣閥時，應緩慢轉動，若有漏氣現(xiàn)象（出現(xiàn)嘶嘶聲）應關緊氣閥，把連接系統(tǒng)重新裝好，再開啟氣閥在校準結束之后，應關緊氣瓶頂部氣閥（順時針）以防長期放置漏氣造成損失。
6.4加強日常維護
1）經(jīng)常巡視儀器是否正常，儀器一旦出現(xiàn)故障，及時查找故障，盡量做到自己排除故障，如屬探頭正常老化損壞，或一時查不出故障原因，應及時更換。
2）根據(jù)儀器需要，定期清洗探頭有關部件。
3）停爐時，應等停爐后再關儀器，開爐前先開儀器。停爐時間較長時，提前將探頭抽出，防止鍋爐酸洗時將探頭損壞。氧量變送器在機組大、小修時，應拆回在校驗室進行校驗。
4）做好每臺儀器的運行檔案，包括儀器進廠日期、安裝時間、維修情況和運行情況等。
7.結束語
通過加強對氧化鋯分析儀的故障分析總結與維護，使得我廠多年來從未出現(xiàn)過因氧量分析儀故障影響機組正常運行，提高了鍋爐燃燒的安全性和經(jīng)濟性。不僅大大節(jié)約了節(jié)能，而且還減少了環(huán)境污染，延長了鍋爐壽命。為電力工業(yè)的飛速發(fā)展，高參數(shù)、大容量的火力發(fā)電機組的安全、經(jīng)濟運行提供了有力保障。
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更新時間：2021-12-31 
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