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氧化锆氧量分析仪故障原因分析


氧化锆氧量分析仪故障原因分析与防范措施
【摘要】为保证锅炉最佳燃烧工况,必须确定合适的风/煤交叉化。我班采用了氧化锆氧分 析仪通过对氧量的监视由运行人员来调整锅炉达到最佳燃烧工况. 但由于氧化锆氧分析仪长 期工作在高温下容易出现故障,所以我们要加强对氧化锆氧分析仪的运行维护。 【关键字】氧化锆氧分析仪 氧量 锆头

1. 概述
随着我国电力

市场体制的逐渐完善,对机组的运行经济性提出了更高的要 求.尤其宁夏大坝发电有限责任公司采用 4 台 300MW 燃煤发电机组,对锅炉 的经济燃烧,运行工况要求就更加严格。为了加强对锅炉燃烧工况的监视以及 节能降耗原则,我班采用了氧化锆氧分析仪通过对氧量的监视由运行人员来 调整锅炉达到最佳燃烧工况。

2.氧量在锅炉燃烧中的作用
为保证锅炉最佳燃烧工况,必须确定合适的风/煤交叉化。它所反映的是风 量过小,燃料不能充分燃烧;风量过大,过剩的风量带走的热量就多,即锅炉风 量过大或过小都会造成燃料和热能损失。这种关系又可用空气过剩系数α 来表 示:α =21/(21-O2%)(由此式可以看出,α 与 O2(氧量)是一单值函数关系)。为 了保证最佳的过剩空气系数,锅炉的热效率η 才最高。因此,准确、快速测量锅 炉烟气中的含氧量,及时指导锅炉运行人员调节锅炉的过剩空气系数,同时,用 氧量信号直接参与锅炉燃烧自动控制,使锅炉处于最佳燃烧工况,对电厂的经济 效益和社会效益都很重要,当然,这就要求锅炉的氧量测量装置必须准确可靠。 关系曲线见图 1:

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图 1:氧量和热效率关系曲线图

3.我厂氧量测量装置的配置
我厂现有 4 台 30 万千瓦火力发电机组, 每台机组配置两套氧量测量装置, 现在#1、#2 炉的氧化锆氧量测量装置已由以往的上海晓舟电子仪表公司生产的 YYJ-系列氧化锆氧量检测器改为北京原子能科学研究院生产的 ZO 系列“双参数 标准法”的氧量测量装置。ZO 系列氧量测量装置具有测量较准确,维护量小的 特点,因此,在#3、#4 机组投产时又相继采用了该系列的智能型氧量测量装置。 #1、#2 炉的氧量锆头安装于省煤气后(空予器入口)垂直烟道两侧,分

别将测得的氧量氧电势信号送至安装于集控室的氧量变送器进行运算并显示氧 量值, 同时变送器输出的 4—20mA 信号送至 DAS 进行氧量的显示、打印及事故追 忆。#3、#4 炉的氧量锆头安装于省煤气后、 空予器入口前垂直烟道两侧,分别 将测得的氧量氧电势信号送至炉就地同一平台上安装的氧量变送器, 进行氧量运 算显示。 氧量变送器与输出的 0—10mA 信号再送至集控室进行氧量显示,供运行 人员监视调整。 氧量变送器输出的 4—20mA 信号送至 CCS 进行空气过剩系数校正, 同时还送至 OIS 进行氧量显示及事故追忆打印。

4. ZQ 系列氧化锆氧量测量装置的工作原理
氧化锆氧量测量装置是由氧化锆氧量检测探头和氧量运算电路变送器组 成,氧化锆氧量检测探头是利用氧化锆氧量测量电池来测氧含量的化学分析 仪器,氧化锆电池是一个在 750℃以上高温下导氧离子的氧化锆固体电解质 组成的浓差电池。氧化锆管一边是参比气体(空气) ,另一边是被测气体(烟 气) 。由于氧浓差导致氧离子从空气边移到烟气边,而产生的电势又导致氧离 子从烟气边反向迁移到空气边,当这两种迁移达到平衡后,便在两电极间产 生一个与氧浓差有关的探头信号 E,该信号符合能斯特方程: E=RT/4F*ln(P0/P)? 式中 R、F 分别是气体常数和法拉第常数,T 是电池工作温度(K),Po 和 P 分别是空气氧含量(20.6%)和烟气氧含量,由上式可见,当池温恒定后,只要 测到探头信号便可算出烟气氧含量 P,实际上只有在理想状态下才能用上式。

5.常见故障及原因分析
5.1 系统检修: 氧量变送器若出现氧量指示为零或无氧量信号, 这时应首先检查氧量信号线 路是否断开,若线路正常,则应检查锆头是否正常。在 750℃测探头内阻,若内 阻大于 1KΩ ,证明探头已老化,需更换锆元件或探头,若内阻小于 800Ω ,证明 接线开路,逐一检查处理。 5.2 恒温系统故障 1 ) 若出现池温上不去,则应检查加热炉内阻丝是短路还是断路.正常的加热 炉丝电阻约为 140Ω ,若用万用表测得电阻丝开路或阻值小于 80Ω ,则应更换加 热炉丝。 2) 当出现池温过高及温度失控时,这不仅使氧量显示不准,而且会加速锆 头老化或锆头烧坏, 这时应立即检查热偶是否断路或连线是否开路,方法是用万 用表检查热偶,电阻若大于 20Ω ,则判断为热电偶断路,需更换热电偶及锆头; 温度失控的另一个原因是:继电器或温控电路故障,因为继电器、温度电路故障 会使氧量变送器始终给加热炉一加热电压,从而造成温度升高。 5.3 锆元件故障 1) 使用一段时间的探头, 锆元件引线的转接处可能由于氧化而接触不良或 松动,这是会使 Em 值(用万用表量)时大时小,时好时坏,处于不稳定状态, 观察锆元件后做相应处理。 2) 当出现氧量信号偏差太大或不准确时,则有可能是氧化锆电极短路,这 时应检查氧化锆电池连线是否短接。在未升温时,内阻若小于 50Ω ,证明电极 短路,须更换锆头。

3)若在运行过程中,出现本底电势大于 10mV 或小于-30mV,则须对氧量测 量装置用标气重新标定,标定完后若本底电势仍然异常,则说明探头已老化,不 能再使用了。 5.4 气路方面的故障: 1)氧化锆锆头堵灰,造成参比气不流通,其结果会使探头的输出电势 Em 变小,本底电势 Eo 变大,这时用洗耳球对准探头的空气入口处吹若干次,解决 导气管堵塞之后,上述现象即可解决。 2)锆元件堵灰:应取出探头消除灰堵,重装过滤器。 3)探头漏气对探头影响极大。 5.5 甲乙侧氧量偏差大 在调整锅炉燃烧工况,启停锅炉风机或磨组时,若出现两侧氧量偏差大,属 正常现象,待锅炉燃烧工况稳定后,氧量指示会恢复正常。若机组无任何调整出现两侧偏
差大就需要检查锆头工作是否正常, 将变送器拆会进行校验检查。 设备都正常要求运行人员 对气体流量进行调整。气体和参比气体都应不断的流过电极,不停止也无死角。但流量过大 会起冷却作用,使电池温度不均,造成误差。过小的流量除易形成气流停滞和死区外,还可 能因氧离子的传导而改变局部区域的氧浓度,从而影响准确测量,使两侧形成偏差。

5.6 现场干扰引起故障: 由于电磁场较强, 对新安装仪表的不稳定故障, 应首先考虑干扰的可能性。

6.制定防范措施
6.1 安装时注意事项: 1)氧化锆头装入之前,应先做好外观检查,氧化锆探头是否有碰伤,若外观完 整无损, 然后用万用表测热电偶的电阻应为 5—10Ω 。氧化锆探头电阻应大于 10 Ω 。电炉丝的电阻应为 130--160Ω ,再测热电偶、氧化锆热电势信号、电炉丝 接线端对地绝缘。若绝缘不好(有接地点) ,就会造成两点接地引如干扰信号使 仪表不能正常指示,自动无法投入。 2)装入现场时,法兰盘的垫圈一定要垫平,固定螺丝要紧死,不能有漏气现象。 6.2 新安装锆头标定: 氧化锆探头装入现场运行一天后,让探头内的可燃气体全部燃烧完,温度升 至恒定时,再通入标气进行恒标定。标定方法如下: 1)标气校准系统的连接见图 1:
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图 1:标气校准系统的连接图

2)把中间开有小孔的橡皮垫圈平坦的放进标气瓶出气孔的洞里,再装上减压阀, 把减压阀的锁紧螺母上紧. 3)把减压阀把手旋出(反时针方向) ,此时减压阀处于关闭状态。 4)缓慢松开标气瓶的气阀,减压阀上右边的氧压表指示气瓶内部气体的压力, 注意检查减压阀与气瓶连接处,应无漏气现象。若此时氧压表无指示,可能是密 封用的橡皮垫圈堵住了标气瓶的出气孔。 5)流量计正向放置,底部入口应接到减压阀的出口处,顶部出口的导气胶管置 于空气中,缓慢旋进(顺时针)减压阀的把手,使流量计指示在 400mL/min 至 500mL/min 之间,其刻度应查流量计的曲线求得。 6)把探头上标气入口的短胶管取下,把导气胶管套到探头的标气入口处,待变 送器指示的氧量值稳定后,调节面板上的“本底调节”电位器,使氧量指示值与 标气指示相等,标气结束,记录本底数值,以供分析探头运行情况之用。 6.3 运行中锆头定期标定 所安装的探头,可在正常运行三天后进行校准,使用中发现有异常现象, 在变送器自校正常、 温控系统正常的前提下, 可通入标气检查氧化锆元件的性能, 正常运行的仪表,一般一个月可校验一次。应该特别注意有两点:第一、防止标 气冲击损坏氧化锆元件,应调节好流量之后再把导气管接到标气入口处;第二、 防止漏气造成浪费,开启气瓶顶部的气阀时,应缓慢转动,若有漏气现象(出现 嘶嘶声)应关紧气阀,把连接系统重新装好,再开启气阀在校准结束之后,应关 紧气瓶顶部气阀(顺时针)以防长期放置漏气造成损失。 6.4 加强日常维护 1)经常巡视仪器是否正常,仪器一旦出现故障,及时查找故障,尽量做到自己 排除故障,如属探头正常老化损坏,或一时查不出故障原因,应及时更换。 2)根据仪器需要,定期清洗探头有关部件。 3)停炉时,应等停炉后再关仪器,开炉前先开仪器。停炉时间较长时,提前将 探头抽出,防止锅炉酸洗时将探头损坏。氧量变送器在机组大、小修时,应拆回 在校验室进行校验。 4)做好每台仪器的运行档案,包括仪器进厂日期、安装时间、维修情况和运行 情况等。

7.结束语
通过加强对氧化锆分析仪的故障分析总结与维护, 使得我厂多年来从未出现过因 氧量分析仪故障影响机组正常运行,提高了锅炉燃烧的安全性和经济性。不仅大 大节约了节能,而且还减少了环境污染,延长了锅炉寿命。为电力工业的飞速发 展,高参数、大容量的火力发电机组的安全、经济运行提供了有力保障。 参考文献 何适生 《热工参数测量及仪表》 水利电力出版社 1990 年 4 月


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