《朱祥柯熱工》PPT課件

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1、氧化鋯氧量計(jì)朱祥柯內(nèi)容（1）氧量測量的意義（2）氧化鋯性質(zhì)（3）氧化鋯測氧原理（4）氧化鋯傳感器的結(jié)構(gòu)（5）氧化鋯管使用時(shí)的注意事項(xiàng)（6）測量系統(tǒng)及信號(hào)處理（7）氧化鋯傳感器的檢定一、氧量測量的意義在火電廠中，為保持鍋爐燃燒處于最佳工況，燃料量和氧量必須有恰當(dāng)?shù)谋壤?，這一比例可以通過過量空氣系數(shù)α的大小反映出來。（1）α太大，會(huì)降低爐溫，增加排煙損失；（2）α太小，燃燒不充分，增加機(jī)械不完全燃燒損失；（3）α取值為，燃煤鍋爐1.2~1.3，燃油鍋爐1.1~1.2。α的直接測量很困難，目前都是通過對煙氣中氧量和二

2、氧化碳量進(jìn)行分析得出的。二、氧化鋯的性質(zhì)氧化鋯（ZrO2）是一種固體電解質(zhì)，具有離子導(dǎo)電性。（1）常溫下，ZrO2下為單斜晶體；（2）高于1150℃時(shí)為立方晶體。（3）摻入一定數(shù)量的CaO或Y2O3，進(jìn)行高溫焙燒，形成穩(wěn)定的螢石形立方晶體結(jié)構(gòu)，不隨溫度變化而變化。摻入CaO或Y2O3的ZrO2晶體中，Ca2+或Y3+會(huì)置換出Zr4+，形成O2-空穴。當(dāng)加熱到數(shù)百度時(shí)，該晶體會(huì)成為良好的O2-導(dǎo)體。三、氧化鋯測氧原理1.產(chǎn)生熱電勢的3個(gè)條件：1）帶有疏空電極的雜質(zhì)氧化鋯2）工作溫度大于600℃3）氧濃度差氧濃差電

3、勢與被測氣體中的氧含量的對數(shù)成線性關(guān)系。三、氧化鋯測氧原理2.氧濃差電池兩極發(fā)生的反應(yīng)正極（含氧量大側(cè)）：還原反應(yīng)O2+4e→2O2-負(fù)極（含氧量小側(cè)）：氧化反應(yīng)2O2-→O2+4e這樣在電極上產(chǎn)生電荷的積累，從而在兩極之間建立電場，此電場將阻止這種遷移的進(jìn)一步進(jìn)行，直到達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)在兩極間形成電場。此電勢因與兩側(cè)氧濃度有關(guān)，故稱氧濃差電勢三、氧化鋯測氧原理3.氧濃差電勢大小能斯特方程：注：E—氧濃差電勢，mv;R—理想氣體常數(shù)，8.314J/（mol.K）；F—法拉第常數(shù)，96487C/mol；T—熱力

4、學(xué)溫度，K；n—一個(gè)氧分子輸送的電子個(gè)數(shù)，n=4；P1—被分析氣體（如煙氣）的氧分壓；P2—參比氣體（如空氣）的氧分壓。三、氧化鋯測氧原理由于在混合氣體中，某種氣體的分壓力與總壓力（p）之比等于該組分的體積濃度，即：則能斯特方程可寫為：由上式可知，當(dāng)氧濃差電池工作溫度T一定，以及參比氣體的氧濃度一定時(shí)，電池產(chǎn)生的氧濃差電勢與被測氣體的含氧濃度成單值函數(shù)關(guān)系。通過測量氧濃差電勢E就可以得到被測氣體的含氧量。三、氧化鋯測氧原理4.氧濃差電勢與被測氣體含氧量的關(guān)系由于空氣的含氧量為=20.8﹪，且成本低廉，所以在分析

5、爐煙中的含氧量時(shí)，一般常用空氣作為參比氣體。三、氧化鋯測氧原理例題：四、氧化鋯傳感器的結(jié)構(gòu)四、氧化鋯傳感器的結(jié)構(gòu)五、使用氧化鋯管時(shí)注意事項(xiàng)(1)氧化鋯管的工作溫度應(yīng)保持恒定，或在儀表線路中采取溫度補(bǔ)償措施。溫度過低(<600℃)，輸出靈敏度下降；溫度過高（＞1200℃），煙氣中的氧化鉑的催化作用下，易于可燃物質(zhì)化合，使含氧量下降，輸出電勢增加。（2）氧化鋯管材質(zhì)應(yīng)均勻致密，不能有裂紋或孔洞，否則空氣直接漏過，使氧濃差下降，輸出電勢減??；純度要高，如存在雜質(zhì)，特別是鐵，會(huì)使電子通過氧化鋯本身短路，從而使輸出電勢下

6、降。例如，當(dāng)氧化鋯中含5%的Fe203時(shí)，輸出電勢僅為計(jì)算值的50%，所以電極材料中的鐵元素應(yīng)控制在千分之幾的數(shù)量級(jí)。(3)參比氣體和被測氣體壓力應(yīng)保持相等。(4)氧化鋯管內(nèi)外兩側(cè)氣體要不斷流動(dòng)更新，由于氧濃差電池有使兩側(cè)氧濃度趨于一致的傾向(5)電極引線應(yīng)用純鉑絲(6)與氧化鋯管配接的二次儀表應(yīng)有很高的輸入阻抗。(7)如果氧化鋯管的輸出作為自動(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào)，則應(yīng)采用線性化電路將氧濃差電勢與含氧濃度之間的對數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換為線性關(guān)系。另外應(yīng)注意的是，由于氧化鋯探頭長期使用在高溫狀態(tài)下，易由于膨脹造成裂紋或電極脫落；氧化鋯

7、管表面附著有煙塵微粒，也會(huì)造成鉑電極上微孔堵塞、積灰，是輸出電勢出現(xiàn)異常，甚至造成鉑電極中毒，所以在使用過程中要經(jīng)常清洗。六、測量系統(tǒng)及信號(hào)處理1.氧化鋯氧量計(jì)的分類按探頭工作溫度：定溫式及溫度補(bǔ)償式按安裝方式：直插式與抽出式抽出式系統(tǒng)是將氣樣抽出后再送入氧化鋯管測量，帶有抽氣和凈化系統(tǒng)，能除去雜質(zhì)和SO2等有害氣體，并且氧化鋯管處于800℃恒溫下工作，準(zhǔn)確度較高，但系統(tǒng)復(fù)雜，遲延較大，不能及時(shí)反映被測煙氣的含氧量變化。所以生產(chǎn)現(xiàn)場一般采用直插式測量系統(tǒng)。直插式就是直接將氧化鋯管插入煙道的高溫部分。(一)直插補(bǔ)

8、償式測量系統(tǒng)根據(jù)溫度在700～800℃之間時(shí)，K型熱電偶的熱電勢隨熱端溫度的變化與氧化鋯氧濃差電勢隨煙氣溫度的變化基本相等，二者之差基本與溫度無關(guān)的原理來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)?。直插式補(bǔ)償測量示意圖1．高輸入阻抗變換氧化鋯材料是一種離子晶體，其內(nèi)阻可高達(dá)幾千歐（國外產(chǎn)品可達(dá)幾十千歐）。當(dāng)測量電路內(nèi)阻不高時(shí)，就不可能正確測量氧濃差電勢。如圖：E’—經(jīng)運(yùn)算放大器阻抗變換后的等效氧濃差電勢當(dāng)R4=18歐