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    氧化鋯分析儀基本知識

    發布時間: 2020-05-07  點擊次數: 131次

           氧化鋯氧量分析儀(Zirconia Oxygen Analyzer),又稱氧化鋯氧分析儀、氧化鋯分析儀、氧化鋯氧量計、氧化鋯氧量表,主要用於測量燃燒過程中煙氣的含氧濃度,同樣也適用於非燃燒氣體氧濃度測量。在傳感器內溫度恒定的電化學電池產生一個毫伏電勢,這個電勢直接反應出煙氣中含氧濃度值。 將此分析儀應用於燃燒監視與控製,將有助於充分燃燒,減少CO、SOx及NOx的排放,從而為防止全球變暖及空氣汙染做出貢獻。同時,氧化鋯氧量分析儀還可用於氣氛控製,控製燃燒效率。

          氧化鋯氧量分析儀廣泛應用於多種行業的燃燒監視與控製過程,並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、製陶業、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。

    氧含量監測

          隨著人們環保和節能意識的逐漸提高,眾多大中型企業如鋼鐵冶金、石油化工、火力發電廠等,已將提高燃燒效率、降低能源消耗、降低汙染物排放、保護環境等作為提高產品質量和增強產品競爭能力的重要途徑。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、確定至佳燃燒點,是十分令人關心的。

    至佳燃燒點

          供給加熱爐、鍋爐等加熱設備的燃料燃燒熱並不是全部被利用了。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,導致熱效率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。而對於軋鋼加熱爐,煙氣中氧含量過高還會導致鋼坯氧化鐵皮增厚,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也將降低。另外,煙囪也會冒黑煙而汙染環境。

          所謂提高燃燒效率,就是要適量的燃料與適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,可通過測量並控製煙道氣體中CO、O2、CO2的含量來調節空氣消耗係數λ,來達到至高燃燒效率。

          燃燒效率控製由來已久,上世紀60年代,曾廣泛采用CO2分析儀監測煙道氣體中CO2含量來控製空氣消耗係數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製燃燒效率。

          提高燃燒效率最直接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、氧化鋯氧含量檢測儀)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,確定至佳的空氣消耗係數。

          測量煙氣中含氧量的儀表稱為氧分析儀(氧量計)。常用的氧分析儀主要有熱磁式和氧化鋯式兩種。

    熱磁式

          其原理是利用煙氣組分中氧氣的磁化率特別高這一物理特性來測定煙氣中含氧量。氧氣為順磁性氣體(氣體能被磁場所吸引的稱為順磁性氣體),在不均勻磁場中受到吸引而流向磁場較強處。在該處設有加熱絲,使此處氧的溫度升高而磁化率下降,因而磁場吸引力減小,受後麵磁化率較高的未被加熱的氧氣分子推擠而排出磁場,由此造成"熱磁對流"或"磁風"現象。在一定的氣樣壓力、溫度和流量下,通過測量磁風大小就可測得氣樣中氧氣含量。由於熱敏元件(鉑絲)既作為不平衡電橋的兩個橋臂電阻,又作為加熱電阻絲,在磁風的作用下出現溫度梯度,即進氣側橋臂的溫度低於出氣側橋臂的溫度。不平衡電橋將隨著氣樣中氧氣含量的不同,輸出相應的電壓值。

          熱磁式氧分析儀雖然具有結構簡單、便於製造和調整等優點,但由於其反應速度慢、測量誤差大、容易發生測量環室堵塞和熱敏元件腐蝕嚴重等缺點,已逐漸被氧化鋯氧分析儀所取代。

    傳感器式

          氧化鋯(ZrO2)是一種陶瓷,一種具有離子導電性質的固體。在常溫下為單斜晶體,當溫度升高到1150℃時,晶型轉變為立方晶體,同時約有7%的體積收縮;當溫度降低時,又變為單斜晶體。若反複加熱與冷卻,ZrO2就會破裂。因此,純淨的ZrO2不能用作測量元件。如果在ZrO2中加入一定量的氧化鈣(CaO)或氧化釔(Y2O3)作穩定劑,再經過高溫焙燒,則變為穩定的氧化鋯材料,這時,四價的鋯被二價的鈣或三價的釔置換,同時產生氧離子空穴,所以ZrO2屬於陰離子固體電解質。ZrO2主要通過空穴的運動而導電,當溫度達到600℃以上時,ZrO2就變為良好的氧離子導體。 在氧化鋯電解質的兩麵各燒結一個鉑電極,當氧化鋯兩側的氧分壓不同時,氧分壓高的一側的氧以離子形式向氧分壓低的一側遷移,結果使氧分壓高的一側鉑電極失去電子顯正電,而氧分壓低的一側鉑電極得到電子顯負電,因而在兩鉑電極之間產生氧濃差電勢。此電勢在溫度一定時隻與兩側氣體中氧氣含量的差(氧濃差)有關。若一側氧氣含量已知(如空氣中氧氣含量為常數),則另一側氧氣含量(如煙氣中氧氣含量)就可用氧濃差電勢表示,測出氧濃差電勢,便可知道煙氣中氧氣含量。

          氧化鋯分析儀氧量計具有結構和采樣預處理係統較簡單、靈敏度和分辨率高、測量範圍寬、響應速度較快等優點。

    煙氣分析儀器應用領域十分廣泛,例如:

          熱電廠循環流化床鍋爐用於燃燒控製室的煙道氣體監測; 鋼鐵廠軋鋼加熱爐用於解決降低氧化燒損或脫碳層厚度時的爐氣氣氛檢測; 全氫熱處理爐用於檢測輻射管是否燒穿漏氣; 研製新型燃燒器(蓄熱式、低NOX式、輻射管式)時用於燃燒器結構尺寸的設計研究; 汽車尾氣排放檢測;食品行業水分測定; 其他工業窯爐及垃圾焚燒爐煙氣監測。

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