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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(fēng)/煤交叉化。我班采用了氧化鋯氧分析儀通過(guò)對(duì)氧量的監(jiān)視由運(yùn)行人員來(lái)調(diào)整鍋爐達(dá)到最佳燃燒工況．但由于氧化鋯氧分析儀長(zhǎng)期工作在高溫下容易出現(xiàn)故障，所以我們要加強(qiáng)對(duì)氧化鋯氧分析儀的運(yùn)行維護(hù)。
【關(guān)鍵字】氧化鋯氧分析儀氧量鋯頭
1.概述
隨著我國(guó)電力市場(chǎng)體制的逐漸完善，對(duì)機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求.尤其寧夏大壩發(fā)電有限責(zé)任公司采用4臺(tái)300MW燃煤發(fā)電機(jī)組，對(duì)鍋爐的經(jīng)濟(jì)燃燒,運(yùn)行工況要求就更加嚴(yán)格。為了加強(qiáng)對(duì)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(guò)對(duì)氧量的監(jiān)視由運(yùn)行人員來(lái)調(diào)整鍋爐達(dá)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(fēng)/煤交叉化。它所反映的是風(fēng)量過(guò)小，燃料不能充分燃燒；風(fēng)量過(guò)大，過(guò)剩的風(fēng)量帶走的熱量就多，即鍋爐風(fēng)量過(guò)大或過(guò)小都會(huì)造成燃料和熱能損失。這種關(guān)系又可用空氣過(guò)剩系數(shù)α來(lái)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(guān)系)。為了保證最佳的過(guò)剩空氣系數(shù),鍋爐的熱效率η才最高。因此，準(zhǔn)確、快速測(cè)量鍋爐煙氣中的含氧量，及時(shí)指導(dǎo)鍋爐運(yùn)行人員調(diào)節(jié)鍋爐的過(guò)剩空氣系數(shù)，同時(shí)，用氧量信號(hào)直接參與鍋爐燃燒自動(dòng)控制，使鍋爐處于最佳燃燒工況，對(duì)電廠的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都很重要，當(dāng)然，這就要求鍋爐的氧量測(cè)量裝置必須準(zhǔn)確可靠。關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖1：
1：氧量和熱效率關(guān)系曲線(xiàn)圖
3.我廠氧量測(cè)量裝置的配置
我廠現(xiàn)有4臺(tái)30萬(wàn)千瓦火力發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組配置兩套氧量測(cè)量裝置，現(xiàn)在#1、#2爐的氧化鋯氧量測(cè)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(cè)器改為北京原子能科學(xué)研究院生產(chǎn)的ZO系列“雙參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)法”的氧量測(cè)量裝置。ZO系列氧量測(cè)量裝置具有測(cè)量較準(zhǔn)確，維護(hù)量小的特點(diǎn)，因此，在#3、#4機(jī)組投產(chǎn)時(shí)又相繼采用了該系列的智能型氧量測(cè)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(cè)，分別將測(cè)得的氧量氧電勢(shì)信號(hào)送至安裝于集控室的氧量變送器進(jìn)行運(yùn)算并顯示氧量值，同時(shí)變送器輸出的4—20mA信號(hào)送至DAS進(jìn)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(cè)，分別將測(cè)得的氧量氧電勢(shì)信號(hào)送至爐就地同一平臺(tái)上安裝的氧量變送器，進(jìn)行氧量運(yùn)算顯示。氧量變送器與輸出的0—10mA信號(hào)再送至集控室進(jìn)行氧量顯示，供運(yùn)行人員監(jiān)視調(diào)整。氧量變送器輸出的4—20mA信號(hào)送至CCS進(jìn)行空氣過(guò)剩系數(shù)校正，同時(shí)還送至OIS進(jìn)行氧量顯示及事故追憶打印。
4.ZQ系列氧化鋯氧量測(cè)量裝置的工作原理
氧化鋯氧量測(cè)量裝置是由氧化鋯氧量檢測(cè)探頭和氧量運(yùn)算電路變送器組成，氧化鋯氧量檢測(cè)探頭是利用氧化鋯氧量測(cè)量電池來(lái)測(cè)氧含量的化學(xué)分析儀器，氧化鋯電池是一個(gè)在750℃以上高溫下導(dǎo)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(cè)氣體（煙氣）。由于氧濃差導(dǎo)致氧離子從空氣邊移到煙氣邊，而產(chǎn)生的電勢(shì)又導(dǎo)致氧離子從煙氣邊反向遷移到空氣邊，當(dāng)這兩種遷移達(dá)到平衡后，便在兩電極間產(chǎn)生一個(gè)與氧濃差有關(guān)的探頭信號(hào)E，該信號(hào)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(jiàn),當(dāng)池溫恒定后,只要測(cè)到探頭信號(hào)便可算出煙氣氧含量P,實(shí)際上只有在理想狀態(tài)下才能用上式。
5.常見(jiàn)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(wú)氧量信號(hào)，這時(shí)應(yīng)首先檢查氧量信號(hào)線(xiàn)路是否斷開(kāi)，若線(xiàn)路正常，則應(yīng)檢查鋯頭是否正常。在750℃測(cè)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(xiàn)開(kāi)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(yīng)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(wàn)用表測(cè)得電阻絲開(kāi)路或阻值小于80Ω,則應(yīng)更換加熱爐絲。
2）當(dāng)出現(xiàn)池溫過(guò)高及溫度失控時(shí)，這不僅使氧量顯示不準(zhǔn)，而且會(huì)加速鋯頭老化或鋯頭燒壞，這時(shí)應(yīng)立即檢查熱偶是否斷路或連線(xiàn)是否開(kāi)路，方法是用萬(wàn)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(gè)原因是：繼電器或溫控電路故障，因?yàn)槔^電器、溫度電路故障會(huì)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(shí)間的探頭，鋯元件引線(xiàn)的轉(zhuǎn)接處可能由于氧化而接觸不良或松動(dòng)，這是會(huì)使Em值（用萬(wàn)用表量）時(shí)大時(shí)小，時(shí)好時(shí)壞，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，觀察鋯元件后做相應(yīng)處理。
2）當(dāng)出現(xiàn)氧量信號(hào)偏差太大或不準(zhǔn)確時(shí)，則有可能是氧化鋯電極短路，這時(shí)應(yīng)檢查氧化鋯電池連線(xiàn)是否短接。在未升溫時(shí)，內(nèi)阻若小于50Ω，證明電極短路，須更換鋯頭。
3）若在運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)本底電勢(shì)大于10mV或小于-30mV，則須對(duì)氧量測(cè)量裝置用標(biāo)氣重新標(biāo)定，標(biāo)定完后若本底電勢(shì)仍然異常，則說(shuō)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(jié)果會(huì)使探頭的輸出電勢(shì)Em變小，本底電勢(shì)Eo變大，這時(shí)用洗耳球?qū)?zhǔn)探頭的空氣入口處吹若干次，解決導(dǎo)氣管堵塞之后，上述現(xiàn)象即可解決。
2）鋯元件堵灰：應(yīng)取出探頭消除灰堵，重裝過(guò)濾器。
3）探頭漏氣對(duì)探頭影響極大。
5.5甲乙側(cè)氧量偏差大
在調(diào)整鍋爐燃燒工況，啟停鍋爐風(fēng)機(jī)或磨組時(shí)，若出現(xiàn)兩側(cè)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(huì)恢復(fù)正常。若機(jī)組無(wú)任何調(diào)整出現(xiàn)兩側(cè)偏差大就需要檢查鋯頭工作是否正常，將變送器拆會(huì)進(jìn)行校驗(yàn)檢查。設(shè)備都正常要求運(yùn)行人員對(duì)氣體流量進(jìn)行調(diào)整。氣體和參比氣體都應(yīng)不斷的流過(guò)電極，不停止也*。但流量過(guò)大會(huì)起冷卻作用，使電池溫度不均，造成誤差。過(guò)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(dǎo)而改變局部區(qū)域的氧濃度，從而影響準(zhǔn)確測(cè)量，使兩側(cè)形成偏差。
5．6現(xiàn)場(chǎng)干擾引起故障：
由于電磁場(chǎng)較強(qiáng)，對(duì)新安裝儀表的不穩(wěn)定故障，應(yīng)首先考慮干擾的可能性。
6.制定防范措施
6.1安裝時(shí)注意事項(xiàng)：
1）氧化鋯頭裝入之前，應(yīng)先做好外觀檢查，氧化鋯探頭是否有碰傷，若外觀完整無(wú)損，然后用萬(wàn)用表測(cè)熱電偶的電阻應(yīng)為5—10Ω。氧化鋯探頭電阻應(yīng)大于10Ω。電爐絲的電阻應(yīng)為130--160Ω，再測(cè)熱電偶、氧化鋯熱電勢(shì)信號(hào)、電爐絲接線(xiàn)端對(duì)地絕緣。若絕緣不好（有接地點(diǎn)），就會(huì)造成兩點(diǎn)接地引如干擾信號(hào)使儀表不能正常指示，自動(dòng)無(wú)法投入。
2）裝入現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，法蘭盤(pán)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(biāo)定：
氧化鋯探頭裝入現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行一天后，讓探頭內(nèi)的可燃?xì)怏w全部燃燒完，溫度升至恒定時(shí)，再通入標(biāo)氣進(jìn)行恒標(biāo)定。標(biāo)定方法如下：
1：標(biāo)氣校準(zhǔn)系統(tǒng)的連接圖
2）把中間開(kāi)有小孔的橡皮墊圈平坦的放進(jìn)標(biāo)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(shí)針?lè)较颍藭r(shí)減壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)。
4）緩慢松開(kāi)標(biāo)氣瓶的氣閥，減壓閥上右邊的氧壓表指示氣瓶?jī)?nèi)部氣體的壓力，注意檢查減壓閥與氣瓶連接處，應(yīng)無(wú)漏氣現(xiàn)象。若此時(shí)氧壓表無(wú)指示，可能是密封用的橡皮墊圈堵住了標(biāo)氣瓶的出氣孔。
5）流量計(jì)正向放置，底部入口應(yīng)接到減壓閥的出口處，頂部出口的導(dǎo)氣膠管置于空氣中，緩慢旋進(jìn)（順時(shí)針）減壓閥的把手，使流量計(jì)指示在400mL/min至500mL/min之間，其刻度應(yīng)查流量計(jì)的曲線(xiàn)求得。
6）把探頭上標(biāo)氣入口的短膠管取下，把導(dǎo)氣膠管套到探頭的標(biāo)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(biāo)氣指示相等，標(biāo)氣結(jié)束，記錄本底數(shù)值，以供分析探頭運(yùn)行情況之用。
6.3運(yùn)行中鋯頭定期標(biāo)定
所安裝的探頭，可在正常運(yùn)行三天后進(jìn)行校準(zhǔn)，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(biāo)氣檢查氧化鋯元件的性能，正常運(yùn)行的儀表，一般一個(gè)月可校驗(yàn)一次。應(yīng)該特別注意有兩點(diǎn)：第一、防止標(biāo)氣沖擊損壞氧化鋯元件，應(yīng)調(diào)節(jié)好流量之后再把導(dǎo)氣管接到標(biāo)氣入口處；第二、防止漏氣造成浪費(fèi)，開(kāi)啟氣瓶頂部的氣閥時(shí)，應(yīng)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，若有漏氣現(xiàn)象（出現(xiàn)嘶嘶聲）應(yīng)關(guān)緊氣閥，把連接系統(tǒng)重新裝好，再開(kāi)啟氣閥在校準(zhǔn)結(jié)束之后，應(yīng)關(guān)緊氣瓶頂部氣閥（順時(shí)針）以防長(zhǎng)期放置漏氣造成損失。
6.4加強(qiáng)日常維護(hù)
1）經(jīng)常巡視儀器是否正常，儀器一旦出現(xiàn)故障，及時(shí)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(shí)查不出故障原因，應(yīng)及時(shí)更換。
2）根據(jù)儀器需要，定期清洗探頭有關(guān)部件。
3）停爐時(shí)，應(yīng)等停爐后再關(guān)儀器，開(kāi)爐前先開(kāi)儀器。停爐時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，提前將探頭抽出，防止鍋爐酸洗時(shí)將探頭損壞。氧量變送器在機(jī)組大、小修時(shí)，應(yīng)拆回在校驗(yàn)室進(jìn)行校驗(yàn)。
4）做好每臺(tái)儀器的運(yùn)行檔案，包括儀器進(jìn)廠日期、安裝時(shí)間、維修情況和運(yùn)行情況等。
7.結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)加強(qiáng)對(duì)氧化鋯分析儀的故障分析總結(jié)與維護(hù)，使得我廠多年來(lái)從未出現(xiàn)過(guò)因氧量分析儀故障影響機(jī)組正常運(yùn)行，提高了鍋爐燃燒的安全性和經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)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(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了有力保障。
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