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摘要：火电厂主要通过锅炉燃烧产生电力，在燃料转换为电能的过程中，不可避免的要排放出温室气体和污染物，随着这几年国家对环境污染出台了一系列控制措施，特别是碳中和概念的提出。从而提高锅炉燃烧效率、降低锅炉煤耗就显得尤为重要。锅炉系统是火力发电厂机组组成的重要部分，节约能源是也火力发电厂的一项重要任务。我厂七期1000MW机组锅炉为上海锅炉厂引进ALSTOM-EVT公司技术生产，型号为SG-3040/27.56-M538。提高锅炉效率就要控制优化燃烧，就需要对有关燃烧参数及时、准确的在线监测，以便实现手动或者自动的调节和控制，保持锅炉在最佳的工况下运行。锅炉运行中烟气含氧量可直接反应燃烧状况，烟气含氧量的测量是非常重要的。是保障企业生产安全、经济效益的关键。

关键词：氧化锆 安装 风量控制 含氧量 日常维护

一、氧化锆测氧装置的安装方式

1.1安装点的选择

1.1.1选择的测量点要求能正确反映所检测的炉内气体，以保证氧化锆传感器输出信号的真实性、可靠性，并且尽量避开炉内侧、死角、涡流及缩口处。应选择被测气体温度接近传感器工作温度、无振动且方便维修的位置。

1.1.2安装点的烟气温度应为（400～500）℃范围内，为了保证测量的灵敏度，工作温度选择较低其灵敏度下降，工作温度过低时，氧化锆内阻愈高，正确测量电势较困难。工作温度选择较高时，因烟气中的的可燃性物质就会与氧迅速化合而形成燃料电池，使其输出增大。所以温度太高或太低都会加速探头老化，缩短探头寿命。

1.1.3安装点应选择烟气流动性好，比较稳定的区域。尽量选择在过热器至省煤器后这一区域。我厂七期1000MW机组锅炉氧量测点安装在炉16楼，锅炉烟道尾部。

1.1.4氧化锆探头要尽量水平安装，避免氧化锆探杆内的烟气滞留。

1.1.5氧化锆管内外两侧气体要不断流动更新，否则含氧量会逐渐平衡，输出下降。

1.2探头与变送器的连接

仪器连线有信号线、热电偶和加热丝三对连线。信号线应采用（1.0～1.2）平方毫米的金属屏蔽线;热电偶连线应采用K型（1.0～1.2）平方毫米的补偿导线;加热丝连线可采用（1.2～1.5）平方毫米的电缆线。加热丝连线应与其他两对线分开穿管，以免产生干扰。

如图所示为我厂#14炉氧量测点安装实际位置

二、氧化锆测氧装置的测量原理

氧化锆探头是利用氧化锆浓差电势来测定氧含量的传感器，其核心的氧化锆管安置在一微型探杆内，位于整个探头的顶端。

在实际的氧探头中，空气流经外电极，烟气流经内电极，由于氧浓差导致氧离子从空气边迁移到烟气边，因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电势信号E，该电势信号符合”能斯特”方程：

E=（RT/4F）Ln（P0 /P） （1）

式中R、F分别是气体常数和法拉第常数，T是锆管绝对温度（K）， P0是空气氧含量（20.6%O2）， P 是烟气含量。由（1）式可见，如果把氧化锆传感器加热到750℃的稳定温度，氧化锆电解质两侧分别通过被测气体和参比气体，则产生的电动势与氧电池的工作温度和氧电池两侧的气体浓度有固定的关系。如果知道参比气体的浓度，则可根据氧化锆电解质两侧的浓差电势与氧化锆的工作温度计算出被测气体的氧浓度。

三、氧量测量在系统控制中的作用

3.1氧量校正的作用

锅炉燃烧过程的重要任务之一是维护炉内过剩空气的稳定，以保障经济燃烧，炉内过剩空气的稳定，对燃煤锅炉来说，一般是通过保证一定的风煤比来实现的，这种情况只有煤质稳定时，才能较好的保持炉内过剩空气稳定。而当煤质变化，就不能保持炉内过剩空气的稳定，此时就需要根据氧量的多少来适当调节风量，所以，送风调节系数采用氧量校正信号。

3.2氧量控制方式

3.2.1氧量设定值

氧量设定值由两部分相加而成，一部分为运行人员的手动偏置，即模拟量生成算法块，另一部分是根据锅炉负荷指令计算的分段线性函数发生器算法，两者相加与氧量测点（3取中信号）比较，偏差作为氧量控制的设定值，遵循低负荷高氧量，高负荷低氧量的原则来进行调节。

3.2.2氧量的测量

#14炉氧量测点共3个，设计在锅炉省煤器出口尾部烟道上。采用3取中算法，3个变送器均有品质报警，3个变送器之间存在偏差DEV报警。

3.2.3氧量控制作用

氧量设定值和氧量实际测量值，通过加法器算法块进行偏差比较，乘以一个修正系数（正常运行时系数为1，MFT时系数为0.2）算出实际偏差信号与模拟量生成器算法块进入PID控制器，实现无差控制。

PID控制器的输出通过函数f2（x），f2（x）的输出在（0.8-1.2）之间，使氧量控制具备放大或缩小风/煤比作用的功能，其输出即为氧量校正系数。

如图所示为我厂#14炉锅炉氧量校正系数测量计算方式

四、氧化锆测氧装置的日常维护

4.1标气校准每3个月必须进行一次，以便及时调节，用已配好的标准气样作为测量气体，分别从校验气口通入氧化锆探头。快速拧开传感器校对堵头，将标准气插上五分钟后，待数据稳定时，即校对完成。仪表显示氧浓度应该与标准气体浓度相同，存在偏差则修正仪表线性参数;标准计量要求最少使用三种不同标准气体标定系统，这样经过三次标定重复修正好系统线性，保证系统正常工作。确保其显示值在允许误差范围内，保证测量的准确性。

4.2仪器上炉前一定要检验，仪器上炉24小时后一定要重新校验。因上炉后的实际工况与上炉前是不一样的，工况不同会带来一定的误差。

4.3在锅炉运行过程中更换探头，探头一定要缓慢插入，一般先将传感器的1/3插至烟道里，10分钟后再插入1/3，再过10分钟后将传感器全部插入，防止探头升温太快造成炸管。传感器内部为陶瓷元件，容易断裂造成损坏。因此传感器须轻拿轻放，不能碰撞。传感器上的法兰螺栓在安装时要均匀地拧紧。防止空气通过密封垫子漏入，造成测量时的误差。

4.4锅炉启动过程中，在低负荷时烟气含氧量一般会大于10%，待锅炉带到一定负荷时氧化锆测氧装置才能正常投入。

4.5日常做好记录（记录内容包括探头上炉时间、异常现象内容，排除办法等）。

提高燃烧效率，合理利用能源，已成为工业生产过程的重大课题。本文论述的烟气含氧量在线检测技术是基于氧化锆固体电解质测氧的原理，分析了影响氧量测量的各种外在内在因素，得出了氧化锆测氧装置在测量过程中需要注意的环节。氧化锆传感器的安装也尤为重要，因此氧化锆测氧装置的安装、维护是保证氧化锆测氧装置测量准确性的重要保障。