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氧量分析仪 所在位置:首页 / 产品展示

氧量自动检测仪JZY-Ⅱ型

详细信息:

(一)概述
    目前,锅炉是世界上主要的动力和热能供给设备,也是耗能的大户之一。因此,“如何在稳定地、有效地供给热量的前提下,节省燃料消耗和电力消耗,提高锅炉热效率,降低对环境的污染。”一直是我国的节能和环保工作之主要课题,也是国际上的热门课题。
    众所周知,锅炉是通过燃料(煤、气或油)在炉膛内的燃烧,把一次能源转化为二次能源(蒸汽或热水)的装置。在锅炉内,燃料燃烧放出的热量主要被变为热水或蒸汽带走,变为有用的能量。其余的热量一少部分由于锅炉的热传导而散失,而大部分被烟气带走,散布到大气中。另外,由于燃料的不完全燃烧还要造成一定的热损失。因此,提高锅炉热效率的关键就是把未能转化为热水和蒸汽的部分热量尽可能挖潜利用起来。显然,除了提高锅炉本体的换热能力和改善隔热保温特性外,最主要的方法是迫使燃料充分燃烧,以及减少烟气带走的热量。
    氧化锆氧量仪(也称为“氧化锆氧分析器”)是国际公认的锅炉节煤、省油和省气的主要装置之一。据日本住友金属公司的资料和我们公司的实验证明,控制锅炉烟气中的氧含量是节能、节煤和减少污染的关键措施。据统计,一台6吨锅炉,使用氧化锆氧量仪合理地调节其空燃比,每天可以节煤1吨左右,并降低了黑烟以及多氧化氮(NO和NO2)对环境的污染,起到一箭双雕的作用。美国、澳大利亚等国30KW以上的发电机组通常在锅炉烟道上安装8台氧量仪,可是我国绝大多数电厂的锅炉烟道仅使用2台氧量仪。目前我国电厂努力学习国外的先进经验,切实地认识到测量和控制氧含量的重要性,有的锅炉在烟道上安装4台氧量仪。实践证明,与节能产生的经济效益回报相比,在氧量仪上的投资就显得微不足道。因此,它已在世界普及,仅日本一个国家每年就生产38万台以上,主要供给国内使用,一部分投放国际市场。
(二)产品特点与主要技术指标
    JZY-Ⅱ型氧量自动检测仪(简称为氧量仪)是融计算机软、硬件技术和传感器技术于一体的智能化分析仪器。该仪器是我公司广泛吸取了英、美、日、澳大利亚等国同类产品的优点,结合我国国情研制成功的。产品不仅供给东北三省,还远销新疆、内蒙、广东、江苏、湖北、江西、山东、山西、河北、陕西、湖南等地,简言之,产品遍及长城内外、大江南北。这是因为它具有某些技术创新和独到之处。
1. 特点
    (1)氧化锆传感器(俗称作“锆管”)的使用寿命长。
    众所周知,影响氧量自动检测仪使用时间的技术瓶颈是氧化锆传感器。它制约着该仪表的使用寿命(国内产品大都在六个月左右)。因其寿命短,用户不得不频繁地更换传感器,并给企业带来了不必要的经济负担。国内往往忽略了浓差电池ZrO2传感器在长期处于200~500℃的非工作温度条件下,其机械强度急剧下降问题,即所谓“非工作温度老化现象”。国外有的厂家采用添加氧化物稳定剂固熔法、降低晶粒外形尺寸法,使高强度、高弹性的材料均匀分散于传感器复合体法,在传感器的表面制作防止老化的保护层法。利用特种气体处理,使其内部维持3方晶系为主(95%),而其表层形成4方晶系构成二重晶相结构。即采用先进的陶瓷相变韧性化技术,改善传感器的可靠性和寿命,前三者属于传感器的配方、制作工艺问题,后二者属于传感器的后期制作、加工问题。采用特殊工艺在锆管表面生成硅石/锆石复合层,产生裂纹,或龟裂的钝化层(Crackblunting)增大机械强度,并且防止从4方晶相向单钭晶相转换,防止低温老化现象。  
    锆管采用多元系精细陶瓷粉末配制技术制作,壁薄、致密、抗热震特性佳。利用4方晶体相变增韧、增强技术提高氧化锆抗热震特性(对冷热突变的抗温度冲击特性),即利用处于常温准稳态的4方晶相的龟裂剪切应力抑制裂纹产生的能量,以便抑制单钭晶体的相变。提高传感器的长期稳定性和工作寿命。
    我公司科研人员针对我国的煤质和锅炉的特殊性和外围结构等方面,经多年潜心研究,做了大量的实验和试验,取得了突破性的进展。对传感器的传统配方、烧结和老化处理工艺进行了大幅度调整,使氧化锆传感器的使用寿命延长了数倍以上。这无疑是浓差电池式氧化锆传感器技术的一次飞跃,产品一经问世,便受到用户的欢迎并得到相关部门的认可。
    (2)陶瓷防尘过滤网功能多并可任意选择
    我公司开发了三种组分配方的陶瓷防尘过滤网:
A.中低温型(600~700℃)   B.高温型(700~900℃)  C.滤除烟气中硫成分,如SO2、SO3或H2S等。
    (3)仪表具有很强的标准信号接口功能。
    它有国际标准模拟接口DC 4~20mA或DC 0~10mA远传信号输出,以及国际标准数字接口串行二进制RS—485数据总线,并提供协议软件。
    可设置氧量报警点,一旦达到用户设置的报警点,则可驱动继电器常开接点闭合,接点容量为220V/3A。
    (4) 测温功能。
    该仪表的氧量检测器(也称为“氧化锆探头”)要求其被测位置的烟气温度≤700℃,为了最合理地使用该传感器,我们推荐其******安装位置是在烟气温度≤650℃的地方。用户可对被测处烟气温度进行准确的测量,在正式安装检测器前,大约5min后按下测温键,就可定量地显示出被测的烟气温度值。若满足上述烟气温度要求,即可正式安装。反之,应寻找更合适的插入位置。
    (5)保温功能。
    当锅炉停止工作时,通常要求氧量自动检测仪继续通电,请用户按一下保温键,则该仪表进入低温保温状态。这可以避免氧化锆传感器和加热丝由于断电吸潮和重新启动时产生的附加应力而损坏,因此延长了仪表的使用寿命。
    (6)故障自诊断功能。
    该仪表是以89C52单片机为核心的智能化仪表,不仅能对传感器进行线性化修正和对温度误差进行补偿,自动对检测器输出的各种电压信号进行数字处理,而且具有故障自诊断功能;当氧化锆传感器或热电偶出现故障时,则变送器相应的灯(“锆管”灯和“热偶”灯)亮。
    (7)节能并有利于环境保护以及改善窑炉工艺控制质量。
本仪表广泛适用于以煤、油和气为燃料的锅炉、窑炉及其他各种加热炉燃烧状况的监视和控制。它是石化、电力、冶金、纺织、玻璃、搪瓷、食品、集中供热、铁路、航海、煤矿等工业部门节能、减少环境污染及提高热效率必备的仪表。氧量仪可以构成开环或闭环控制系统,督促操作人员或控制设备自动调节空气量和燃料量,不但可以防止因空气不足出现的非完全燃烧,而且能够避免因空气过量造成的热损失。实验表明,以煤为燃料的6吨以上的锅炉安装了氧量检测仪后,把烟道中烟气氧含量从10%减少至6%,每天可节煤一吨以上;安装了氧量检测仪的10吨油炉,当烟气的氧浓度从4.8%降低至3.5%后,每年可以节油124吨,节约燃料3.1%以上。详细情况,请参阅第(六)节氧化锆氧量仪的节能和环保作用分析和第(七)节燃煤、燃油锅炉氧含量的******控制值。
2. 主要技术指标
氧量测量范围: 0.1~21%O2;0.1~10%O2
    响应时间:≤5S(气体浓度从初始值至满量程的90%之响应特性)
    烟气温度:≤700℃(最佳烟气温度≤650℃),需要700℃以上的高温氧量仪,可以与我公司技术部门商议。
    准确度:±0.5%O2
    工作温度控制:720±10℃
输出标准电流:DC 0~10mA或DC 4~20mA
    标准数字接口:串行二进制RS—485
    报警点开关量输出:接点容量220V/3A
    变送器工作环境温度:-10℃~50℃
    检测器的插入深度:400 mm、800 mm、1200mm(也可按用户要求加工其它尺寸)
    盘装式变送器的外形尺寸:160×`80×300(mm),见图43
80×160×300(mm),(立式)
壁挂式变送器的外形尺寸:300×250×140(mm),见图44
144×144×220(mm),见图48
    安装法兰盘尺寸:详见图47
    检测器重量:≤5Kg
    盘装式变送器重量:≤2Kg
壁挂式变送器重量:≤4.5Kg
    盘装式变送器的开口尺寸:152×76(mm),139×139(mm),76×152(mm)(立式) 
    电源电压:AC 220V±10%,50Hz
    仪表功耗:≤100W

    烟气压力:-5~+5KPa

    请注意:当压力超过3KPa,最好进行压力误差补偿;当烟气压力超过5KPa,必须进行压力补偿。

    烟气流量:300mL/min

3.标定条件(注意:不是使用条件!)

a.环境温度:0-40℃,波动≤5℃(******温度-******温度≤5℃)

b.相对湿度:≤85%

c.大气压力:86.0-106.0kpa

d.气体流量:300mL/min

e.气体流量计:量程:0-1L/min,准确度级别不低于3级

f.电源电压:AC220V±10%

g.电源频率:50Hz

k.应在无干扰气体(尤其是可燃气体,例如甲烷、氢气、一氧化碳等)和干扰电磁场的条件下进行标定。

l.标准气:以氮气为底气的氧标准气,其扩展不确定度应不大于1.5%(k=3)


(三)基本工作原理
   1.  检测器(也称为“氧化锆探头”)工作原理。
    氧量检测器是由浓差电池式氧化锆氧量传感器、加热器、测温热电偶及不锈钢壳体组成。外壳设有参比气及标准气的通孔。当加热器将氧化锆传感器加热到720℃左右,并且在固体电介质两侧存在氧浓差时,高氧势一侧氧就会以O-2状态进入固体电介质的空位中,破坏了晶格的电中性,迫使O-2离子通过空位和缺陷向低氧势侧迁移,从而形成离子导电,于是在铂电极引出端产生氧浓差电动势。
    2.  氧量变送器的工作原理。
通电后显示的是加热的温度值,到达626℃时,开始显示含氧量。当加热温度达到720℃左右的时候,仪表上显示的是烟道内氧气的含量,并同时输出相应的标准电流信号或标准的数字信号。因此,本仪表具有操作简便、数据可靠、性能稳定、读数清晰、准确度高等特点。
    来自检测器的氧浓差电池的电动势和热电偶的电动势信号,被A/D变换器转变成数字信号,在 89C52单片机程序控制下,进行信号线性化处理及温度补偿,同时控制加热器的加热状态,使氧化锆传感器处于标准工作温度环境(720℃)并输出与被测氧量成比例的数字信号(因为氧化锆氧传感器具有一定的温度系数,换言之,具有一定的温度漂移。通常可以利用软硬件进行温度补偿和修正。为了简便,我们采用恒温法。)。此数字信号经接口芯片处理后,由数码管显示出氧含量的百分数,操作人员可根据氧量显示值,调整锅炉的其它工艺参数,以便实现******燃烧。
    本仪表具有自动复位和故障自诊断功能,如遇故障,则相应的灯(“锆管”和“热偶”)亮以示故障报警。仪表的工作原理方框图如图43所示。

图43 氧量仪工作原理的总体方框图


(四)保修期限
    1.质保期1年。
本仪表自出厂日算起,在12个月之内,当使用者完全遵守说明书及符合ZBY002—81《仪器、仪表运输、贮存基本环境条件及试验方法》规定的运输及贮存条件下,且未自行维修时,如果出现有不符合技术要求时,本公司给予免费修理或更换,并进行技术咨询服务。
    在其它情况下,售后服务人员仅收更换损坏件的成本费。
(五)产品照片和附图
1.产品照片
图44 JZY-Ⅱ型氧量自动检测仪的盘装式氧量变送器产品的照片
图45 JZY-Ⅱ型氧量自动检测仪的壁挂式氧量变送器的产品照片
图46 JZY-Ⅱ型氧量自动检测仪的氧量检测器的产品照片
2.附图

图47 氧量检测器的安装示意图


图48 法兰盘的安装尺寸图


图49 盘装式(方形)变送器的外形图


图50 壁挂式变送器的安装尺寸图


(六) 氧化锆氧量仪的节能和环保作用分析
众所周知,为了保证锅炉内燃料充分燃烧,应使进入锅炉内的空气量比理论需要的空气量要多一些,即所谓空气过剩理论。为了使烟气带走的热量少一些,应使空气过剩量尽可能不要过多地超过理论******空气过剩值,即尽可能地使空气过剩系数u逼近理论值u0。其中=式中,N%为锅炉内烟气的氧含量。
当过剩空气系数较小时(u《u0),由于供给的氧气不足,锅炉中的燃料不能完全燃烧,浪费了燃料,此外烟囱冒黑烟,而且一氧化碳含量增加,不仅锅炉效率低,而且对环境还产生了污染。把此区域叫做不完全燃烧区,锅炉的热效率η很低。当空气过剩系数u》u0时,由于氧含量过高,从而对燃烧剩余的空气加热,即过剩的空气把热量从烟囱带走,同时由于过分燃烧,使得空气中的氮气氧化以及燃料燃烧产生的NOx(NO2和NO)、SO x(SO2和SO3)等气体增加,产生大气污染和温室效应气体等。因此不仅锅炉效率低,而且也污染环境。把此区域称作排烟热量损失区。只有当空气过剩系数u 处于u0=1.15~1.3值(即烟气中的氧含量为2.74~4.85),锅炉才处于最佳燃烧区,其热效率******,烟囱冒白烟,NO x产生量最小,对环境污染最小。
表5中给出了普通燃油锅炉的烟气氧含量、空气过剩系数与能量损失的关系。在表5中设大气温度为20℃,烟气的温度为250℃。
    表5烟气氧含量、空气过剩系数与节能效果的关系


烟气中的氧含量(%)

空气过剩系数M

由烟气排出产生的能量损失(%)

1.9

1.1

9.4

3.5

1.2

10.3

4.8

1.3

11.1

6.0

1.4

12.0

7.9

1.6

13.7

使用氧量仪改善燃烧效率的节能效果是由锅炉的特性和锅炉的结构决定的。在表6中给出了普通锅炉使用氧量仪改善燃烧效率的节能效果。
表6普通锅炉使用氧量仪改善燃烧效率的节能效果

项目

情况1

情况2

锅炉的类型

10Ton/hr

2 Ton/hr

每年的运行时间总数

2000hrs

2000hrs

空气过剩系数的改变值

从1.6降为1.2(烟气的氧含量从7.9%降为3.5%)

从1.6降为1.2(烟气的氧含量从7.9%降为3.5%)

烧料的消耗(例如石油)

833kg/hr

167 kg/hr

改进燃烧效率后每年节省的燃料费

大约34,000美元

大约6,800美元

在表6中,计算的燃料费是以每千克0.6美元的国际油价计算的。
JZY-II型氧化锆氧量仪就是为了使空气过剩系数 u控制在u0附近的******值而生产的仪表,分析的是烟气中的氧含量(即氧气浓度),它是锅炉工节能和环保的眼睛,也是发电厂热工处专工们监测锅炉最佳工作状态的望远镜。
(七) 燃煤、燃油锅炉氧含量的最佳控制值
燃煤、燃油锅炉氧含量的最佳控制值对不同型号的锅炉、不同的使用地区和不同的海拔高度以及不同的煤质和油质是不一样的,用户必须根据生产工艺的要求适当地调整。
据国外资料报导,日本燃煤、燃油锅炉的氧含量通常控制在2%~4%,*********燃油锅炉的烟气氧含量控制值为0.8%~1%,但是必须指出,氧含量再低,可能导致燃料的不完全燃烧,反而冒黑烟,浪费燃料。例如:
对于蒸发量为10Ton/h~30Ton/h的锅炉而言,根据标准空气和热效率的最优化计算可知,其标准空气过剩系数应为1.15~1.30,若把它们转换为烟气中氧含量(氧浓度),则其烟气中的氧含量应该为2.74%~4.85%。
据对某公司的蒸发量为10Ton/h的燃油锅炉监测表明,当其平均负载为80%,在一年内的工作时间为7200小时的时候,如果使烟气中的氧含量(氧浓度)从5%降到3%,那么在一年内能够节约32Ton燃料。
为了达到节能效果,建议的锅炉应采用的空气∕燃料(空∕燃)比如表7所示。
表7  推荐的锅炉之空气∕燃料比

锅炉类别

负载比 
(%)

推荐的空气∕燃料比

固体、燃料(煤)

液体 
燃料

气体 
燃料

高炉 
煤气

普通锅炉

流化床锅炉

企业、事业单位发电用(自备电厂用)锅炉

75~100

1.3~1.45

—─

1.05~1.2

1.05~1.1

1.2

30吨(T∕hr)锅炉

50~100

1.3~1.45

1.2~1.45

1.1 ~1.25

1.1 ~1.2

1.2 ~1.3

10~30吨(T∕hr)锅炉

50~100

1.3~1.45

1.2~1.45

1.15~1.3

1.15~1.3

—─

5~10吨(T∕hr)锅炉

50~100

—─

—─

1.2 ~1.3

1.2 ~1.3

—─

小于5吨(T∕hr)锅炉

50~100

—─

—─

1.2 ~1.3

1.2 ~1.3

—─

我国大多数燃煤锅炉控制烟气中含氧量为5%~7%,比较好的锅炉氧含量控制为3%~5%左右。上述数据仅供参考,各厂家应根据使用煤的质量和锅炉状况进行摸索和试运行,选择******的烟气氧含量控制值。

(八) 国外氧化锆氧量仪的应用领域(美、英、日、德、澳大利亚、瑞士等)

1.钢铁行业
①炼焦炉 ②热风炉 ③微炭粉吹入/调湿设备 ④加热炉 ⑤烧结炉 ⑥锻造炉 ⑦连续铸造炉 ⑧退火炉 ⑨匀热炉
2.有色金属行业
①金属熔融炉 ②加热炉(换能式或蓄热式) ③退火炉 ④真空炉用氧量分析仪
3.窑业
①玻璃熔融炉(例如:浮法玻璃生产) ②陶瓷烧结炉 ③保温炉 ④水泥窑 ⑤石灰窑
4.环保行业
①垃圾焚烧炉气体分析仪 ②污泥焚烧处理炉冷却塔出口排气的测量 ③气化炉排放气体监测系统 ④焚尸炉烟气分析
5.铁路、造船和航海行业
①油轮等轮船锅炉 ②内燃机车锅炉 ③石油加热炉烟道 ④油轮惰性气体产生系统⑤轮船惰性气体发生装置
6.能源行业
①高温超导物质研制用气氛监控 ②发电厂锅炉 ③燃料电池生产工艺和性能试验装置 ④事业单位用的发电锅炉 ⑤家庭用的发电锅炉 ⑥造纸废液(黑液)回收锅炉 ⑦空气压缩机性能试验装置 ⑧太阳能电池、核燃料等生产时试验气氛中的氧分压监测 ⑨流化床锅炉
7.电子行业
①环境气氛监测 ②扩散炉 ③化学气相沉积工艺(CVD)的监测 ④N2回流炉内无氧气氛监控 ⑤氮气保护的波峰焊装置内的无氧气氛管理 ⑥大型马弗炉无氧气氛监控
8.工业气体行业
①工业气体生产厂(水电解厂等) ②工业气体及颗粒分析装置 ③工厂氧管道的漏泄监控 ④气体贮藏箱的监测 ⑤空气气体的分离检测 ⑥氧泵的氧量测量仪 ⑦混合气体的分析仪
9.化学工业和制药行业
①化学工艺流程控制 ②工艺流程干燥器 ③石油化工流程控制 ④药物生产控制 ⑤厌氧室的检漏 ⑥饮料和食品生产工艺控制 ⑦炼油厂的热风炉 ⑧炼油厂的匀热炉 ⑨化肥厂
10.其它
①真空装置监测 ②灯泡工艺生产线 ③辉光放电箱 ④焊接密封气体 ⑤惰性气体发生器的检测 ⑥容器包封工艺监测 ⑦铁氧体烧结炉 ⑧造纸 ⑨纤维制作 ⑩煤矿磨煤处理装置

(九)日本浓差电池式氧化锆氧量仪的主要应用行业及要求的氧含量测量范围

表8  日本浓差电池式氧化锆氧量仪的主要应用行业及要求的氧含量测量范围

行业类别

专业

用途

要求的氧含量 
测 量 范 围

清洁气体检测行业

空气浓度的监测

欠氧仪

0~25%O2

医院用空气监测

0~25%O2

热处理

气氛炉

真空炉

1~10ppm~30大气的 O2含量

直接火焰式加热炉

CO+H2气氛炉

-5~5%O2

还原气氛炉

1~10ppm~30大气的 O2含量; 
0~1500mV输出信号

预混气体炉

-10~10%O2

燃烧气体

钢铁

微******吹入/调湿装置

0~10%O2

炼焦炉

0~5%O2

烧结炉

热风炉

连续铸造装置

0~2%O2

匀热炉、加热炉、锻造炉

0~5%O2

冷轧钢板连续热处理装置、连续镀锌生产线(直接火焰式加热)

-5~5%O2

冷轧钢板连续热处理装置、连续镀锌生产线(辐射发热管式)

0~10%O2

有色金属冶炼

熔融炉

0~5%O2

热处理炉、加热炉

窑业

玻璃熔融炉、玻璃保温炉

陶瓷烧结炉(直接火焰窑)

-5~5%O2

陶瓷烧结炉(电炉)

0~1000mV的输出信号

环保

城市垃圾焚烧炉

0~25%O2

污泥焚烧炉

气化炉、焚尸炉

船用

惰性气体发生系统、惰性气体发生装置

0~25%O2

公用事业

锅炉

0~10%O2

其它

※燃料电池生产和测量

阳极、阴极

1~10ppm~30大气的 O2含量


表8中,1ppm=1×10-6
※注:火力发电是先使燃料燃烧,把化学能转化成热能,再将热能转化为电能;而燃料电池是利用电催化触媒把化学能直接转换成电能的发电装置。其效率比火力发电高得多,无CO2放出,对环境的污染也比火力发电小得多。美、德、日本已把它应用在军事、冶金、宇航、航海、汽车和电脑领域。我国的某些冶金和汽车行业已开始使用。
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