ZG200氧化锆说明书.docx

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ZG200氧化锆说明书

火电厂锅炉

炼油厂加热炉和锅炉，输油管道加热炉

冶炼厂热风炉和均热炉

化工、轻纺、食品加工、制药、水泥和采暖等企业工业锅炉

一、概述

氧化锆氧分析器，用于测定炉窑烟气中的氧含量，进而控制最佳空/燃比，实现经济燃烧，得到最佳的热效率和

减少对环境的污染。

主要用于：

①

②

③

④

二、特点

ZG-200系列氧化锆氧分析器，采用智能化设计及新颖的双参数校准法，使仪器能较彻底克服燃煤炉中多尘多硫对探头寿命的影响，具有一系列技术特点：

采用双参数校准法设计，其准确度高。

探头结构设计合理，其稳定性好，符合热控自动化的要求。

经多年深入研究找到一套特殊制作工艺，保证了探头有较长的使用寿命。

探头直接插入烟气中，无灰堵之忧，无需参比空气泵。

探头采用了热惰性保护，可在开炉状态下迅速插入烟道中而不损坏探头。

采用了双参数校准，只需一瓶标气（7.5%Q、便可校准仪器，校准十分方便。

变送器输出为：

4〜20mA.DC直流信号输出。

本底电势、池温四功能数显，并有效故障显示功能日常维护十分方便。

智能型变送器面板上设有氧量、信号、

四、ZG-200系列氧化锆分析器的工作原理

ZG-200系列氧化锆分析器是利用氧化锆测氧电池来测定氧含量的电化学分析仪器。

氧化锆电池安装在探头的顶端，它由一根氧化锆材料和涂制在管内外壁的铂电极组成，其结构原理图如图1所示。

P0,PtZrO27203Pt,P

T

+

1、氧化锆管2、铂电极3、加热炉4、热电偶5、氧量变送器

图1ZG-200系列氧化锆氧分析器结构原理图

量。

式中R、F分别是气体常数和法拉弟常数，由

（1）式可见，当池温恒定后，只要测到探头信号便可计算出烟气含量P。

实际上，只有在理想状态下才能采用

（1）式。

而仪器实际条件和现场情况均不是理想状态。

在氧化锆电解质

不是100%勺氧离子导体，而存在一定的电子电导，它要短路部分信号：

内外电极并不完全对称；内外电极温度

T是电池温度（K）,F0和P分别是空气氧含量（20.6%02）和烟气氧含

中，

并不一致；烟气中多尘多硫，并非理想气体；同时还会对电池产生一定的腐蚀作用。

这些因素都会导致实际测量值偏离

（1）式，如不加以修正，会严重影响仪器的准确性和探头的寿命。

为解决上述问题，提出新颖的设计方案一双参数校准法，用下式计算氧量：

氧化锆管是由氧化钇或氧化钙稳定的氧化锆材组成，由于它的立方晶格中含有氧离子空穴，因此在高温下它是良好的氧离子导体。

由于氧化锆材的这一特性，在高温下，当氧化锆电池两边的氧含量不同时，它便是一个典型的氧浓差电池，由于氧浓差导致氧离子从空气边迁移到烟气边，而产生的电势又导致氧离子从烟气边反向迁移到空气边，

m-E0=k.m卫

P

式中K为修正后的系数，Eo为本底电势，其它符号意义同前。

双参数校准法是利用校准仪器本底电势和池温修正值两个参数来修正诸因素的影响。

五、用户选型及订货须知

1中。

ZG-200系列氧化锆氧分析器的型号及用场列于表

1、订货须知

1必须选用成套仪器，一套仪器包括一支探头和一台变送器。

本系列探头和变送器能与其它厂家产品兼容，但必须要经过我厂确认。

表1ZG-200系列氧化锆氧分析器型号和用途

名称

型号

主要用途

备注

普通探头

ZG-201

1、火电厂锅炉

2、冶金锅炉

3、普通工业炉

1、长1.2米，插入深度1米。

2、安装点烟气温度：

400C〜500C

耐磨耐腐探头

ZG-201N

普通探头

ZG-202

电厂锅炉旁路烟道或小型工业炉烟道

长0.5米

耐磨耐腐探头

ZG-202N

高稳定反吹式探头专利产品

ZG-203.1

高粉尘或低温烟道

长1.2米，插入深度1米。

ZG-203.2

高粉尘烟道或低温小型烟道

长0.5米

氧化锆氧分

析器变送器

ZG-200（Q）

可任选其中与上述探头中任何一种配套成一套仪器

墙挂式

ZG-200（P）

盘装式

氧化锆氧分析器变送器

ZG-200（QT

与反吹式配套使用

墙挂式

ZG-200（PT）

盘装式

大瓶标气

8升、7•5%Q/N2压力：

10MPa

一套内容：

一瓶气、一个减压阀、一只流量计和导气管。

小瓶标气

4升、7.5%Q/N2压力：

0.7MPa

一套内容：

一瓶气、一个减压阀、一只流量计和导气管。

2必须单独订购标准气，以作调试仪器和日常校准仪器用，由于大瓶标气属高压物品，不能与仪器同时发货，故

除订购大瓶标气外，最好另订购一定数量小瓶标气，可随仪器一起到货，不影响使用。

2、老用户订货

1可以增订整套仪器，也可以单独订购氧化锆探头或变送器

2可以用空瓶换标气，只计算标气款

3可以选购附件及零件配件

3、选购标气

大瓶标气可使用100次以上，有效期1年，但不便携带上炉，小瓶标气可使用10〜20次，携带方便，可上炉校

准，因此用户应当二者搭配订购。

大瓶标气属高压物品，要从专门货站发运，因此应单独订合同。

小瓶标气属一般物品，可以随仪器托运，可以乘车携带。

六、选型推荐

合理设计ZG-200系列氧化锆分析器的数量、位置与布局是用好仪器实现热控自动化的基础，十分重要。

1、设计台数与设计安装点数

氧量是锅炉实现经济燃烧的重要参数，因此要求测量准确。

实际上锅炉不同位置的氧量是不同的，因此一台锅

炉应设计2〜4台氧分析器。

一般实现热控自动化的锅炉一定要设计4台。

尚未实现热控自动化的锅炉，670t/h以

下的锅炉设计左、右2台，为了保证安装点氧量的代表性，设计的安装点应比仪器台数多2个点。

对于大型锅炉来

说应设计6个安装点供用户装4台仪表选用。

2、安装点位置的设计

探头本身虽然加热至780C，但经过实践证明，安装点烟气温度过高会缩短探头使用寿命，又因烟气不稳定而

导致氧量波动大；安装点烟气温度过低，会造成低温腐蚀（SQ和SO蒸汽）同样会使探头寿命缩短，因此锅炉中安装普通LYH-1探头的合理烟温区为400C〜500C,—般位于冷端过热器和省煤器间，或省煤器后。

如果安装在200C

以下烟温区应选择耐磨耐腐探头，高尘区还应选择反吹式探头。

除此以外，安装点要求烟气流通好，便于操作。

切忌将安装点位置选择在死角位置和烟道缩口处。

3、炉墙管的设计

探头安装时，先将炉体法兰焊在炉壁上（炉体法兰见图13）。

要将炉体法兰焊在炉壁上，必须在炉墙中先安装

一根①89X4.5的短管，然后将一块厚5毫米的方板沿炉壁焊在短管上，再将炉体法兰焊在方板孔中（图14）,以保

证气密性良好。

4、变送器的安装位置设计

变送器有盘装式和墙挂式两种，盘装式变送器安装在控制盘上，而墙挂式变送器应就近安装，并有防雨防尘保护。

5、探头和变送器间连线设计

仪器连线有信号、热电偶和加热炉三对连线。

信号线应采用1.0〜1.2mm的金属屏蔽线；热电偶（镍铬/镍硅）

连线应采用1.0〜1.5mm的补偿导线；加热炉线可采用1.2〜1.5mm的普通电缆线。

加热炉线应和其它二对线分开穿

管，以免产生干扰。

七、ZG-200系列氧化锆氧分析器的组成和联接

1、仪器组成

一套仪器组成由图2所示。

由图

①

④

LYH（Q）氧化锆氧分析器1

ZG2001

鞍山联友环'■保节能科技有限

■

1、

探头2、变送器3、炉体法兰4、三对连线（自备）5、过滤器

图2ZG-200系列仪器组成

2、氧化锆探头的结构和接线端子

由图3可见，本探头由氧化锆元件、外壳、加热炉和接线盒等部件组成。

氧化锆元件利用螺钉和耐高温的密封圈安装在探头外壳端面上。

氧化锆元件可以方便地更换。

在氧化锆管内插入一根校准标气管，与标气进口相通，作标气校准用。

精致小巧的加热炉可将氧化锆元件加热到780C〜±10C（该温度称为池温，即探头元件工作温度）,

其平均功率约为60瓦，精心设计制作足以保证它在正常情况下有较长的寿命。

空气参比通过对流，流入氧化锆管外面，无需专门的更新参比空气泵。

外壳由不锈钢制成，它的另一端是接线盒。

由图4可见，它接出6根线，一对信

号线，一对K型热电偶补偿导线和一对加热炉电源线。

14/1/2.'34

1

II

5b

'910冷11213

在正常测量时标气入口是用螺帽密封的，只有在进行校准时，方可拧开，调校完毕后，必须将螺帽拧紧以防漏气，空气入口始终保持和大气相通。

I、标气管2、高温密封圈3、氧气锆元件4、加热炉5、热电偶

6、探头外壳7、法兰8、标气进口探头、空构示意图10、热电偶连线

II、加热炉连线12、信号连线13探头结构示意图电极引线

图4探头接线端子图（打开接线盒盖）

八、ZG-200系列氧化锆氧分析器变送器

1、LYH智能型变送器的特点

采取智能化设计，可进行双参数校准。

1通过设置不同的本底电势（截距）进行校准的方法：

它是通过面板上的按键进行本底电势设置，来修正仪表指示值，这是此仪表的主要修正手段，仪表校准首先应采取此方法。

2通过温度系数的修正（斜率）进行校准的方法：

仪表温度一般出厂前已调好，不需要修正，但如果通过本底电势修正后，仪表线性区间内误差仍然很大，就要通过温度修正进行调节。

出厂时，合格产品的温度修正系数已确定好，不需要使用单位再调整。

2、智能变送器的调整方法

1本底电势设置方法：

a）在运行状态按①键，则仪表显示A0##（或A-##）B.#。

其中A项为本底电势的整数位设置值。

B项为本底

电势的小数位设置值。

当要改变本底电势设置值时按3-5次键，使修正位闪动按△键即可修改。

当要改变本底

电势符号时，按键使符号位闪动，按△键即可对符号位求反。

设置完成后按O键恢复运行状态。

例如：

要将本

底电势设置为12.3mv,则A项应设为A012,B项应设为B.3。

b）上一步为本底电势的初步设置，缺点不能同时检测氧量。

在进行标定时可不进入设置状态直接进行调整。

方

法为：

按O键，使仪表显示“氧量”，当需要向上为调本底时按住“△”，4秒后则显示的“氧量”测量值发生变化，过“氧量”测量值的变化使本底电势调整为最佳值。

同样方法，通过按住“”使得本底电势减少而达到最佳值。

2壁挂式变送器4〜20mA变送器输出校准电位器位于接线端子盒内左端。

3壁挂式变送器接线端子盒内右端带有电源保险，当加热负荷发生短路时可造成保险或可控硅损坏。

当仪表无显示时也应首先检查该保险。

4盘装式电位器及保险均在仪表盒内。

校准探头时，待锆头温度稳定在780C±10C时通入标气，待标气稳定1分钟后调◎键或键减少或增加）使

数显氧量值为标气氧量值7.5%02，这时探头校准完毕。

故障显示代码：

tt。

氧含量输入信号，或者显示Q。

3个螺钉

热电偶输入信号超量程或开路时显示

盘式变送器安装在控制台上，其开孔尺寸为153X153。

墙挂式安装在现场仪表柜中，只需按图尺寸用

便可固定。

仪表“本底”即是用标气标准时调定的Em为使用户检查维修方便，表2中给出在780C工作条件下，信号、

氧量、输出的关系。

表2氧量运算电路输入一一输出关系

信号

氧量

输出

信号

氧量

输出

Em-EO（mV）

（02%）

（mV）

Em-EO（mV）

（O2%）

（mV）

64.77

1.0±0.1

4.64±0.01

23.11

7.0±0.1

8.48±0.01

41.25

3.0±0.1

5.92±0.01

15.47

10.0±0.1

10.40±0.01

30.31

5.0±0.1

7.20±0.01

0

20.6±0.1

17.18±0.01

a）

b）

c）

d）

e）

具有断偶保护功能，当热电偶断，仪表将自动做出判断，显示具有超温保护功能，当锆头温度升至可在面板进行本底电势值修正。

总升温时间大约20分钟。

lOOmv和小于-10mv时，自诊断系统判断为氧化锆元件损坏。

显示tt，并自动切断加热丝电源。

850C时，将自动切断加热丝电源。

*信号Em可由电位差计输入（调本底电势氧化锆五大特点：

温度采用PID控制分段升温方式，具有自诊断功能当探头信号大于

EO=O.OmV）

（3）输出电路

采用光电隔离，消除干扰。

（4）变送器

与氧含量0〜25%O成正比的4〜20mA输出，负载电阻0〜300Q。

3、接线与安装

盘式和墙挂式两种变送器，仅外型不同，内部功能完全相同。

因此二者面板功能、接线是相同的。

外型结构如图&图9:

乙（3〕

+

1

1

-+

）1

器m

号

温

送0

警

热

八、、

源

信

池

变（〜

报

加

电

4、变送器的开箱检验

开箱后应用二步检验，一是单个检验,

图7变送器接线图

二是与探头联机检验。

首先接通电源，按切换选择键，选择显示池温观

察升温情况，在20〜30分钟内探头应升温稳定在780C±10C，这是正常情况，如果超过800C，还继续升温，应立即关闭电源，检验是否有故障，以免烧坏探头。

如果池温超过780C±10C，可以调节电位器WTSD!

之落入这一

范围内［LYH（Q）表有此电位器］。

图8（P）型外型及开孔尺寸图

ZG-200（Q）氧化锆氧分析

北京正固科技有限公司

图9（Q）型外型尺寸图

九、开箱检验用户收到仪器后，应先行开箱检验，合格后才能安装，开箱检验操作如下：

1、仪器升温

4所示，分别与变送器相应端子按正、负极

由于探头头部有加热炉，应架在耐火物上。

打开探头接线盒，按图对应连接好，将外接电源的插头接在变送器220VAC电源的端子上。

2、通入标气检验

这是检验的关键步骤，可利用大瓶标气检验，也可利用小瓶标气检验。

二种气源基本操作一致，只是标气阀门开关操作有别，分别叙述于下：

1利用大瓶标气检验

标定时，请严格按说明书操作的要求进行。

将减压阀、流量计、导气管按图10所示与标气瓶连接好，一定要注意先检查减压阀是否处于关闭状态（反时

针方向拧松），确定减压关闭时，再开气瓶阀。

将减压阀慢慢打开（顺时针方向增大）把标气流量调节为300mL〜500mL/分，再拧开探头接线盒底板下“标气入口”螺帽，将标气从“标气入口”处接入探头中。

该步骤操作一定要先调好标气流量，后接入探头中，否则可能会因标气流量过大引起氧化锆元件高温炸裂。

7.5%Q）即可。

校验完

通气约1分钟后，调节变送器面板上的本底电位器，将显示氧量值调为标气值（例如毕后，一定要先从气嘴上拔掉导气管，然后才关气，否则也会因关气时，反冲大气流冲坏锆元件。

检验完毕后，可检查探头本底电势值，但该本底电势不能用于现场，仪器装在现场后，应按以上步骤重新校准。

检验完后，务必重新拧紧标气入口螺帽。

不锈管

减压阀胶皮管流量计

"7%-.

>■'1!

2

10接好气路，并将气路先与探头“标气入口”连好，再顺（标气压力大会冲坏锆元件）。

小瓶标气检验操作

校准操作和大标气相同，只是开关操作不同。

先按图时针方向拧动气嘴至300mL/分，通气约1分钟进行校标十、现场安装与日常维护

ZG-200系列氧化锆分析器具有运输方便，安装方便和使用方便的特点，只要安装点选择合理，并按照下述说明进行安装、使用，氧化锆探头的平均寿命能达到1年以上，并且日常维护量很小。

如果安装点选择不合理，安装

不密封，将会影响探头使用寿命和测量准确性。

因此装好探头是十分重要的。

下面按实际安装步骤的先后来叙述：

1、安装点的选择

对安装点的要求是：

1烟气流动好，切忌安装在炉内侧、死角、涡流及缩口处，内侧和死角点易使响应滞缓，涡流处氧量波动大，缩口处易灰堵和冲刷大。

2安装操作方便，安装点处应有平台，利于插入探头和校准。

安装点烟温为400C〜500C，推荐点见图11、图12。

过热器

A

省煤器

i!

■\

川八

推荐安装点

推荐安装点

图122〜4t/h快装锅炉可选用ZG-201探头安装推荐点

封为宜，在方板中心开一个①89.5的圆孔。

将炉体法兰焊在该孔中，方板又与短管焊接。

O160

O130

短管（自备）

方板

焊接（密封）

烟气

焊密封

-——

〜344

炉体法兰

旁路烟道

r

=

==

■

.1904

图14

炉体法兰

图15

图13炉体法兰的焊接

3、配线与配管

LYH系列氧化锆氧分析器需要自备三对连线，要求是：

1信号线：

1.0〜1.2mm，双芯金属屏蔽电缆线

2热电偶线：

1.0〜1.5mm，双芯镍铬-镍硅补偿导线

3加热炉线：

1.0〜1.5mm，双芯普通电缆线

加热炉线不能与信号线同用一根四芯电缆线，以防干扰。

4、变送器的安装

（Q型墙挂式运放变送器靠

开孔尺寸为153X153mm

5、氧化锆探头的安装

氧化锆探头可在停炉时安装,用4个螺栓拧紧在炉体法兰上即可,

3个M6X20的螺钉和3个M6的螺母（自备）固定（图16）。

（P）型盘式变送器的

也可以在开炉状态安装，其示意图如图

十分方便。

但要注意以下几点：

1两法兰之间不要忘记放石棉垫圈

2探头接线盒的标气口和空气口端朝下，以防尘防雨

3插入时，首端探头插入一多半时才能松手，以防损坏过滤器

44个螺钉一定要拧紧，以防漏气

17所示。

由图可见，安装时只要将探头

烟气

164

82

安装孔：

36X^6

70

42

43

41

图16（Q）型墙挂式变送器安装支架设计参考图

炉体法兰（附件）I!

炉墙

68

石棉垫圈（附件）

安装螺柱（附件）

探头

图17ZG-200系列氧化锆探头安装示意图

6、连线

连结前，应检查连线是否完好，并把三对连线及正负号作上标记，然后对应接好，不要接错，不要接空，正负极不要接反。

7、仪器投入

接通电源后，对（0和（P）型运放式变送器，按显示选择键显示池温，观察升温情况，直到稳定为定值温度，这时选择“测量”，显示测量值。

虽然仪器进入测量状态，但由于探头内空气边可燃物被高温化消耗氧气而使空气中氧含量极低，因此测量值大大偏离，是不准确的。

虽可以用洗耳球从“空气入口吹入新鲜空气”，但真正达到完全平衡需要一段24小时内仪器

指示由超量程氧量值逐渐稳定到正常氧量值，这段时间里，不要接记录仪，不要输入控制系统以免输出大电流损坏变送器，等24小时后再接输出。

探头安装24小时后，虽然指示正常，但指示并不准确，这时应进行标气校准工作。

&标气校准

为了工作方便，应携带小瓶标气上炉校准，其校准方法详见八

（2）部分。

校准时，一人在炉上通气，一人在炉下调变送器，可以用对讲机联系，也可看显示决定。

后者方法是：

当氧量由小变大，说明炉上开始上拧开“标气入口”螺帽，空气进入探头所致。

接着，氧量又由大变小，说明炉上开始通入标气，约1分钟显示值稳定后，即可调节仪器，这时校准完毕，仪器是准确的。

十一、故障排除1、故障基本知识

1

3。

一般情况下各炉型正常烟气氧量范围及信号范围见表

表3正常烟气氧量和信号范围

项

燃油炉

>670t/h

120〜410t/h

35〜65t/h

6〜12t/h

氧量（％Q

1.5〜5

3〜6

4〜8

4〜10

7〜12

信号（mV

20〜70

15〜60

0〜50

0〜40

-5〜30

2氧化锆探头老化表现

大多数探头老化时，内阻将大于1KQ，通过测量探头内阻来判别探头是否老化。

一般在安装点选择合理和中等恶劣烟气条件下，使用一年后才会老化。

但是如果安装点烟温过高，或烟气中SQ或SQ含量太大，都会加速探头老化，缩短探头寿命。

3氧量跳动

分别由于炉压波动和风煤比波

氧量运行曲线是一条有毛刺的波动线。

毛刺和波动分别是短周噪音和长周噪音，动引起的。

因此毛刺和波动的大小决定于炉子的优劣，不是探头引起的。

许多事实便证明了这一点。

正常的毛刺约为±0.4%Q,如果毛刺近于±1%,为小跳动，大于±1%,为大跳动。

大、小跳动多数情况是由于内阻过大时外界干扰电势引起的。

2、无指示故障的按键判断法

引起无指示的故障原因较多，主要有以下几个方面（按故障率先后排列）：

1氧化锆元件老化或损坏

2

探头不能工作，无正常信号输出

当热电偶断时将输给温控一个高于850C对应的热电势，切断加热器电

tt;实际池温等于烟温，探头不能工作，无正常信号输出。

加热炉丝断，这时池温等于烟温，：

3热电偶断，仪器中设有断偶保护，压，保护探头不被烧坏，但这时池温显示

④

⑤

3、漏气、

①

电极引线断开，无法输出探头信号连线断。

灰堵及短路故障判别

漏气

当探头漏气时，氧量偏高，判别方法是：

当用标气校准正常，而氧量明显偏高者可判为漏气。

原因有：

a、安装法兰漏，多出现在不甚了解安装知识的用户中，一是炉体法兰焊接不密封，二是探头安装螺栓拧不紧。

应采取措施密封安装。

b、当将探头安装在压差太大的旁路烟道及烟道缩口处时，易产生漏气现象。

应改换安装点。

c、探头的标气入口螺帽未拧紧。

②灰堵

本仪器在合理的条件下是无灰堵之忧的，但当安装在烟速过大的缩口处，不仅探头易被磨损，而且易产生灰堵。

灰堵时，氧量变化十分缓慢。

排除办法是改换到合适的安装点。

十二、误操作引起的故障及现场处理

ZG-200系列氧化锆分析器是用于现场的在线仪器，它提供的氧量信号是热控自动化空燃比控制中的一个主要参数，因此有必要列出用户中已出现的种种错误操作，引以为戒。

1、采用ZG-200系列探头时选择了错误的安装点

烟温太高，有些用户选用了600C〜750C的烟温点，由于烟气温度过高，加速探头老化。

选用炉内侧，虽然探头使用寿命大于1年，但响应迟缓，无法指导调风操作。

选用烟道缩口处，风速大，造成探头灰堵。

选在半高空中，热工人员不便操作，导致安装时易损坏过滤器，装上后无人管的状态。

工况氧量无代表性，虽正常烟气氧量约4%，但插入却低到0.4%O2左右。

ZG-200系列探头应选择400C〜500C,烟温、烟气流通好、安装方便之处，有些用户却选错了安装点导致种种不良后果：

①

②

③

④

⑤

将热电偶的正、负号接反，结果输给温控一个负信号，如采用（连线中间断，未检查就投入，结果投不上。

信号电缆磨破导致与炉体短路，测量不正常。

将线接地变送器内空端子，未经检查就投入，结果投不上。

布连线时，将左右两侧三对线连接错，结果温控左侧，却接到右侧信号。

可见，投入前要查线，不仅要查

2、接线错误情况本仪器虽然只有三对线，但由于炉上探头和炉下变送器连接，往往产生许多错误：

Q、（P）型运放变送器，将导致烧坏探头。

①

②