二、 抽吸式氧化锆氧分析仪
这类分析仪的氧化锆探头安装在烟道壁或炉壁以外,将烟气抽出后再进行分析,它主要用于两种场合:
1、烟气温度为700…1400℃的场合
例如:钢铁厂的有些加热炉烟气温度高达900…1400℃,这种场合就不能采用直插式探头进行测量,而应将高温烟气从炉内引出,散热后温度降低,再流过恒温的氧化锆探头就可以获得满意的结果。
目前国内电厂的蒸汽锅炉和工业锅炉大部分是燃煤炉,烟尘量大,采用这种类型的分析仪时,容易样管堵塞,需要及时清理,维护量较大。这种分析仪适合于燃油炉和烟尘量较小的燃煤炉。
2、用于燃气炉
直插式氧化锆分析仪可用于燃煤炉、燃油炉,但不适合于燃气炉。这是因为采用天然气等气体燃料的炉子,烟道气中往往含有少量的可燃性气体,如H2、CO、CO2、CH4等。氧化锆的探头温度在750℃左右,在高温条件下,由于铂电极的催化作用,烟气中的氧会和这些气体成分发生氧化反应而耗氧,使测得的氧含量偏低。当燃烧不正常,烟气中的可燃气体含量较高时,与高温氧化锆探头接触甚至可能发生起火、爆炸的危险。
以前,这里的分析仪器采用的是抽吸式氧化锆+顺磁式氧分析仪的方式进行测量。早期的乙烯裂解炉,以天然气为原料的合成氨一段转化炉等都是采用这样的方式测量。因为顺磁氧对被测样气的要求比氧化锆仪器严格,烟道气取出后,须经降温、除湿、除尘等处理后才能测量,由于样品处理系统复杂、维护量大、故障率较高、样品测量反应滞后、时间较长等原因,其使用效果并不理想。
目前,石化行业的燃气炉已用氧化锆分析仪来取代顺磁氧分析仪。现在的氧化锆分析仪,在仪器探头前加装了一个可燃气气体检测探头,可同时测量烟道气中的氧含量和可燃性气体含量。其作用有以下几点:
①、在可燃气体检测头上,可燃性气体与氧发生催化反应而消耗掉,从而消除了其对氧化锆探头的干扰和威胁;
②、用可燃气体检测结果对氧化锆探头的输出值进行修正和补偿,从而使氧含量的测量结果更为准确;
③、根据可燃气体检测结果判断燃烧工况是否正常,以便及时进行调节和控制;
也有在氧化锆探头前,增设两个检测探头的产品,增设的探头一般是可燃气探头和甲烷气探头。甲烷气探头的作用是为了更好地判断天然气的燃烧工况是否正常。
通常抽吸式氧化锆采用电流型的氧传感器,它的工作原理不同于前述的直插式氧化锆探头。直插式采用的是电势法,测量的是锆管两侧的电势差,其原理属于电位分析法;而抽吸式氧化锆一般电流法,在多孔金属电极两侧施加一直流电压,测量通过锆管的离子流,其原理属于伏安分析法。
在高温条件下,氧化锆(ZrO2)材料由于氧离子的运动成为导体,当温度高于650℃时,氧离子就能流动。当氧浓度增加时,电流随离子流的增加成比例地增加。