氧化锆分析仪在烟道气测量中的应用及改进

    1　有关锅炉热效率η

    如果锅炉燃烧产生的总热量为Q,那么锅炉的热效率与以下几项热损失有关:排烟损失,即热烟气带走的热量Q1;气体未完全燃烧损失,即烟气中的CO,C等物质带走的热量Q2;碳未完全燃烧损失,即炉灰中的C带走的热量Q3;散热损失Q4。根据上述热损失,锅炉的热效率η如式(1)。

η=1-(Q₁+Q₂+Q₃+Q₄)/Q          (1)

    在式(1)中,Q1,Q2为烟气带走的热量,总称烟气热损失。当送风量过大时,烟气中过剩空气量偏大,烟气氧含量偏高,虽然燃料充分燃烧,但过剩空气带走的热量多,即Q1值变大,导致热效率低,同时过量的氧与燃料中的S及烟气中的N2在高温下生产SO₂,SO₃和NOx等污染环境的物质。当送风量偏低时,虽然过剩空气少使排烟热损失减少,但因燃料燃烧不完全,即Q2值增大,也导致热效率低,同时烟囱冒黑烟造成环境污染。可见,要使锅炉热效率高而又污染小,必须控制过剩空气,这就需要利用氧化锆分析仪将烟气中的氧含量控制在合理的范围内。用不同燃料热损失最小时对应的氧含量也不同,烧瓦斯为2%;烧油为3%,烧煤为5%。

    2　氧化锆分析仪的工作原理^[1]

    氧化锆分析仪是依靠氧化锆测氧电池来测量氧含量的,该电池电极方程式为

φ0,Pt|ZrO₂.Y₂O₃|Pt,φ

    式中,ZrO₂-Y₂O₃表示1根氧化锆管。氧化锆管通常是一端开口一端封闭的管子,在管子的内外表面涂有两个铂电极———参比电极和测量电极,在参比电极边流过参比空气;在测量电极边流过待测气体(烟气)。纯ZrO2晶体属单斜晶体,在高温下发生相变,它是不稳定的,并不导电。当在其中掺入少量的Y₂O₃(或CaO)时,由于晶格中四价锆离子被三价钇离子取代,便出现氧离子空穴,其晶格由单斜晶体稳定为立方晶体,不再发生相变,称为稳定氧化锆。俗称氧化锆。当测氧电池处于高温时(>650℃),电池导通,形成氧浓差电池。空气边的氧分子在电极上发生电极反应

O₂+4_e— 2O^2-

    即氧分子从电极上夺取4个电子形成两个氧离子,进入氧化锆管氧离子空穴中,结果使参比电极带正电。氧离子通过空穴迅速迁移到测量边,将4个电子交于测量电极,变成一个氧分子,使测量电极带负电,其电极反应为

2O^2-—O₂+4_e

    显然,上述电极反应在两电极间产生一个电势,该电势符合能斯特方程