危废焚烧氧化锆分析仪测量原理及技术特点

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氧化锆测氧传感器工作原理

本仪器所使用的氧化锆测氧传感器材料是一种氧化锆固体电解质，是在纯氧化锆中掺入氧化钇或氧化钙，在高温下烧结成的稳定氧化锆。在600℃以上高温条件下，它是氧离子的良好导体，一般做成管状。见图1。

图1 氧化锆测氧传感器

如果氧化锆管内外两侧的温度高于700℃时，其内外壁接触氧分压不同的气体，氧化锆管就成为一个氧浓差电池，在两个铂电极上将发生如下反应：

在空气侧（参比侧）电极上：O2+4e→2O2-

在低氧侧（被测侧）电极上：2O2-→O2+4e

即空气中一个氧分子夺取电极上四个电子而变成两个氧离子。氧离子在氧浓差电势的驱动下，通过氧化锆传感器迁移到低氧侧电极上，留给该电极四个电子而复原为氧分子，电池处于平衡状态时，两电极间电势值E恒定不变。

氧电势值E符合能斯特方程：

式中：R-气体常数

T-锆管的绝对温度

F-法拉第常数

PX-被测气体氧浓度百分数

PA-参比气氧浓度百分数，一般为20.6％。

如果把氧化锆管加热至大于600℃的稳定温度，在氧化锆管两侧分别流过被测气体和参比气体，则产生的电势与氧化锆管的工作温度和两侧的氧浓度有固定的关系。如果知道参比气体的浓度，则可根据氧化锆管两侧的氧电势和氧化锆管的工作温度计算出被测气体的氧浓度。

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烟气流速与产品特点说明

1、热力学第一定律中PV/T=常量。其中P是烟气中压力，V是烟气体积，T是烟气绝对温度。其中P接近于大气压，可以认为是常量，于是V/T=常量。烟气中主要成分是从外界中进入的空气，空气温度约为25℃，对应的T1=273+25=298℃。当烟气在一燃室或二燃室被加到1000℃以上，此时T2=273+1000=1273℃，T2对应体积被膨胀4倍左右，几乎充满了炉内各个空间。于是由于高温的作用，在我们制作的危废测氧分析系统中，烟气通过取样管进入装有氧探头的适配器内。

2、还有一种力，炉子运行时，烟道尾部有引风机，引风机对烟气产生引力，随之烟气有速度，设取样管的长度为H，烟气速度为V，则计算烟气的上升时间为t，g是重力加速度。

H=Vt-1/2gt2

1/2gt2-Vt+H=0

g=9.8m/s2 一般v=10m/s H取1m，则t约小于1秒

考虑到过滤器等因素的影响，探头响应时间小于5秒。

3、取样管：在碳化硅外包316L管做护管，便于运输，等使用时护管插入烟气部分200mm，316护管插入炉内部分被氧化烧损，碳化硅具有很好的热震性，炉子运行时不会受伤。

4、取样管需垂直插入烟气中，插入炉内部分不要超过200mm，只有小颗粒盐类灰尘随运动进入取样管中，但由于重力的原因，大部分又落入烟气中，碳化硅管与灰颗粒不反应，不会出现粘灰现象。

5、烟气进入适配器内，适配器内腔均用石英玻璃，石英玻璃能耐1000℃左右，本身这个适配器温度已经降到200℃以下，盐类的反应物不与石英玻璃反应，不会发生粘灰情况。

6、适配器内探头情况如下：探头护管用防腐涂料附上，探头过滤器是高分子过滤器，能防止水分子进入氧传感器内，因为气体中有些气体会与水反应生成酸性物质，例如SO2+H2O=H2SO3，对传感器有腐蚀。过滤器中还有分子筛，多晶棉，用于吸附水分子。

7、适配器外需要保温，避免产生大量冷凝水。

8、适配器一侧接仪表风，用于定期反吹适配器取样管上的灰。

9、氧传感器做电极加固和电极涂层保护，极大的延长了氧传感器的使用寿命，保证设备在此工况下长期运行。

10、设备端子采用航空插头连接，方便快捷，安全可靠。

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抽取式与自导流式氧分析仪比较

用负压原理向外抽气缺点（用抽气泵预处理系统在这里不论述），这种一般都是在排放口附近利用压缩气体与烟气混合气产生比烟气更低的气压，把烟气引出负压。

1、负压发生器：从测氧角度考虑，抽气要大，抽气大时会把盐类灰尘带出太多。同时废料燃烧时影响炉压很大，所以抽气与灰尘之间达不到理想的平衡点。因此往往采用小的抽力，避免有大量的灰带出，导致探头的响应时间延长。另外烟气从1000℃以上的炉内向不到100℃的空间中排出，测氧系统间接起到冷凝的作用，产生大量水向外排，这个水和灰混合，对测量非常不利。

2、压缩气要做好除尘除水装置，使混合排气口通畅。

3、取样管到适配器排气口都要做好防腐处理，抽到的气颗粒常常会堵塞烟气通路。

4、所有装置必须提高保温防雨级别，冬天不能冻，夏天不能淋雨，特别是烟气出口。

5、要定期清理取样适配器排气口，即便用到防腐蚀材料，因抽气烟气颗粒物被排出，会粘在取样适配器排气口等处，时间长很难清理。

6、因危废中有机物多，在处理时会产生二噁英，一燃室、二燃室等还未进行后道工序，达不到排放要求，因此尽量不做抽气式采样。

北京首仪华强电子设备有限公司

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