工業(yè)窯爐的燃燒控制通常依賴監(jiān)測煙氣中的 CO、CO? 等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。相比之下，采用氧化鋯氧分析儀直接測量爐氣或煙氣中的氧含量，是一種更為適宜的方法。該儀器具備響應(yīng)速度快、測量范圍寬、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)量小等突出優(yōu)點(diǎn)，因而成為燃燒控制與能源管理中的關(guān)鍵儀表。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)現(xiàn)有大、中、小型鍋爐數(shù)十萬座，年耗煤量達(dá)數(shù)億噸。由于檢測儀表穩(wěn)定性不足、操作水平有限，導(dǎo)致能源利用效率偏低，節(jié)能潛力巨大。僅在工業(yè)鍋爐領(lǐng)域推廣可靠的氧量監(jiān)測儀表，全國每年可節(jié)約數(shù)千萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

國內(nèi)應(yīng)用氧化鋯測量煙氣氧量已有多年歷史，普遍采用直插式探頭。然而，現(xiàn)有直插式探頭多適用于 800℃ 以下的煙氣環(huán)境。在冶金行業(yè)的均熱爐、加熱爐及隧道窯中，爐氣溫度常高于 1000℃，常規(guī)直插式探頭無法適用。高溫環(huán)境下物理化學(xué)反應(yīng)劇烈，煙氣中常含有塵埃、酸霧及水汽等成分，要求探頭長期穩(wěn)定工作且性能不衰減，技術(shù)難度較高。因此，國外近年來多采用抽氣式方案，即將爐氣抽出并經(jīng)預(yù)處理后送入氧化鋯探頭進(jìn)行分析。去年上海儀器儀表展覽會上，多家廠商展出的適用于高溫?zé)煔獾难趸喎治鰞x均采用抽氣式結(jié)構(gòu)。

國內(nèi)氧化鋯探頭存在的另一問題是使用壽命較短，平均僅為 3–4 個(gè)月。影響探頭壽命的主要因素包括：

煙氣對鋯管鉑電極的腐蝕，導(dǎo)致電極失效或脫落；

連接部位密封材料在冷熱驟變時(shí)易產(chǎn)生裂紋漏氣，或在高溫下軟化脫落。

針對冶金行業(yè)高溫爐氣的特點(diǎn)，以及現(xiàn)有氧化鋯分析儀在高溫環(huán)境下適用性差、壽命短的問題，開展了進(jìn)一步技術(shù)研究。

為避開高溫強(qiáng)腐蝕氣氛對探頭的直接影響，采用抽氣式測量方案。為克服抽氣式系統(tǒng)響應(yīng)滯后及管路易堵塞的缺點(diǎn)，將檢測器小型化并緊湊組裝，使其能夠貼近爐壁安裝，從而大幅縮短取樣管路。由于取樣路徑短，系統(tǒng)滯后時(shí)間得以減少，經(jīng)分流處理后響應(yīng)時(shí)間可控制在5秒左右，滿足自動控制系統(tǒng)對實(shí)時(shí)性的要求。

在高溫強(qiáng)腐蝕條件下，鉑電極易受污染與腐蝕。通過電子探針對腐蝕后的電極進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其主要腐蝕成分為硫、砷及氧，這些物質(zhì)導(dǎo)致鉑電極失效。同時(shí)，某些成分會與鋯管發(fā)生作用，通過滲透擴(kuò)散影響其電化學(xué)性能，并產(chǎn)生附加化學(xué)電勢，疊加于氧電勢信號中，造成儀表零點(diǎn)漂移與讀數(shù)失真。通過涂層保護(hù)技術(shù)，將鉑電極與鋯管封裝為埋層結(jié)構(gòu)，有效隔離有害物質(zhì)的直接接觸，顯著延長鋯管使用壽命。該技術(shù)的應(yīng)用，提升了氧化鋯氧分析儀的穩(wěn)定性與可靠性，同時(shí)降低了維護(hù)需求。

產(chǎn)品優(yōu)勢

1、免維護(hù)，本底電勢不漂移，不需要周期性校準(zhǔn)；

2、耐腐蝕，高硫環(huán)境，可用于煙氣含硫量高的惡劣環(huán)境；

3、耐磨損，三層殼體保護(hù)；

4、耐高溫，超寬溫度范圍（采用剛玉材質(zhì)可達(dá)1700℃）；

5、抗冷熱沖擊，高水分環(huán)境，抗水沖淋特性；

6、結(jié)構(gòu)簡單，便于維修，不需要拆下整只探頭，打開接線盒即可更換鋯管、熱電偶、內(nèi)電極等零部件。

應(yīng)用氧化鋯氧分析儀帶來的經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在以下幾方面：

節(jié)約維護(hù)成本，采用涂層保護(hù)的鋯管壽命提升數(shù)倍，大規(guī)模應(yīng)用后，維護(hù)成本節(jié)約更為顯著。

降低能源消耗，將煙氣氧含量控制在 2% 左右，在均熱階段 1320℃ 保溫條件下，煤氣消耗通常維持在 300–400 m3/h。若氧含量升至 5–8%，煤氣消耗可能增加至 500 m3/h 左右，相當(dāng)于燃料浪費(fèi)約 20%。綜合考慮爐型與風(fēng)機(jī)配置，實(shí)際可實(shí)現(xiàn)約 5% 的煤氣節(jié)約。以20個(gè)爐計(jì)算，年累計(jì)節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約 12000 噸，折合燃料費(fèi)用約 40 萬元。

減少氧化燒損，氧含量控制在 2% 以內(nèi)時(shí)，氧化鐵皮厚度約為 2.5–3 mm。當(dāng)氧量升至 5–8% 時(shí)，氧化鐵皮厚度增至 3–5 mm，增加約30%。對于一個(gè)年產(chǎn)量百萬噸的初軋廠，低氧燃燒減少的鐵損相當(dāng)于增產(chǎn)數(shù)千噸鋼材，價(jià)值可達(dá)數(shù)百萬元以上。

降低環(huán)境污染，低氧燃燒有助于減少不完全燃燒產(chǎn)物一氧化碳的排放，同時(shí)抑制高溫下氮氧化物（NO?）的生成。這兩種物質(zhì)均對環(huán)境與人體健康有害，控制氧含量可有效降低其排放量。

氧化鋯氧分析儀采用國外進(jìn)口芯片及傳感器，通過精準(zhǔn)監(jiān)測與控制爐內(nèi)氧含量，在提升燃燒效率、延長設(shè)備壽命、降低物耗與排放方面發(fā)揮重要作用，尤其適用于高溫、腐蝕等嚴(yán)苛工業(yè)環(huán)境，具備顯著的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。