有问必答

● 发电厂技术员（贵州）询问：

请问贵公司氧化锆传感器的测氧原理是怎样的？

回复：氧化锆氧量分析仪 ( 又称氧化锆氧分析仪、氧化锆分析仪、氧化锆氧量计、氧化锆氧量表 ) ，主要用于测量燃烧过程中烟气的含氧浓度，同样也适用于非燃烧气体氧浓度测量。在传感器内温度恒定的电化学电池 ( 氧浓差电池，也简称锆头 ) 产生一个毫伏电势，这个电势直接反应出烟气中含氧浓度值。

氧传感器的关键部件是氧化锆，在氧化锆元件的内外两侧涂上多孔性铂电极制成氧浓度差电池。它位于传感器的顶端。为了使电池保持额定的工作温度，在传感器中设置了加热器。用氧控制器内的温度控制器控制氧化锆温度恒定。

在额定的温度下，电池输出电势用下面的公式计算（ Nernst 方程）：

ＲＴ　　Ｐ 1

ｍＶ＝ ------ Ｌｎ --- ＋Ｃ

４Ｆ　　Ｐ 2

式中Ｐ 1── 在电池内侧参比气体 ( 如空气 ) 的氧分压；

　　Ｐ 2── 在电池外侧被测气体 ( 如烟气 ) 的氧分压；

　　Ｒ ----- 气体常数；

　　Ｆ ----- 法拉第常数；

　　Ｔ ----- 绝对温度 =( 273 + t ℃) ；

　　Ｃ ----- 电池常数。

参比气体应为干燥清洁无油的空气（含氧 20.60 ％）。在参比气侧与被测气体侧氧浓度不同时，氧离子从高的一侧迁移到低的一侧。电池输出就以对数的规律反应出被测气体中的氧浓度值。

●加热炉工程师（四川绵阳）询问：

我想问下，我厂也在加热炉上使用了氧化锆探头，但是使用寿命不长，一般 3 个月左右就要更换，贵公司产品的使用寿命是如何达到两年以上的？

回复：由于通常的纯氧化锆探芯在高温时的热震性和机械性非常脆弱，相当容易损坏。故在探头设计时都采用把探芯从探头的前部装入法，然后通过机械密封的原理装配。由于氧化锆是陶瓷材料，必须在加温至 650 ℃ 以上方可测氧（其原理利用在高温下，内外两侧不同氧浓度产生电信号）由于金属材料与陶瓷材料的热涨系数不同，在高温时氧化锆探芯非常容易破裂和漏气。这也就是国内外探头普遍存在的结症和问题。国外的新探头质量相对来讲好一点，但更换探芯后就不断地出现问题，给用户带来很大的麻烦。

我公司研制生产的氧化锆探头结构不同，采用陶瓷焊接法（专利），将特殊混合材料的氧化锆（合成后的热涨数与三氧化二铝称钢玉的陶瓷管一致 ) 然后用陶瓷焊接的方式焊接在钢玉瓷管上。由于钢玉的热震性和机械强度是陶瓷材料中最好的。因此氧化锆探芯质量大大提高，可采用从后面装入探芯的方式，由于前端高温部位无任何机械密封装置（从后面密封，由于温度低，可以有效的封闭），使得探头使用寿命大大提高，一般情况下可用 2 － 4 年，特别适合钢铁厂高温炉子的使用情况。

●电厂工程师（江苏）询问：

我发现目前使用的氧化锆探头在发电机组停炉后，再启动时比较容易损坏，不知贵公司代理的 NOVATECH 氧化锆探头也会有这样问题吗？

回复：氧化锆探头在停炉后再启动时氧化锆容易损坏，直接原因是由于烟气中的水汽在停炉后，冷凝水残留在氧化锆头内，如果氧化锆探头的加热器再加热时，就很容易使陶瓷氧化锆头损坏，所以一般人都知道氧化锆头在加热时是不能碰水的。而我公司代理的澳大利亚 NOVATECH 氧化锆探头有着和其他氧化锆探头不同的特殊结构，所以在多次停炉再重新启动加热器后，不会产生损坏现象。

●用户（沈阳）询问：

一般国产氧化锆探头的使用寿命普遍比较短，国外的产品好像比较长，但一般也只 1 年左右，不知你们代理的 Novatech 氧化锆探头可以用多长时间？

回复：我公司代理的澳大利亚 NOVATECH 的氧化锆探头已在国内几十家电厂使用和几十家钢厂，石油化工厂使用（你可查看我们用户表）平均使用寿命在 4-5 年，在江苏谏壁电厂有几只 1998 安装的氧化锆探头用了 10 年之久才换新的，当然和不同的使用条件、操作的合理性都有关系。

●用户（江苏宿迁）询问：

由于烟气中的粉尘比较大，经常发生氧化锆探头被堵塞，常发现在线用压缩空气吹扫时会使氧化锆头损坏。另外很多氧化锆探头生产厂家现场标气时对标气的气流量也有规定，气流量大了后也会损坏锆头。请问你们代理的 NOVATECH 的氧化锆探头也有此类问题吗？

回复：标气时是要注意标气的流量，因为标气流量大会使锆头的局部温度下降使标定产生误差。由于标气时有可能控制不好使得压缩瓶中的标氧气流量过大的情况发生。另外在线用压缩空气吹扫时也会有类似的情况发生，特别是一般压缩空气内都含水份。在线时不同的氧化锆头的温度是 600-750 度左右，在此温度下的陶瓷氧化锆头是非常脆弱的，很容易损坏，一但局部温度变化或碰到水份氧化锆头会马上产生裂缝，这就是氧化锆头损坏的直接原因。但我公司代理的澳大利亚 NOVATECH 的氧化锆探头其结构与普通的氧化锆探头不同，可直接在线用压缩空气吹扫并且标气流量大会也不会使锆头损坏。在 2008 年国际环保展览会期间就曾经演示把温度在 720C 度的氧化锆探头直接放入鱼缸内，在场的用户都大感意外。 NOVATECH 的氧化锆探头热震性能如此之好，全世界没有第二家公司能这样做。

●用户（江西）询问：

一般情况下因为氧化锆探头的长度有限，为保证测量准确都在烟道的左右两侧各安装 1 只氧化锆探头，但由于进口氧气分析仪的价格比较贵。是否可以用一只比较长的氧化锆探头来替代 2 只短的氧化锆探头呢？

回复：由于一般电厂烟道的对径在 8-10 米，如果探头的长度太长，因为大型烟道都会产生振动，氧化锆头在高温时非常脆弱（因为氧化锆头的工作条件温度不能低于 600C 度，所以在电厂使用的氧化锆探头都自带加热器）所以加长的探头（一般不会超过 2 米）很容易损坏。而且探头长度增加后价格同样会增加。由我公司代理的澳大利亚 NOVATECH 氧气分析仪一台仪器可以带 2 只氧化锆探头，这样客户就节省了费用。其实 2 只 1 米的探头价格与一只 2 米的价格相差无几。

●发电厂技术科（银川）询问：

我们发电厂烟道内的水汽比较大，大概在 30% 左右，装在省煤器附近的氧化锆探头经常坏。特别是省煤器附近水管爆管时会发生氧化锆探头损坏，是什么原因？

回复：因为任何陶瓷材料在高温时是非常脆弱的，如果锆头在高温时碰到水，这时的氧化锆必坏无疑，这是个常识。试想把一只温度在 700 度左右的陶瓷杯放入水里会发生什么情况呢？但我们代理的澳大利亚 NOVATECH 的氧化锆探头的确可做这样的尝试。当然我们并不鼓励客户都去做这样的测试，但的确说明 NOVATECH 的氧化锆探头在高温时的抗水性比较强，热冷收缩性能好的特点。这也是 NOVATECH 的氧化锆探头有比较长使用寿命的直接原因。

●发电厂工程师（浙江）询问：

在电厂锅炉运行的情况下更换氧化锆探头要非常当心，要把探头逐步放入烟道的安装位置，有时维护技术人员稍不小心就会损坏探头，请告知在更换 NOVATECH 氧化锆探头时应该注意什么？

回复：因为氧化锆头是陶瓷材料，所有的陶瓷材料都要根据其材料的热震性（材料在温度变化时的材料膨胀系数）来控制其温度变化过程，当温度变化过快时就会使陶瓷材料的氧化锆头破损。所以在线更换时要把探头逐步放入烟道的安装位置。但我公司代理的澳大利亚 NOVATECH 氧化锆探头有其优越的抗热震性。当烟道的温度低于 600C 度时，可以直进直出不会对氧化锆探头无任何影响这样很大程度上方便了用户的在线更换，这也证明了 NOVATECH 氧化锆探头可靠性。

●用户（山西）询问：

过去我们用其它公司产品时，由于氧化锆探头的使用环境很恶劣，加之目前的煤质比较差当烟气流大时，经常很快把氧化锆探头磨损，常常发现其表面磨损时氧化锆探头就坏了，但为什么你们代理的 NOVATECH 氧化锆探头在磨损后还能正常工作？另外 NOVATECH 氧化锆探头可以再加保护套管来延迟磨损的时间吗？

回复：因为我们代理的澳大利亚 NOVATECH 氧化锆探头与大多数普通的氧化锆探头结构不同，通常的情况下当探头两边都磨损了还能照样正常工作，但是如发现有磨损情况可以很方便加装保护套管，这样就可延长探头的使用寿命。通常电厂的煤质比较好时，不用加保护套管也可工作 5-6 年，比如谏壁电厂用了 10 年后也没加保护套管。但在有些电厂如煤质不好和烟气流比较大时 NOVATECH 氧化锆探头可以很方便的加保护套管来延迟磨损的时间，通常加了保护套管后比原来的可以延长 3 倍左右的延迟磨损的时间。

●技术员（内蒙古）询问：

经常看到和听到说氧化锆头有硫气中毒的损坏，为什么陶瓷材料的氧化锆头会硫中毒，请问有什么办法来预防氧化锆头的硫气中毒？

回复：其实氧化锆头的中毒主要因为锆头电极铂金的涂层损坏所致。因为氧化锆头通常都是在烟道中测量锅炉燃烧后烟气中的氧含量。由于煤基本都有含硫物存在。有的煤含硫量大，有的煤含硫量少，不管含硫量的多和少，当煤燃烧后都会与燃烧时的氧结合产生二氧或三氧化硫化合物，当与烟气中的水结合时就会形成酸性很强的硫酸。其实一般氧化锆头都用铂金的涂层和铂金丝（最好的耐腐和稳定的导电材料）作为电极。通常氧化锆头用在烟道内环境温度较低的（ 300 -400C 度）时，就会对铂金的涂层和铂金丝电极产生很大的腐蚀，所以检修氧化锆头时，常发现铂金丝断裂或铂金涂层发黑或消失。最有效的方式把氧化锆探头安装在烟道内温度在 700C 度以上处，温度高了氧化硫对铂金的涂层和铂金丝电极的损害很大程度就减少了，这样就会大幅度延长氧化锆头的使用时间。

●技术科长（广东）询问：

一般都把氧化锆探头安装在省煤气器前，为什么氧化锆探头安装在烟道温度比较高的地方容易出问题？

回复：因为在省煤气器处的漏风量大，如果把氧化锆探头安装在省煤气器后，由于省煤气器的漏风会使烟道内的氧含量测量值准确性有误差。其实电力设计院都想把氧化锆探头安装尽量靠烟道的前部。比如在锅炉与烟道连接处，越靠前烟道漏风的影响就越小，氧含量的测量精度就越高。但由于普通的氧化锆探头通常不能承受 500 -600C 度的高温，由于锆头处高温密封容易漏气（金属与陶瓷的热胀系数相差很大的原因）当环境温度高于 600C 会产生测量值的误差，另外氧化锆头也因为热震性差极容易损坏。通常带加热器的氧化锆探头生产公司都要求用户把氧化锆探头安装在烟道环境温度低于 600C 度处。但我公司代理的澳大利亚 NOVATECH 带加热器的氧化锆探头可承受 900C 度高温，在谏壁电厂就把氧化锆探头安装在烟道与锅炉烟气出口连接处，其环境温度在 700 -740C 度左右，这样既提高了氧含量的测量精度也使氧化锆探头大大延长了其使用寿命。

●垃圾焚烧发电厂技术部(江苏)询问：

为什么用在垃圾焚烧发电厂的氧化锆探头特别容易坏 , 特别是探头金属外套管腐烂的很厉害 ? 请问由贵公司代理的 NOVATECH 带加热器的氧化锆探头一般情况下可用多久 ?

回复：城市的垃圾通过燃烧发电是最科学和节能处理方式。但由于垃圾的成分非常复杂，为保障其充分燃烧和排放烟气的环境污染对燃烧过程中的氧含量比普通的煤或油作为燃料的锅炉要高 , 使烟气中各中酸性成分增加 . 另外垃圾中的各种酸性物质和水份比较多这样垃圾燃烧后会产生一种腐蚀性很强的氢氟酸 , 这时如果把氧化锆探头安装在烟道环境温度比较底 (300-400C 度 ) 的位置时，探头的不锈钢外套管会在很短的时间内腐烂 , 另外烟气中的水份也很容易残留在氧化锆头处损坏锆头。作为实例天津泰达垃圾焚烧电厂是国内建设比较早和装机容量比较较大的圾焚烧电厂，为了比较氧化锆探头的性能 ,2005 年安装了澳大利亚 NOVATECH 公司和其它 2 家国家氧化锆探头，结果其它 2 家公司的氧化锆探只用了几个月就不能使用了 , 只能全部换用了 NOVATECH 产品。2005 年最早安装的 NOVATECH 氧化锆探直到现在 2009 年还在正常使用。

●汽车配件厂生产科长询问:

由于金属粉末烧结炉内的炉温高和测微氧精度高，我公司试了国内和国外几家公司的产品都不能达到测量的要求 , 不知你们代理的澳大利亚 NOVATECH 的氧化锆探头是否可用于金属粉末烧结炉内的测氧 ?

回复：我公司代理的澳大利亚 NOVATECH 氧化锆探头可用于各种场合的测氧，其直插式氧化锆探头可用于最高炉温度是 1400C 度，可测最低的氧含量是 10 的负 30 次方 (0.00000000000000000000000000001%) 国内最大的金属粉末产品企业东睦集团原来安装的是德国的氧化锆探头 ( 价格在 50000.00/ 只 ) 但使用 1-2 个月就不行了 , 后来也换过其它公司的氧化锆探头，结果都不行，最后使用了澳大利亚 NOVATECH 氧化锆探头。在目前已经使用的 6 台步进炉上各方面的指标都达到设计要求，东睦集团已准备把所有需要安装氧化锆探头的地方都安装 NOVATECH 公司的氧化锆探头。

●用户（广东）询问：

氧化锆探头在标气时很快就能测量到标气值，为什么实际测量时要化很长时间才能测到烟道内实际的氧量值 , 特别是打开标气口再封闭时，氧探头从 21% 环境氧回到烟道内的氧含量要很长时间。从控制的原理来讨论要控制燃烧后的氧含量是比较困难的。贵公司代理的 NOVATECH 氧化锆探头也是这样吗 ?

回复：一般在氧化锆探头的说明书上都指明氧化锆探头只需 4-10 秒的时间就可测量到实际氧含量，但是大多数的氧化锆探头只有一个平面过滤器，而氧化锆头离平面过滤器还有一段距离。标气时是标气瓶里的压力把标气很快的送到氧化锆头处，当然马上就可测到标气值。但实际测量时每当烟道内的氧量值变化后，其变化后的氧含量要化比较长的时间才可置换原来氧化锆头处的氧含量。比如从原本是 21% 环境氧到真正的烟道内实际氧含量。所以说真正的所需测量时间应该是标气后把标气孔封闭等氧探头恢复到标气前的氧含量值才是实际的测量速度。用户可以很方便的做个实验在环境空气中 21% 氧含量时用 2-4% 的氧气对氧化锆探头标定一下，马上再把标气口封闭然后看氧探头回到 21% 环境空气氧时所需的时间，一般带平面过滤器的氧化锆探头通常需要 15-20 分钟的时间。我公司代理的澳大利亚 NOVATECH 氧化锆探头带有 2 个过滤器这样在氧化锆头处就形成了带气体流动循环气流场，加快了置换原来氧化锆头处氧含量的速度，可以在很短的时间内得到实际的测量。

●用户（四川）询问：

为什么一般的氧化锆探头都需要用 2 点标气法来标定氧化锆探头后才能正常工作 ?

大家知道氧化锆探头测量原理是根据斯奈特测量公式来设计的，由于实际材料和加工要求的原因要做到这点相当困难。这样大多数的氧化锆探头生产公司只能生产间接符合斯奈特测量公式氧化锆探头，而这种氧化锆探头要正常工作必需要用 2 点标气校定，但因为奈特测量公式是曲线，就是 2 点标气校定还是会有测量误差而且 2 点标气的值不能相差大只能在 6-8% 氧含量间。所以过去电厂主要测量烟到道内在 10% 以下的氧含量。但现代化的电厂为节能和环保的原因都需在点火时就控制烟道内的氧含量。通常所需要测量范围氧含量从 1.0-20.0%。大多数用 2 点标气法校定的氧化锆探头是无法在此比较大的范围内进行标定这样一来势必对测量产生误差。我们代理的澳大利亚 NOVATECH 的氧化锆探头是完全按照斯奈特测量公式原理来生产的，这样可以保证大范围内测量标准。通常情况下只需用环境空气标定即可，这样大大方便了用户的使用和节省了标气瓶的费用。为保证测量的精度用户可用任何范围内的标气来检测 NOVATECH 氧化锆探头测量准确性。

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