一、氧量測量系統(tǒng)簡介
蕪湖發(fā)電廠2臺660mw超超臨界發(fā)電機(jī)組鍋爐是北京巴布科克·威爾科克斯有限公司生產(chǎn)的平衡通風(fēng)、超超臨界參數(shù)、一次再熱、螺旋管圈水冷壁通用壓力鍋爐。每臺機(jī)組共有氧量分析儀表8套：空氣預(yù)熱器a和b進(jìn)口各2套，空氣預(yù)熱器a和b出口各2套，其中4個進(jìn)口煙氣含氧量（φ（o2）in）參與氧量校正自動調(diào)節(jié)，4個出口煙氣含氧量（φ（o2）out）用于das顯示。氧化錯分析儀使用的均是abbaz20分體式變送器系列的產(chǎn)品，探頭采用的是zfg2低溫型氧化錯探頭，該類產(chǎn)品是abb公司的新研發(fā)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了氧氣含量的連續(xù)測量。通過4個電容性開關(guān)以及一個位于變送器前端的數(shù)字顯示器實(shí)現(xiàn)操作及程序設(shè)置。運(yùn)行過程中，變送器能夠顯示煙氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)、錯電mv、錯池溫度或探頭加熱器輸出，可在程序設(shè)計(jì)模式中對報警、轉(zhuǎn)發(fā)及校準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。在這樣的程序設(shè)計(jì)模式中，重要的參數(shù)還受到安全保護(hù)，可通過重傳設(shè)備將測量的氧氣體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)發(fā)到遠(yuǎn)程設(shè)備，轉(zhuǎn)發(fā)的值域可設(shè)為不超過變送器所顯示的。0～100％氧量的任何一個值域。由2個繼電器輸出來進(jìn)行遠(yuǎn)程報警指示，氧氣含量高于或低于預(yù)定值時，繼電器被激發(fā)；報警繼電器也可用作“通用報警器”。變送器或系統(tǒng)故障時，激活該“通用報警器”。
二、氧量修正回路
為了保證燃料燃燒時合適的燃料一風(fēng)量配比（空燃比），送風(fēng)指令需經(jīng)過氧量校正回路的校正。經(jīng)氧量修正后的風(fēng)量信號是能反映保證氧量滿足要求的風(fēng)量。經(jīng)過?？諝馄迷O(shè)定和氧量校正后的風(fēng)量信號與風(fēng)量指令的偏差作為調(diào)節(jié)信號。通過調(diào)節(jié)氧量修正系數(shù)控制煙氣中的含氧量保持*值，從而保證*空燃比，使鍋爐達(dá)到zui高的熱效率，其能校正15％的風(fēng)量。氧量修正回路原理見圖1。
尾部煙道a、b兩側(cè)共有4個煙氣含氧量測量值信號，經(jīng)四選中（低）值后zui終得到一個測量信號。該值與負(fù)荷數(shù)據(jù)處理器來的氧量設(shè)定值進(jìn)行比較，其偏差經(jīng)氧量校正pid調(diào)節(jié)器運(yùn)算處理后，送至m/a站，再經(jīng)一個用于修改氧量校正范圍的增益校正環(huán)節(jié)輸出氧量校正信號，對送風(fēng)指令進(jìn)行氧量校正，使校正后的風(fēng)量更適合負(fù)荷和燃料性質(zhì)的變化，從而使煤粉在爐膛內(nèi)安全、經(jīng)濟(jì)地燃燒。由于爐膛中的*過量空氣量隨負(fù)荷的增大而減少，故煙氣中含氧量的設(shè)定值應(yīng)是鍋爐負(fù)荷的函數(shù)，見表1。函數(shù)出來的氧量設(shè)定信號在加法器中加人偏置信號，在氧量校正回路處于“自動”時，運(yùn)行人員可手動改變偏置，以得到需要的氧量設(shè)定值。該氧量設(shè)定值與空氣預(yù)熱器人口煙氣含氧量比較后形成一個氧量偏差，然后通過pi計(jì)算后得出氧量修正系數(shù)，去修正送風(fēng)機(jī)的風(fēng)量指令。當(dāng)負(fù)荷率低于30％時，為了保證鍋爐安全燃燒，其中有一個30％的zui小風(fēng)量限值即800（為防止鍋爐滅火），它保證鍋爐風(fēng)量不小于鍋爐安全要求的zui低風(fēng)量。氧量校正回路因故障退出時，運(yùn)行人員可通過m/a站手動輸出校正信號。氧量修正系數(shù)高限為1.15，低限為0.85。
三、氧量測量原理
氧化錯測量含氧量的基本原理是利用“氧濃差電勢”，即在一塊氧化錯兩側(cè)分別附以多孔的鉑電極，并使其處于高溫下。如果兩側(cè)氣體中的含氧量不同，則在兩電極間就會出現(xiàn)電動勢。此電動勢是由于固體電解質(zhì)兩側(cè)氣體的含氧體積分?jǐn)?shù)不同而產(chǎn)生的，故叫氧濃差電勢。氧濃差電勢的大小可由能斯特（nerenst）公式計(jì)算得出。
式中：e為氧濃差電勢，v；r為理想氣體常數(shù)，8.314）j/（mol·k）；f為法拉第常數(shù)，96487c/mol；t為熱力學(xué)溫度，k；n為一個氧分子輸送的電子個數(shù)，為4；p1為被分析氣體（如煙氣）的氧分壓，pa；p2為參比氣體（如空氣）的氧分壓，pa。
上式描述的是氧化錯氧量計(jì)輸出的電動勢和其他變量之間的關(guān)系，即當(dāng)氧濃差電池工作溫度t一定，以及參比氣體的氧體積分?jǐn)?shù)一定時，電池產(chǎn)生的氧濃差電勢與被測氣體的含氧體積分?jǐn)?shù)（即含氧量）成單值函數(shù)關(guān)系。通過測量氧濃差電勢e就可得到被測氣體的含氧量。由于空氣的含氧量為20.8%，且成本低廉，所以在分析爐煙中的含氧量時，一般常用空氣作為參比氣體。圖2是以空氣作為參比氣體的情況下，不同溫度下，氧濃差電勢與被測氣體的含氧量之間的關(guān)系。
四、氧傳感器
4.1氧化錯傳感器結(jié)構(gòu)
氧化錯傳感器也稱氧化錯探頭，見圖3。
該型探頭主要由以下組件組成：（1）氧化錯元件為探頭的關(guān)鍵部件，以它為主體構(gòu)成測氧電池，包括氧化錯管及涂制在管底部的白金電極和電極引線，電極引線可將信號引出；（2）加熱爐，用于加熱氧化錯管，使它恒定在設(shè)定溫度（700±10℃）上；（3）標(biāo)氣管用于接通標(biāo)氣，校準(zhǔn)探頭；（4）熱電偶用于測量氧電池中的溫度，接入變送器溫控系統(tǒng)；（5）接線板設(shè)有信號、熱電偶和加熱爐三對接線柱；（6）其他部件，包括過濾器、安裝法蘭和探頭外殼。
一般使用時，氧化錯管內(nèi)部通入?yún)⒈葰怏w（空氣），外部則流過被經(jīng)陶瓷過濾器過濾的被測氣體（煙氣）。陶瓷過濾器主要用來濾除煙氣中的雜質(zhì)顆粒（如煙塵、炭粉等），并可對信號起阻尼作用，防止指針抖動。
4.2安裝及維護(hù)
安裝及維護(hù)注意事項(xiàng)：
（1）探頭宜水平安裝，參比氣體和標(biāo)準(zhǔn)氣接口朝下，探頭的安裝法蘭和煙道固定法蘭之間應(yīng)加膠紙板，以免空氣漏入煙道內(nèi)，影響測量精度。探頭必須超過煙道內(nèi)壁10cm以上，并使過濾器的陶瓷暴露部分背氣流方向。探頭應(yīng)逐漸推入，以10～20cm/tnim為宜。
（2）從探頭到變送器的布線應(yīng)注意屏蔽，且加熱爐的電源線與氧電勢、熱電偶的4根線應(yīng)分開布置，以免影響氧電勢和熱電勢。
（3）接通電源后用數(shù)字萬用表監(jiān)測熱電偶電勢，約20min后溫度可控制在700℃，系統(tǒng)應(yīng)有穩(wěn)定輸出。
（4）運(yùn)行中氧化錯傳感器受老化、積灰及腐蝕等影響，內(nèi)阻增大和本底電勢增大使測量精度變差，因此每隔3個月用標(biāo)準(zhǔn)氣體校對一次。
（5）氧化錯內(nèi)阻偏大時，可卸下過濾器，旋掉管壁上螺絲，輕輕旋出錯管，細(xì)心除去氧化物，并更換內(nèi)部彈簧，然后仔細(xì)復(fù)原。
4.3氧量分析儀運(yùn)行情況
1號爐8套氧量測量裝置運(yùn)行基本正常，其中出現(xiàn)的異常情況如下：
（1）2011年5月7日，b空氣預(yù)熱器進(jìn)口氧量第1、2兩個測點(diǎn)顯示壞點(diǎn)（經(jīng)查歷史趨勢是超量程所致）,agc、一次調(diào)頻、ccs、送風(fēng)自動切換成手動，其原因是當(dāng)b側(cè)的兩個氧量測點(diǎn)同時壞點(diǎn)時，4個出口氧量的四選模塊（圖4，其工作模式選擇“四選平均”）就造成參與運(yùn)算的氧量值與氧量設(shè)定值偏差過大，氧量修正系數(shù)瞬間由1.0下降至0.85，總風(fēng)量設(shè)定值急劇下降，使總風(fēng)量實(shí)測值與設(shè)定值偏差過大，從而將兩臺送風(fēng)機(jī)擋板調(diào)節(jié)從自動切換至手動，ccs也切換成手動。后將“四選平均”模塊改為“四選中（低）值”。并按氧量分析儀的使用規(guī)程對b側(cè)的兩個出口氧量表進(jìn)行了在線標(biāo)定（數(shù)據(jù)見表2）之后，這兩個氧量表運(yùn)行恢復(fù)正常。
（2）2011年6月19日，a空氣預(yù)熱器進(jìn)口氧量第1個測點(diǎn)顯示壞點(diǎn)，在dcs側(cè)用萬用表測量就地氧量變送器有4～20ma輸出信號，說明氧量變送器沒有問題。于是在dcs側(cè)將此通道重新更換一個新的通道，并對邏輯程序和dcs畫面作相應(yīng)地修改后，此點(diǎn)能夠正常顯示，說明是dcs側(cè)的ai通道壞造成該點(diǎn)顯示異常，與就地設(shè)備沒有關(guān)系。
五、結(jié)語
通過蕪湖發(fā)電廠2臺660mw超超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況可以看出，帶氧量修正的送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程穩(wěn)定，燃燒經(jīng)濟(jì)性控制得比較成功，能夠滿足負(fù)荷變動及各種工況時對風(fēng)量的要求。雖然該套az20氧量分析儀也出現(xiàn)過測量異常的現(xiàn)象，但是與就地設(shè)備沒有太大的關(guān)系，總體來說該套設(shè)備測量系統(tǒng)精度高、信號延時小、設(shè)備維護(hù)量較少，沒有由于設(shè)備本身的原因造成氧量測量異?，F(xiàn)象，值得推廣使用。