CN111537586B - 一种具有自校准功能的氧量传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种具有自校准功能的氧量传感器,包括传感器本体,以及位于传感器本体内部的烟气通道和参比空气通道;烟气通道为氧化锆管,烟气通道内侧烧结安装有烟气侧电极,烟气通道外侧烧结安装有空气侧电极,烟气侧电极与空气侧电极之间的电位差通过电动势测量仪表进行显示;烟气通道两端分别作为烟气进入端和压缩空气反冲端,压缩空气用于对烟气通道进行反向吹扫;参比空气通道位于烟气通道外侧,空气侧电极位于参比空气通道内部,参比空气通道内部通入参比空气,用于与压缩空气的氧含量进行比较自校准。本发明通过反冲的压缩空气,以及参比空气通道中的参比空气中氧含量的比较,实现了氧量传感器的自校准功能,保证了氧量传感器的测量准确性。
Description
技术领域
本发明属于测量技术领域,涉及一种具有自校准功能的氧量传感器。
背景技术
目前,锅炉排烟中氧量监测一般使用氧化锆,现实使用中,由于锅炉排烟烟气的中含有腐蚀性气体SO2等、含有一定量的碱金属、较高的灰尘含量,特别是灰尘和碱金属易粘结在氧化锆探头表面,同时烟气中的水和SO2等在探头表面会形成硫酸辐射。这都将导致氧化锆氧量传感器显示数值出现漂移,与实际氧量有较大偏差。另外现有氧化锆氧量传感器由于在恶劣氧气环境中使用,导致其使用时间较短。在运行中发现,某些循环流化床锅炉排烟的氧量传感器显示器已经达到6.0%,按此氧量运行应该能够保证锅炉中煤的燃烧,但实际上飞灰含量非常高,说明燃烧不充分,经其他烟气分析仪标定后发现,氧量仅有2.5%,说明氧量传感器发生了明显的偏差。由于氧量传感器显示偏差造成的氧量偏差,导致飞灰含碳量成倍增加,锅炉热效率明显降低,燃料消耗量增大,影响了节能减排。
因此,提供一种测量准确性高的具有自校准功能的氧量传感器是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明针对上述研究现状和存在的问题,提供了一种具有自校准功能的氧量传感器,用于解决现有氧量传感器发生漂移不能发出警告或校准的准确性低的问题,适用于温度在300~1000℃之间烟气的测量,能够有效提高测量准确性,并具有自校准功能。
为实现上述目的其具体方案如下:
一种具有自校准功能的氧量传感器,包括传感器本体,以及位于所述传感器本体内部的烟气通道和参比空气通道;
所述烟气通道为氧化锆管,所述烟气通道内侧烧结安装有烟气侧电极,所述烟气通道外侧烧结安装有空气侧电极,烟气侧电极与空气侧电极之间的电位差通过电动势测量仪表进行显示;所述烟气通道两端分别作为烟气进入端和压缩空气反冲端,所述压缩空气用于对所述烟气通道进行反向吹扫;
所述参比空气通道位于所述烟气通道外侧,所述空气侧电极位于所述参比空气通道内部,所述参比空气通道内部通入参比空气,用于与所述压缩空气的氧含量进行比较自校准。
本发明通过反冲的压缩空气,以及参比空气通道中的参比空气中氧含量的比较,实现了氧量传感器的自校准功能,保证了氧量传感器的测量准确性。
优选的,所述烟气通道设有两个,且所述参比空气通道位于两个所述烟气通道中间,所述参比空气通道开设方向与所述烟气通道开设方向相同。
优选的,两个所述烟气通道交替进行压缩空气反冲,即至少一个所述烟气通道中通入烟气。两个烟气通道能够保证氧量传感器可以在正常工作的状态下,同时进行自校准过程。
优选的,所述烟气通道为扩压管,即自烟气进入端至压缩空气反冲端的方向管内径逐渐增大。从烟气进入端看,烟气通道为扩压管,有利于烟气与电极的充分接触,提高接触能力;从压缩空气反冲端看,烟气通道为渐缩管,压缩空气可以进一步提高速度,加强冲刷能力,将通道内的杂物和电极表面的积灰等吹扫干净,将积灰吹扫回烟气侧连通的锅炉内部,有利于传感器的长期使用。
优选的,还包括主控器,所述烟气通道内部靠近压缩空气反冲端的位置设有双向电动蝶阀,所述主控器电连接所述双向电动蝶阀。双向电动蝶阀通过法兰将烟气通道与外部空气管道连通。
优选的,所述参比空气通道为渐缩管,即沿所述烟气通道内径增大方向,所述参比空气通道的口径逐渐减小。
优选的,所述主控器通过转换器电连接所述电动势测量仪表,通过转换器转化为氧量,进一步通过显示器显示氧量数值,主控器用于计算参比空气相较压缩空气中的氧量差,当氧量差超过设定值时,进行报警。
优选的,还包括热电偶,位于所述烟气烟道内靠近所述烟气进入端的位置。热电偶能够对氧量传感器的工作温度进行实时监控。
优选的,所述烟气通道和所述参比空气通道外部包覆有绝缘体。
优选的,所述绝缘体外包覆有保护壳。
本发明相较现有技术具有以下有益效果:
1、本发明传感器在测量时,通过使用扩压管的原理来提高传感器内的烟气量,实现烟气与电极的充分接触,有利于提高测量准确性。
2、本发明为了准确监测锅炉排烟中的氧量,采用两个通道分别测量氧量,从而避免了只有一个氧量的传感器,难以发现氧量传感器失效的问题。
3、本发明在监测氧量时,可以实现交替清扫,而不用停机;使用的清扫方式简单方便,使用压缩空气,通过使用渐缩管原理来实现高强度清扫,有效增加了传感器的使用周期。
4、本发明解决了传感器不停机条件下的自校准,在通道进行清扫时,实现使用空气进行自校准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种具有自校准功能的氧量传感器的主视图;
图2为本发明提供的一种具有自校准功能的氧量传感器的A-A剖视图;
图3为本发明提供的一种具有自校准功能的氧量传感器的B-B剖视图;
图4为本发明主控器的电连接关系原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
锅炉中由于有偏差的氧量传感器显示烟气中含氧量较高,说明已经燃烧充分,但是实际并未燃烧充分,导致无法实时有效控制锅炉燃烧参数,而使得飞灰持续增加。燃烧需氧量足会造成飞灰含碳量增加;燃烧需氧量大量过剩,造成排放热损失大量增加。
本实施方式的一种具有自校准功能的氧量传感器,参见附图1-3,包括传感器主体、位于传感器本体内部的烟气通道7和参比空气通道5、空气侧电极2、烟气侧电极1、电动势测量仪表3、双向电动蝶阀4、参比空气通道5、绝缘体6、烟气通道7、氧化锆管8、热电偶9和保护壳10;
烟气通道7为氧化锆管8,烟气通道7内侧烧结安装有烟气侧电极1,烟气通道7外侧烧结安装有空气侧电极2,烟气侧电极1与空气侧电极2之间串联有电动势测量仪表3;烟气通道7两端分别作为烟气进入端和压缩空气反冲端,压缩空气用于对烟气通道7进行反向吹扫;
参比空气通道5位于烟气通道7外侧,空气侧电极2位于参比空气通道5内部,参比空气通道5内部通入参比空气,用于与压缩空气的氧含量进行比较自校准。
在一个具体的实施例中,传感器主体包括两个烟气通道7、一个共用的参比空气通道5。参比空气通道5开设方向与烟气通道7开设方向相同。
参见附图4,正常使用时,两个烟气通道7的氧含量分别通过转换器进行转化,转换器就是把电动势转化为氧含量,两个烟气通道7可根据用户需要进行反冲时间设置,一般不超过72小时;实现时间设置的技术方案包括,在操作面板上进行设置操作,操作面板可以为触控屏,操作面板电连接主控器。
进行反冲时,双向电动蝶阀4开启,压缩空气由于压力远高于烟气压力,实现反冲功能,同时进行自校准。通过电动势测量仪3测量烟气侧和参比空气的电动势,然后传递到转换器,进行氧含量转换。电动势计算公式如下:
采用能斯特(Nernst)方程计算电动势
式中,E为氧化锆电池产生的电动势,mv;P1为氧化锆电池外侧参比空气(默认含氧量20.6%);P2为氧化锆电池内侧被测烟气的氧含量%;T为氧化锆电池温度(由热电偶测量得到),K;C电池常数,mv。根据能斯特方程求取P2,获得被测烟气含氧量。
如果两个烟气通道7测量分别与参比空气通道的氧量差做对比,如果相同,则不需要校准,如果不同,则需要反冲校准,说明烟气氧量测量出现了问题,主控器将根据预先设定好的程序自动开启反冲功能,并进行自校准。在主控器中使用参比空气和压缩空气中的氧量进行比对,当参比空气与压缩空气中的氧量差绝对值小于或等于0.5%,说明该烟气通道7可以正常使用;当参比空气与压缩空气中的氧量差绝对值大于0.5%,说明该烟气通道7需要维修。如果通过反冲后,两个烟气通道7都符合设定值要求,则不需进行维修,否则进行报警,提醒需要进行维修。
在一个具体的实施例中,使用压缩空气反冲时,两个烟气通道7交替进行,至少一个烟气通道7中通入烟气,从而保证有一个烟气通道7的氧量监测过程处于正常工作状态。
在一个具体的实施例中,烟气通道7为扩压管,即自烟气进入端至压缩空气反冲端的方向管内径逐渐增大。参比空气通道5为渐缩管,即沿烟气通道7内径增大方向,参比空气通道5的口径逐渐减小。
从烟气进入端看,烟气通道为扩压管,烟气进入端烟气通道直径为15mm,内侧(烟气侧)电极为1mm厚,外侧(空气侧)电极为1mm,烟气通道末端,即空气反冲端直径为30mm。烟气通道末端用法兰连接双向电动蝶阀4,双向电动蝶阀4可以通过主控器的设置自动开启和关闭。
从压缩空气反冲端看,烟气通道7为渐缩管,空气反冲端烟气通道直径为30mm,使用压缩空气进行吹扫和校准。
在一个具体的实施例中,烟气烟道7内靠近烟气进入端的位置安装有热电偶,热电偶可以与主控器电连接。
在一个具体的实施例中,烟气通道7和参比空气通道5外部包覆有绝缘体6,保护壳的外径为100mm。绝缘体6外包覆有保护壳。
本发明的特征在于使用扩压管和渐缩管原理,设计了传感器烟气和空气反冲为一体的通道,通过渐缩管加速功能实现较好的烟气通道冲洗功能,提高传感器的使用周期;在于两个烟气通道可以进行互相比对,从而发现氧量监测中传感器失效等问题;在于通过双烟气通道,实现长周期氧量传感器不停机运行。
以上对本发明所提供的一种具有自校准功能的氧量传感器进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (9)
1.一种具有自校准功能的氧量传感器,其特征在于,包括传感器本体,以及位于所述传感器本体内部的烟气通道和参比空气通道;
所述烟气通道为氧化锆管,所述烟气通道内侧烧结安装有烟气侧电极,所述烟气通道外侧烧结安装有空气侧电极,烟气侧电极与空气侧电极之间的电位差通过电动势测量仪表进行显示;所述烟气通道两端分别作为烟气进入端和压缩空气反冲端,所述压缩空气用于对所述烟气通道进行反向吹扫;
所述参比空气通道位于所述烟气通道外侧,所述空气侧电极位于所述参比空气通道内部,所述参比空气通道内部通入参比空气,用于与所述压缩空气的氧含量进行比较自校准。
2.根据权利要求1所述的一种具有自校准功能的氧量传感器,其特征在于,所述烟气通道设有两个,且所述参比空气通道位于两个所述烟气通道中间,所述参比空气通道开设方向与所述烟气通道开设方向相同。
3.根据权利要求2所述的一种具有自校准功能的氧量传感器,其特征在于,两个所述烟气通道交替进行压缩空气反冲,即至少一个所述烟气通道中通入烟气。
4.根据权利要求1所述的一种具有自校准功能的氧量传感器,其特征在于,所述烟气通道为扩压管,即自烟气进入端至压缩空气反冲端的方向管内径逐渐增大。
5.根据权利要求1所述的一种具有自校准功能的氧量传感器,其特征在于,还包括主控器,所述烟气通道内部靠近压缩空气反冲端的位置设有双向电动蝶阀,所述主控器电连接所述双向电动蝶阀。
6.根据权利要求4所述的一种具有自校准功能的氧量传感器,其特征在于,所述参比空气通道为渐缩管,即沿所述烟气通道内径增大方向,所述参比空气通道的口径逐渐减小。
7.根据权利要求5所述的一种具有自校准功能的氧量传感器,其特征在于,所述主控器通过转换器电连接所述电动势测量仪表,用于计算参比空气相较压缩空气中的氧量差,当氧量差超过设定值时,进行报警。
8.根据权利要求1所述的一种具有自校准功能的氧量传感器,其特征在于,还包括热电偶,位于所述烟气烟道内靠近所述烟气进入端的位置。
9.根据权利要求1所述的一种具有自校准功能的氧量传感器,其特征在于,所述烟气通道和所述参比空气通道外部包覆有绝缘体。
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