CN85102813A - 工业炉导流直插式氧化锆氧量计 - Google Patents

Abstract

工业炉导流直插式氧化锆氧量计，导流取样管端部设有取样板，与大角度下斜安装方式配合，无灰堵之忧，取样代表性强。氧化锆元件装在探头端面上，其法兰由高温绝缘瓷材料制成，引线与壳体绝缘，与采用双参数校准法设计的氧量变送器连接。本发明采用生产工艺简单的国产氧化锆管制作也能取得测量准确，耐用和维护量小的效果。

Description

本发明属于固体电解质电化学领域，具体地说是氧化锆式氧量分析器的改进。

在工业炉中小于600℃处氧含量的测量，在氧化锆探头中需要一个加热炉把氧化锆元件加热到600℃以上的温度才能正常工作。而且烟尘易造成探头堵塞和容易引起测氧池参数的漂移。同时SO₂对氧化锆管和炉丝的腐蝕也很严重。诸多因素都是研制这种类型氧量分析器不可忽视的。美国专利4339318（1982）采用导流直插式氧化锆探头，由于其采用隔板式导流方式，使用时，特别是在我国工业炉上应用，仍存在灰堵现象，又由于加热炉曝露在烟气中，避免不了SO₂对炉丝腐蝕。日本横河北辰电机（株）生产的ZO-21型氧化锆探头解决了上述问题，但存在两个缺点：1.烟气如果自上而下流动，当探头以向上斜方式安装，易产生灰堵;如果以向下斜方式安装，流经探头的烟气是由炉墙安装孔内流入，不能取炉中烟气进入探头，分析结果代表性差。2.由于它利用探头壳体作引出线，必须安装专用地线以消除外来信号的干扰。还要提到一个实际问题，国产氧化锆管生产工艺简单、价格低廉，但长期使用参数变化快，影响了测量准确度，探头寿命也短。如果进口氧化锆管，成本要高五倍以上。

本发明的目的就是采用国产氧化锆管提供一种准确可靠、寿命长、安装方便而又维修量小的工业炉小于600℃处测量氧含量用的氧化锆氧量分析器。

本发明要点如下：1提供一种新式导流取样管;2采用一种特殊的氧化锆元件结构;3采用有效保护涂层;4采用圆形过滤器插片和大角度向下倾斜的安装方式;5采用双参数校准法对探头进行校准。

本发明在取样管伸向炉心一端焊接一块一定角度的取样板。该板与取样管端部斜口构成一个导流孔。将氧化锆探头插入该取样管中，在探头附近的取样管壁上开设另一个导流孔，该孔与取样管端部孔成180°，在该孔与探头间设一园形过滤片，更换很方便。为保证能取到炉中烟气样，安装方式可采用大角度向下斜的安装方式。如果烟气由下向上，要求角度大于30°，如果烟气由上向下，取样管下斜角度为30-50°，由于取样板的角度合适使取样管端部导流孔始终对准烟气方向，保证了烟气由取样管端部导流孔流经探头。也可采用垂直向下安装方式，只要将取样管端部导流孔对准烟气方向，由于取样板的作用，也能保证烟气由端部导流孔流入探头。由于取样管内不需要隔板，导流通道孔径大，加之大角度向下斜安装，保证了烟尘不能堵塞取样管。

本发明采用的氧化锆探头是将氧化锆元件置于探头端部，该元件是由一个法兰和一根涂有鉑电极、粘有鉑丝引线的氧化锆管组成。法兰用耐温瓷制作，在600℃高温下也是良好绝缘体。氧化锆管一端开口一端封闭，类似试管，两根鉑线，一根从管内底部引出，一根从管外底部引出，然后在管底内、外壁上涂上鉑电极，在电极上面涂有一层硅、铝氧化物保护层。将氧化锆管用高温粘合剂粘接在法兰的中心孔中，管外的一根鉑引线也同时穿过法兰，并同时粘封。

加热炉装在不锈钢探头外壳内，套住氧化锆管。该炉由一些小陶瓷管排成一个圆筒，用高温粘合剂粘合。螺旋形炉丝平行探头穿入这些小瓷管，然后塞满耐火泥。氧化锆元件及加热炉安装在探头内端部，鉑电极端朝外壳里面，并用高温密封圈将氧化锆管与外壳端部密封。此时，烟气流经氧化锆管内，空气参比从接线盒内流经氧化锆管外。由于加热炉与烟气隔绝，避免了SO₂的腐蝕，使加热炉经久耐用。

安装氧化锆管时，两根鉑丝引线在探头壳体外部和接线盒的两根引出线相接，而这两根引出线是穿过埋在外壳内的瓷管到壳体另一端外部与鉑丝引线相接的。从而使电极引出线与探头不锈钢外壳保持绝缘，省去了地线。使现场安装和更换氧化锆管变得容易。

这类氧化锆探头，由于烟尘落积、电极挥发及毒化、氧化锆管中反稳定现象等使得氧化锆元件的电子电导和本底电势等参数变坏而影响了测量准确性并缩短了探头寿命。

本发明已采取上述措施避免烟尘落积，在电极上涂刷硅铝氧化物对防止电极挥发和毒化起一定作用。氧化锆管反稳定现象产生于晶形的变化，而国产氧化锆由于制造工艺简单，虽然成本低但反稳定现象较严重。使用国产氧化锆管是本发明目的之一，为了保证测量准确度和延长使用寿命，本发明采用双参数校准法来消除探头参数的变化。

我们在发明号B00026（1980）中曾提出了设计氧化锆氧量计的一个新设计方案-实际刻度方程法。我们将该方法原理应用于本发明探头中形成了双参数校准法。该方法是：把所有因素对氧探头的影响归结为引起探头刻度曲线两个量的变化，一是刻度曲线斜率的变化，另一个是刻度曲线截距的变化。本发明利用相应两个仪器量来校准这两个量的变化，一是利用炉温修正值来校准刻度曲线斜率的变化，二是利用本底电势来校准刻度曲线截距的变化。如果氧化锆探头由于长期使用参数发生了变化，必然导致探头刻度曲线斜率变小（即灵敏度变坏），截距变大。本发明采用提高炉温的方法来补偿斜率变小，即实际定值炉温（例如780℃）代替理论定值炉温（例如750℃）二者之差（30℃）称之为炉温修正值。本发明用探头信号减去本底电势的方法来校准刻度曲线截距的变化（本底电势是氧化锆管两边均为空气时的信号值）。双参数可以利用氧化锆探头校准仪（已申报发明奖）进行准确测定。

根据上述原理，本发明氧量变送器在信号进入后，放大器之前增加一个本底电势调节桥路。在热电偶信号进入后，放大器前增加一个炉温修正调节桥路。

附图1    氧化锆探头与取样管组装图

1    取样管;2    氧化锆探头;3    取样管体;4    取样板;5、6导流孔;7    过滤片;8    取样管法兰;9    氧化锆探头外壳;10    石棉密封圈;11    探头法兰;12    螺栓;13    螺帽;14    接线盒;15    校准气入口;16    空气入口。

附图2    氧化锆探头结构

17    元件法兰;18    氧化锆管;19    内电极鉑引线;19a    接线盒内电极引出线;20    外电极鉑引线;20a    接线盒外电极引出线;21    螺钉;22    瓷套管;23    高温密封圈;24    探头端面;25    校准气导管;26    加热炉;27    热电偶;28    空气导气管;29    接线束。

附图3    氧化锆探头端面

附图4a    加热炉横截面示意图

30    瓷管;31    炉丝。

附图4b    加热炉剖面图

32    高温耐火泥。

附图5a    氧化锆探头大角度向下斜插图

33    炉体法兰;34    炉墙;35    炉内。

附图5b    氧化锆探头垂直向下插入图

36    炉顶。

由附图1可见氧化锆探头（2）利用螺栓（12）、螺帽（13）和石棉密封圈（10）密封安装在取样管（1）上。取样管（1）由取样管管体（3）、取样板（4）和取样管法兰（8）组成。取样管端部焊有一块与取样管管体（3）成一定角度的取样板（4），该取样板与取样管壁的夹角为90°-180°间，与端部斜口构成端部导流孔（5）。在氧化锆探头附近的取样管管体（3）上有另一个导流孔（6）。两个导流孔成180°，在导流孔（6）与氧化锆探头头部之间安有一过滤片（7）。

由附图2可见氧化锆探头不锈钢外壳（9）一端有法兰（11）和接线盒（14）相连，另一端焊有探头端面（24）。氧化锆元件是将氧化锆管（18）用高温粘合剂粘合在由耐温瓷制作的元件法兰（17）的中心孔中。氧化锆管（18）管底内、外表面涂有鉑电极，外电极引出线（20）穿过元件法兰（17），穿孔用高温粘合剂密封。鉑引线（20）与接线盒外电极引线（20a）连接;内电极鉑引线（19）与接线盒内电极引线（19a）连接，然后两根引线从接线束（29）引至氧量变送器。接线盒引出的两根引线穿过埋在不锈钢外壳内的陶瓷管（22）与氧化锆管的两根鉑引线在探头外相接。氧化锆元件利用螺钉（21）和高温密封圈（23）密封在探头端面（24）上。校准导气管（25）一端插入氧化锆管内，另一端接接线盒（14）的校准气入口（15）。氧化锆管插入加热炉（26）内。热电偶（27）和空气导气管（28）插在加热炉中，空气导气管（28）与空气入口（16）相接。

附图3可见内电极引线（19）和外电极引线（20）分别由陶瓷管（22）和（22a）至接线盒（14），系采用两根陶瓷管。

附图4a、4b表明，本发明加热炉是由陶瓷管（30）组成园筒状，至少也要三根才能组成。螺旋式电炉丝（31）来回地穿在这些加热炉管内，然后在加热炉管（30）内填入高温耐火泥（32），由图可见，本发明加热炉（26）与烟气隔开，避免了SO₂对加热炉的腐蝕。本加热炉炉壁薄，并且密封在没有烟气直接冲击的壳体内，因此保温功率低到60瓦以下。

氧化锆元件是利用螺钉（21）安装在外壳上，两根电极引线在探头外连接，便于更换。

附图5a和5b表示本发明特定的安装方式，即炉体法兰（33）安装在炉墙（34）上与水平面向下斜成30-50°，然后把取样管和氧化锆探头安装在炉体法兰（33）中，或者从炉顶垂直向下安装，只要取样管端部导流孔（5）对着烟气方向，炉内部（35）的烟气总是从导流孔（5）流经探头，再由导流孔（6）流出，保证了取样的代表性，而且烟尘不易堵塞取样管。

本发明与已有技术相比具有如下优点：1.由于取样板内无隔板，导流孔径大，加之采用大角度安装方式，因此无灰堵之忧;2.加热炉与烟气隔绝，防止加热炉不受烟气中SO₂腐蝕，且保温性能好，加热炉寿命长。3.由于电极引线与壳体绝缘，省去了地线，方便现场安装;4.由于采用新式导流管和采用特定的安装方式保证了取样有代表性;5.采用双参数校准法，解决了国产氧化锆管长期使用带来的测量误差，并延长了氧化锆使用寿命。从而极大地降低了成本。

经燕山石化总公司试用，优点突出，节能显著。

Claims (8)

1、一种包含有导流取样管(1)、氧化锆探头(2)和根据双参数校准法设计的氧量变送器的氧化锆氧量计，所说的氧化锆探头包括外壳(9)、氧化锆元件、加热炉(26)及接线盒(14)，所说的氧化锆元件包含封闭端内外有鉑电极及鉑丝引线并涂有硅铝氧化物保护层的氧化锆管(18)及校准气导管(25)等组成，其特征在于取样管(1)上装有取样板(4)，在氧化锆探头前插有过滤片(7)，所说的氧化锆元件装在外壳(9)的端面，电极引线(19、20)与外壳(9)绝缘。氧化锆探头以大角度向下方式安装。

2、按照权利要求1所说的氧化锆氧量计，其特征在于所说的取样板（4）与取样管体（3）中心线所成角度在90-180°之间，与该取样管端部斜口构成导流孔（5）。

3、按照权利要求1、2所说的氧化锆氧量计，其特征在于在取样管体（3）相当于氧化锆探头前方有另一个导流孔（6）与导流孔（5）互成180°。

4、按照权利要求1、2、3所说的氧化锆氧量计，其特征在于取样管导流孔（6）与探头之间有过滤片（7）。

5、按照权利要求1所说的氧化锆氧量计，其特征在于位于外壳端部（24）的氧化锆元件法兰（17）由耐温瓷制成。

6、按照权利要求1所说的氧化锆氧量计，其特征在于接线盒（14）引线通过两根陶瓷管（22）与氧化锆管的鉑丝引线（19、20）在探头外壳（9）外相接。

7、按照权利要求1所说的氧化锆氧量计，其特征在于所说的氧化锆管加热炉（26），由至少三根以上瓷管（30）围成筒形组成，瓷管内装有炉丝（31）并填充高温耐火泥（32）。

8、按照权利要求1-7所说的氧化锆氧量计，其特征在于所说的取样管（1）在炉体上安装方式为向下倾斜与水平面成30-50°，插入炉内或从炉顶向下垂直插入炉内。