在工業(yè)窯爐燃燒控制過程中，通?？梢罁?jù)煙氣中的一氧化碳、二氧化碳或氧氣等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中，采用氧化鋯氧分析儀對爐氣或煙氣中的氧含量進(jìn)行監(jiān)測，被廣泛認(rèn)為是當(dāng)前理想的技術(shù)路徑。該分析儀具備響應(yīng)速度快、測量精度高、結(jié)構(gòu)簡單以及維護(hù)量小等顯著優(yōu)勢，因此在各類氧含量監(jiān)測手段中表現(xiàn)尤為突出。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國目前擁有各類大、中、小型鍋爐約22萬臺，年煤炭消耗量達(dá)兩億噸。由于長期以來缺乏穩(wěn)定可靠的檢測儀表，加之運(yùn)行操作水平有限，導(dǎo)致能源使用效率不高，存在較大的節(jié)能潛力。僅就工業(yè)鍋爐領(lǐng)域而言，若能全面推廣先進(jìn)的節(jié)能監(jiān)測儀表，預(yù)計(jì)每年可實(shí)現(xiàn)節(jié)約2000萬至3000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

目前，國內(nèi)應(yīng)用氧化鋯分析儀監(jiān)測煙氣氧含量已有多年歷史，普遍采用直插式結(jié)構(gòu)，適用于800℃以下的煙氣環(huán)境。然而，在冶金行業(yè)中，均熱爐、加熱爐及隧道窯等設(shè)備的爐氣溫度通常高于1000℃，常規(guī)直插式氧化鋯分析儀在此類高溫工況下運(yùn)行效果并不理想。

在超過1000℃的高溫環(huán)境中，各類物理與化學(xué)反應(yīng)極為劇烈，加之煙氣中含有大量塵埃、酸霧及水汽等成分，對檢測儀表的長期穩(wěn)定性構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為此，近年來逐漸轉(zhuǎn)向采用抽氣式方案，即通過預(yù)處理系統(tǒng)抽取爐氣或煙氣，再送入氧化鋯檢測單元進(jìn)行分析。

針對冶金企業(yè)高溫爐氣的特點(diǎn)，為規(guī)避強(qiáng)腐蝕性氣氛對儀表的損害，抽氣式結(jié)構(gòu)成為一種有效解決方案。為克服傳統(tǒng)抽氣方式存在的響應(yīng)滯后與管路堵塞等問題，新型設(shè)計(jì)采用了小型化檢測器，結(jié)構(gòu)緊湊，便于貼近爐壁安裝，從而大幅縮短取樣管路長度。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分考慮維護(hù)便捷性，使系統(tǒng)在短管路與分流技術(shù)的配合下，響應(yīng)時(shí)間可縮短至約5秒，滿足自動(dòng)化控制系統(tǒng)對實(shí)時(shí)性的要求。

在高溫與強(qiáng)腐蝕環(huán)境下，鉑電極易受污染和腐蝕。電子探針分析顯示，受損電極表面附著硫、砷及氧等元素，導(dǎo)致其功能失效。同時(shí)，有害物質(zhì)會(huì)與氧化鋯管發(fā)生作用，通過滲透與擴(kuò)散影響其電化學(xué)性能，并引入附加化學(xué)電勢，造成儀表零點(diǎn)漂移與氧量讀數(shù)失準(zhǔn)。通過引入涂層保護(hù)技術(shù)，將鉑電極與鋯管封裝為埋層結(jié)構(gòu)，有效阻隔有害物質(zhì)的直接接觸，顯著延長鋯管使用壽命，進(jìn)而提升氧分析儀的穩(wěn)定性與可靠性，降低維護(hù)頻次。涂層工藝的應(yīng)用，使得氧化鋯氧分析儀在高溫工況下的綜合性能得到顯著提升。

經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益分析表明，采用氧化鋯氧分析儀進(jìn)行精確控氧具有多重積極影響：

在能源節(jié)約方面，將煙氣氧含量控制在約2%的水平，均熱段在1320℃保溫時(shí)，煤氣消耗量通常為300–400立方米/小時(shí)。而當(dāng)氧含量上升至5%–8%時(shí)，煤氣消耗量將增至500立方米/小時(shí)左右，相當(dāng)于額外浪費(fèi)約20%的燃料。綜合考慮爐型結(jié)構(gòu)與風(fēng)機(jī)性能等因素，實(shí)現(xiàn)5%的煤氣節(jié)約量具備技術(shù)可行性。以10座爐坑為例，全年累計(jì)可節(jié)約6000噸標(biāo)準(zhǔn)煤，折合燃料費(fèi)用約20萬元。

在降低鐵損方面，氧含量控制在2%以內(nèi)時(shí)，生成的氧化鐵皮厚度約為2.5–3毫米；而當(dāng)氧量升至5%–8%時(shí)，氧化鐵皮厚度增至3–5毫米，增幅達(dá)三分之一以上。對于一個(gè)年處理量百萬噸級的初軋廠，實(shí)施低氧燃燒可因減少鐵損而增產(chǎn)鋼材數(shù)千噸，經(jīng)濟(jì)效益超過百萬元。

在環(huán)境保護(hù)方面，低氧燃燒有助于降低污染物排放。燃料過量時(shí)會(huì)產(chǎn)生一氧化碳逸散，而空氣過量時(shí)，高溫下氮與氧反應(yīng)生成氮氧化物。這兩類物質(zhì)均對人體健康有害。通過精確控制氧含量，可從源頭上減少其生成量，減輕對環(huán)境的影響。