CN101923064A - 可在高温高粉尘下工作的氧检测器导流管 - Google Patents
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Abstract
一种可在高温高粉尘下工作的氧检测器导流管，它涉及浓差电池式氧化锆氧检测器的导流管，解决了已有检测器寿命短和塞灰问题。烟气输入管伸入第一金属套管中，隔板伸入烟气输入管中并且将烟气输入管分成烟气导入管和烟气流出管，烟气导入管和烟气流出管只在隔板的末端连通，隔板的前端与导向舌连接并且导向舌与隔板形成110°～130°夹角，烟气输入管的末端与第二金属套管连接并形成70°～150°的夹角，氧化锆检测器的前端伸入第二金属套管中，离心循环装置位于烟气导入管和烟气流出管的连接处。它颇适宜高温、高粉尘锅炉连续使用以及热处理炉使用。本装置最突出的优点是反吹气体是被测烟气，因此反吹气体对测量无干扰，测得的烟气含氧量曲线是连续的。
Description
技术领域
本发明涉及光、机、电一体化技术领域的一种浓差电池式氧化锆氧检测器导流管，特别是涉及一种可在高温、高粉尘浓度的条件下测量氧浓度的循环流化床锅炉、垃圾焚烧锅炉或热处理炉使用的浓差电池式固体电解质氧化锆氧检测器导流管。
背景技术
锅炉是世界上主要的动力和热能供给设备，也是耗能的大户之一。因此，“如何在稳定地、有效地供给热量的前提下，节省燃料消耗和电力消耗，提高锅炉热效率，降低对环境的污染”一直是节能和环保的主要课题。
氧化锆氧分析仪是国际公认的锅炉节省燃料的主要装置之一。可是在中高温(600℃～900℃左右)、高温(1400℃)或高粉尘浓度条件直插式氧化锆氧分析仪的寿命很短，而取样式氧量检测器仅取样管(导出管)暴露在恶劣条件中，因此，检测氧含量用的氧化锆氧检测器的寿命长、适宜高温使用并且成本较低，但是用于循环流化床锅炉或垃圾焚烧炉中其连续工作时间却比较低，仅1个月或更短的时间，它的陶瓷过滤网就被粉尘塞满，导致氧化锆氧量分析仪的显示值不能代表真实的氧含量。因此，不得不频繁地拆卸氧检测器，去掉过滤网外面的粉尘。这不仅影响了锅炉运行时氧含量的连续监测，而且也给仪表工带来不必要的工作量。另外，此种浓差电池式氧化锆氧传感器大都采用添加了氧化钇的氧化锆烧结体，其工作温区大都在600℃左右。倘若工作在800℃～900℃，其寿命很短，仅2～3个月。而用于热处理炉的氧分析器需要工作在1400℃左右，显然普通浓差电池式氧化锆氧传感器无法胜任。
申请号为85102813的中国专利公布了一种导流取样管的氧化锆氧检测器，这种检测器“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。”“其取样管内部无隔板，因此在同样直径的导流条件下导流通道的横截面积大，不易堵塞。”这种取样管内部无隔板，因此其内部压差小，它仅适宜烟气流速5m/s以上(通常为6～9m/s)的锅炉，对于低烟速的锅炉，特别是循环流化床锅炉、垃圾焚烧锅炉的烟气的流速通常为2～3.0m/s，在其取样管内的被测烟气流动几乎为零。因此，对于监视锅炉燃烧状况而言，测得的烟气中氧含量数值几乎没有什么意义。实际上，我国很多电厂由于煤灰粉尘较高，该结构不超过2小时导流管就会堵塞。因此，它不太适用于在高温、高粉尘浓度的条件下工作。
申请号为90210733x中国专利公布了“焊在加热电炉的前封头上的取样管使用加热电炉芯管、烟气抽气管构成烟气测量通路”的技术方案，并利用抽气管与烟过滤器压力差实现被测烟气的采样功能。此种结构构思比较巧妙，但是由于加热电炉芯管和氧化铝陶瓷管之间的间隙很小，因为根据流体力学的知识可知，其风阻与直径的4次方成正比，所以其在上述间隙中的烟气阻力极高。在循环流化床锅炉或垃圾焚烧炉中使用，估计1个小时左右就可能堵死此间隙，使烟气中氧含量监测任务停顿。
申请号为200720011333的中国专利提出了一种在氧化锆元件与过滤器之间的通路内设置自锁式保护门，并且在自锁式保护门和过滤器之间接入二路反吹空气管的结构。该结构能够彻底清除过滤器中的污染物，提高了传感器的稳定性和准确性，其实用性很好，但是它需要一套气动装置或1～2台抽气机。然而对普通的发电厂或垃圾厂可行很少。配备气动系统，又要求国产抽气机要长期(24h整年工作)稳定地工作，这是极其苛刻的要求。此外，设备成本、运行和维护成本都很高，对任何企业都是一项不小的开支。更主要的缺点如下：
它利用烟囱外的空气作为反吹气体很不适宜：烟囱外的空气含氧量(例如20.6％)比烟囱内的烟气含氧量(例如5％)高得多，因此反吹时测得的烟气含氧量实际上是烟囱外的空气含氧量。换言之，氧化锆氧检测器测得的烟气含氧量是非连续性的。此外，由于烟气中的粉尘浓度很高，不超半个小时，其自锁式保护门就会被卡住，失去自锁功能。因此，它也不太适用于在高温、高粉尘浓度的条件下工作。
本发明人之一申报的申请号为200820091200.2专利“一种在高温、高粉尘浓度条件下测量氧浓度的氧检测器”利用“烟气导流管伸入第一金属套管中，隔板伸入烟气导流管中并且将烟气导流管分成烟气导入管和烟气流出管，烟气导入管和烟气流出管只在隔板的末端连通，隔板的前端与导向舌连接并且导向舌与隔板形成115°～125°的夹角，烟气导流管的末端与第二金属套管连接并形成90°～120°的夹角，氧化锆低温检测器的前端伸入第二金属套管中的结构”，初步解决了氧检测器在高温、高粉尘浓度条件下测量氧浓度的某些技术问题，但是配置勿需外接动力的自动反吹除灰装置的结构却不理想，通常50分钟就会把氧传感器堵住，使其不能正常工作，此外存在与公告号CN201016955的专利同样的问题——烟囱外的空气含氧量(例如20.6％)比烟囱内的烟气含氧量(例如5％)高得多，因此反吹时测得的烟气含氧量实际上是烟囱外空气的氧含量。换言之，氧化锆氧检测器测得的烟气含氧量是非连续的。因此，它也不太适合在高温、高粉尘浓度的条件下连续监测烟气氧含量。
另外，以前的热处理炉(例如渗碳等)气温高达1400℃，如果使用普通固体电解质氧化锆氧检测器，那么把被测气温降到600℃，炉外的散热导管需长达1200mm以上，显然，该方案缺乏可行性。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述氧化锆氧检测器使用温度范围窄、成本高、寿命短和容易塞灰的问题，特别是改善申请号为200820091200.2“一种在高温、高粉尘浓度条件下测量氧浓度的氧检测器”专利的不足，提供一种可长时期在高温、高粉尘浓度条件下连续、精密地测量氧浓度的氧化锆氧检测器导流管。
可在高温高粉尘下工作的氧检测器导流管，它包括烟气输入管、第一法兰盘、第三法兰盘、离心循环装置、压力传感器和控制器，它还包括导向舌、隔板、第一金属套管、第二法兰盘、翅片管和第二金属套管，第一金属套管的末端与第一法兰盘固定，烟气输入管伸入第一金属套管、第一法兰盘和第二法兰盘中并与第二法兰盘固定，隔板设置在烟气管中并使烟气管内形成位于隔板上方的烟气导入管和位于隔板下方的烟气流出管，所述烟气导入管和烟气流出管在隔板的末端连通，所述隔板的前端与导向舌连接，所述导向舌前端翘起并与隔板形成110°～130°的夹角，所述烟气管的末端与第二金属套管的一端连接并与第二金属套管形成70°～150°的夹角，所述第二金属套管的另一端与第三法兰盘固定，氧化锆低温检测器的前端伸入第二金属管和第三法兰盘中并且与第三法兰盘固定，所述烟气导流管的管壁外表面在介于第二法兰盘和第二金属套管之间装有翅片管，所述烟气导入管的前端和烟气流出管的前端均成斜口，所述离心循环装置位于烟气导入管和烟气流出管的连接处，它的烟气导入管口与离心风机的入口相连，而烟气流出管与离心风机的出口相连，起到烟气循环和冷却的作用，所述离心循环装置包括电机、驱动轴、锁紧件、风机主轴、离心叶片、高温轴承和离心风机叶片保护壳。该离心电机叶片保护壳具有入口管和出口管。所述电机、风机主轴、锁紧件皆位于烟气导流管外的环境之中。换言之，处于常温环境中，而离心风机叶片保护壳的入口管和离心风机叶片保护壳的出口管、离心叶片、高温轴承才接触被测高温烟气。驱动轴与电机相连，风机主轴与驱动轴衔接，并以连接固定件连接，在风机主轴上设置了离心叶片，离心电机叶片保护壳罩在离心叶片的外面。压力传感器设置在烟气流出管的前端与烟气流出管的交界处。实际上，它是一种差压传感器。当烟气流出管与烟气流出管的压力差很大时(40kPa)，控制器开启离心风机进行反吹，解决塞灰问题。
有益效果：本装置利用普通氧化锆氧检测器(工作温度上限为700℃±20℃)以及利用氧化锆检测器导流管结构的自然压力差、离心风机的抽、排气作用和管外表面的翅片管散热功能就能够测量600°～1400℃气温中的氧含量，从而普通氧化锆检测器的工作环境大大改善，延长了氧化锆检测器的使用寿命；本装置离心风机的抽、排气作用以及压力传感器和控制器还能够起到定时除灰、自动反吹除灰功能；本装置还在管的管壁外表面装有翅片管，解决了散热的问题，与利用很长的烟气导流管来散热相比，既降低了成本又减小了的体积。本装置最突出的优点是反吹气体不是周围环境的空气，而是被测烟气，因此反吹气体对测量数据完全没有干扰，即氧化锆氧检测器测得的烟气含氧量特性曲线是连续的和准确的。
简言之，本发明检测器导流管的体积小，寿命长，成本低，使用方便、可靠，它解决了在高温、高粉尘浓度条件下精确地测量氧浓度的难题。它颇适宜在高温、高灰尘锅炉中连续地使用，也可用于热处理炉监测氧含量。
附图说明
图1是本发明具体实施方式一的结构示意图，
图2是本发明具体实施方式二的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1说明本具体实施方式，可在高温高粉尘下工作的氧检测器导流管，它包括烟气输入管3、第一法兰盘5、第三法兰盘9、离心循环装置11、压力传感器7和控制器12，它还包括导向舌1、隔板2、第一金属套管4、第二法兰盘6、第二金属套管8，第一金属套管4的末端与第一法兰盘5固定，烟气输入管3伸入第一金属套管4、第一法兰盘5和第二法兰盘6中并与第二法兰盘6固定，隔板2设置在烟气输入管3中央并使烟气输入管3内形成位于隔板2上方的烟气流出管18和位于隔板2下方的烟气导入管19，所述烟气导入管19和烟气流出管18在隔板2的末端连通，所述隔板2的前端与导向舌1连接，所述导向舌1前端翘起并与隔板2形成110°～130°的夹角，所述烟气输入管3的末端与第二金属套管8的一端连接并与离心循环装置11连接。离心循环装置11的轴线与第二金属套管8形成50°～80°的夹角，所述第二金属套管8的另一端与第三法兰盘9固定，普通氧化锆检测器10的前端伸入第二金属管8和第三法兰盘9中并且与第三法兰盘9固定。
所述烟气输入管3的管壁外表面在介于第二法兰盘6和第二金属套管8之间装有翅片管26。14是固定螺栓，它把烟气输入管3固定在烟筒壁上。烟气输入管3的末端与第二金属套管8的一端连接并形成70°～125°的角度，它的作用是可以准确地检测烟气氧含量，并且不会造成烟气循环通道的堵塞。
离心循环装置11位于烟气导入管19和烟气流出管18的连接处，它的烟气导入管19与离心风机的入口16相连，而烟气流出管18与离心风机的出口17相连，起到烟气循环和冷却的作用；离心循环装置11包括电机20、电机驱动轴21、风机主轴22、离心叶片24、高温轴承13。所述电机20、电机驱动轴21、风机主轴22皆位于管外的空气之中，而离心电机叶片保护壳15的的入口管16和离心风机的
出口管17、离心叶片24、高温轴承13接触被测烟气。电机20位于离心循环装置11的最外端，电机驱动轴21与电机20相连，风机主轴22与电机驱动轴21相连，并且以锁紧件23固定。离心叶片24与风机主轴22相连。压力传感器7设置在烟气流出管18的前端与烟气流入管19的交界处。实际上，它是一种差压传感器。当烟气流出管18与烟气流入管19的压力差很大时(40kPa)，控制器12开启离心循环装置11进行反吹，解决堵灰问题。控制器12设置在变送器10的电路板上
具体实施方式二：如图二所示，相同的数字代表同一种部件。本具体实施方式与具体实施方式一的区别在于离心循环装置11还包括轴流风冷却叶片25和翅片管26。它们进一步改善了离心循环装置11的散热状况，降低第二金属套管8和烟气导入管18的温度。所述轴流风冷却叶片25设在离心叶片24和锁紧件23之间的风机主轴22上。所述翅片管26位于第二金属套管8和第二法兰盘6之间。本具体实施方式中，翅片管26的作用是以最小的烟气输入管3长度实现最大的散热，即用最小的管长，使普通氧化锆检测器10处被测烟气温度为700℃±20℃，实现了利用普通氧化锆检测器10能够获得宽温度范围工作、快响应、高精度、长寿命特性。
Claims (9)
1.可在高温高粉尘下工作的氧检测器导流管，它包括烟气管(3)、第一法兰盘(5)、第三法兰盘(9)、离心循环装置(11)、压力传感器(7)和控制器(12)，其特征是：它还包括导向舌(1)、隔板(2)、第一金属套管(4)、第二法兰盘(6)、翅片管(26)和第二金属套管(8)，第一金属套管(4)的末端与第一法兰盘(5)固定，烟气管(3)伸入第一金属套管(4)、第一法兰盘(5)和第二法兰盘(6)中并与第二法兰盘(6)固定，隔板(2)设置在烟气管(3)中央并使烟气管(3)内形成位于隔板(2)下方的烟气导入管(19)和位于隔板(2)上方的烟气流出管(18)，所述烟气导入管(19)和烟气流出管(18)在隔板(2)的末端连通，所述隔板(2)的前端与导向舌(1)连接，所述导向舌(1)前端翘起并与隔板(2)形成110°～130°的夹角，所述烟气导流管(3)的末端与第二金属套管(8)的一端连接并与第二金属套管(8)形成70°～150°的夹角，所述第二金属套管(8)的另一端与第三法兰盘(9)固定，所述烟气导流管(3)的管壁外表面在介于第二法兰盘(6)和第二金属套管(8)之间装有翅片管(26)，所述烟气导入管(18)的前端和烟气流出管(19)的前端均成斜口。所述离心循环装置(11)位于烟气导入管(19)和烟气流出管(18)的连接处，所述压力传感器(7)设置在烟气流入管(19)的前端与烟气流出管(18)的交界处，控制器(12)设置在变送器(10)的电路板上。
2.根据权利要求1所述的可在高温高粉尘下工作的氧检测器导流管，其特征在于它还包括螺栓(15)，所述第一法兰盘(5)和第二法兰盘(6)通过螺栓(14)固定为一个整体。
3.根据权利要求1所述的可在高温高粉尘下工作的氧检测器导流管，其特征在于离心循环装置(11)位于烟气导入管(19)和烟
气流出管(18)的连接处，它的烟气导入管(19)与离心风机的入口(16)相连，而烟气流出管(18)与离心风机的出口(17)相连，起到烟气循环和冷却的作用。
4.根据权利要求1所述的可在高温高粉尘下工作的氧检测器导流管，其特征在于离心循环装置包括电机(20)、电机驱动轴(21)、风机主轴(22)、离心叶片(24)、高温轴承(13)。
5.根据权利要求1所述的可在高温高粉尘下工作的氧检测器导流管，其特征在于所述电机(20)、电机驱动轴(21)、风机主轴(22)皆位于管外的空气之中，而离心电机叶片保护壳(15)的的入口管(16)和离心风机的出口管(17)、离心叶片(24)、高温轴承(13)接触被测烟气。
6.根据权利要求1所述的可在高温高粉尘下工作的氧检测器导流管，其特征在于电机(20)位于离心循环装置(11)的最外端，电机驱动轴(21)与电机(20)相连，风机主轴(22)与电机驱动轴(21)相连，并且以锁紧件(23)固定。离心叶片(2)与风机主轴(22)相连。
7.根据权利要求1所述的可在高温高粉尘下工作的氧检测器导流管，其特征在于压力传感器(7)设置在烟气流出管(18)的前端与烟气流入管(19)的交界处。当烟气流出管(18)与烟气流入管(19)的压力差大于40kPa时，控制器(12)开启离心循环装置(11)进行反吹，解决堵灰问题。
8.根据权利要求1所述的可在高温高粉尘下工作的氧检测器导流管，其特征在于离心循环装置(11)还可以具有轴流冷却叶片(25)。所述轴流风冷却叶片(25)在离心叶片(24)和锁紧件(23)之间的风机主轴(22)上。
9.根据权利要求1所述的可在高温高粉尘下工作的氧检测器导流管，其特征在于导向舌(1)与隔板(2)形成的夹角为110°～130°。
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| CN201016955Y (zh) * | 2007-03-27 | 2008-02-06 | 鞍山联友环保节能科技有限公司 | 新型高稳定反吹式氧化锆传感器 |
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2009
- 2009-06-15 CN CN2009100722717A patent/CN101923064A/zh active Pending
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