CN102128730B - 一种固体燃料燃烧积灰采样方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种固体燃料燃烧积灰采样方法及装置，主要用于相关燃烧实验装置的积灰样品采集。该装置的主体由升降支架、采样支架、测温装置和易拆卸采样管四个部分组成。其中采样支架为管状结构，测温装置为热电偶，固定在采样支架内部，其探头固定在采样管处，以便时时监测燃烧过程进行时的积灰面温度，采样管采用不同位置和角度间隙分布在升降支架上端，采样后可方便取下。采样管材质可根据燃料性质选取，尺寸依实验装置尺寸而定。本方法和装置可用沉降炉等实验装置中燃烧过程积灰样品的采集。该采样装置的特点是结构简单，取样灵活方便。该方法所采集的积灰样品能真实反应燃料燃烧积灰形成情况。

Description

一种固体燃料燃烧积灰采样方法及装置

技术领域

本发明涉及一种固体燃料燃烧积灰采样方法及装置。具体地说是一种用于沉降炉和相关实验装置燃烧积灰样品的采集方法和装置，属燃烧炉内研究设备。

背景技术

长期以来，煤粉锅炉积灰、结渣一直困扰电力行业，而至今尚未得到很好的解决。在国家大力倡导节能减排的形势下，生物质能由于CO₂近零排放的特点已经成为未来能源领域的研究重点，与煤和其他燃料相比，生物质内含有更多的碱性矿物质，且随燃烧设备的增大，积灰问题更加突出。煤与生物质类固体燃料在炉内燃烧时，在受热面和烟道处积灰结渣是危及锅炉设备安全、经济运行，降低锅炉热效率主要因素之一，是固体燃烧技术发展的主要障碍。因此，准确分析燃料在炉内的积灰形成机理和判断锅炉的粘污状况，以采取相应的措施，对于防止严重积灰结渣、优化运行具有非常重要的意义。

积灰是燃料中的金属和矿物质在燃烧过程中进入高温烟气，以气相和气溶胶颗粒两种形式存在，这些成灰物质伴随着复杂的物理化学过程运动到受热表面，在温度变化下，沉积下来形成积灰。近年来，国内外许多专家学者对燃料的积灰结渣特性进行了研究，提出了众多预测锅炉积灰结渣倾向的方法，例如：(1)根据燃料灰熔点温度进行评估；(2)根据固体燃料的粘度-温度特征进行评估；(3)根据烧结强度进行评估；(4)根据灰的组成成分进行评估；(5)根据三元相图，考虑温度、颗粒撞击壁面概率等的综合评估。但总体而言，各评判方法的准确率都不令人满意。研究燃料积灰的形成机理可以准确对积灰进行评价，采取相应的措施防止严重积灰。对燃烧实验过程积灰样品采集分析是研究积灰形成机理和制定控制方法的主要手段。通过对积灰样品的分析可以得到积灰形成速度，组分分布和形态等信息。由此可见，积灰样品的准确采集至关重要。过去采集样品主要有两种方法，一是锅炉停火后冷态采集受热面和烟道上的积灰，此种方法受锅炉运行状况的限制，采样不具有实时性，而且不能有计划的控制工况条件开展积灰机理研究。二是采用积灰装置实时采样，使用刀道具刮下积灰体进行分析，这样破坏了积灰体的机构，导致后续研究中不能对积灰形貌和成分分布进行分析，同时采样没有考虑积灰温度等因素对积灰形成的影响。在炉内高温燃烧条件下，采集积灰样品并保证其不被破坏是准确研究积灰形成和发展机理的重要前提。目前关于沉降炉内燃料积灰采样方法和设备未见报道。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目在于提供一种固体燃料在沉降炉或其他实验炉内高温燃烧过程中积灰样品采样方法和装置，该取样方法是模拟实际锅炉流场条件、温度条件的实验炉内取样，使样品采样过程的积灰成灰条件更贴近于大型锅炉的实际工况，保证积灰采集灰样的代表性，该装置采样管可以轻松拆卸并能保证积灰样品不被破坏，真实反映积灰形成过程。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种固体燃料燃烧积灰采样方法，其实验原料为煤或生物质能固体燃料，其在沉降式实验炉内模拟实际锅炉流场条件和温度条件进行燃烧，通过设置在烟道或炉膛内的积灰采样装置采集积灰样品，采样管的材质可以根据待测炉受热面或烟道材质选择，采样管的大小和放入的位置可根据烟道或炉膛的大小通过计算确定。其积灰样品是通过积灰采样装置在接近实际积灰形成条件下采集的，保证采集样品代表性。

固体燃料燃烧积灰采样装置，其主体由升降支架、采样支架、测温装置和采样管四个部分组成。所述升降支架由电机和升降螺杆构成；所述采样支架是管状结构；所述测温装置由测温探头和仪表构成，其探头安装在采样管支架内部，顶端固定在采样管处，可用于实时监测采样管表面积灰时的积灰面温度；所述采样管为易拆卸的套管结构形式，通过插拔的方式固定在升降支架套管前端，采样后可方便取下，其材质根据待测炉受热面或烟道材质选择材质；所述采样管至少一个，当采用多个采样管的结构时，则按不同位置和角度间隙分布。

本发明具有以下特征和突出的效果：首先充分考虑固体燃料燃烧积灰形成过程中采样管材质、表面温度等影响因素，使其最大程度保证采样过程与实际锅炉条件相同。其次是在同一采样装置上按不同角度和位置设有采样管，通过升降装置在沉降炉或其他实验炉的炉膛内易积灰的位置进行积灰样品的采集，减少了多次样品采集的处理时间，极大的提高了工作效率和经济性。再次，采集积灰过程中，通过测温装置对积灰面的温度进行测量，为后续分析提供温度条件；最后采样管通过插拔的方式固定在升降支架套管前端，采样后可方便取下而保证样品不被破坏，保证样品用于灰形貌和成分分布分析。综上本发明为固体燃料燃烧积灰的形成机理实验研究提供了方便快捷的采样方法。该装置具有结构简单、运行可靠和适应性强等特点。

附图说明

图1为固体燃料燃烧积灰采样装置的结构示意图。

图2为固体燃料燃烧积灰采样装置中采样支架和采样管的俯视图。

图中，1-采样管；2-采样支架；3-测温装置；4-升降支架。

具体实施方式

下面结合附图1和2对本发明装置的具体结构、工作原理和采样方法做进一步说明。

本发明提供的炉内积灰采样装置如图1和图2所示，装置包括采样管1、采样支架2、测温装置3以及升降支架4。所述的采样管1设有六个，以插拔的方式固定在采样管支架2的一端；所述的采样支架2为管状结构，另一端固定在升降支架4上；所述的测温装置3从采管支架2内通过，测温探头设置于采样管支架2的上端；所述的升降支架4由电机和螺旋杆组成，起升降采样装置用。

首先根据实验炉的炉膛受热面或烟道的材料及采样处实际空间尺寸来确定采样管1和采样管支架2的材料和外径尺寸。其次根据采样支架2的管径和长度选择适宜的测温探头，根据图2所示的方式固定在采样支架2的上端靠近采样管1处；采样前将准备好的采样管1固定在采样支架2上，如图1和2所示；采样时，利用升降支架4升起将采样管1送到实验炉内需要采样的位置，并测量温度；完成积灰样品采集后，升降支架4降下，使采样管1离开锅炉或实验炉，采样结束后，取下采样管1得到完好的积灰样品。清理采样支架2和更换新的采样管1进行下一次积灰样品采集。

实施例

在实验室用小型管式沉降炉内进行生物质与煤粉混合燃烧积灰特性实验研究，沉降炉炉管直径100mm，炉管长1200mm，燃烧温度1000℃。采用本装置进行积灰样品采集；考虑燃烧温度、炉管长度及直径，热电偶(测温装置)为K型，直径为3mm；积灰采样装置的采样管材质为石英，直径为12mm，长15mm；采样支架材质也为石英，支架直径15mm，长度为450mm；置于沉降炉内进行生物质与煤混燃积灰样品采集，采集灰样形貌良好，且一次采集六个样品，可同时分析灰成分及分布，为分析积灰特性提供方便条件。

Claims (1)

1.一种用于固体燃料燃烧积灰采样中的积灰采样装置，当固体燃料燃烧积灰采样实验原料为煤粉与生物质能固体燃料混合物，在实验室的小型管式沉降炉内模拟实际锅炉流场条件和温度条件进行燃烧时，通过所述积灰采样装置在接近实际积灰形成条件下采集积灰样品，以保证采集样品代表性，所述采样装置设置在烟道或炉膛内以采集积灰样品，其特征在于：该采样装置包括采样管(1)、采样管支架(2)、测温装置(3)以及升降支架(4)，所述采样管为六个，其材质为石英，按不同位置和角度间隙分布并以插拔的方式固定在采样管支架(2)的一端；所述的采样管支架(2)为管状结构，其另一端固定在升降支架(4)上；所述的测温装置(3)从采样管支架(2)内通过，测温探头设置于采样管支架(2)的上端；所述的升降支架(4)由电机和螺旋杆组成；采样管的大小和放入的位置根据烟道或炉膛的大小通过计算确定，在燃烧温度1000℃、沉降炉炉管长度1200mm、炉管直径100mm时，测温装置采用K型热电偶，直径为3mm，采样管直径为12mm，长15mm；采样管支架材质为石英，其直径为15mm，长度为450mm；采样管置于沉降炉内进行积灰样品采集。

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