CN102443667A - 一种风口回旋区取样测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风口回旋区取样测量装置，包括取样杆、中心管、冷却管、热电偶保护管、热电偶及补偿导线、煤气取样管、氮气保护管、保护罩、风口联接管；取样杆由中心管和围绕中心管周边的冷却管连接而成，冷却管内通高压水；取样杆前端由左右两边的冷却管折返而成；中心管内安装煤气取样管和氮气保护管，内通氮气进行保护和冷却；氮气保护管前端与热电偶保护管连接，热电偶插到热电偶保护管前端；煤气取样管水平插入中心管的前端后折返，在返回侧开一煤气取样口；取样杆强度高、挠度小，外径可以控制在50mm以内，取样时高炉不需要减压、停氧、停煤，插入风口回旋区可以同时进行测温、煤气取样及风口回旋区长度测量。

Description

一种风口回旋区取样测量装置

技术领域

本发明涉及一种高炉正常生产时进行风口回旋区在线取样、测量的装置，可应用于各种行业和领域的高温、高压现场测量及取样等工作。

背景技术

高炉的高产、低耗、稳定、长寿是炼铁生产者不断追求的目标，提高焦炭质量、保证煤粉在风口回旋区较高的燃烧率是实现这些目标的客观要求和必要条件。为此，世界各国在高炉基础技术研究、新工艺开发和喷煤技术攻关中，非常注重风口回旋区的研究工作。其中，德国蒂森公司施韦尔根高炉采用风口回旋区取样方法，研究不同喷煤比情况下焦炭在炉内的破坏程度以及径向渣铁和碱金属对焦炭劣化的影响，为其高炉技术创新和保持技术领先起到了重要作用。

研究高炉风口回旋区内煤粉燃烧程度的方式有多种，人们通过实验室冷、热模型、数值模拟、离线测定等方式对高炉风口回旋区内煤粉燃烧状况进行研究，取得了大量理论研究成果。但是，高炉风口取样是研究高炉下部和炉缸工况的最有效手段，通过现场取样分析不仅可定量地了解风口回旋区焦炭劣化程度和煤粉燃烧状况，对焦炭质量和煤粉燃烧条件进行直接评价，而且还可以了解高炉下部及死料柱的活性，获得高炉工况的真实信息，为炉缸侵蚀控制提供有益的指导。

我国宝钢十分重视高炉风口回旋区取样技术的开发，1990年自主设计并制造出第一台离线风口取样机，在高炉休风后进行风口回旋区取样、检测。1994至2001年间，为配合焦炭热性能研究、200kg/t喷煤比攻关和炉缸长寿技术研究，先后进行了30余次风口取焦测试，获得了大量数据，对高炉大喷煤攻关发挥了重要作用。

在高炉正常生产时进行风口回旋区取样，不但对取样设备的要求较高，操作上也具有一定的危险性。为此，目前国内只有鞍钢、首钢、涟钢等先后进行过高炉风口回旋区在线测量或取样工作。2004年，首钢在新3号高炉进行风口回旋区测温、取样试验时，由于高炉容积大，风压高，加之取样设备过于笨重，只能在高炉改常压、停煤、停氧后进行，由于此时风口回旋区的工作状况已经改变，所测数据没有代表性。

发明内容

本发明的目的是提供一种外径较小并有足够强度的风口回旋区取样测量装置，能够在高炉正常生产时插入风口回旋区不同位置进行温度测量、煤气取样及回旋区长度检测，为高炉生产提供技术指导。

本发明所采用的技术方案是：风口回旋区取样测量装置包括取样杆、保护罩、风口联接管、中心管、冷却管、热电偶保护管、煤气取样管、氮气保护管、热电偶及补偿导线。取样杆由中心管和围绕它周边的冷却管连接而成，冷却管由双数根管组成，通高压水进行冷却，进、出水管间隔分布，以确保冷却效果的均匀、稳定。

取样杆前端由不锈钢管弯曲、折返而成，由于弯曲半径加大，不但可以减少钢管弯曲时产生的应力及冷却水的阻力，而且可以为取样杆的测温及取气提供一个有效保护空间。取样杆上部和下部的冷却管前端折返后倾向中心，夹紧并通过焊接方式与热电偶保护管和煤气取样管固定。

热电偶保护管与中心管内的氮气保护管连接，热电偶保护管前端位于煤气取样口的上方，煤气导出时流经该点可确保热电偶的测量结果准确、可靠。热电偶及补偿导线经由氮气保护管插入热电偶保护管前端。氮气保护管进入中心管的初始位置和与热电偶保护管连接点前分别开小孔，用于中心管内部的空气排除、冷却和补偿导线的降温。

煤气取样管水平插入取样杆前端并折返，左侧管进氮气，右侧管在热电偶保护管最前端的斜下方开一煤气取样口用于导出煤气，煤气取样口的直径在5～12mm之间，取样口中心位于热电偶保护管最前端和煤气取样管的中心线的垂直线上；可通过调节左侧管内的氮气流量对导出煤气进行稀释、降温，防止进入取样口内的未燃烧煤粉继续燃烧。

将装置插入风口回旋区内不同位置后，在炉内高压作用下，煤气流夹带着未燃尽的煤粉残样从煤气取样口进入煤气取样管，在冷却水冷却下和氮气稀释下，煤粉瞬时停止燃烧，从而保持了煤粉在炉内取样点的燃烧状况。夹带煤粉残样的煤气通过外设的煤气过滤装置过滤，固体样保留下来用于未燃烧煤粉的分析；关闭煤气取样管中的氮气后再过滤的煤气，可用于煤气化学成份分析；取气过程中可以通过热电偶测量该点的温度，并可根据取样杆插入风口内的最大长度确定风口回旋区的有效长度。

本发明的有益效果是提供了一种能够插入风口回旋区进行温度测量、煤气取样及回旋区长度测量的装置，本装置的取样杆采用冷却管围绕中心管焊接结构，强度高、挠度小，直径可以控制在50mm以内，与现有高炉的风口大盖窥视孔内径相适应，取样过程中高炉不需要减压、停氧、停煤，不改变风口回旋区的工作状况。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1为风口回旋区取样测量装置操作示意图

图2为风口回旋区取样测量装置的取样杆截面图

图3为图2中的A－A剖面图

图4为图2中的B－B剖面图

图中：1取样杆、2 保护罩、3风口联接管、4取样杆前端、5连接管路、6中心管、7冷却管、8热电偶保护管、9煤气取样口、10 煤气取样管、11氮气保护管、12 热电偶及补偿导线、13风口大盖、14弯管、15直吹管、16 风口、17 风口回旋区。

具体实施方式

如图中所示，本实施例的风口回旋区取样测量装置包括取样杆1、保护罩2、风口联接管3、连接管路5、中心管6、冷却管7、热电偶保护管8、煤气取样口9、煤气取样管10、氮气保护管11、热电偶及补偿导线12、风口大盖13、弯管14、直吹管15、风口16、风口回旋区17。

取样杆1由中心管6和围绕它周边的冷却管7焊接而成，冷却管7在取样杆前端4剖面处划分为进水管和出水管，本实施例共为八根，即四根进水管和四根出水管，在中心管6的周围进、出水管间隔排列，以确保冷却效果均匀、稳定。0.8～1.2MPa的高压冷却水通过一根进水管分四路连接管分别与四根进水管相连，从取样杆前端4折返后进入四根出水管，再经四根连接管分别汇集到一根出水管排出。

取样杆前端4由四根冷却管7弯曲折返而成，由于冷却管7弯曲半径加大，不但可以减少冷却管7弯曲时产生的应力及冷却水的阻力，而且可以为测温热电偶8及煤气取样口9提供一个保护空间，防止焦炭等对取样装置的撞击。

中心管6上下对应的冷却管7折返后向中心倾斜，压紧中心管6内的煤气取样管10和热电偶保护管8，并通过焊接方式固定。

氮气保护管11由中心管6内插入取样杆前端4，与热电偶保护管8相连。氮气保护管11在进入中心管6内的初始位置和与热电偶保护管8连接点前分别开小孔，用于通氮气为热电偶及补偿导线12和中心管6降温，并在测试开始时用于驱除中心管6内的空气。

热电偶及补偿导线12经由中心管6内的氮气保护管11插入热电偶保护管8前端，并顶紧，用于风口回旋区17的温度测量。

煤气取样管10在中心管6内水平插入取样杆前端4并折返，左侧管用于氮气注入，在右侧管位于热电偶保护管8前端的斜下方，热电偶保护管8前端和煤气取样管10的中心线的垂直线上开一煤气取样口9，煤气取样口9的直径在6～8mm之间，使煤气导出时流经热电偶保护管8前端，确保热电偶的测量结果准确、可靠。

保护罩2中心开孔，取样杆1从保护罩2中心穿过，保护罩2可在取样杆1上前后移动，并可通过螺钉固定在取样杆1的任意位置。保护罩2除用于保护操作人员安全外，还可根据保护罩2在取样杆1上的位置确定取样杆1插入风口回旋区17的深度。改变取样位置时，要先调节好保护罩2的位置并用螺钉固定好，再移动取样杆1，使保护罩2与风口联接管3接触，到达取样位置。

取样装置的进水管、出水管、连接氮气保护管11的氮气管、连接煤气取样管10的氮气管、煤气管及热电偶连接线等管线汇总成连接管路5转接到风口一侧的安全地带，进行冷却水和氮气的流量控制、温度测量、煤气取样、未燃烧煤粉过滤等操作。

取样操作前要先打开取样杆1的冷却水阀门，调整好冷却水的流量；再打开煤气取样管10和氮气保护管11的氮气，将中心管6内部的空气吹出；然后再将风口小盖换下，安装好风口联接管3，固定好保护罩2，把取样杆1放入风口联接管3中，通过直吹管15插入风口回旋区17内进行测量和取样。

取样杆1插入风口回旋区17的指定位置进行煤气成份取样时，要关闭煤气取样管10中的氮气，依靠风口回旋区17的正压将煤气通过煤气取样口9、煤气取样管10导出，待煤气取样管10中的残余氮气排出后再取煤气样进行成份分析，或直接连接煤气自动分析仪进行测量；进行未燃煤粉取样时，要打开氮气阀门，通过调整煤气取样管10中的氮气流量，让所取未燃煤粉、煤气与氮气的混合物经煤气取样管10和连接管路5导出，最后经过滤器过滤获得未燃煤粉样品。

本发明装置的优点是取样杆1采用冷却管7围绕中心管6焊接结构，取样杆1强度高、挠度小，外径可以控制在50mm以内，与现有高炉的风口大盖13窥视孔内径相适应，取样过程中高炉不需要减压、停氧、停煤，对风口回旋区17的工况影响较小。另外，采用本装置可以同时进行风口回旋区17的温度测量、煤气取样及回旋区长度测量。

Claims (4)

1.一种风口回旋区取样测量装置，其特征在于：取样测量装置包括取样杆(1)、保护罩(2)、风口联接管(3)、中心管(6)、冷却管(7)、热电偶保护管(8)、煤气取样管(10)、氮气保护管(11)、热电偶及补偿导线(12)；取样杆(1)由中心管(6)和围绕周边的冷却管(7)连接而成，进、出水冷却管间隔排列；取样杆前端(4)由左右两边的冷却管(7)折返而成；煤气取样管(10)水平插入取样杆前端(4)后折返，并在测温热电偶侧开有煤气取样口(9)；氮气保护管(11)前端与热电偶保护管(8)连接；热电偶经由中心管(6)内的氮气保护管(11)插入热电偶保护管(8)前端并顶紧。

2.根据权利要求1所述的一种风口回旋区取样测量装置，其特征在于：上部和下部的冷却管(7)前端水平折返后倾向中心，夹紧并固定热电偶保护管(8)和煤气取样管(10)，在取样杆前端(4)形成一测温、取样空间。

3.根据权利要求1所述的一种风口回旋区取样测量装置，其特征在于：煤气取样口(9)的直径在5～12mm之间，中心位于热电偶保护管(8)最前端和煤气取样管(10)的中心线的垂直线上。

4.根据权利要求1所述的一种风口回旋区取样测量装置，其特征在于：氮气保护管(11)进入中心管(6)的初始段和氮气保护管(11)与热电偶保护管(8)连接点前分别开小孔。

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