CN102661880A - 常压开环恒温高温采样探头及其高温处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种常压开环恒温高温采样探头，包括一外壳，外壳内设有取样管、热辐射交换腔和低温冷腔，它们由内至外采用同心轴方式连接安装，其特征在于低温冷腔由冷腔隔管分割为冷腔内腔和冷腔外腔，冷却水进口接头伸入外壳内与冷腔内腔相连通，冷腔外腔与外壳上设置的冷却水出口相连通，冷却水进口接头处设有压力传感器，冷却水出口处设有温度传感器。本发明还公开一种应用该采样探头的高温处理系统，该系统在应用现场停电、水流过低、停气的情况下通过轨道将采样探头自动送返来保证系统的安全性。
Description
技术领域
本发明属于分析仪器和气体处理系统技术领域，具体涉及到常压开环恒温采样探头及其高温处理系统，整个系统通过PLC控制系统进行联控，适用于炉窑高温现场对样气进行取样分析。
背景技术
高温采样探头及气体分析系统主要应用于各类炉窑，直接对炉窑的高温烟气进行采样、冷却、处理、分析，通过对样气成分的准确、及时分析，来达到对炉窑内的工况进行分析及监控目的，通过分析可以对炉窑燃烧等工艺进行优化调节控制，是炉窑工况分析的关键参数，对工艺控制、节能环保具有鲜明的指导性。而高温采样探头是整个高温气体分析系统的核心，也是国际分析仪器行业的技术制高点和技术难点，主要是因为炉窑的高温烟气具有高温、高粉尘、易板结等恶劣工况。目前，国内外运行的分析系统均存在着①：高温探头取样管易堵塞，②：高温探头温控波动大，易烧弯变形；③：高温探头及水冷措施结构复杂，故障点多；④：分析值不准确。
目前，国内外高温采样及分析系统主要由两大类组成：①、湿法高温采样系统，主要靠水汽射流方式进行冷却采样，但因为是水汽直接冷却洗涤样气，面临着水蒸气成分而影响分析值，如NOX的失真，影响监测数据的准确性；②、常压闭环恒温高温采样系统，主要是靠冷腔的内循环冷却介质与外循环热交换介质进行冷热交换来达到恒温目的，主要问题是内循环介质（蒸馏水）在冷却温度过低时，由于循环冷腔与样气直接通过冷腔进行热交换，会形成样气在取样管内骤冷板结堵塞，如温度过高，则形成局部气泡，使探头局部过热，导致取样管变形。
本申请人认为，上述高温取样系统运用故障率高，分析不准确的现象，不管在材质上、结构上如何改进，其弊端一直存在，从根本原因上讲，是上述高温采样分析的技术原理上的技术缺陷，是在冷腔的冷却温度与样气的冷却温度没有进行控制这一核心问题造成。为此，申请人进行检索，然而，在已公开的国内外专利和非专利文献中，均未见诸有相关的技术启示。
发明内容
本发明的目的则是针对现有高温采样处理系统的原理缺陷和技术不足，而提供的一种新型设计原理的不结垢、不堵塞、耐高温、耐冲击的高温采样探头及其高温处理系统，适用于各类炉窑的现场高温采样。
本发明采用的技术方案如下：
一种常压开环恒温高温采样探头，包括一外壳，外壳内设有取样管1、热辐射交换腔2和低温冷腔3，它们由内至外采用同心轴方式连接安装，其特征在于低温冷腔3由冷腔隔管5分割为冷腔内腔6和冷腔外腔7，冷却水进口接头4伸入外壳内与冷腔内腔6相连通，冷腔外腔7与外壳上设置的冷却水出口8相连通，冷却水进口接头4处设有压力传感器9，冷却水出口8处设有温度传感器10。
所述取样管1的一端伸出外壳外并通过取样管安装法兰13固定在外壳上。
所述外壳的圆周侧设有限定高温采样探头进入高温烟室的长度的限位法兰11。
所述取样管1和热辐射交换腔2均为不锈钢制成，低温冷腔3采用单端焊接固定在外壳内。
一种高温处理系统，其特征在于所述的采样探头通过冷腔安装连接法兰12连接到行走轨道17上，行走轨道17安装在其下侧的行走支架16上，所述的取样管1通过导管与探头过滤器14相连，探头过滤器14通过导线与分析柜20内的预处理系统相连，探头过滤器14内设行走电机18，并通过行走电机18与高温控制柜21相连，高温控制柜21通过PLC控制系统19与分析柜20相连，高温控制柜21的一侧设有与其相连的水泵15，水泵15通过输水管22与冷却水进口接头4相连接。
所述的行走支架16上设有位于冷却水出口8下方的水槽23。
所述行走支架16的数量为2个。
本发明的有益效果：
1、通过采用常压水冷智能恒温、低温冷却、中温取样、辐射散热及平衡热交换，将样气冷却在200℃左右，避免了样气在采样管有水气冷凝及结垢现象产生；同时，通过均匀辐射散热，避免了样气局部骤冷导致水气冷凝，使样气均匀冷却。
2、通过低温冷腔的低温水冷方式，避免了冷腔水气泡的产生，同时，保持了不锈钢铁的强度等特性指标不变，能耐冲压、耐腐蚀。
3、本发明的高温处理系统在应用现场停电、水流过低、停气的情况下通过轨道将采样探头自动送返来保证系统的安全性。
4、高温处理系统的适用范围广，在任何炉窑均能适用，且在温度高达1700℃时也能正常使用。
5、本发明结构简单而便于拆装，耐用、耐高温、耐冲击，不结垢、不堵塞，运行及维护成本低。
附图说明
1、常压开环恒温高温采样探头的结构示意图。
图中：1、取样管，2、热辐射交换腔，3、低温冷腔，4、冷却水进口接头，5、冷腔隔管，6、冷腔内腔，7、冷腔外腔，8、冷却水出口，9、压力传感器，10、温度传感器，11、限位法兰，12、冷腔安装连接法兰，13、取样管安装法兰。
2、高温采样探头及预处理的结构示意图。
图中：14、探头过滤器，15、水泵，16、行走支架，17、行走轨道，18、行走电机，19、PLC控制系统，20、分析柜，21、高温控制柜，22、输水管，23、水槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。但是，对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的，而非实质性的等效变换即应视为本发明的技术方案范畴。
如图1和图2所示。
一种常压开环恒温高温采样探头，包括一外壳，外壳内设有取样管1、热辐射交换腔2和低温冷腔3，它们由内至外采用同心轴方式连接安装，其特征在于低温冷腔3由冷腔隔管5分割为冷腔内腔6和冷腔外腔7，冷却水进口接头4伸入外壳内与冷腔内腔6相连通，冷腔外腔7与外壳上设置的冷却水出口8相连通，冷却水进口接头4处设有压力传感器9，冷却水出口8处设有温度传感器10，可以检测冷却水出口的温度，据此判断冷腔的冷却效果，并调节冷却水进口的压力和流量。
高温样气通过取样管1与低温冷腔3在热辐射腔2进行热交换，通过热辐射交换来对高温样气均匀持续降温，而不是冷腔与高温样气直接接触，而骤降温度的方式。冷却水从冷却水进口进入，从冷却水出口8流出，使冷腔保持在水温常态，通过热辐射交换，使样气温度逐步降低，并通过对水流的控制，调节辐射交换量及均匀辐射热交换，最终将样气温度控制在200℃左右，避免了样气骤冷结露的可能，使样气管不结垢、不堵塞。冷却水流按4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8方向流动。取样管1与低温冷腔3为独立分体式，可拆卸和更换。
所述取样管1的一端伸出外壳外并通过取样管安装法兰13固定在外壳上。
所述外壳的圆周侧设有限定高温采样探头进入高温烟室的长度的限位法兰11。
所述取样管1和热辐射交换腔2均为不锈钢制成，低温冷腔3采用单端焊接固定在外壳内。
一种高温处理系统，其特征在于所述的采样探头通过冷腔安装连接法兰12连接到行走轨道17上，行走轨道17安装在其下侧的行走支架16上，所述的取样管1通过导管与探头过滤器14相连，探头过滤器14通过导线与分析柜20内的预处理系统相连，探头过滤器14内设行走电机18，并通过行走电机18与高温控制柜21相连，高温控制柜21通过PLC控制系统19与分析柜20相连，高温控制柜21的一侧设有与其相连的水泵15，水泵15通过输水管22与冷却水进口接头4相连接。
所述的行走支架16上设有位于冷却水出口8下方的水槽23。
所述行走支架16的数量为2个。
本发明采用PLC控制系统可以实现智能控制，系统自动检测冷却水的温度和水压，如水压过低或冷腔的水温过高，则意味着工业水源水流水压不足，通过PLC控制系统控制启动备用水泵15给冷腔补水。另一特征是在启动备用水泵15后，通过水压传感器9、温度传感器10检测的水压过低，水温过高的情况持续出现，则通过PLC控制系统控制，将高温采样探头抽除。在系统停气、水压过低、水温过高、停电时，将探头抽出。整个方案保证了在意外情况下，系统的安全性。
本发明的其他未说明部分均采用现有技术加以实现。
Claims (7)
1.一种常压开环恒温高温采样探头，包括一外壳，外壳内设有取样管(1)、热辐射交换腔(2)和低温冷腔(3)，它们由内至外采用同心轴方式连接安装，其特征在于低温冷腔(3)由冷腔隔管(5)分割为冷腔内腔(6)和冷腔外腔(7)，冷却水进口接头(4)伸入外壳内与冷腔内腔(6)相连通，冷腔外腔(7)与外壳上设置的冷却水出口(8)相连通，冷却水进口接头(4)处设有压力传感器(9)，冷却水出口(8)处设有温度传感器(10)。
2.根据权利要求1所述的常压开环恒温高温采样探头，其特征在于所述取样管(1)的一端伸出外壳外并通过取样管安装法兰(13)固定在外壳上。
3.根据权利要求1所述的常压开环恒温高温采样探头，其特征在于所述外壳的圆周侧设有限定高温采样探头进入高温烟室的长度的限位法兰(11)。
4.根据权利要求1 所述的常压开环恒温高温采样探头，其特征在于所述取样管(1)和热辐射交换腔(2)均为不锈钢制成，低温冷腔(3)采用单端焊接固定在外壳内。
5.一种高温处理系统，其特征在于所述的采样探头通过冷腔安装连接法兰(12)连接到行走轨道(17)上，行走轨道(17)安装在其下侧的行走支架(16)上，所述的取样管(1)通过导管与探头过滤器(14)相连，探头过滤器(14)通过导线与分析柜(20)内的预处理系统相连，探头过滤器(14)内设行走电机(18)，并通过行走电机(18)与高温控制柜(21)相连，高温控制柜(21)通过PLC控制系统(19)与分析柜(20)相连，高温控制柜(21)的一侧设有与其相连的水泵(15)，水泵(15)通过输水管(22)与冷却水进口接头(4)相连接。
6.根据权利要求5所述的高温处理系统，其特征在于所述的行走支架(16)上设有位于冷却水出口(8)下方的水槽(23)。
7.根据权利要求5所述的高温处理系统，其特征在于所述行走支架(16)的数量为2个。
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
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