CN103674625B - 气固两相流取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气固两相流取样装置，包括设置有烟气取样管（15）、旋风分离器（3）和抽气泵（9）的取样管路，其中，所述气固两相流取样装置还包括设置有烟气循环泵（6）的循环吹灰管路，所述循环吹灰管路的一端与所述旋风分离器（3）的排气口连接，另一端连接到所述烟气取样管（15）上而与该烟气取样管（15）连通。本发明的气固两相流取样装置能在不中断取样过程的情况下进行吹灰，防止颗粒物堵塞烟气取样管，具有取样效率高、适应性好、可靠性高等优点。

Description

气固两相流取样装置

技术领域

本发明涉及取样测量领域，具体地，涉及一种气固两相流取样装置。

背景技术

气固两相流是指流动的气体中夹带有固体颗粒物料，如烟气流、煤粉流等。在电站锅炉的调试和运行过程中，经常会遇到气固两相流的取样测量问题。例如：测量煤粉制备系统磨制煤粉的细度和粒径分布特性；判断各燃烧器煤粉量分配均匀程度；确定锅炉飞灰机械未完全燃烧热损失大小；测定除尘器的除尘效率和烟囱排放烟气的含尘浓度等。在研究炉内燃烧特性时，还要对高温火焰中的燃料颗粒进行取样。

等速取样法是通过直接从气固两相流中抽取样品，使取样探头进口的吸气速度与探头周围的来流速度相等，可正确测得气固两相流的浓度，并且保证抽取的固体颗粒样品具有代表性。因此，等速取样法被广泛应用于电站锅炉的气固两相流测量中。

然而在等速取样法的实际应用中，烟气在取样系统内遇到低于其露点温度的冷表面时，所含的硫酸和水蒸汽会凝结在上面，颗粒经过时会发生粘附现象，因此容易造成取样系统堵塞。当被测气固两相流中的颗粒浓度较高、气流速度较低时，这个问题尤为突出。

为了解决等速取样时的颗粒堵塞问题，中国专利(公开号CN2746382Y)公开了一种锅炉飞灰取样仪，在取样管与旋风分离器之间通过一个三通阀连接反向吹灰管路，利用压缩空气定期地反向吹扫取样管以防止颗粒堵塞；中国专利申请(公布号CN102928258A)公开了一种燃煤锅炉固定式飞灰取样装置及方法，同样采用了压缩空气反向吹扫取样系统的方法，其并通过热一次风预热管路并对管路系统设计加热保温，从而使烟气温度高于露点温度。通过压缩空气反向吹扫取样管路的方法虽然能够有效防止颗粒堵塞，但是需要周期性地中断取样过程以开启反向吹灰系统进行吹灰工作，降低了取样测量的效率。

发明内容

本发明的所要解决的问题是提供一种气固两相流取样装置，该取样装置能在不中断取样过程的情况下有效防止取样管堵塞。

为了实现上述目的，本发明提供一种气固两相流取样装置，包括设置有烟气取样管、旋风分离器和抽气泵的取样管路，其中，所述气固两相流取样装置还包括设置有烟气循环泵的循环吹灰管路，所述循环吹灰管路的一端与所述旋风分离器的排气口连接，另一端连接到所述烟气取样管上而与该烟气取样管连通。

优选地，所述循环吹灰管路还包括烟气循环管，该烟气循环管的一端连接于所述烟气循环泵，另一端作为所述循环吹灰管路另一端而连接到所述烟气取样管上。

优选地，所述循环吹灰管路另一端连接到所述烟气取样管的靠近该烟气取样管的进气口一端的管壁上。

优选地，所述取样管路上还设置有抽气阀和抽气流量计，所述循环吹灰管路上还设置有烟气循环阀和烟气循环流量计。

优选地，该气固两相流取样装置还包括用于测定烟气流速的测速装置。

优选地，所述测速装置包括通过三通阀连接的差压计、空气压缩装置和测速靠背管。

优选地，所述烟气取样管、烟气循环管和测速靠背管相互固定在一起形成测枪。

优选地，所述测枪上安装有水冷套管，该水冷套管上形成有进水管和回水管。

优选地，所述水冷套管包括内水冷套管和外水冷套管，部分所述内水冷套管嵌套在所述外水冷套管内，以形成水流的通道。

优选地，所述回水管上设有温度计。

优选地，所述取样管路上的所述抽气泵、旋风分离器和烟气取样管依次连接，并且所述抽气泵的排气口连接有用于插入到被测设备中的管道。

通过上述技术方案，本发明的气固两相流取样装置通过循环吹灰管路向烟气取样管不间断吹风，循环烟气沿着气固两相流在烟气取样管内流动方向流动，能够防止烟气取样管的堵塞。循环烟气速度可以任意设置，有效解决因被测气固两相流的颗粒浓度过高、气流速度过低引起的堵塞问题。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明具体实施方式的气固两相流取样装置的连接示意图；

图2是图1中气固两相流取样装置的测枪的示意图。

附图标记说明

1测枪2差压计

3旋风分离器4烟气循环阀

5烟气循环流量计6烟气循环泵

7抽气阀8抽气流量计

9抽气泵10温度计

11被测设备12外水冷套管

13内水冷套管14测速靠背管

15烟气取样管16气固两相流

17烟气循环管18回水管

19进水管20空气压缩装置

21三通阀

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

需要说明的是，本发明技术构思包括但不限于被连接的各工作部件，其连接关系、连接方式可以为本领域技术人员常用的结构和方式。例如，本发明的各工作部件可以直接相互连接，也可以通过管道连接，只要其与本发明的连接原理本质上相同，均属于本发明的保护范围。

参照图1和图2，本发明的气固两相流取样装置包括取样管路和循环吹灰管路，其中，所述取样管路上设置有烟气取样管15、旋风分离器3和抽气泵9，所述循环吹灰管路上设置有烟气循环泵6，该循环吹灰管路的一端与所述旋风分离器3的排气口连接，另一端连接到所述烟气取样管15上从而与该烟气取样管15连通。在烟气循环泵6作用下，沿着烟气取样管15中气流方向进行吹灰，无需中断取样过程，有效防止颗粒物堵塞烟气取样管15，提高了取样效率。

上述循环吹灰管路还可以包括烟气循环管17，通过该烟气循环管17将烟气循环泵6与烟气取样管15连通。具体地，将烟气循环管17的一端连接于烟气循环泵6的排气口，另一端连接到烟气取样管15。

在烟气取样管15的不同位置处，由于其所处的环境温度和气流速度有所不同，因此，作为本发明的一种优选实施方式，上述循环吹灰管路的其中一端连接到烟气取样管15的靠近该烟气取样管15的进气口一端的管壁上。在取样口附近，一方面气流速度相对较高，另一方面所处的环境温度可能较高，发生堵塞的可能性较小。沿着气流方向，由于管道阻力的作用以及环境温度的降低，气流中的固体颗粒会沉积在烟气取样管15中使之发生堵塞，使无法取样。为此，本发明的气固两相流取样装置的循环吹灰管路连接到相对靠近进气口一侧，吹动烟气取样管15内的沉积的颗粒，防止堵塞。

以上所述具体实施方式中，可以分别通过调节抽气泵9和烟气循环泵6的转速来调节取样速度和循环吹气速度，也可以通过设置在相应管路上的开关阀来调节气流速度。如图1所示，取样管路上设置抽气开关阀7，调节该抽气开关阀7的开度即可调节取样速度。同样地，可以在烟气循环管路上设置控制循环吹气速度的烟气循环开关阀4。另外，为了量化控制流量，还可以分别在取样管路和循环吹灰管路上设置抽气流量计8和烟气循环流量计5。优选地，烟气取样管15内的烟气速度控制在10～20m/s。

正如前面所述，等速取样法能够使测量的准确度提高，取样更具有代表性。本发明的气固两相流取样装置还可以包括用于测定烟气流速的测速装置。该测速装置可以为本领域技术人员常用的任意一种测速装置，可以单独设置，也可以连接到取样装置上。例如，所述测速装置可以包括通过三通阀21连接的差压计2、空气压缩装置20和测速靠背管14，根据差压计2的读数和测速靠背管14的标定系数即可计算出气固两相流的速度；然后调节抽气泵9的转速或抽气开关阀7的开度，使取样速度与计算出的气固两相流的速度相等。

为使气固两相流取样装置的结构更加紧凑，上述烟气取样管15、烟气循环管17和测速靠背管14可以相互固定，形成测枪1，如图2所示，从而测速、取样、吹灰均通过测枪1完成，使操作更简便。

作为本发明一种特别优选的实施方式，在上述技术方案基础上，所述测枪1上可以安装水冷套管，并在该水冷套管上形成进水管19和回水管18。冷却水从进水管19流入，使测枪1内的烟气取样管15、烟气循环管17和测速靠背管14能承受高温，从而使本发明的气固两相流取样装置能对高温环境下(如锅炉内)的气固两相流进行取样、测量。

具体地，所述水冷套管包括外水冷套管12和嵌套在该外水冷套管12内的内水冷套管13。参照图2，外水冷套管12与内水冷套管13之间的间隙以及内水冷套管13的内部空腔形成了水流的通道。这样设置可以使进水管19和回水管18均位于被测设备11外。

为了便于通过冷却水来控制测枪内各管路的温度不至过高，还可以在回水管18上设置温度计10。优选地，回水温度控制在40°～60°。当温度计10显示值高于该范围时，可以通过增加冷却水流量等方式使温度降低。

作为一种常用的实施方式，如图1所示，取样管路上的抽气泵9、旋风分离器3和烟气取样管15依次连接，使取样口连接到被测设备11中进行取样。另外，还可以将所述抽气泵9的排气口连接到被测设备11中，从而防止残余气固两相物质排入大气污染环境。

为帮助更好地理解本发明，现结合图1，对本发明一种具体实施方式的结构及工作过程进行描述。

在取样管路上，抽气泵9、抽气流量计8、抽气阀7、旋风分离器3和烟气取样管依次连接进行取样，抽气泵9的排气口连接到被测设备11中。烟气循环管17、烟气循环泵6、烟气循环流量计5和烟气循环阀4依次连接形成循环吹灰管路，该循环吹灰管路靠近烟气循环管17的一端连接到烟气取样管15侧壁上并与之连通进行吹灰，另一端连接到旋风分离器3排气口。通过三通阀21连接的差压计2、空气压缩装置20和测速靠背管14形成用于测定被测设备11内烟气速度的测速装置。将测速靠背管14、烟气循环管17和烟气取样管15相互固定在一起形成测枪1，并通过水冷套管对该测枪1内各管路进行冷却。

利用该取样装置进行取样的步骤包括：

a、将测枪1伸入到被测设备11内的预定位置，启动抽气泵9、烟气循环泵6和空气压缩装置20等设备；

b、根据差压计2读数和测速靠背管14的标定系数，计算被测设备内气固两相流的速度；

c、调节抽气阀7和烟气循环阀4的开度，使进气速度与气固两相流速度相等，最好使烟气取样管15内烟气速度保持在10-20m/s；

d、根据温度计10读数，调节冷却水流量，最好将回水温度保持在40-60℃。

通过以上描述可以看出，本发明的气固两相流取样装置能够有效防止堵塞烟气取样管，而且不需要中断取样过程。由于采用顺着烟气方向进行吹灰操作，理论上可以任意调节吹灰速度，保证不会因颗粒浓度过高或气流速度过低导致堵塞。因此可以对较高浓度的气固混合物进行取样测量，适应性好。在本发明的优选实施方式下，由于具有水冷设施，能够在1100℃高温下工作，保证在实际应用中的可靠性。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。例如，可以将取样管路上的抽气流量计8和抽气开关阀7位置互换。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (11)

1.一种气固两相流取样装置，包括设置有烟气取样管(15)、旋风分离器(3)和抽气泵(9)的取样管路，其特征在于，所述气固两相流取样装置还包括设置有烟气循环泵(6)的循环吹灰管路，所述循环吹灰管路的一端与所述旋风分离器(3)的排气口连接，另一端连接到所述烟气取样管(15)上而与该烟气取样管(15)连通，以使该循环吹灰管路能够在所述烟气循环泵(6)的作用下沿所述烟气取样管(15)的取样气流方向进行吹灰。

2.根据权利要求1所述的气固两相流取样装置，其特征在于，所述循环吹灰管路还包括烟气循环管(17)，该烟气循环管(17)的一端连接于所述烟气循环泵(6)，另一端作为所述循环吹灰管路另一端而连接到所述烟气取样管(15)上。

3.根据权利要求1或2所述的气固两相流取样装置，其特征在于，所述循环吹灰管路另一端连接到所述烟气取样管(15)的靠近该烟气取样管(15)的进气口一端的管壁上。

4.根据权利要求1所述的气固两相流取样装置，其特征在于，所述取样管路上还设置有抽气阀(7)和抽气流量计(8)，所述循环吹灰管路上还设置有烟气循环阀(4)和烟气循环流量计(5)。

5.根据权利要求1所述的气固两相流取样装置，其特征在于，该气固两相流取样装置还包括用于测定烟气流速的测速装置。

6.根据权利要求5所述的气固两相流取样装置，其特征在于，所述测速装置包括通过三通阀(21)连接的差压计(2)、空气压缩装置(20)和测速靠背管(14)。

7.根据权利要求6所述的气固两相流取样装置，其特征在于，所述烟气取样管(15)、烟气循环管(17)和测速靠背管(14)相互固定在一起形成测枪(1)。

8.根据权利要求7所述的气固两相流取样装置，其特征在于，所述测枪(1)上安装有水冷套管，该水冷套管上形成有进水管(19)和回水管(18)。

9.根据权利要求8所述的气固两相流取样装置，其特征在于，所述水冷套管包括内水冷套管(13)和外水冷套管(12)，部分所述内水冷套管(13)嵌套在所述外水冷套管(12)内，以形成水流的通道。

10.根据权利要求8所述的气固两相流取样装置，其特征在于，所述回水管(18)上设有温度计(10)。

11.根据权利要求1所述的气固两相流取样装置，其特征在于，所述取样管路上的所述抽气泵(9)、旋风分离器(3)和烟气取样管(15)依次连接，并且所述抽气泵(9)的排气口连接有用于插入到被测设备(11)中的管道。