CN106248436A - 全粒径在线取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种全粒径在线取样装置，包括取样回路和乏气排气回路；取样回路包括取样枪管、带法兰进气管、进气侧三通、取样阀、旋风子、旋风子排气管；乏气排气回路包括排气管、带法兰回流管、排气侧三通、排气阀、抽气器；取样进气回路和乏气排气回路存在动压差，可利用动压差实现自循环取样和加热。本装置不仅可以用于正压系统，也可以用于负压系统；不需要压缩空气作动力抽吸气体进行取样，可利用系统自身压差进行取样；全方位解决了取样器的堵塞问题；可实现全粒径采集，取样代表性好；采用快速卡扣接头，拆装方便，针对不同的取样环境各部分可灵活组合，形成不同的取样结构，实现不同的取样方式。

Description

全粒径在线取样装置

技术领域

本发明属于粉料测量分析装置技术领域，具体涉及一种全粒径在线取样装置。

背景技术

火力发电厂正压直吹式煤粉制备系统煤粉取样及烟气飞灰取样通常采用等速取样器与旋臂式煤粉取样器，现有此两种取样系统存在以下问题：

1、取样代表性差：

现有等速取样器取样系统虽然可实现等速取样，但小型旋风子气粉分离效率一般只有70%，即有30%左右粒径在40μm以下的细粉无法分离出来。取的煤粉样检测的R90指标和飞灰样检测的含碳量数据不能真实反应实际情况，不能给锅炉燃烧调整提供参考依据。

现有旋臂式煤粉取样器取的是堆积在取样管中的煤粉，不能真实反应煤粉管中煤粉的细度，煤粉取样的代表性更差；

2、易堵塞：

现有取样器的取样管内易沉积煤粉，当取样管外部温度低于其露点温度时，取样管内的煤粉易吸潮结块，堵塞取样管与抽气器喉部。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种新型适应于正、负压系统粉料的固定式全粒径在线取样装置。本发明的技术方案如下：

全粒径在线取样装置，包括取样回路和乏气排气回路；

所述取样回路包括取样枪管、带法兰进气管、进气侧三通、取样阀、旋风子、旋风子排气管；

所述乏气排气回路包括排气管、带法兰回流管、排气侧三通、排气阀、抽气器；

所述带法兰进气管的前端通过取样枪管定位螺栓与取样枪管套接在一起，带法兰进气管的末端与旋风子连接，在带法兰进气管和旋风子之间还设有进气侧三通和取样阀；

所述排气管套接在带法兰回流管上，通过排气管定位螺栓定位，带法兰回流管另一端连接有排气侧三通、排气阀、抽气器和吹扫阀和压缩空气接头；

所述进气侧三通和排气侧三通通过旁路阀连接，使带法兰进气管与带法兰回流管可以连通；

所述抽气器与旋风子上部的连接管相连接；

在旋风子的下端设有取样瓶；

进一步的，所述旋风子包括旋风筒体、旋风筒下锥体、过滤桶；

所述过滤桶设置在旋风筒体内部，所述旋风筒下锥体设置在旋风筒体下端，在旋风筒下锥体下端设有旋风子下部连接头；

在旋风筒体的侧面设有旋风筒入口连接头和旋风筒切向连接管；在旋风筒体的上端设有旋风筒上密封盖。

进一步的，所述旋风筒切向连接管弯曲后与旋风筒体平滑连接；所述旋风筒切向连接管的截面曲线与旋风筒体的截面相切。

进一步的，所述旋风子下部连接头为螺纹结构或卡扣结构，用于取样瓶的快速安装。

进一步的，所述过滤桶与旋风子的旋风筒体活动连接，过滤桶在气流的作用下可以自动旋转，实现自动清洁功能，避免粉料堵塞过滤桶。

进一步的，在带法兰进气管上设置有压力管座，通过压力管座安装压力表（全自动的取样装置则采用压力变送器），可以用来实时检测带法兰进气管3的内部气压；

进一步的，在带法兰回流管上设置压力管座，通过压力管座安装压力表（全自动的取样装置则采用压力变送器），可以用来实时检测粉管内部的静压；

进一步的，所述带法兰进气管、带法兰回流管上连接的压力表能直观显示其连接管道内部的气压状况，并根据两个压力表显示的压力值判断系统是否运行正常，是否存在堵塞现象；若为全自动取样装置，将压力变送器传送的压力信号到取样控制系统，控制系统根据差压变化情况自动调整阀门开度，并实现自动对系统进行反吹，确保系统工作正常；

进一步的，所述排气管的前端开口弯曲90度；安装时使排气管的排气方向与粉管内的气流方向一致；

进一步的，所述排气管的前端开口为斜开口；使排气管的排气方向与粉管内的气流方向一致；

进一步的，所述取样瓶的瓶身中间设有玻璃观察口，可以实时观察瓶内的颗粒收集状况；

进一步的，在所述取样枪管上设有长条形槽型取样孔，也可开设2-8个直径为5-12mm的圆形取样孔；取样孔正对着管内气体流动方向安装。

进一步的，进气侧法兰管座焊接在粉管上，所述带法兰进气管通过螺栓固定在进气侧管座的法兰上。

进一步的，排气侧法兰管座焊接在粉管上，所述带法兰回流管通过螺栓固定在排气侧法兰管座的法兰上。

进一步的，各部件连接方式采用快装卡扣接头，用卡箍连接，方便拆装。也可采用螺纹连接；

进一步的，本发明可以采用自动控制的方式对各阀门进行控制，从而实现自动采集自动吹扫功能。

本发明的工作原理如下：

取样前，对取样回路及乏气排气回路进行吹扫，此时打开吹扫阀，关闭旁路阀，压缩空气由压缩空气接头进入，经抽气器后分成两路，分别对排气管、带法兰回流管和旋风子、过滤桶、带法兰进气管、取样枪管进行吹扫，使取样回路及乏气回流回路保持畅通，吹扫完成后关闭吹扫阀；

取样时，由于取样枪管和排气管伸入被取样管道内部，取样枪管的取样口承受的是管内全压，排气管排气口承受的是管内静压，存在压力差。在压差的作用下，混合气流通过取样枪管的槽形取样口进入旋风子内，在离心力和过滤的作用下收集粉料，过滤后的乏气通过排气管排出，粉料经过旋风子及过滤桶后，落入取样瓶中，供检测分析使用；为确保全粒径收集粉料，过滤桶的过滤精度为200目以上，确保混合气流中绝大部分约99%的粉料能全部收集，避免了常规取样装置取出的样品代表性差导致检测数据与实际不符的问题。

在取样过程中，若压差表压差增大，表示管道系统内部有堵塞，此时可以开启吹扫阀进行反吹，保持取样系统畅通；

取样结束后，打开吹扫阀四对系统进行吹扫一次。

本发明的有益效果如下：

1、不仅可以用于正压系统，也可以用于负压系统；适应于火电厂煤粉取样和飞灰取样；

2、不需要压缩空气作动力抽吸气体进行取样，可利用系统自身压差进行取样；

3、全方位解决了取样器的堵塞问题；

（1）、增加自循环回路，未取样时开启旁路阀，利用系统差压（动压）气流在系统内进行自循环。由于含有粉尘的混合气体温度一般在60℃以上，最高可达180℃，利用气体自身温度对管路进行加热，可以避免管路内部积聚的粉粒吸潮板结，引起堵塞；

（2）、增加压缩空气吹扫管路；可以根据系统自带的差压表显示数据判断系统是否堵塞，从而开启吹扫；

（3）、增加堵塞监测功能，通过差压表能够实时判断系统是否堵塞，一旦发生堵塞，可以打开吹扫阀，用压缩空气对管路系统进行吹扫；

（4）取样枪管的下部开设的是长条槽形取样孔，避免了粉料在取样枪管1内沉积；

3、可实现全粒径采集，取样代表性好：（原理）粉料混合气流经过取样管后首先切向进入旋风子，通过旋风子的离心作用，可以收集较粗的颗粒；之后粉料混合气流经过过滤桶，可以收集较细的颗粒。过滤桶的过滤精度为200目以上，确保混合气流中绝大部分99%以上的粉料能全部收集，避免了常规取样装置取出的样品代表性差导致检测数据与实际不符的问题；

4、常规取样管上是开取样圆形孔，取样口存在死区，而粉管截面上存在气体速度、粉尘浓度与颗粒度大小分布不均的问题，采用间隔式取样孔所取的气体内粉样其代表性较差。本发明采用的是取样槽，取样口无死区，可将取样截面各直径内的气体全部取到，提高了取样的代表性，同时取样枪管内不易沉积粉料导致堵塞；

5、本发明的取样枪管和排气管与带法兰进气管及带法兰回流管采用套接方式连接，将法兰螺栓松脱即可更换取样枪管和排气管，从而可以方便快速更换，延长了取样装置的使用寿命；

6、在取样瓶上增设一个可视透明窗（观察窗），能直观的看到取样瓶内的粉料情况；

7、旋风子对过滤桶有自洁功能：旋风子内的气流对过滤桶有吹扫作用，同时由于过滤桶与旋风子活动连接，过滤桶可以在旋转气流作用下自动旋转；

8、常规取样系统的排气管排气方向与粉管内的气流方向垂直，取样进气回路和乏气排气回路没有压差，取样气体不能形成自循环，本发明的排气管排气方向与粉管内的气流方向一致，取样进气回路和乏气排气回路存在动压差，可利用动压差实现自循环取样和加热；

9、本发明取样系统增加了一个旁路回路，可实现自加热功能。同时由于管内气体经常处于流动状态，粉尘不易在管内沉积造成堵塞；

10、本发明取样系统采用快速卡扣接头，拆装方便，针对不同的取样环境各部分可灵活组合，形成不同的取样结构，实现不同的取样方式：

（1）取样方式一：取样系统各部件全部保留，按附图顺序安装，适应于一切正压系统和负压系统的取样，取样后的乏气回流到粉管内；

（2）取样方式二：若用于正压系统空气较为干燥的环境，可取消排气管、排气侧法兰管座、带法兰回流管、排气侧三通、进气侧三通和旁路阀，取样后的乏气通过排气阀直接外排，乏气不回流到粉管内；

（3）取样方式三：若用于正压系统温度比较低、空气湿度较大的环境，可排气侧三通换成90度弯头将旁路阀与带法兰回流管相连、取样后的乏气通过排气阀14直接外排，乏气不回流到粉管内；

（4）取样方式四：对正压系统和负压系统若环境最低温度高于0℃以上环境，可取消旁路管道，即取消排气侧三通、进气侧三通和旁路阀，并不影响系统取样的可靠性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是旋风筒体结构示意图；

图3是旋风子结构示意图；

图4是取样方式二的结构示意图；

图5是取样方式三的结构示意图；

图6是取样方式四的结构示意图。

附图标号说明: 取样枪管1、进气侧法兰管座2、带法兰进气管3、进气侧三通4、取样阀5、旋风子进气管6、取样瓶7、旋风子8、过滤桶9、旋风子上部连接管10、压缩空气接头11、吹扫阀12、抽气器13、排气阀14、排气侧三通15、带法兰回流管16、排气侧法兰管座17、排气管18、排气管定位螺栓19、取样枪管定位螺栓20、旁路阀21、快装卡扣接头22；

旋风筒上密封盖81、旋风筒入口连接头82、旋风筒体83、旋风筒下锥体84、旋风子下部连接头85、旋风筒切向连接管86。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明，如图1所示，固定式全粒径在线取样装置，取样回路包括取样枪管1、取样侧法兰管座2、带法兰进气管3、进气侧三通4、取样阀5、旋风子进气管6、取样瓶7、旋风子8、过滤桶9、旋风子上部连接管10、快装卡扣接头22。取样枪管1与带法兰进气管3采用套接结构，用定位螺栓20固定，方便拆装；取样枪管1上长条形槽形取样器正对对取样气流安装；带法兰进气管3用螺栓固定在进气侧法兰管座2上，法兰进气管3、进气侧三通4、取样阀5、旋风子进气管6依次采用快装卡箍连接，快装卡扣接头间采用密封垫，法兰中采用法兰密封垫密封。

乏气排气回路包括抽气器13、排气阀14、排气侧三通15、带法兰回流管16、排气侧法兰管座17、排气管18、排气管定位螺栓19、旁路阀21。排气管18与带法兰排回流管16采用套接结构，用排气管定位螺栓19固定，带法兰排回流管16用螺栓固定在排气侧法兰管座17上，带法兰排回流管16、排气侧三通15、排气阀14、抽气器13、旋风子上部连接管10依次采用快装卡箍连接，快装卡扣接头间采用密封垫，法兰中采用法兰密封垫密封。排气管18的前端开口弯曲向上；使排气管18的排气方向与粉管内的气流方向一致；

吹扫管包括压缩空气接头11、吹扫阀12，用快装卡箍将抽气器13、吹扫阀12、压缩空气接头11依次连接，快装卡扣接头间采用密封垫。

所述抽气器13与旋风子8连接；在旋风子8的下端设有取样瓶7；

在带法兰回流管16上及带法兰进气管3上设有压力表，可以用来实时检测气管的气压状况；并根据两个压力差差值判断取样系统工作是否正常。

取样瓶7的瓶身中间设有玻璃观察口，可以实时观察瓶内的颗粒收集状况；

在所述取样枪管1的底端设有槽型取样孔；

旋风子8包括旋风筒体83、旋风筒下锥体84、过滤桶9；过滤桶9设置在旋风筒体83内部，旋风筒下锥体84设置在旋风筒体83下端，在旋风筒下锥体84下端设有旋风子下部连接头85；旋风子下部连接头（85）为螺纹结构或卡扣结构，可以实现取样瓶7的快速安装；

在旋风筒体83的侧面设有旋风筒入口连接头82和旋风筒切向连接管86；在旋风筒体83的上端设有旋风筒上密封盖81；旋风筒切向连接管86弯曲后与旋风筒体83平滑连接；旋风筒切向连接管86的截面曲线与旋风筒体83的截面相切；过滤桶9与旋风子8的旋风筒体83活动连接，过滤桶9在气流的作用下可以自动旋转，实现自动清洁功能，避免粉料堵塞过滤桶。过滤桶9的滤精度为100-450目；

取样枪管1与乏气排气管18材料采用耐磨陶瓷管或铸铁管、不锈钢管，连接方式采用套接结构，分别套接在在带法兰进气管3和带法兰回流管16上，便于拆卸和更换。

本发明的固定式全粒径在线取样装置，工作过程如下：

取样前，对取样回路及乏气排气回路进行吹扫，此时打开吹扫阀12，关闭旁路阀21，压缩空气由压缩空气接头11进入，经抽气器13后分成两路，分别对排气管18、带法兰回流管16和旋风子8、过滤桶9、带法兰进气管3、取样枪管1进行吹扫，使取样回路及乏气回流回路保持畅通，吹扫完成后关闭吹扫阀12；

取样时，由于取样枪管1和排气管18伸入被取样管道内部，取样枪管1的取样口承受的是管内全压，排气管18排气口承受的是管内静压，存在压力差。在压差的作用下，混合气流通过取样枪管1的槽形取样口进入旋风子内，在离心力和过滤的作用收集粉料，过滤后的乏气通过排气管18排出，粉料经过旋风子8及过滤桶9后，落入取样瓶7中，供检测分析使用；为确保全粒径收集粉料，过滤桶的过滤精度为200目以上，确保混合气流中绝大部分约99%的粉料能全部收集，避免了常规取样装置取出的样品代表性差导致检测数据与实际不符的问题。

在取样过程中，若压差表压差增大，表示管道系统内部有堵塞，此时可以开启吹扫阀12进行反吹，保持取样系统畅通；

取样结束后，打开吹扫阀四对系统进行吹扫一次。

在实际应用中，本发明取样系统针对不同的取样环境各部分可灵活组合，形成不同的取样结构，实现不同的取样方式：

（1）取样方式一（如图1所示）：取样系统各部件全部保留，按附图顺序安装，适应于一切正压系统和负压系统的取样，取样后的乏气回流到粉管内；

（2）取样方式二（如图4所示）：若用于正压系统空气较为干燥的环境，可取消排气管18、排气侧法兰管座17、带法兰回流管16、排气侧三通15、进气侧三通4和旁路阀21，取样后的乏气通过排气阀14直接外排，乏气不回流到粉管内；

（3）取样方式三（如图5所示）：若用于正压系统温度比较低、空气湿度较大的环境，可排气侧三通15换成90度弯头将旁路阀21与带法兰回流管16相连、取样后的乏气通过排气阀14直接外排，乏气不回流到粉管内；

（4）取样方式四（如图6所示）：对正压系统和负压系统若环境最低温度高于0℃以上环境，可取消旁路管道，即取消排气侧三通15、进气侧三通4和旁路阀21，并不影响系统取样的可靠性。

本发明可以采用自动控制的方式对各阀门进行控制，从而实现自动采集自动吹扫功能。采用自控控制方式时，所述阀门替换为电动球阀，所述压力表替换为压力变送器，采用主控制柜对各球阀进行控制，控制方式可设计为以下几种方式：

1、一键取样：按下“一键取样”按键，可自动完成“吹扫”、“取样”、再“吹扫”过程，实现随时取样；

2、定时取样：在DCS上或控制柜显示面板上设置定时取样，可按设定时间自动完成“吹扫”、“取样”、再“吹扫”过程，实现定时取样；

3、吹扫：按下“吹扫”按键，可实现对管路进行随时吹扫功能；

4、定时吹扫：在DCS上或控制柜显示面板上设置定时吹扫，可实现对管路进行随时吹扫。

以上是对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.全粒径在线取样装置，其特征在于，包括取样回路和乏气排气回路；

所述取样回路包括取样枪管（1）、带法兰进气管（3）、进气侧三通（4）、取样阀（5）、旋风子（8）、旋风子排气管（10）；

所述乏气排气回路包括排气管（18）、带法兰回流管（16）、排气侧三通（15）、排气阀（14）、抽气器（13）；

所述带法兰进气管（3）的前端通过取样枪管定位螺栓（20）与取样枪管（1）套接在一起，带法兰进气管（3）的末端与旋风子（8）连接，在带法兰进气管（3）和旋风子（8）之间还设有进气侧三通（4）和取样阀（5）；

所述排气管（18）套接在带法兰回流管（16）上，通过排气管定位螺栓（19）定位，带法兰回流管（16）另一端连接有排气侧三通（15）、排气阀（14）、抽气器（13）、吹扫阀（12）和压缩空气接头（11）；

所述进气侧三通（4）和排气侧三通（15）通过旁路阀（21）连接，使带法兰进气管（3）与带法兰回流管（16）可以连通；

所述抽气器（13）与旋风子（8）上部的连接管（10）相连接；

在旋风子（8）的下端设有取样瓶（7）。

2.根据权利要求1所述的全粒径在线取样装置，其特征在于，所述旋风子（8）包括旋风筒体（83）、旋风筒下锥体（84）、过滤桶（9）；

所述过滤桶（9）设置在旋风筒体（83）内部，所述旋风筒下锥体（84）设置在旋风筒体（83）下端，在旋风筒下锥体（84）下端设有旋风子下部连接头（85）；

在旋风筒体（83）的侧面设有旋风筒入口连接头（82）和旋风筒切向连接管（86）；在旋风筒体（83）的上端设有旋风筒上密封盖（81）。

3.根据权利要求2所述的全粒径在线取样装置，其特征在于，所述旋风筒切向连接管（86）弯曲后与旋风筒体（83）平滑连接；所述旋风筒切向连接管（86）的截面曲线与旋风筒体（83）的截面相切。

4.根据权利要求3所述的全粒径在线取样装置，其特征在于，所述旋风子下部连接头（85）为螺纹结构或卡扣结构，用于取样瓶（7）的快速安装。

5.根据权利要求2-4任一项所述的全粒径在线取样装置，其特征在于，所述过滤桶（9）与旋风子（8）的旋风筒体（83）活动连接，过滤桶（9）在气流的作用下可以自动旋转，实现自动清洁功能，避免粉料堵塞过滤桶。

6.根据权利要求2-4任一项所述的全粒径在线取样装置，其特征在于，在带法兰进气管（3）上设置有压力管座，通过压力管座安装压力表，可以用来实时检测带法兰进气管（3）的内部气压。

7.根据权利要求2-4任一项所述的全粒径在线取样装置，其特征在于，在带法兰回流管（16）上设置压力管座，通过压力管座安装压力表，可以用来实时检测粉管内部的静压。

8.根据权利要求2-4任一项所述的全粒径在线取样装置，其特征在于，所述排气管（18）的前端开口弯曲90度；安装时使排气管（18）的排气方向与粉管内的气流方向一致。

9.根据权利要求2-4任一项所述的全粒径在线取样装置，其特征在于，所述排气管（18）的前端开口为斜开口；使排气管（18）的排气方向与粉管内的气流方向一致。

10.根据权利要求2-4任一项所述的全粒径在线取样装置，其特征在于，在所述取样枪管（1）上设有长条形槽型取样孔，也可开设2-8个直径为5-12mm的圆形取样孔；取样孔正对着管内气体流动方向安装。