CN108562462A - 一种用于高温烟气中提取烟尘的取样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于高温烟气中提取烟尘的取样装置，包括收集部件、过滤部件、支撑部件以及水幕组件。应用本发明的技术方案，效果是：整体结构精简；通过水幕组件中的限流曲面与导流面对水流进行引导，且限流曲面与导流面之间的最小截面位置随水流速度条件变化，水流通过限流曲面与导流面之间的间隙流动时，能保证出口水流呈向下流动状态，沿圆周形成均匀水幕，当烟气流经水幕时，烟气中携带的烟尘都会被水幕捕捉，有利于烟尘的收集；高温烟气中携带烟尘被水幕捕捉后随水幕落入收集部件中被水淬冷却，可以阻止烟尘进一步发生化学反应，从而保留烟尘的原始物相组成；通过过滤部件的设计，能够有效分离水和烟尘样品，便于烟尘试样的提取。
Description
技术领域
本发明涉及机械设备技术领域，具体涉及一种用于高温烟气中提取烟尘的取样装置。
背景技术
为了对高温冶金炉中的反应状况及反应机理进行研究，需要从高温冶金炉中提取烟尘试样，进而对烟尘试样的粒度、组成等进行检测分析；此外，为防止烟尘在取样过程中由于暴露在空气中而发生氧化，还要求对烟尘进行急速冷却以保证尘样化学成分的原始特征。但是入炉物料在高温冶金炉内进行着剧烈的反应，使炉中的温度达到1250℃以上，且大部分高温冶金炉中烟气流速大、烟尘密度低、易粘结，给烟尘的提取带来了很大的困难。
现有的高温冶金炉中的烟尘提取装置如下：申请号为200620040613.9的发明专利公开了一种生产用高温冶金炉固体试样离线取样装置。一种高温冶金炉固体试样取样装置,包括取样管、取样管支撑架、驱动装置，驱动装置包括驱动电机、油泵、油箱、主液压马达、液压控制阀组、电气控制柜、链条、导向链轮，驱动电机、油泵、油箱、主液压马达安装在底盘上，由若干钢梁联结而成的机架固定在底盘上；机架前端与取样管相联接；底盘上装有若干滑轮，主液压马达驱动齿轮旋转，经悬挂于齿轮的链条带动取样装置在工作平台地面的轨道上行走，同时也带动取样管向前插入炉子内和取样管拔出。该种装置结构复杂，成本高，操作不便。申请号为201610222380.2的发明专利申请公开了一种烟尘和烟气取样装置，包括取样内管、冷却中管和冷却外管，冷却外管及冷却中管在取样内管外围成密封的双层管状套筒式结构，取样内管贯穿冷却中管，冷却外管嵌套在冷却中管外面。此种装置能够适用于烟气取样，但是用于烟尘或烟灰取样时，由于冷却效率低，不能使烟灰或烟尘急剧冷却，从而可能导致烟灰或烟尘试样会在熔融状态下发生反应，不利于保持烟灰或烟尘的原有物相，导致后续的检测分析结果失真，失去其价值，且其提取的烟灰量或烟尘量较少，不便于烟灰或烟尘的分析。
除此之外，还有其他结构的取样装置，要么结构复杂成本高且不便于使用，要么不适用于对高温冶金炉中的含尘烟气进行取样。
因此，设计一种结构精简、方便使用且能够满足在高温冶金炉中对含尘烟气进行取样的取样装置具有重要意义。
发明内容
本发明目的在于提供一种结构精简、方便使用且能够满足在高温冶金炉中对含尘烟气进行取样的取样装置，具体技术方案如下：
一种用于高温烟气中提取烟尘的取样装置，包括收集部件、过滤部件、支撑部件以及水幕组件；
所述支撑部件的上端用于手持或电动设备夹持，其下端可拆卸式连接所述收集部件；所述水幕组件设置在所述支撑部件上且位于所述收集部件的正上方；所述收集部件用于收集经过所述水幕组件得到的水和烟尘的混合液；
所述过滤部件可拆卸式设置在所述支撑部件上，且所述过滤部件设置在所述收集部件的内部，所述过滤部件用于将烟尘和水进行分离获得烟尘样品；
所述水幕组件包括限流面板和导流面板，所述限流面板的限流曲面和所述导流面板的导流面形成沿水流方向两端宽中间窄的渐变水流通道，流经所述渐变水流通道的水流形成用于收集烟尘的水幕。
以上技术方案中优选的，所述支撑部件为支撑圆杆，所述支撑圆杆的上端设有用于手持或电动设备夹持的圆形或方形的柄部，所述支撑圆杆的下端为带有第一外螺纹和第一内螺纹的中空结构。
以上技术方案中优选的，所述收集部件包括收集桶以及圆柱杆，所述收集桶和所述圆柱杆同中心轴线设置，且所述圆柱杆的下端与所述收集桶固定连接，所述圆柱杆的上端外壁上设有与所述第一内螺纹相匹配的第二外螺纹。
以上技术方案中优选的，所述过滤部件为带有中心通孔的筛网，所述中心通孔套设在所述支撑圆杆的下端且其内壁上设有与所述第一外螺纹相匹配的第二内螺纹，所述第一外螺纹的高度为所述收集桶的高度的0.5-1.5倍；所述筛网为不锈钢材质的金属网，其目数为200-300目。
以上技术方案中优选的，所述水幕组件还包括套管，所述套管套设在所述支撑圆杆上，且所述套管和所述支撑圆杆之间形成水流导向通道；所述限流面板的限流曲面的上端与所述支撑圆杆的外壁密封连接，所述导流面板的导流面的上端与所述套管的下端密封连接；所述水幕的直径为所述收集桶的内径的0.3-0.8倍；所述套管的内径比所述支撑圆杆的外径大5-10mm。
以上技术方案中优选的，所述导流板的导流面与所述套管的内壁之间形成的夹角为20°-60°；所述限流面板和所述导流面板均为不锈钢板，其厚度均为1-3mm。
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
(1)本发明的用于高温烟气中提取烟尘的取样装置包括收集部件、过滤部件、支撑部件以及水幕组件，整体结构精简，制作成本低，便于使用；本发明的取样装置通过冷却水始终在取样装置内流动，对取样装置进行冷却，使取样装置不会在冶金炉中高温的环境下发生形变；本发明中通过水幕组件中的限流面板和导流面板对水流的引导，使水流从渐变水流通道沿圆周流出均匀的水幕，增大了水幕与烟气的接触面积，当水幕四周的烟气流经水幕时，烟气中携带的烟尘都会被水幕捕捉，有利于收集到更多的烟尘；限流面板的限流曲面和所述导流面板的导流面形成沿水流方向两端宽中间窄的渐变水流通道，确保最后形成的水幕呈向下流动状态，沿圆周形成均匀水幕，且水流不会溅射到收集部件(具体是收集圆桶)之外，确保取样过程的安全性；本发明中高温烟气中携带烟尘被水幕捕捉后随水幕落入收集部件中被水淬冷却，可有效阻止烟尘进一步发生化学反应，保持了烟尘的原始物相组成，便于后续的检测分析研究；本发明中过滤部件的设计，能够有效分离水和烟尘样品，便于烟尘试样的提取；本发明中支撑部件和收集部件之间以及过滤部件与支撑部件之间等均采用可拆卸式连接方式，便于各部件的拆装和更换，满足不同的需求。
(2)本发明中支撑部件为支撑圆杆，起支撑和连接作用，便于制作；支撑圆杆的上端设有圆形或方形的柄部，便于手持或电动设备夹持(即可用电动葫芦或人工控制取样装置的升降)，操作方便；支撑圆杆的下端为带有第一外螺纹和第一内螺纹的中空结构，便于与收集部件和过滤部件可拆卸式连接。
(3)本发明中收集部件包括收集桶以及圆柱杆，所述收集桶和所述圆柱杆同中心轴线设置，结构精简，便于水幕式收集水和烟尘的混合液，还能便于收集部件和支撑杆的连接。
(4)本发明中过滤部件为带有中心通孔的筛网，部件容易获得，且通过第一外螺纹和第二内螺纹的组合使得所述筛网能沿所述支撑圆杆的高度方向进行位置调节，从而能够确保分离收集部件中的水和烟尘样品。
(5)本发明中水幕组件还包括套管，所述套管套设在所述支撑圆杆上，且所述套管和所述支撑圆杆之间形成水流导向通道，限流面板的限流曲面的上端与所述支撑圆杆的外壁密封连接，所述导流面板的导流面的上端与所述套管的下端密封连接，确保限流面与导流面之间的最小截面位置随水流速度条件变化而变化，对水流要求低，适用性强；且套管和导流面板的组合能根据水流大小改变水幕的厚度和/或直径，从而改变水幕和烟尘的接触面积，从而调整烟尘的捕获量，满足不同烟尘种类或烟尘捕获量的需求。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是实施例1中用于高温烟气中提取烟尘的取样装置的整体结构示意图；
图2是图1中过滤部件的俯视图；
图3是图1中收集部件的结构示意图；
图4是图1中的局部放大图；
其中，1、收集部件，1.1、收集桶，1.2、圆柱杆，2、过滤部件，2.1、中心通孔，2.2、筛网，3、支撑部件，3.1、柄部，4、水幕组件，4.1、限流面板，4.2、导流面板，4.3、套管，A、限流曲面，B、导流面，C、渐变水流通道，D、水流导向通道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1：
参见图1-图3(图1中箭头方向为水流方向)，一种用于高温烟气中提取烟尘的取样装置，包括收集部件1、过滤部件2、支撑部件3以及水幕组件4，具体结构如下：
所述支撑部件3的上端用于手持或电动设备夹持，其下端可拆卸式连接所述收集部件1，优选：所述支撑部件3为支撑圆杆，所述支撑圆杆的上端设有用于手持或电动设备夹持的圆形或方形的柄部3.1，所述支撑圆杆的下端为带有第一外螺纹和第一内螺纹的中空结构。
所述收集部件1用于收集经过所述水幕组件4得到的水和烟尘的混合液，优选：所述收集部件1包括收集桶1.1以及圆柱杆1.2，详见图3，所述收集桶和所述圆柱杆同中心轴线设置，且所述圆柱杆的下端与所述收集桶固定连接，所述圆柱杆的上端外壁上设有与所述第一内螺纹相匹配的第二外螺纹。
所述过滤部件2可拆卸式设置在所述支撑部件3上，且所述过滤部件2设置在所述收集部件1的内部，用于将烟尘和水进行分离获得烟尘样品，优选：所述过滤部件2为带有中心通孔2.1的筛网2.2，详见图2，所述中心通孔2.1套设在所述支撑圆杆的下端且其内壁上设有与所述第一外螺纹相匹配的第二内螺纹，所述第一外螺纹的高度为所述收集桶的高度的0.5-1.5倍；所述筛网为不锈钢材质的金属网，其目数为200-300目。
所述水幕组件4设置在所述支撑部件3上且位于所述收集部件1的正上方；所述水幕组件4包括限流面板4.1、导流面板4.2以及套管4.3，详见图1，所述套管套设在所述支撑圆杆上，且所述套管和所述支撑圆杆之间形成水流导向通道D；所述限流面板4.1的限流曲面A的上端与所述支撑圆杆的外壁密封连接，所述导流面板4.2的导流面B的上端与所述套管4.3的下端密封连接；所述限流面板的限流曲面A和所述导流面板的导流面B形成沿水流方向两端宽中间窄的渐变水流通道C，流经所述渐变水流通道的水流形成用于收集烟尘的水幕。所述水幕的直径为所述收集桶的内径的0.3-0.8倍；所述套管4.2的内径比所述支撑圆杆的外径大5-10mm。优选的：所述导流板的导流面与所述套管的内壁之间形成的夹角为20°-60°；所述限流面板和所述导流面板均为不锈钢板，其厚度均为1-3mm。
参见图4(箭头方向为水流方向)，虚线示意的导流面板为上移d后的位置。导流面板和限流面板的结构可根据实际情况设计，此处列举一种：
根据限流曲面的曲线函数及导流面的直线函数推导出水流量与水流流经最小出口截面位置时水幕的厚度以及水幕速度之间的关系式，坐标系如图4所示，其中各线的函数分别为：
导流面板中的导流面的直线函数为：y＝-kx+b0，其中k为直线的斜率，其值由导流面与套管的内壁之间的夹角决定，例如当导流面与套管的内壁成45°夹角时k为1，且该直线函数中如将套管移动距离d(向上移动时d>0，向下移动时d<0)时,则用b1＝b0+d代替初始的b0进行计算。
限流曲面的曲线函数为：y＝-0.01x2+c0，其中c0为初始时限流曲面最高点在y轴上的位置，由数学计算可知c0≤b0-25。
由数学计算可知，无论b0、c0为何值，限流曲线上水流最小截面处的坐标恒为(50k，c0-25k2)。水流最小截面处限流曲线与导流直线之间的距离水流最小截面的面积根据入水口的流量计可知水流的流量为Q，通过可控制水流的流速V，同时通过确定的b0、c0可确定水幕厚度h。
水流流经渐变水流通道时，先经历渐缩的过程，到达水流最小截面处后，又经历渐扩的过程，从而使水流在到达出口位置时径向分量约为0(图1中示意了水流径向分量为0的最佳状态)，沿着限流曲面下端流下至收集圆桶中。
应用本实施例的技术方案，具体是：通过支撑部件的柄部控制取样装置进入高温冶金炉中；水流进入套管和支撑圆杆之间形成的水流导向通道进入取样装置(可与外界水源连接实现连续进水)；经限流面板的限流曲面和所述导流面板的导流面形成沿水流方向两端宽中间窄的渐变水流通道后，沿圆周形成均匀水幕；水幕在重力作用下携带捕捉的烟尘进入收集桶中，被水淬冷却，使烟尘试样保持原物相，便于后续的检测与分析；取样后，通过支撑部件的柄部将取样装置从炉内取出，将筛网沿支撑圆杆向上移动，从收集桶中的水中移出，使水与烟尘样品进行分离，进而提取烟尘试样，也可以保持筛网不动，将收集桶从支撑圆杆上拆除，使收集桶中的水与筛网上的烟尘试样分离；当收集时筛网不能将水和烟尘分离时，可拆除筛网或收集桶，结合其他规格的筛网实现水和烟尘的分离。
应用本发明的技术方案，效果是：整体结构精简，制作成本低，便于使用；本发明的取样装置通过冷却水始终在取样装置内流动，对取样装置进行冷却，使取样装置不会在冶金炉内高温的环境下发生形变；本发明中通过水幕组件中的限流面板和导流面板对水流的引导，使水流从渐变水流通道沿圆周流出均匀的水幕，增大了水幕与烟气的接触面积，当水幕四周的烟气流经水幕时，烟气中携带的烟尘都会被水幕捕捉，有利于收集到更多的烟尘，此外水幕组件中：导流面板连同套管可上下移动，可用于改变水幕的厚度和/或直径，从而改变水幕和烟尘的接触面积，从而调整烟尘的捕获量，满足不同烟尘种类或烟尘捕获量的需求；本发明中高温烟气中携带烟尘被水幕捕捉后随水幕落入收集部件中被水淬冷却，使烟尘不会进一步发生化学反应，保持了烟尘的物相组成，便于后续的检测分析研究；本发明中通过过滤部件的设计，能够有效分离水和烟尘样品，便于烟尘试样的提取；本发明中支撑部件和收集部件之间以及过滤部件与支撑部件之间等均采用可拆卸式连接方式，便于各部件的拆装和更换，满足不同的需求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于高温烟气中提取烟尘的取样装置，其特征在于，包括收集部件(1)、过滤部件(2)、支撑部件(3)以及水幕组件(4)；
所述支撑部件(3)的上端用于手持或电动设备夹持，其下端可拆卸式连接所述收集部件(1)；所述水幕组件(4)设置在所述支撑部件(3)上且位于所述收集部件(1)的正上方；所述收集部件(1)用于收集经过所述水幕组件(4)得到的水和烟尘的混合液；
所述过滤部件(2)可拆卸式设置在所述支撑部件(3)上，且所述过滤部件(2)设置在所述收集部件(1)的内部，所述过滤部件(2)用于将烟尘和水进行分离获得烟尘样品；
所述水幕组件(4)包括限流面板(4.1)和导流面板(4.2)，所述限流面板的限流曲面(A)和所述导流面板的导流面(B)形成沿水流方向两端宽中间窄的渐变水流通道(C)，流经所述渐变水流通道的水流形成用于收集烟尘的水幕。
2.根据权利要求1所述的用于高温烟气中提取烟尘的取样装置，其特征在于，所述支撑部件(3)为支撑圆杆，所述支撑圆杆的上端设有用于手持或电动设备夹持的圆形或方形的柄部(3.1)，所述支撑圆杆的下端为带有第一外螺纹和第一内螺纹的中空结构。
3.根据权利要求2所述的用于高温烟气中提取烟尘的取样装置，其特征在于，所述收集部件(1)包括收集桶(1.1)以及圆柱杆(1.2)，所述收集桶和所述圆柱杆同中心轴线设置，且所述圆柱杆的下端与所述收集桶固定连接，所述圆柱杆的上端外壁上设有与所述第一内螺纹相匹配的第二外螺纹。
4.根据权利要求2-3任意一项所述的用于高温烟气中提取烟尘的取样装置，其特征在于，所述过滤部件(2)为带有中心通孔(2.1)的筛网(2.2)，所述中心通孔(2.1)套设在所述支撑圆杆的下端且其内壁上设有与所述第一外螺纹相匹配的第二内螺纹，所述第一外螺纹的高度为所述收集桶的高度的0.5-1.5倍；所述筛网为不锈钢材质的金属网，其目数为200-300目。
5.根据权利要求4所述的用于高温烟气中提取烟尘的取样装置，其特征在于，所述水幕组件(4)还包括套管(4.3)，所述套管套设在所述支撑圆杆上，且所述套管和所述支撑圆杆之间形成水流导向通道(D)；所述限流面板(4.1)的限流曲面的上端与所述支撑圆杆的外壁密封连接，所述导流面板(4.2)的导流面的上端与所述套管(4.3)的下端密封连接；所述水幕的直径为所述收集桶的内径的0.3-0.8倍；所述套管的内径比所述支撑圆杆的外径大5-10mm。
6.根据权利要求5所述的用于高温烟气中提取烟尘的取样装置，其特征在于，所述导流板的导流面与所述套管的内壁之间形成的夹角为20°-60°；所述限流面板和所述导流面板均为不锈钢板，其厚度均为1-3mm。
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