CN110431396A - 用于气体分析系统的枪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体取样枪，该气体取样枪有：用于取样气体的气体取样管，其中，气体取样管分成枪管和连接管，该连接管使得枪管与气体洗涤器连接；第一刮刀，用于清洁枪管内部；以及第二刮刀，用于清洁连接管内部。

Description

用于气体分析系统的枪

技术领域

本发明涉及一种用于气体分析系统的枪以及一种设置有这种枪的气体洗涤器装置。

背景技术

在很多工业过程中，知道在该过程中的气体成分以及可能在气体成分中发生的任何变化将非常重要。通常，这些气体必须从炎热、腐蚀性和包含尘的环境中取样，这不仅要求气体取样枪能够承受高温和腐蚀性环境，还需要在枪由于与气体一起运送的灰尘而堵塞之前频繁地清洗该枪。

在钢铁的生产中，多种气体(例如CO、CO2、O2、H2和H2O)与大量粉尘(该粉尘包括炉渣和铁氧化物)一起在该过程中产生。这些气体的温度范围可以从几百度直到2000℃。这些气体的产生和这些气体的存在量给出了用于控制该过程的重要信息。

用于这些测量的气体分析系统和气体枪设置有枪管，该枪管凸出至必须从中进行气体取样的空间内，例如冶金容器和/或这种容器的废气导管。冶金容器可以是高炉容器、熔炼容器例如Hlsarna熔炼容器(在EP2794931中公开)或者转化器容器。由于高温和通常腐蚀性的环境，枪管通常由能够承受高温的耐腐蚀金属合金来制成。这种枪管还可以设置有冷却系统，以便使得枪管的温度保持低于特定的最高温度。

由气体将灰尘和其它颗粒夹带至枪管中使得需要频繁地清洁枪管或更换枪管。这意味着必须频繁地中断处理气体的取样或者必须提供双倍系统。双倍气体取样系统或至少具有两个气体取样枪的系统(具有用于从第一气体取样枪转换成第二气体取样枪的所需装置)造成了进一步的成本。除了气体取样枪的进一步成本之外，还需要额外的空间和通过容器或废气导管的壁的通道，这进一步增加了这种双倍气体取样系统的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种气体取样枪，该气体取样枪有从枪管内部除去由气体夹带的灰尘和其它颗粒的装置。

本发明的另一目的是提供用于从与枪管连接的连接管内部除去由气体夹带的灰尘和其它颗粒的装置。

本发明的另一目的是提供一种气体取样装置，该气体取样装置能够连续或半连续地取得气体试样。

本发明的另一目的是提供一种气体取样枪，其中，除去由气体夹带的灰尘和其它颗粒的装置能够很容易地更换。

本发明的还一目的是提供一种气体取样枪，该气体取样枪能够很容易和低成本地制造。

本发明涉及如权利要求1-15所述的气体取样枪和如权利要求16所述的气体洗涤器。

本发明的一个或多个目的通过提供一种气体取样枪来实现，该气体取样枪有：用于取样气体的气体取样管，其中，气体取样管分成枪管和连接管，该连接管使得枪管与气体洗涤器连接；第一刮刀，用于清洁枪管内部；以及第二刮刀，用于清洁连接管内部。

气体取样枪的气体取样管是枪的部件，该部件局部引入连接到冶金容器中或与冶金容器连接的导管中，并由能够承受高温的合金来制成。气体取样枪用于气体分析器装置，且取样的气体应当进行清洁和冷却至足够低的温度，以便能够通过合成管而将气体输送至气体分析器。

更多情况下，取样的气体携带相当大量的灰尘和更大颗粒，这些灰尘和颗粒将进入气体取样管和至少部分粘附在气体取样管的内壁上。为了防止气体取样管堵塞，应当不时地进行清洁或更换。为了能够清洁气体取样管的整个长度，气体取样管应当可在管的整个长度上触及。气体取样管与气体洗涤器连接，该气体洗涤器可以包括：雾腔室，用于通过雾的较大表面面积来捕获灰尘；以及气体清洁腔室，其中，污染的水雾与取样气体分离。为了能够用刮刀清洁气体取样管，枪管应当制成为可由这种刮刀触及。根据第一方面，气体取样管设置有枪管和连接管，枪管和连接管设置为彼此成一定角度，这使得枪管和连接管可分别由刮刀触及。这样，从枪管的、凸出至容器内或容器的导管内的端部至连接管与气体洗涤器的连接处的整个管轨迹能够进行清洁而除去粘附在这些管内部的灰尘。

还提供为使得第一和/或第二刮刀包括具有活塞的缸、活塞杆和附接在该活塞杆的刮刀元件，其中，相应刮刀安装成分别与枪管和连接管对齐。这样的刮刀能够很容易地控制，并能够以合适的速度操作刮刀通过枪管和连接管。通常，第一和第二刮刀气动操作，但是也能够液压操作缸。

代替刮刀的气动或液压操作，它们也能够电操作。根据还一方面，设置成第一和/或第二刮刀各自包括：电马达，该电马达驱动在壳体中引导的心轴；和/或线性马达，该线性马达驱动在壳体中引导的杆，其中，刮刀元件附接在心轴或杆上，且相应刮刀安装成分别与枪管和连接管对齐。壳体(心轴或杆在该壳体中引导)在枪管侧或连接管侧设置有用于液体和气体的紧密密封件。

还设置成使得操作刮刀的力能够变化。更特别是，设置成对于清洁冲程和退回冲程，使得刮刀运动通过枪管或连接管的力不同。由于刮刀的长度，当施加过大力时，有刮刀杆或心轴弯曲或扭结的风险。当刮刀元件由于大量粘附的灰尘和较大颗粒而卡在枪管或连接管中时，可能发生这种情况。因此，通常设置成使得清洁冲程的力小于返回冲程的力，由此防止刮刀杆或心轴在它卡住时弯曲或扭结，但是有足够的力来使得刮刀杆或心轴退回至它的开始位置。

不同的速度也可以用于枪管和连接管，其中粘附在管内部的灰尘量能够是刮刀元件行进速度的决定因素。每单位时间粘附在管内部的灰尘量也能够作为进行清洁操作的频率的决定因素。这可能意味着枪管比连接管更频繁地进行清洁。

根据还一方面，监测刮刀运动通过枪管或连接管的速度。速度降低表明每单位时间粘附的灰尘和较大颗粒的量增加。作为对策，改变枪管或连接管的清洁频率，以使得刮刀的速度回到预定范围内。当速度增加时，频率可以降低。

枪管和连接管能够彼此相对定位成使得管彼此直接相邻和只通过较短通道来连接，从而能够没有相应管的交叠。这种结构使得刮刀元件和活塞杆能够进行操作，且没有运动的刮刀进入其它刮刀的行进通路中的危险。不过，，即使在枪管和连接管之间的尽可能最短通道也可能使得灰尘堵塞在该通道中，这将至少局部阻塞取样气体的通流。

通过枪管和连接管定位成使得枪管和连接管的心线(heart line)交叉的结构，枪管和连接管(也就是气体取样管的整个长度)都可以由相应的刮刀清洁。

为了有用于刮刀元件的自由行进通路和覆盖相应管的整个长度，设置成使得刮刀的冲程长度从在枪管和连接管连接的一侧的起点延伸至在枪管或连接管的端部处或附近的端点，该端部在枪管和连接管连接处的相对侧。

根据还一方面，刮刀元件是陶瓷或青铜刮刀元件。适用于刮刀元件的其它材料是钨、镍合金和其它铜合金。

这些刮刀元件安装成在活塞杆的外端上的刮刀尖端。活塞杆的外端用于接收这种刮刀尖端。刮刀元件形成于枪管或连接管的内部，该枪管或连接管在大多数情况下意味着具有圆形横截面的圆柱形元件。根据取样气体的温度和/或相应管的温度，将选择特定材料。因为用于枪管的刮刀元件的外端可以与在冶金容器内或连接该容器的导管内的热气体直接接触，所以用于该刮刀的可靠选择将是陶瓷材料的元件。

当连接管中的试样气体的温度也有这种需要时，用于连接管的刮刀元件也由陶瓷材料制成。当温度低到足以能够使用其它材料来用于刮刀时，合适的材料可以是青铜。

刮刀元件的直径通常小于枪管和连接管的内径，以便考虑与管和/或刮刀元件的膨胀相关的任何温度。这可能意味着在刮刀元件运动通过管之后，一些灰尘残余物可能残留在管中，但这并不重要，因为目的只是始终保持管打开。

因为活塞杆和刮刀元件周期性地运动通过相对高温的环境，因此活塞杆和刮刀元件的温度也将在操作过程中增加。这特别对于活塞杆是问题，因为活塞杆将至少局部进入和离开缸，从而通过缸密封件。由于缸密封件在大多数情况下是柔性材料，该柔性材料不能长时间承受高温，因此活塞杆的温度应当控制成使得该温度将保持低于特定的预定最高温度。为此，提供用于冷却介质的至少一个进口，其中，冷却介质用于冷却至少一个刮刀的活塞杆和/或刮刀元件。

根据另一方面，枪管、连接管、第一刮刀的缸或壳体以及第二刮刀的缸或壳体通过连接部件来连接。该连接部件或连接块能够使用用于气体取样枪的单独部件，还能够很容易地装配和更换所述部件。

连接部件的使用还能够在该连接部件中提供用于冷却介质的至少一个进口。该进口还设置有合适的连接件，以便使得进口与冷却介质供给源连接，与例如冷却介质的增压供给源连接。

合适的实施例提供为使得用于冷却介质的至少一个进口与提供在连接部件中的凹口连接，且该凹口包围一个活塞杆的至少一部分，该部分在枪管和连接管连接的位置以及缸与活塞杆相连的位置之间。包围活塞杆的、在缸外部的部分的凹口能够使冷却介质抵靠在凹口中的活塞杆部分的所有侧面上。

根据还一方面，凹口设置有排出口，其中，该排出口在枪管和连接管连接的位置的下游处与连接管连接。为了有效冷却活塞杆和/或刮刀元件，冷却介质应当连续或半连续地更换。由于需要冷却介质的特定流速，为此必须提供特定的供给源以及用于供给冷却介质的出口。排出口将并不与外部环境直接连接，因为这可能导致外部空气或气体进入气体取样枪，从而导致不可靠的气体分析。

结果是，供给冷却介质以便冷却至少一个刮刀的活塞杆和/或刮刀元件的合适方式是将冷却介质供给为雾。优点是获得有效的冷却，而所需的冷却介质的量远小于当冷却介质作为液体供给时的量。有效的冷却介质是供给为雾的水。

第一和/或第二刮刀的缸是气体驱动缸。通常，第一和/或第二刮刀的缸是氮气或惰性气体驱动的缸。通过使用这种气体来驱动缸，将不会在气缸泄漏的情况下干扰气体分析。

气体取样枪与气体洗涤器连接，该气体洗涤器设置有雾腔室和气体清洁腔室，其中，枪的连接管与雾腔室连接，该雾腔室与气体清洁腔室连接。

附图说明

下面将通过附图中所示的示例来进一步解释本发明，附图中：

图1表示了气体取样枪和附接在其上的雾腔室的剖视图以及连接部件的放大图；

图2表示了气体清洁腔室；以及

图3表示了与清洁腔室连接的排出系统。

具体实施方式

在图1中表示了气体取样枪1，该气体取样枪1有枪管2、连接管3、连接块4、第一和第二缸5、6(分别有第一和第二刮刀7、8)以及雾腔室9。

枪管2在外侧设置有冷却夹套10，该冷却夹套10有用于冷却介质的进口11和出口(图中未示出)，该冷却介质用于枪管2。冷却夹套10需要对于枪管的、进入容器或导管的部分提供充分的枪管2冷却，但通常也对在容器或导管外部的下游部分提供充分冷却，因为取样气体的温度在枪管2内并不显著下降。

枪管2与连接部件4连接，使得它能够例如通过将枪管2螺栓连接到连接块4上而很容易地更换。

枪管2和连接管3通过设置在连接块4中的槽道来连接，该槽道与枪管和连接管对齐。这些槽道与枪管2和连接管3一起形成气体取样管。

连接块中的槽道延伸超过枪管2和连接管3通过该连接块4而与连接块4的外侧面连接的点。这些延伸的槽道形成用于第一和第二刮刀7、8的相应进入点。第一和第二刮刀7、8的第一和第二缸5、6通过螺栓等安装在连接块上，使得这些缸和/或缸的部件能够在需要时很容易地更换。

第一和第二刮刀7、8包括活塞12、13、与相应活塞12、13连接的活塞杆14、15以及在各活塞杆14、15端部的刮刀尖端16、17。连接块4中的延伸槽道在它们的相应外端处变宽，以便形成凹口18、19。在刮刀7、8的最大退回位置中，刮刀尖端16、17至少局部在相应凹口18、19中。

凹口18、19各自设置有进口20、21，该进口20、21与冷却介质供给源例如雾化水连接。使用喷射为雾的液体介质提供了充分的冷却，而冷却介质的总体积能够保持在最小。这很重要，因为使用的冷却介质通过与气体取样枪1连接的洗涤器来排出，该气体取样枪1只能够处理一定最大体积的液体介质。

凹口18设置有排出槽道22，该排出槽道22使得凹口与连接管3连接。类似的排出口可以提供为用于另外凹口19，不过在所示实施例中由于刮刀8和连接管3的竖直或大致竖直位置以及连接管3与枪管2相比的较小长度而并不需要。用于凹口19的冷却介质沿向下方向直接沿刮刀尖端17流入连接管2中，或者间接地通过首先流入枪管3中再流入连接管2中。刮刀尖端16、17的直径小于相应管的直径，以便防止刮刀16、17由于刮刀和/或管的热膨胀而卡在管中。这提供了足够的间隙，以便使得冷却介质通过连接管2而从凹口19排出。

在雾腔室9中，取样气体通过供给至冷却腔室9的冷却介质来冷却。还在冷却腔室中，通常使用雾化液体来冷却取样气体。雾腔室设置有进口23，以便将冷却介质的雾供给至腔室中的取样气体内。在雾腔室9的下端处设置有格栅24，以便防止堆积物落入雾腔室的出口25中和引起洗涤器系统的堵塞。

雾腔室9通过出口25而与气体清洁腔室27的进口26连接。在图2中，气体清洁腔室至少局部填充有玻璃珠，并设置有用于清洁液(水能够用于该清洁液)的进口28以及用于冷却和清洁的取样气体的出口29。在出口29中设置有浮子30，该浮子30在太多冷却和/或清洁液体进入气体清洁腔室27的情况下关闭气体出口29。这样，防止任何液体进入具有气体分析设备的下游系统中。

水喷射在玻璃珠和玻璃珠之间的取样气体上，且水与收集的灰尘一起通过出口27、排出管32而离开气体清洁腔室27，并收集在容器33中。因为取样气体通过施加低于大气压力的压力来驱动，因此排出管32为足够长，以便防止液体通过更高的大气压力而压回至气体清洁腔室27中。

在操作中，由于系统中的压力，气体吸入气体取样管中，该压力通过抽吸泵而保持低于大气压力和低于在容器或导管中的压力，气体将从该容器或导管中取样。灰尘与取样气体一起带入气体取样管中，该灰尘将粘附在气体取样管的壁上。为了防止堵塞，粘附在壁上的灰尘通过操作刮刀而周期性地除去。大部分灰尘将粘附在枪管2的壁上。为了除去灰尘，刮刀7从开始位置运动枪管2的长度至枪管的端部，从而将大部分灰尘推回至容器或导管中。当刮刀退回至它的开始位置时，一部分灰尘可能残留在壁上，一部分灰尘可能沿另一方向推动。部分灰尘可能进入连接管和/或凹口18中。最后处于连接管2中的灰尘再通过第二刮刀8来除去，该第二刮刀8从它的开始位置运动至连接管2的端部，然后再返回。进入凹口的部分灰尘通过用于冷却刮刀尖端和活塞杆的液体雾来除去，并将进入气体冷却腔室9中。

刮刀通常连续地使用，首先是第一刮刀7，然后是第二刮刀8。刮刀能够通过气体驱动缸而相对快速地来回运动，从而几乎不会干扰取样气体的流动。通过使得活塞以特定速度和特定时间间隔运动，刮刀尖端和活塞杆由于热环境和热气体而引起的温度升高能够保持在最小。

在刮削操作过程中，与导管或容器的其它开口连接将暂时阻塞，但是雾腔室和清洁腔室中存在的气体体积将提供足够大的气体缓冲器，以便将气体连续地吸入气体分析器。

Claims (16)

1.一种气体取样枪，所述气体取样枪具有：用于取样气体的气体取样管，其中，气体取样管分成枪管和连接管，所述连接管使得枪管与气体洗涤器连接；第一刮刀，用于清洁枪管内部；以及第二刮刀，用于清洁连接管内部。

2.根据权利要求1所述的气体取样枪，其中：第一刮刀和/或第二刮刀包括具有活塞的缸、活塞杆和附接在活塞杆上的刮刀元件，相应的刮刀安装成分别与枪管和连接管对齐。

3.根据权利要求1所述的气体取样枪，其中：第一刮刀和/或第二刮刀包括驱动在壳体中被引导的心轴的电马达和/或驱动在壳体中被引导的杆的线性马达，刮刀元件附接在心轴或杆上，相应的刮刀安装成分别与枪管和连接管对齐。

4.根据前述任意一项权利要求所述的气体取样枪，其中：枪管和连接管定位成使得枪管的心线和连接管的心线交叉。

5.根据前述任意一项权利要求所述的气体取样枪，其中：刮刀的冲程长度从在枪管和连接管连接的一侧的起点延伸至在枪管和连接管连接的相反侧的、在枪管或连接管的端部处或附近的端点。

6.根据前述任意一项权利要求所述的气体取样枪，其中：刮刀元件是陶瓷或青铜刮刀元件。

7.根据前述任意一项权利要求所述的气体取样枪，其中：所述气体取样枪设置有用于冷却介质的至少一个进口，至少一个刮刀的活塞杆和/或刮刀元件利用所述冷却介质来冷却。

8.根据权利要求2-7中任意一项所述的气体取样枪，其中：枪管、连接管、第一刮刀的缸或壳体以及第二刮刀的缸或壳体通过连接部件来连接。

9.根据权利要求8所述的气体取样枪，其中：用于冷却介质的所述至少一个进口设置在连接部件中。

10.根据权利要求9所述的气体取样枪，其中：用于冷却介质的所述至少一个进口与设置在连接部件中的凹口连接，所述凹口包围一个活塞杆的至少一部分，所述一个活塞杆的至少一部分位于将枪管和连接管连接起来的位置以及与活塞杆相连的缸之间。

11.根据权利要求9所述的气体取样枪，其中：凹口设置有排出口，所述排出口在枪管和连接管连接的位置的下游与连接管连接。

12.根据前述任意一项权利要求所述的气体取样枪，其中：用于冷却至少一个刮刀的活塞杆和/或刮刀元件的冷却介质被供给为雾。

13.根据前述任意一项权利要求所述的气体取样枪，其中：第一刮刀和/或第二刮刀的缸是气体驱动缸。

14.根据权利要求12所述的气体取样枪，其中：第一刮刀和/或第二刮刀的缸是氮气或惰性气体驱动的缸。

15.根据前述任意一项权利要求所述的气体取样枪，其中：枪管在外侧设置有冷却夹套，所述冷却夹套具有用于枪管的冷却介质的进口和出口。

16.一种气体洗涤器，所述气体洗涤器具有根据前述任意一项权利要求所述的气体取样枪，具有雾腔室和气体清洁腔室，其中，气体取样枪的连接管与雾腔室连接，气体冷却腔室与气体清洁腔室连接。