CN113324806B - 高温烟气的取样探杆 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种在抽取高温气体的同时又能自动清除堆渣的高温烟气的取样探杆，壳体临近窑炉的一端连接有水冷套，壳体的内腔中设置有取样管，取样管一端与气体过滤采集单元相连，取样管另一端凸伸至水冷套内并与水冷套内腔中的清渣杆固定连接，取样管、清渣杆同芯布置，驱动机构驱动清渣杆凸伸至水冷套前端外部并将水冷套前端端口处的结渣清除，高温烟气自水冷套与清渣杆之间的间隙进入并经取样管进入气体过滤采集单元内。上述方案中，巧妙将清渣与抽取功能合二为一，在不增大探杆整体体积的基础上，又缩小了抽取通道的容积，减小了需要置换的烟气体积，缩短了置换时间，使得检测的烟气更加实时化、精确化。

Description

高温烟气的取样探杆
技术领域
本发明涉及高温烟气的取样分析技术领域，具体涉及一种高温烟气的取样探杆。
背景技术
水泥熟料生产过程中，要求始终处在氧化气氛下，这样才能保证燃料充分燃烧。如果出现燃烧不充分，就会在窑内产生还原性气体，而还原性气体对熟料烧成会产生严重的影响，烧成中出现黄心料，熟料易磨性差，严重影响水泥的颜色，严重的还会造成预分解系统粘接堵塞，窑内结圈结球的情况。因此，高温烟气在线取样装置成为了窑尾烟气分析系统的关键设备之一，通过其在1300℃左右的炉膛中长期稳定运行取样，从而得以获取窑内NO、CO、O2的情况，确保充分燃烧，保持窑内为氧化气氛。由于炉膛中的温度达到了1300℃左右，为了防止取样装置被高温损坏，现有技术中的在线取样装置都是定期的伸入炉膛内进行抽取烟气，大部分时间还是处在炉膛外部，不能对烟气进行实时监测，无法实现窑炉气氛的最佳控制。
为了解决上述问题，申请人同日提交了一份名称为《高温烟气的在线取样系统》的发明申请，公开了一种能够将取样口长置于高温炉膛内进行在线取样的系统，该系统具有耐高温、耐腐蚀、安全自检等功能，能够有效地适应长期高温在线环境，且不会发生泄露、变形、堵塞，确保了取样气体的安全性和可靠性。但是，基于水泥回转窑内环境多数是温度高、粉尘密度大等恶劣环境，在抽取窑内气体时，难以避免将粉尘一同被抽入取样通道内，粉尘进入抽取通道后，被水冷套冷却，遇冷时，容易在前端的抽取口结渣，渣体有一定的粘性，且会逐渐增多，最终遮挡了探头的抽取通道，使抽取功能失效。
发明内容
本发明的目的是提供一种在抽取高温气体的同时又能自动清除堆渣的高温烟气的取样探杆。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种高温烟气的取样探杆，包括壳体，壳体临近窑炉的一端连接有水冷套，壳体的内腔中设置有取样管，取样管一端与气体过滤采集单元相连，取样管另一端凸伸至水冷套内并与水冷套内腔中的清渣杆固定连接，取样管、清渣杆同芯布置，驱动机构驱动清渣杆凸伸至水冷套前端外部并将水冷套前端端口处的结渣清除，高温烟气自水冷套与清渣杆之间的间隙进入并经取样管进入气体过滤采集单元内。
上述方案中，巧妙将清渣与抽取功能合二为一，在不增大探杆整体体积的基础上，又缩小了抽取通道的容积，减小了需要置换的烟气体积，缩短了置换时间，使得检测的烟气更加实时化、精确化。
附图说明
图1为取样探杆清渣前的状态图；
图2为取样探杆清渣后的状态图；
图3、图4为图1的部分放大示意图；
图5为水冷套的剖视图。
具体实施方式
如图1-图4所示，一种高温烟气的取样探杆，包括壳体10，壳体10临近窑炉的一端连接有水冷套20，壳体10的内腔中设置有取样管51，取样管51一端与气体过滤采集单元40相连，取样管51另一端凸伸至水冷套20内并与水冷套20内腔中的清渣杆52固定连接，取样管51、清渣杆52同芯布置，驱动机构驱动清渣杆52凸伸至水冷套20前端外部并将水冷套20前端端口处的结渣清除，高温烟气自水冷套20与清渣杆52之间的间隙进入并经取样管51进入气体过滤采集单元40内。水冷套20/外壳10和清渣杆52之间的间隙构成烟气抽取通道，烟气自该抽取通道进入到后段，在此过程中水冷套20内的冷却液与高温烟气发生热交换，经降温后的烟气再进入取样管51，从而实现对高温烟气的取样目的，烟气中掺杂这部分粉尘，这部分的粉尘谁随着烟气一同被抽入该抽取通道内，粉尘进入抽取通道后，同样被水冷套20冷却，遇冷时，容易在水冷套20前端的抽取口结渣，渣体有一定的粘性，且会逐渐增多，影响烟气的抽取，这里清渣杆52集成在构成探杆的水冷套20和外壳10的内腔中，驱动机构驱动清渣杆52动作将抽取口的结渣撞击清除，上述结构巧妙将清渣与抽取功能合二为一，在不增大探杆整体体积的基础上，又缩小了抽取通道的容积，减小了需要置换的烟气体积，缩短了置换时间，使得检测的烟气更加实时化、精确化。
驱动机构的具体结构为：所述的驱动机构为壳体10上远离窑炉一端连接的气缸30，壳体10、水冷套20以及气缸30同芯布置，气缸30的气缸杆31的后端凸伸至后部并与气体过滤采集单元40固定连接，取样管51自气缸杆31内腔中穿过后一端与气体过滤采集单元40相连，经气体过滤采集单元40处理后的气体才是我们需要进行分析的气体，气缸30的气缸杆31动作带动清渣杆52凸伸至水冷套20前端外部并将水冷套20前端端口处的结渣清除。气缸30的气缸杆31、取样管51以及清渣杆52同芯布置，保证取样管51和清渣杆52直线运动的平稳性，气缸30驱动取样管51移动的时候清渣杆52随动，这样在取样的同时就能对取样口处的结渣进行清除。
取样管51为一端呈敞口状、另一端呈封闭状的空心管，临近清渣杆52的取样管51封闭端的端部朝向清渣杆52凸伸设置有T字头511，T字头511置于清渣杆52端部设置的T字槽521内构成镶嵌配合，有效避免了热变形导致清渣杆52弯曲，导致整体直线度差；临近封闭端的取样管51的管身上开设有串气孔512，水冷套20与清渣杆52间隙内的气体自串气孔512进入取样管51内再进入气体过滤采集单元40内，串气孔512设置在取样管51靠前位置，减小了需要置换的气体体积，缩短了置换时间，使得检测的烟气更加实时化、精确化。
为了保证烟气能够均匀地、快速地进入取样管51内，所述的串气孔512沿着取样管51圆周方向均匀、间隔布置有多个。
同理，清渣杆52包括第一、二清渣杆52a、52b且两者之间也通过T字形头/槽连接，分段式设计的清渣杆52，有效避免了水冷套20由于热变形导致第一、二清渣杆52a、52b弯曲，导致整体直线度差的问题；由于第二清渣杆52b是直接用来撞击堆渣的，因此需要对强度有一定的要求，临近取样管51的第二清渣杆52b的中段为空心结构，远离取样管51的第一清渣杆52a为实心结构，以减轻第一清渣杆52a的重量，第一、二清渣杆52a、52b的外壁上设置有凸圈522，凸圈522与水冷套20的内壁抵靠构成支撑、导向配合，从而保证第一、二清渣杆52a、52b直线运动的可靠性；同时第一、二清渣杆52a、52b每节含独立支持点位，起到支撑重量、减小接触面积、易于推动等作用，避免清渣杆52出现弯曲、变形等，并减小对后端气缸30的负载重量，提高气缸30的执行效率和使用寿命。
为了保证烟气流通的通畅性，凸圈522为第一、二清渣杆52a、52b的外壁上沿圆周方向均匀间隔布置的凸点构成，同一圆周上相邻的两个凸点之间构成气体的流通通路，凸圈522在第一、二清渣杆52a、52b的外壁上各设置两组。每节清渣杆52上多处圆周布置支撑凸点，与水冷套11内筒内壁滑动接触，在保证支撑、导向的同时，有不会影响烟气的流通。
具体的结构如图5所示，水冷套20包括套接的内、外筒21、22，内、外筒21、22其按端设置有端盖23，内、外筒21、22之间的腔室构成水冷腔，水冷腔内还设置有隔套23，隔套23与内筒21之间构成进水腔A，隔套23与外筒22之间构成回水腔B，由于高温烟气是在内筒21的内腔中的，所以进水腔A与进水接口24相通，温度较低的冷却液进入进水腔A能够更好的对高温烟气进行降温，回水腔B与回水接口25相通，且进水接口24和回水接口25均设置在临近壳体10一端的水冷套20上。冷却水自进水接口24进入进水腔A中与内筒21内腔中的高温烟气发生热交换，高温烟气的温度变低，而被加热的冷却水流向回水腔B，最后经由回水接口25流出，自回水接口25流出的热水在进外部的冷凝器的降温后再此进入循环回路。
基于简化加工工艺以及方便装配考虑，端盖26是一个单独的部件，隔套23的前端与端盖26间隙布置，进水腔A中的水自该间隙进入回水腔B内，端盖26的前端外壁处设置有进口倒角，与进水接口24和回水接口25相对一侧的水冷套20上还设置有注液排空口27，在注液之前，进水腔A和回水腔B内会有气体存在，这是需要将注液排空口27打开，随着冷却液的注入，气体从注液排空口27排尽后，再使用堵头密封起来。
凸伸至外壳10内腔中的气缸杆31端部设置有外置翻边311，外置翻边311与气缸杆31杆身交界位置处套设有密封圈32，当气缸杆31回缩时，密封圈32与气缸壳体的端部接触，减小碰撞时产生的噪音，活塞33设置在气缸杆31的中部位置处并驱动气缸杆31沿着杆芯方向动作，气缸壳体34的两端与气缸杆31的杆身之间密封配合，也就是说气缸杆31是双向的，两端都凸伸至气缸壳体的外部。
由于烟气中不可避免的会夹杂少量的粉尘，时间一长，粉尘会存积在外壳10中，所以外壳10上连接有反吹气体接口11，反吹气体接口11临近气缸30布置，定期的向外壳10内吹气，将积落在外壳10内腔中的粉尘清除。

Claims (7)

1.一种高温烟气的取样探杆，包括壳体(10)，其特征在于：壳体(10)临近窑炉的一端连接有水冷套(20)，壳体(10)的内腔中设置有取样管(51)，取样管(51)一端与气体过滤采集单元(40)相连，取样管(51)另一端凸伸至水冷套(20)内并与水冷套(20)内腔中的清渣杆(52)固定连接，取样管(51)、清渣杆(52)同芯布置，驱动机构驱动清渣杆(52)凸伸至水冷套(20)前端外部并将水冷套(20)前端端口处的结渣清除，高温烟气自水冷套(20)与清渣杆(52)之间的间隙进入并经取样管(51)进入气体过滤采集单元(40)内；
取样管(51)为一端呈敞口状、另一端呈封闭状的空心管，临近清渣杆(52)的取样管(51)封闭端的端部朝向清渣杆(52)凸伸设置有T字头(511)，T字头(511)置于清渣杆(52)端部设置的T字槽(521)内构成镶嵌配合，临近封闭端的取样管(51)的管身上开设有串气孔(512)，水冷套(20)与清渣杆(52)间隙内的气体自串气孔(512)进入取样管(51)内再进入气体过滤采集单元(40)内；
清渣杆(52)包括第一、二清渣杆(52a、52b)且两者之间也通过T字形头/槽连接，临近取样管(51)的第二清渣杆(52b)的中段为空心结构，远离取样管(51)的第一清渣杆(52a)为实心结构，第一、二清渣杆(52a、52b)的外壁上设置有凸圈(522)，凸圈(522)与水冷套(20)的内壁抵靠构成支撑、导向配合；
凸圈(522)为第一、二清渣杆(52a、52b)的外壁上沿圆周方向均匀间隔布置的凸点构成，同一圆周上相邻的两个凸点之间构成气体的流通通路，凸圈(522)在第一、二清渣杆(52a、52b)的外壁上各设置两组。
2.根据权利要求1所述的高温烟气的取样探杆，其特征在于：所述的驱动机构为壳体(10)上远离窑炉一端连接的气缸(30)，壳体(10)、水冷套(20)以及气缸(30)同芯布置，气缸(30)的气缸杆(31)的后端凸伸至后部并与气体过滤采集单元(40)固定连接，取样管(51)自气缸杆(31)内腔中穿过后一端与气体过滤采集单元(40)相连，气缸(30)的气缸杆(31)动作带动清渣杆(52)凸伸至水冷套(20)前端外部并将水冷套(20)前端端口处的结渣清除。
3.根据权利要求1所述的高温烟气的取样探杆，其特征在于：所述的串气孔(512)沿着取样管(51)圆周方向均匀、间隔布置有多个。
4.根据权利要求1所述的高温烟气的取样探杆，其特征在于：水冷套(20)包括套接的内、外筒(21、22)，内、外筒(21、22)其按端设置有端盖(26)，内、外筒(21、22)之间的腔室构成水冷腔，水冷腔内还设置有隔套(23)，隔套(23)与内筒(21)之间构成进水腔(A)，隔套(23)与外筒(22)之间构成回水腔(B)，进水腔(A)与进水接口(24)相通，回水腔(B)与回水接口(25)相通，且进水接口(24)和回水接口(25)均设置在临近壳体(10)一端的水冷套(20)上。
5.根据权利要求4所述的高温烟气的取样探杆，其特征在于：隔套(23)的前端与端盖(26)间隙布置，进水腔(A)中的水自该间隙进入回水腔(B)内，端盖(26)的前端外壁处设置有进口倒角，与进水接口(24)和回水接口(25)相对一侧的水冷套(20)上还设置有注液排空口(27)。
6.根据权利要求2所述的高温烟气的取样探杆，其特征在于：凸伸至外壳(10)内腔中的气缸杆(31)端部设置有外置翻边(311)，外置翻边(311)与气缸杆(31)杆身交界位置处套设有密封圈(32)，活塞(33)设置在气缸杆(31)的中部位置处并驱动气缸杆(31)沿着杆芯方向动作，气缸壳体(34)的两端与气缸杆(31)的杆身之间密封配合。
7.根据权利要求1所述的高温烟气的取样探杆，其特征在于：外壳(10)上连接有反吹气体接口(11)，反吹气体接口(11)临近气缸(30)布置。
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