CN117907038A - 一种锅炉烟风道均匀取样枪及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锅炉烟风道均匀取样枪及其设计方法。现阶段烟气取样枪的设计大多存在缺陷，导致取样不均匀，使取样结果不具有代表性，需予以改进。本发明的锅炉烟风道均匀取样枪，包括直形取样母管，所述的取样母管上设有n个沿轴向排列的取样孔，所述的多个取样孔大小一致且均匀布置。本发明通过合理化的结构设计，可保证取样母管内各处的压力相对均匀，进而实现取样均匀；本发明锅炉烟风道均匀取样枪的设计方法也适用于其他涉及母管及支管流的流量均匀性设计问题。

Description

一种锅炉烟风道均匀取样枪及其设计方法

技术领域

本发明涉及烟气取样技术领域，特别是一种锅炉烟风道均匀取样枪及其设计方法。

背景技术

煤炭直接用于燃烧，会造成严重的煤烟型大气污染，其中烟气均匀取样及检测，对于实现锅炉烟气的处理，保证锅炉高效率运行、节约能源都具有十分重要的意义。此外，烟气取样还在其他能源、化工、纺织行业具有重要的应用。但现阶段，烟气取样枪没有合理的设计方案，导致取样不均匀，使取样结果不具有代表性。

电站锅炉现场常用的取样管皆是由三根长度不一的钢管组成，此结构方便达到整个烟道截面上满足网格法取样的目的，但此装置取样时工作量偏大，安装不方便，烟气混合后由烟气分析仪分析测量，误差也可能会增大，影响测量结果。

中国专利CN210863287U公开了一种烟气取样枪，包括伸入段和检测段，检测段包括过渡管、枪柄和出烟立柱，出烟立柱的数量为多个。烟气成分取样分析时，多个出烟立柱对应多个烟气分析仪，分别通过软管进行连接，多个烟气分析仪可以对烟气中不同物质的含量同时进行检测。此外，在上述技术方案中，将伸入段的轴向尺寸设置与烟道管路的径向尺寸适配，且多根出烟立柱配合多个烟气分析仪。但实际使用时，前期工作量大，耗费大量人力，且非网格化取样，取样均匀度、测量结果有待商榷。

综上所述，现阶段烟气取样枪的设计大多存在缺陷，需予以改进。

发明内容

为弥补上述现有技术存在的不足，本发明提供一种锅炉烟风道均匀取样枪及其设计方法，其通过合理化的结构设计，可保证取样母管内各处的压力相对均匀，进而实现取样均匀。

为此，本发明采用的技术方案为：一种锅炉烟风道均匀取样枪，包括直形取样母管，所述的取样母管上设有n个沿轴向排列的取样孔，所述的多个取样孔大小一致且均匀布置。

进一步地，所述多个取样孔位于同一侧且中心位于同一水平面上。

进一步地，所述取样母管的本体上设置位于抽气口处的第一闷盖和靠近接口处的第二闷盖。

进一步地，所述取样孔的数量n为6～8个。

进一步地，所述取样孔的直径d≯3mm。

进一步地，每个小孔的流量符合下式：

化简得：

式中，C为小孔流量系数，P为取样母管压力，P₀为烟风道压力，ρ为烟气密度，ΔP为小孔内外差压。

更进一步地，距离抽气口距离最近的取样孔为第1个取样孔，距离抽气口最远的取样孔为第n个取样孔，取样母管内为定常流动，取样母管的第1个取样孔和第n个取样孔符合伯努利方程，表示为：

式中，P₁为第1个取样孔处压力，P_n为第n个取样孔处压力，V₁为第1个取样孔处流速，V_n为第n个取样孔处流速，hf为取样母管沿程阻力；

因取样母管为直形管，忽略沿程阻力的影响，式(2)化简得：

式(1)代入式(3)得：

式中，D表示取样母管的内径；d表示取样孔的直径；

由式(4)可知，在取样流量一定的情况下，即取样孔大小和取样孔差压保持不变的情况下，增大取样母管的直径，能指数级降低取样母管两端的差压，提高烟气取样的均匀性；

当满足式(5)时，可以认为取样母管内的压力变化符合不确定度要求，取样均匀；

由伯努利原理可知，在烟气取样过程中，取样管上取样孔从近端至远端流速越来越小，相应的压力越来越高。导致远端取样孔烟气侧和取样母管内压差变小，因此流量也变小。为了实现均匀取样，本发明通过合理化的结构设计，保证取样母管内的压力变化符合不确定度标准，进而保证取样结果的代表性。

本发明具有的有益效果为：

1.本发明的锅炉烟风道均匀取样枪可保证母管内各处的压力相对均匀，实现取样均匀。

2.本发明锅炉烟风道均匀取样枪的设计方法也适用于其他涉及母管及支管流的流量均匀性设计问题，应用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明锅炉烟风道均匀取样枪的结构示意图；

图中，1-第一闷盖；2-取样孔；3-第二闷盖；4-接口。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明，但本发明并不局限于以下实施例。

除非另外限定，这里所使用的术语(包含科技术语)应当解释为具有如本发明所属技术领域的技术人员所共同理解到的相同意义。还将理解到，这里所使用的术语应当解释为具有与它们在本说明书和相关技术的内容中的意义相一致的意义，并且不应当以理想化或过度的形式解释，除非这里特意地如此限定。

一种锅炉烟风道均匀取样枪，直形的取样母管上设有n个沿轴向排列的取样孔2，所述的多个取样孔2大小一致且均匀布置。所述的多个取样孔2位于同一侧且中心位于同一水平面上。

所述取样母管的本体上设置位于抽气口处的第一闷盖1和靠近接口4处的第二闷盖3。第一闷盖1，用于取样枪堵灰时，拧开后进行大流量反吹。第二闷盖3是用于烟气取样时，密封试验取样口，防止空气漏进烟道。

每个小孔的流量符合下式：

化简得：

式中，C为小孔流量系数，P为取样母管压力，P₀为烟风道压力，ρ为烟气密度，ΔP为小孔内外差压。

取样孔的数量设计为6～8个，取样孔直径为d，d≯3mm，距离抽气口距离最近的取样孔为第1个取样孔，距离抽气口最远的取样孔为第n个取样孔，取样母管内为定常流动，取样母管的第1个取样孔和第n个取样孔符合伯努利方程，表示为：

式中，P₁为第1个取样孔处压力，P_n为第n个取样孔处压力，V₁为第1个取样孔处流速，V_n为第n个取样孔处流速，hf为取样母管沿程阻力。

因取样母管为直形管且取样流量一般较小，这里忽略沿程阻力的影响，式(2)化简得：

因

从而得到：

式中，D表示取样母管的内径。

由式(4)可知，在取样流量一定的情况下，即取样孔大小和取样孔差压保持不变的情况下，增大取样母管的直径，可以指数级降低取样母管两端的差压，提高烟气取样的均匀性；

当满足式(5)时，可以认为取样母管内的压力变化符合不确定度要求，取样均匀；

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种锅炉烟风道均匀取样枪，包括直形取样母管，其特征在于，所述的取样母管上设有n个沿轴向排列的取样孔(2)，所述的多个取样孔(2)大小一致且均匀布置。

2.如权利要求1所述的锅炉烟风道均匀取样枪，其特征在于，所述多个取样孔(2)位于同一侧且中心位于同一水平面上。

3.如权利要求1所述的锅炉烟风道均匀取样枪，其特征在于，所述取样母管的本体上设置位于抽气口处的第一闷盖(1)和靠近接口处的第二闷盖(3)。

4.如权利要求1所述的锅炉烟风道均匀取样枪，其特征在于，所述取样孔的数量n为6～8个。

5.如权利要求1所述的锅炉烟风道均匀取样枪，其特征在于，所述取样孔的直径d≯3mm。

6.如权利要求1所述的锅炉烟风道均匀取样枪，其特征在于，每个小孔的流量符合下式：

化简得：

式中，C为小孔流量系数，P为取样母管压力，P₀为烟风道压力，ρ为烟气密度，ΔP为小孔内外差压。

7.权利要求6所述锅炉烟风道均匀取样枪的设计方法，其特征在于，距离抽气口距离最近的取样孔为第1个取样孔，距离抽气口最远的取样孔为第n个取样孔，取样母管内为定常流动，取样母管的第1个取样孔和第n个取样孔符合伯努利方程，表示为：

式中，P₁为第1个取样孔处压力，P_n为第n个取样孔处压力，V₁为第1个取样孔处流速，V_n为第n个取样孔处流速，hf为取样母管沿程阻力；

因取样母管为直形管，忽略沿程阻力的影响，式(2)化简得：

式(1)代入式(3)得：

式中，D表示取样母管的内径；d表示取样孔的直径；

由式(4)可知，在取样流量一定的情况下，即取样孔大小和取样孔差压保持不变的情况下，增大取样母管的直径，可指数级降低取样母管两端的差压，提高烟气取样的均匀性；

当满足式(5)时，可以认为取样母管内的压力变化符合不确定度要求，取样均匀；