CN201331506Y - 一种在高温、高粉尘浓度条件下测量氧浓度的氧检测装置 - Google Patents

Abstract

一种在高温、高粉尘浓度条件下测量氧浓度的氧检测装置，它涉及一种固体电解质氧化锆氧检测器。它解决了已有氧化锆氧检测器使用不方便、成本高、寿命短的问题。烟气导流管伸入第一金属套管中，隔板伸入烟气导流管中并且将烟气导流管分成烟气导入管和烟气流出管，烟气导入管和烟气流出管只在隔板的末端连通，隔板的前端与导向舌连接并且导向舌与隔板形成 115°～125°的夹角，烟气导流管的末端与第二金属套管连接并形成90°～120°的夹角，氧化锆低温检测器的前端伸入第二金属套管中，烟气导流管的管壁外侧表面在介于第二法兰盘和第二金属套管之间装有翅片管。本装置特别适宜高温、高粉尘锅炉使用，也可用于热处理炉监测氧含量。

Description

一种在高温、高粉尘浓度条件下测量氧浓度的氧检测装置

技术领域

本实用新型涉及光、机、电一体化技术领域的一种固体电解质氧化锆氧检测器，特别是涉及一种在高温、高粉尘浓度的条件下测量氧浓度的循环流化床锅炉、垃圾焚烧锅炉或热处理炉使用的固体电解质氧化锆氧检测器。

背景技术

锅炉是世界上主要的动力和热能供给设备，也是耗能的大户之一。因此，“如何在稳定地、有效地供给热量的前提下，节省燃料消耗和电力消耗，提高锅炉热效率，降低对环境的污染”一直是我国的节能和环保工作之主要课题。

氧化锆氧量仪(也称为“氧化锆氧分析器”)是国际公认的锅炉节省燃料的主要装置之一。可是现在在中高温(600℃～900℃左右)、高温(1400℃)或高粉尘浓度条件直插式氧分析仪在恶劣条件(温度高，并且直接与有害气体接触)中其寿命很短，而取样式氧量检测器仅取样管(导出管)暴露在恶劣条件中，因此，检测氧含量用的氧化锆氧检测器的寿命长、适宜高温使用并且成本低。但是用于循环流化床锅炉或垃圾焚烧炉中仅1～2个月，它的陶瓷过滤网就被粉尘塞满，导致氧化锆氧量分析仪的显示值不能代表真实的氧含量。因此不得不频繁地拆卸氧检测器去掉过滤网外面的粉尘。这不仅影响了锅炉运行时氧含量的连续监测，而且也给仪表工带来不必要的工作量。另外，此种浓差电池式氧化锆氧传感器大都使用添加了氧化钇的氧化锆配方，工作大都在600℃左右，进入800℃～900℃寿命很短，仅2～3个月。而用于热处理炉的氧分析器需要工作在1400℃，显然普通固体电解质氧传感器无法胜任。

公告号CN85102813专利公布了一种导流取样管的氧化锆氧检测器，这种检测器在取样管伸向炉心一端焊接一块一定角度的取样板。该取样管内部无隔板，因此在同样直径的导流条件下导流通道的横截面积大，不易堵塞。这种取样管仅适宜超高烟气流速5m/s以上(通常为6～9m/s)，对于低烟速的普通锅炉，特别是循环流化床锅炉、垃圾焚烧锅炉的烟气的流速通常为2～3.0m/s，在取样管内的被测烟气流动几乎为零。因此，对于监视锅炉燃烧状况而言，测得的烟气中氧含量值几乎没有什么意义。

公告号CN2076238的专利公布了“焊在加热电炉的前封头上的取样管使用加热电炉芯管、烟气抽气管构成烟气测量通路”的技术方案，并利用抽气管与烟过滤器压力差实现被测烟气的采样功能。此种结构构思比较巧妙，但是由于加热电炉芯管和氧化铝陶瓷管之间的间隙很小，因为根据流体力学的知识可知，其风阻与直径的4次方成正比，所以其在上述间隙中的烟气阻力极高。在循环流化床锅炉或垃圾焚烧炉中使用，估计数个小时就可能堵死此间隙，使烟气中氧含量监测任务停顿。

公告号CN201016955的专利提出了一种在氧化锆元件与过滤器之间的道路内设置自锁式保护门，在自锁式保护门和过滤器之间接入二路仅吹空气管的结构。该结构能够彻底清除过滤器中的污染物，提高了传感器的稳定性和准确性，其实用性很好，但是它需要一套气动装置或1～2台抽气机。然而对普通的发电厂或垃圾厂可行很少配备气动系统，而要求国产抽气机要长期(24h整年工作)稳定地工作，这是一个难点。此外，设备成本、运行和维护成本很高，对任何企业都是一项不小的开支。

另外，以前的热处理炉(例如渗碳等)气温高达1400℃，如果利用常规技术，把被测气温降到600℃，那么炉外的散热导管需长达1200mm以上，不利于节约资源。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述氧化锆氧检测器使用不方便、成本高、寿命短的问题，从而提供一种在高温、高粉尘浓度条件下测量氧浓度的氧检测装置。

一种在高温、高粉尘浓度条件下测量氧浓度的氧检测装置，它包括烟气导流管、第一法兰盘、第三法兰盘和氧化锆低温检测器，它还包括导向舌、隔板、第一金属套管、第二法兰盘、翅片管和第二金属套管，第一金属套管的末端与第一法兰盘固定，烟气导流管伸入第一金属套管、第一法兰盘和第二法兰盘中并与第二法兰盘固定，隔板设置在烟气导流管中并使烟气导流管内形成位于隔板上方的烟气导入管和位于隔板下方的烟气流出管，所述烟气导入管和烟气流出管在隔板的末端连通，所述隔板的前端与导向舌连接，所述导向舌前端翘起并与隔板形成115°～125°的夹角，所述烟气导流管的末端与第二金属套管的一端连接并与第二金属套管形成90°～120°的夹角，所述第二金属套管的另一端与第三法兰盘固定，氧化锆低温检测器的前端伸入第二金属管和第三法兰盘中并且与第三法兰盘固定，所述烟气导流管的管壁外表面在介于第二法兰盘和第二金属套管之间装有翅片管，所述烟气导入管的前端和烟气流出管的前端均成斜口。

有益效果：本装置利用氧化锆低温检测器(工作温度上限为700℃±20℃)测量氧含量，勿需外加动力装置，利用氧化锆检测器结构的自然压差就能够测量600°～1400℃气温中的氧含量，氧化锆低温检测器的工作环境大大改善，延长了氧化锆低温检测器的使用寿命；本装置还根据循环流化床锅炉、垃圾焚烧锅炉和热处理炉的使用工况，配置适宜定时手动除灰或勿需外接动力的自动反吹除灰装置，可以随时清除粉尘，使用方便；本装置还在导流管的管壁外表面装有翅片管，解决了散热的问题，较使用很长的烟气导流管来散热，既降低了成本又减小了的体积。

本实用新型的体积小，寿命长，成本低，使用方便，本装置特别适宜高温、高灰尘锅炉使用，也可用于热处理炉监测氧含量。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图，图2是具体实施方式五和六的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1说明本具体实施方式，一种在高温、高粉尘浓度条件下测量氧浓度的氧检测装置，它包括烟气导流管3、第一法兰盘5、第三法兰盘9和氧化锆低温检测器10，它还包括导向舌1、隔板2、第一金属套管4、第二法兰盘6、翅片管7和第二金属套管8，第一金属套管4的末端与第一法兰盘5固定，烟气导流管3伸入第一金属套管4、第一法兰盘5和第二法兰盘6中并与第二法兰盘6固定，隔板2设置在烟气导流管3中并使烟气导流管3内形成位于隔板2上方的烟气导入管18和位于隔板2下方的烟气流出管19，所述烟气导入管18和烟气流出管19在隔板2的末端连通，所述隔板2的前端与导向舌1连接，所述导向舌1前端翘起并与隔板2形成115°～125°的夹角，所述烟气导流管3的末端与第二金属套管8的一端连接并与第二金属套管8形成90°～120°的夹角，所述第二金属套管8的另一端与第三法兰盘9固定，氧化锆低温检测器10的前端伸入第二金属管8和第三法兰盘9中并且与第三法兰盘9固定，所述烟气导流管3的管壁外表面在介于第二法兰盘6和第二金属套管8之间装有翅片管7，所述烟气导入管18的前端和烟气流出管19的前端均成斜口。

本具体实施方式中，翅片管7的作用是以最小的烟气导流管3长度实现最大的散热，即用最小的管长，使氧化锆低温检测器10处被测烟气温度为700℃±20℃，实现氧化锆低温检测器10的快响应、高精度、长寿命。烟气导流管3的末端与第二金属套管8的一端连接并形成90°～120°的角度，它的作用是可以准确地检测烟气氧含量，并且不会造成烟气循环通道的堵塞。

具体实施方式二：本具体实施方式与具体实施方式一的区别在于它还包括高温密封垫12和螺栓14，所述高温密封垫12设置在第一法兰盘5与第二法兰盘6之间，所述第一法兰盘5、高温密封垫12和第二法兰盘6通过螺栓14固定为一个整体。

具体实施方式三：本具体实施方式与具体实施方式一的区别在于它还包括粉尘贮存管11，在烟气流出管19末端与第二金属管8的连接处有一个开口，所述开口与粉尘贮存管11的前端开口连接。

具体实施方式四：本具体实施方式与具体实施方式三的区别在于在粉尘贮存管11的下端安装了丝堵13，所述丝堵13与粉尘贮存管11的下端开口连接并将其封闭。

本实施方式中，烟气导流管3与第二金属套管8交接处是烟气转弯换向处，根据流体力学理论可知，烟气中绝大部分粉尘将沉降在此处，因此在此处设置具有丝堵的粉尘贮存管11，可以随时手动清灰排尘。

具体实施方式五：本具体实施方式与具体实施方式三的区别在于它还包括勿需外接动力的自动反吹装置15和反吹管16，反吹管16的首端插入烟气流出管19中并且与烟气流出管19的内侧壁不接触，反吹管16的首端伸出第一金属套管4的首端并与第一金属管4的首端的轴向距离为0cm～5cm，在烟气流出管19末端与第二金属管8的连接处有一个开口，反吹管16的末端穿过烟气流出管19与第二金属管8的连接处的开口与勿需外接动力的自动反吹装置15的出口连接，所述反吹管16前端的管壁上开有一偏置孔17。

具体实施方式六：本具体实施方式与具体实施方式五的区别在于勿需外接动力的自动反吹装置15是电磁阀或压缩气体管路。

在我国，绝大多数锅炉特别是发电厂几乎都是使用负压锅炉，因此用电磁阀代替丝堵13，利用炉外大气压高于烟道压力实现吹灰防堵，并且也可以利用计算机软件控制电磁阀的开启周期，或闭环检测控制堵塞状况实现自动开启实现负压反吹。为了强化反吹功能，在烟气流出管19内插入一根反吹管16，反吹管16的出口处附近设置有偏置孔17，以便利用薄壁使反吹管16出口的偏置气流产生振动，减少粉尘的沉降以及减少粉尘在管壁上的积累，提高除尘效果，也可以在反吹管16入口处装有铁电或压电双晶片振动装置，使反吹管16发生振动除尘。如果有外加动力的条件，也可以使用电磁泵或抽气装置来达到自动除尘的效果。

具体实施方式七：本具体实施方式与具体实施方式一的区别在于导向舌1与隔板2形成115°～125°的夹角，其最佳值为118°，以便最佳地引入被测烟气，并且机械强度大。

具体实施方式八：本具体实施方式与具体实施方式一的区别在于烟气流出管19的前端切成斜口状，其斜角为15°～20°，最佳值为18°，它的作用是方便最佳地排放烟气，并且机械强度大。

具体实施方式九：本具体实施方式与具体实施方式一的区别在于导向舌1的上端面和下端面均贴有耐磨陶瓷片20。

具体实施方式十：本具体实施方式与具体实施方式九的区别在于烟气导流管3的前端端面至第一金属套管4的前端端面之间的外表面上贴有耐磨陶瓷片20。

本具体实施方式中，导向舌1和其附近的导流管3由于受到粉尘的冲击和摩擦很容易遭受磨损。因此，为了提高导向舌1和导流管2的耐磨能力，在它们的外表面以无机胶粘结了耐磨陶瓷片20，例如氮化硅、碳化硅、氧化铝陶瓷或由它们的复合材料构成的陶瓷片，即耐磨陶瓷贴片20。

Claims (10)

1、一种在高温、高粉尘浓度条件下测量氧浓度的氧检测装置，它包括烟气导流管(3)、第一法兰盘(5)、第三法兰盘(9)和氧化锆低温检测器(10)，其特征是：它还包括导向舌(1)、隔板(2)、第一金属套管(4)、第二法兰盘(6)、翅片管(7)和第二金属套管(8)，第一金属套管(4)的末端与第一法兰盘(5)固定，烟气导流管(3)伸入第一金属套管(4)、第一法兰盘(5)和第二法兰盘(6)中并与第二法兰盘(6)固定，隔板(2)设置在烟气导流管(3)中并使烟气导流管(3)内形成位于隔板(2)上方的烟气导入管(18)和位于隔板(2)下方的烟气流出管(19)，所述烟气导入管(18)和烟气流出管(19)在隔板(2)的末端连通，所述隔板(2)的前端与导向舌(1)连接，所述导向舌(1)前端翘起并与隔板(2)形成115°～125°的夹角，所述烟气导流管(3)的末端与第二金属套管(8)的一端连接并与第二金属套管(8)形成90°～120°的夹角，所述第二金属套管(8)的另一端与第三法兰盘(9)固定，氧化锆低温检测器(10)的前端伸入第二金属管(8)和第三法兰盘(9)中并且与第三法兰盘(9)固定，所述烟气导流管(3)的管壁外表面在介于第二法兰盘(6)和第二金属套管(8)之间装有翅片管(7)，所述烟气导入管(18)的前端和烟气流出管(19)的前端均成斜口。

2、根据权利要求1所述的一种在高温、高粉尘浓度条件下测量氧浓度的氧检测装置，其特征在于它还包括高温密封垫(12)和螺栓(14)，所述高温密封垫(12)设置在第一法兰盘(5)与第二法兰盘(6)之间，所述第一法兰盘(5)、高温密封垫(12)和第二法兰盘(6)通过螺栓(14)固定为一个整体。

3、根据权利要求1所述的一种在高温、高粉尘浓度条件下测量氧浓度的氧检测装置，其特征在于它还包括粉尘贮存管(11)，在烟气流出管(19)末端与第二金属管(8)的连接处有一个开口，所述开口与粉尘贮存管(11)的前端开口连接。

4、根据权利要求3所述的一种在高温、高粉尘浓度条件下测量氧浓度的氧检测装置，其特征在于在粉尘贮存管(11)的下端安装了丝堵(13)，所述丝堵(13)与粉尘贮存管(11)的下端开口连接并将其封闭。

5、根据权利要求1所述的一种在高温、高粉尘浓度条件下测量氧浓度的氧检测装置，其特征在于它还包括勿需外接动力的自动反吹装置(15)和反吹管(16)，反吹管(16)的首端插入烟气流出管(19)中并且与烟气流出管(19)的内侧壁不接触，反吹管(16)的首端伸出第一金属套管(4)的首端并与第一金属管(4)的首端的轴向距离为0cm～5cm，在烟气流出管(19)末端与第二金属管(8)的连接处有一个开口，反吹管(16)的末端穿过烟气流出管(19)与第二金属管(8)的连接处的开口与勿需外接动力的自动反吹装置(15)的出口连接，所述反吹管(16)前端的管壁上开有一偏置孔(17)。

6、根据权利要求5所述的一种在高温、高粉尘浓度条件下测量氧浓度的氧检测装置，其特征在于勿需外接动力的自动反吹装置(15)是电磁阀或压缩气体管路。

7、根据权利要求1所述的一种在高温、高粉尘浓度条件下测量氧浓度的氧检测装置，其特征在于导向舌(1)与隔板(2)形成的夹角为118°。

8、根据权利要求1所述的一种在高温、高粉尘浓度条件下测量氧浓度的氧检测装置，其特征在于烟气流出管(19)前端成斜口状，其斜角为15°～20°。

9、根据权利要求1所述的一种在高温、高粉尘浓度条件下测量氧浓度的氧检测装置，其特征在于导向舌(1)的上端面和下端面均贴有耐磨陶瓷片(20)。

10、根据权利要求1所述的一种在高温、高粉尘浓度条件下测量氧浓度的氧检测装置，其特征在于烟气导流管(3)的前端端面至第一金属套管(4)的前端端面之间的外表面上贴有耐磨陶瓷片(20)。

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