專利名稱：一種爐內積灰采樣裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種爐內高溫積灰采樣裝置，屬于爐內高溫燃燒用的實驗研究設備。
背景技術：
積灰不僅降低鍋爐熱效率，嚴重時還會危及鍋爐安全運行，是固體燃料燃燒技術 發展的主要障礙。《京都議定書》簽訂后，生物質燃料由于二氧化碳近零排放的特點逐漸成 為燃燒技術領域研究的熱點，相對于燃煤鍋爐生物質鍋爐運行時積灰更加嚴重，這進一步 促進了研究者對積灰形成機理的探究。燃料中的成灰物質在燃燒過程中進入高溫煙氣，以 氣相和顆粒相兩種形式存在，這些成灰物質伴隨著復雜的物理化學過程運動到換熱器表面 并沉積下來便形成積灰。 采集積灰樣品進行分析是研究積灰形成機理和控制方法的主要手段。通過對積灰 樣品的分析可以得到積灰形成速度，成分構成等信息。過去積灰樣品的采集方式主要有兩 種， 一是停爐后冷態采集換熱器上的積灰，該方法受鍋爐運行狀況的限制采樣不具有實時 性，而且不能有計劃的控制工況條件開展積灰研究。二是采用積灰裝置實時采樣，過去使用 的槍體設計中對于采樣處流場條件、溫度條件、表面材質等影響因素缺乏系統完善的考慮， 同時采集的積灰由于燒結在槍體表面需要用刀具刮下，這樣必然破壞了積灰本身的結構， 導致后續研究中不能對積灰形貌和成分分布進行分析。在爐內高溫環境下，采集貼近實際 工況的積灰樣品并保證采集過程積灰不被破壞對于研究積灰形成和發展機理是至關重要 的，目前并沒有合適的采樣設施見諸報道。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種新型爐內高溫積灰采樣裝置，可模擬實際流場條 件、溫度條件，并保證采樣管表面材質與待測鍋爐換熱器材質一致，使積灰采樣過程中成灰 物質的物理化學轉化途徑貼近實際工況，從而保證積灰取樣的真實性。同時，可拆卸的移動 采樣管可以無損取樣。具有結構簡單、可靠、適應范圍廣等特點。 本實用新型的技術方案如下 —種爐內積灰采樣裝置，其特征在于，該積灰采樣裝置包括槍體、固定采樣管和移
動采樣管，以及設置在槍體外部的保護套管；所述的槍體是由槍體內管和外管組成，所述的
固定采樣管和移動采樣管套設在槍體外管的一端上，并在固定采樣管和移動采樣管的表面
嵌有熱電偶；在槍體外管的另一端的側面上設有壓縮空氣進口，在與該壓縮空氣進口同一
端的槍體內管的端部設有壓縮空氣出口 ；在壓縮空氣入口前設有氣體流量控制器。 本實用新型的技術特征還在于該積灰采樣裝置的固定采樣管和移動采樣管的外
徑根據公式"/y/，g/(9/^)確定(其中P p為飛灰密度、dp為飛灰粒徑、Vg為煙氣速度、 P為煙氣動力粘度、d為采樣管外徑、St為斯托克斯數)，固定采樣管和移動采樣管的材質 與待測鍋爐換熱器材質一致。 本實用新型的另一技術特征是該積灰采樣裝置還包括計算機，該計算機通過信 號線與熱電偶和氣體流量控制器連接。
3[0011] 本實用新型的又一技術特征是該爐內積灰采樣裝置在靠近移動采樣管一端，熱 電偶伸出固定采樣管的長度為熱電偶直徑的l-1.5倍；移動采樣管頂端加工有圓柱形凹
槽，凹槽直徑與熱電偶外徑一致，凹槽的軸向深度為凹槽直徑的1. 5-2倍。 本實用新型具有以下優點及突出性效果首先充分考慮了積灰形成過程的主要影 響因素，最大程度地保證采樣過程與實際工況近似，這些因素包括流場條件、采樣管材質、 表面溫度等。本實用新型的采樣管外徑根據采樣當地的流場參數確定，保證積灰采樣時流 場條件與實際情況一致；采樣管材質的選用與待研究積灰處表面材質保持一致；同時采樣 管表面溫度可控，可實時追蹤爐內換熱器表面溫度，保證積灰采樣時溫度條件與實際情況 一致。可拆卸的移動采樣管可實現無損積灰采樣，樣品用于積灰形貌和成分分布的分析。同 時固定采樣管采集的樣品用于積灰速度的測量或總體成分分析。同時可快速拆卸的移動采 樣管設計，減少了多次采集間的處理時間，大大提高了工作效率。無損的積灰采樣方法，使 積灰的形貌得以保存進而為研究者提供了更為豐富的信息。綜上，該采樣裝置的出現為積 灰的現場測量和實驗室研究提供了更為便捷，更為科學，更為準確的采樣方法。為積灰機理 以及系統的實驗研究提供了可能，可以極大的提升工作效率和經濟性。
圖1是本爐內積灰采樣管的結構示意圖。 圖2是本爐內積灰采樣管側視圖。 圖3是本爐內積灰采樣管內部氣體流動示意圖。 圖中，l一槍體；2—固定采樣管；3—移動采樣管；4一氣體流量控制器；5—熱電 偶；6—壓縮空氣進口 ；7—壓縮空氣出口 ；8—保護套管；9一槍體外管；10—槍體內管；
11-計算機。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體結構、工作原理和工作過程作進一步的說明。 本實用新型提供的爐內積灰采樣裝置如圖1所示，該爐內積灰采樣裝置包括槍體 1、固定采樣管2和移動采樣管3，以及設置在槍體外部的保護套管8 ;所述的槍體1是由槍 體內管10和槍體外管9組成，所述的固定采樣管2和移動采樣管3套設在槍體外管的一端 上，所述的固定采樣管2和移動采樣管3的表面嵌有熱電偶5 ;在槍體外管9的另一端的側 面上設有壓縮空氣進口 6，在與該壓縮空氣進口同一端的槍體內管10的端部設有壓縮空氣 出口 7 ;在壓縮空氣入口 6前設有氣體流量控制器4。 該積灰采樣裝置的固定采樣管2和移動采樣管3的外徑應根據公式 "/y/乂/(9/^)確定(其中Pp為飛灰密度、dp為飛灰粒徑、Vg為煙氣速度、i！為煙氣動 力粘度、d為采樣管外徑、St為斯托克斯數)，固定采樣管2和移動采樣管3的材質與待測 鍋爐換熱器材質一致。 該積灰采樣裝置還包括計算機11 ，該計算機11通過信號線與熱電偶5和氣體流量 控制器4連接。 本實用新型提供的一種爐內積灰采樣裝置，其工作原理如下 該采樣裝置能夠模擬實際流場條件，根據待測鍋爐換熱器處流場的St數確定采 樣管外徑。其中，& = /^乂/(9^), Pp為飛灰密度、dp為飛灰粒徑、Vg為煙氣速度、y為 煙氣動力粘度、d為采樣管外徑、St為斯托克斯數。 一般來說，實際鍋爐采樣時采樣管外徑應與待研究的換熱器管徑保持一致，實驗室研究時則需根據待研究工況的St數確定采樣 管外徑。 采樣時固定采樣管2和移動采樣管3的表面溫度是可控的，采樣管表面布置有精 度為0. OIK的熱電偶5。氣體流量控制器4調節槍體1內壓縮空氣的流量進而控制采樣管 表面溫度。表面溫度可以預先設定為固定值，也可實時追蹤待研究的換熱器表面溫度。溫 度控制過程可由計算機11完成。 熱電偶5布置在固定采樣管2表面，可快速拆卸。移動采樣管3頂端開圓柱形凹 槽，熱電偶5頂端可以插入以減小接觸熱阻，保證采樣溫度測量的準確性。同時，凹槽還起 到固定移動采樣管3的作用。 采樣前應把固定采樣管2和移動采樣管3插到采樣位置預熱，并將保護套管8套 在槍體上，使其達到預定溫度。在此過程中，保護套管8可以避免成灰物質在采樣管表面沉 積。達到預定工況后，迅速取下保護套管8并將采樣裝置放回采樣位置。 可拆卸的移動采樣管3可實現無損積灰采樣，保證樣品回收過程中積灰樣品的形 貌不被破壞。這為進一步分析積灰的形貌和成分分布提供了可能。 更換不同材料的移動采樣管3為研究換熱器材質對積灰的影響提供了便捷的途 徑。此外采集多個樣品時，可更換的移動采樣管3可以節省采樣間的處理時間，提高工作效率。
以下結合附圖進一步說明本實用新型的工作過程。 首先根據采樣處流場條件，確定固定采樣管2和移動采樣管3的外徑。具體方法 如下實際鍋爐采樣使采樣管外徑盡量與換熱器管徑一致。實驗室采樣時，根據研究工況的 St數計算得到采樣管外徑，公式參照上文。之后根據采樣管幾何尺寸及采樣處實際空間條 件，確定槍體1幾何尺寸，為減少流動阻力應使槍體內10和槍體內外管9間的過流面積與 槍體內管10的過流面積相同。最后加工槍體1和固定采樣管2以及移動采樣管3，一般來 說槍體1材料選耐高溫的不銹鋼，兩個采樣管則根據研究工況選材。采樣前固定采樣管2、 移動采樣管3需經過預處理，推薦采用的方式是在大于采樣最高溫度100-15(TC的條件下 加熱4小時。 根據兩個采樣管的尺寸，選取外徑適宜的熱電偶5，根據圖1、2所示的結構裝配到 固定采樣管2上，使熱電偶5頂端伸出固定采樣管靠近移動采樣管一端約1-1. 5倍熱電偶 直徑的長度。在靠近移動采樣管3 —端，熱電偶5伸出固定采樣管2的長度為熱電偶5直 徑的1-1. 5倍；移動采樣管3頂端加工有圓柱形凹槽，凹槽的直徑與熱電偶5的外徑一致， 凹槽的軸向深度為凹槽直徑的1.5-2倍。 采樣前將移動采樣管3裝配到槍體1上，熱電偶5頂端插入小凹槽。 采樣時，經過除濕穩壓的壓縮空氣4由壓縮空氣進口 6進入槍體l，依次通過槍體
1內、外套管夾層和槍體內管10，最后通過壓縮空氣出口 7排出。氣體流量控制器4調節壓
縮空氣流量進而控制固定采樣管2及移動采樣管3的表面溫度。溫度控制可由計算機11
自動完成。整個采樣裝置準備就緒后將保護套管8套在兩個采樣管上，然后插入爐內采樣
處預熱，待溫度達到采樣要求后拔出采樣裝置迅速取下保護套管8并將采樣裝置插回取樣處。 采樣完成后，取下移動采樣管3，得到形貌保持完好的積灰樣品。同時，將固定采樣
5管2的積灰樣品收集至容器，留待后續分析。清理固定采樣管，更換新的移動采樣管后可進 行下一次采樣。
權利要求一種爐內積灰采樣裝置，其特征在于，該積灰采樣裝置包括槍體(1)、固定采樣管(2)和移動采樣管(3)，以及設置在槍體外部的保護套管(8)；所述的槍體(1)是由槍體內管(10)和槍體外管(9)組成，所述的固定采樣管(2)和移動采樣管(3)套設在槍體外管(9)的一端上，并在固定采樣管(2)和移動采樣管(3)的表面嵌有熱電偶(5)；在槍體外管的另一端的側面上設有壓縮空氣進口(6)，在與該壓縮空氣進口同一端的槍體內管(10)的端部設有壓縮空氣出口(7)；在壓縮空氣入口(6)前設有氣體流量控制器(4)。
2. 按照權利要求l所述的爐內積灰采樣裝置，其特征在于，所述的固定采樣管(2)和 移動采樣管(3)的外徑根據公式"=/7/乂/(9//&)確定，固定采樣管(2)和移動采樣管(3) 的材質與待測鍋爐換熱器材質一致，其中Pp為飛灰密度，dp為飛灰粒徑，Vg為煙氣速度，ii 為煙氣動力粘度，d為采樣管外徑，St為斯托克斯數。
3. 按照權利要求1所述的爐內積灰采樣裝置，其特征在于，所述的積灰采樣裝置還包 括計算機(ll)，該計算機(11)通過信號線與熱電偶(5)和氣體流量控制器(4)連接。
4. 按照權利要求l所述的爐內積灰采樣裝置，其特征在于，在靠近移動采樣管(3) — 端，熱電偶(5)伸出固定采樣管(2)的長度為熱電偶(5)直徑的1-1.5倍；移動采樣管(3) 頂端加工有圓柱形凹槽，凹槽的直徑與熱電偶(5)的外徑一致，凹槽的軸向深度為凹槽直 徑的1. 5-2倍。
專利摘要一種鍋爐積灰的采集裝置，主要用于電廠鍋爐及相關試驗裝置的積灰樣品采集。裝置主體分為槍體、固定采樣管和移動采樣管三部分。其中槍體為雙層套管結構，壓縮空氣在套管內流動。采樣管表面布置熱電偶，測量表面溫度。氣體流量控制器控制壓縮空氣流量進而控制采樣時固定采樣管和移動采樣管的表面溫度。固定采樣管采用過盈配合固定在槍體上，移動采樣管采用間隙配合布置在槍體前端，采樣后可取下。采樣管材質可據研究對象的材質選取，采樣管尺寸根據爐內流場的參數計算決定。本裝置可用于高溫下積灰樣品的采集，特點在于充分考慮流場條件、金屬材質和溫度對積灰的影響，可以保證積灰樣品的真實性。
文檔編號G01N1/12GK201514341SQ20092010634
公開日2010年6月23日 申請日期2009年3月6日 優先權日2009年3月6日
發明者卓建坤, 姚強, 宋薔, 徐曉光, 李庚達, 李水清 申請人:清華大學;清華大學煤燃燒工程研究中心