移动式自动清灰高温取样探头的制作方法

1.本专利属于水泥气体分析装置技术领域。


背景技术：

2.在水泥生产过程中需对水泥窑中多种气体co、o2、no、co2等进行在线分析，实现对燃烧状况的实时监测，通过调整进风量等措施，提高燃烧效率，实现控制能耗、优化水泥熟料质量以及安全预警。高温取样探头是一种应用于水泥生产过程中的气体取样装置，它可以穿过烟室伸入窑内用于连续从回转窑对高温、腐蚀性的并含有灰尘的工艺气体进行取样并保证后续气体分析系统的正常分析，伸入总长度约1700-2000mm,所取样品可更真实的反映窑内燃烧气体的成分，更准确的控制水泥生产工艺，提高燃烧效率，达到节能减排的目的。它是整套高温气体分析系统的核心配置之一。水泥回转窑温度高达1200～1400℃、介质腐蚀性强、粉尘颗粒物含量大。水泥回转窑中粉尘含量可达2000g/m3,这些含有高粉尘的样品气通过探头后进入样品过滤器，探头和过滤器在很短的时间内就会被这么多的粉尘堵塞掉，一般的探头在使用几小时后就要从窑内退出进行吹扫清理，随着探头的退出，这些高密度的粉尘的温度以及其他介质的温度急速下降，很容易粘在探头内壁上以及过滤器内外表面，有时吹扫不掉还需要人工拆卸手动清理，给现场的使用带来极大的不便。现有采样探头的：(1)冷却回路效率低，探头外壁温度高，长时间使用后产生变形；(2)探头内部堵塞，清灰困难，无法长时间连续取样；(3)探头和高温过滤器通过不锈钢管连接，不锈钢管出现冷点经常堵塞，无法清理；(4)另外不锈钢管和探头、高温过滤器之间的连接容易漏气。


技术实现要素：

3.本专利针对此，提出了移动式自动清灰高温取样探头，包括：清灰活动装置、过滤器、最外侧夹层、中间夹层、最内侧夹层。
4.在本专利的具体实施方式中，所述清灰活动装置包括：清灰活动块、清灰驱动杆、清灰连接轴、气缸。
5.在本专利的具体实施方式中，所述过滤器内部设置有滤芯。
6.在本专利的具体实施方式中，所述过滤器内部上还设置有电磁阀控制的气路。
7.在本专利的具体实施方式中，所述电磁阀控制的气路上还设置有电磁阀。
8.采用本专利的装置可以实现：(1)探头无需退出窑外即可自动清灰、吹扫；(2)探头重量轻，热交换效率高，长久使用不变形；(3)探头与高温过滤器直接法兰对接，无冷点，不堵塞，密封性好；(4)样气通道窄，大颗粒粉尘无法进入探头内部。
附图说明
9.图1是移动式自动清灰高温取样探头图。其中，1是样气进口,2是清灰活动块，3是清灰驱动杆，4是清灰连接轴，5是换热液进口,6是换热液出口，7是法兰，8是过滤器，9是电磁阀，10是滤芯，11是出气口，12是气缸。
具体实施方式
10.相关术语解释：
11.样气：即样品气，在水泥生产过程中，水泥窑中燃料燃烧产生的各种烟气，这些烟气中含有n2、o2、so2、co、no等等；
12.探头：经过特殊设计、加工，伸入水泥窑内可以将样气取出的一根圆杆；
13.过滤器：一种可以过滤流体中的灰尘、颗粒物等杂质的设备，根据需要可以制造不同的过滤孔径。
14.清灰活动块：装在探头内部，通过外力前后移动将气体通道中的固体物质松动或者除掉的部件。
15.换热液：在探头取样过程中给探头降温的液体，冷的换热液流入探头内进行热交换后流出探头，对液体降温处理后继续送入探头循环使用。
16.露点温度：在样气所含水气量(含湿量)不变的情况下，通过冷却降温而达到饱和状态时的温度称为露点温度。换句话说，就是样气中水分凝结成水滴的温度。
17.本方案主要针对这些恶劣工况进行了取样探头的设计。为了应对过程中的高温，探头外层选用耐高温的不锈钢材料，并配备了一个封闭的冷却回路系统，样品介质在温度降低后容易析出液态水，并和部分气体形成酸性化合物，对探头具有极强的腐蚀性，因此在冷却回路系统中增加了测温、流量控制装置，既要避免探头在高温环境中被烧坏，又要保证回路冷却液和样品热交换后，样品中各介质温度在露点温度以上。这样可以大大降低样气对整个探头的腐蚀。同时，本发明装置还解决了探头堵塞问题。
18.本专利提供的移动式自动清灰高温取样探头，包括样气进口1,清灰活动块2，清灰驱动杆3，清灰连接轴4，换热液进口5,换热液出口6，法兰7，过滤器8，电磁阀9，滤芯10，出气口11，气缸12，最外侧夹层13，中间夹层14，最内侧夹层15，电磁阀控制的气路16。
19.所述移动式自动清灰高温取样探头借助移动装置伸入水泥回转窑中进行样气取样，探头外部为圆柱状结构，内部有三个夹层和一套清灰活动装置。
20.所述移动式自动清灰高温取样探头内部有三个夹层呈环形结构，最外侧夹层13为冷的换热液进入整个探头的通道，中间夹层14为换热后的热的换热液返回探头外部的通道，最外侧层13和中间夹层14组成闭式冷却回路。最内侧夹层15为样气通道，所取窑内的样气由此狭窄通道流进采样探头并通过过滤器8后进入分析仪进行成分分析。
21.所述换热液通过换热液进口5进入最外侧夹层，换热液通过中间夹层并从换热液出口6流出。
22.所述清灰活动块2与最内侧夹层15形成样气进入空间和样气通道，并在清灰连接轴4和气缸12的带动下能往复运动，实现清灰功能。样气通道内侧，也就是整个探头的中心安装清灰活动装置，此装置会不定时的在样气通道内前后移动，推动清灰活动块伸出探头外，除掉探头入口处的粉尘固体颗粒物，同时保证已进入狭窄样气通道内的粉尘固体颗粒物处于松散状态，不至于粘在样气通道壁上,这些松散的粉尘固体颗粒物会定时通过反吹氮气反吹到回转窑中,避免长时间积累堵塞样品通道，保证探头能够连续取样。在探头进样通道中间设计了一个清灰活动块，它和进样通道内壁仅有零点几毫米的间隙，取样时样品气将从这个间隙流过到达探头尾端的过滤器以及分析仪，狭窄的间隙相当于一个粗的过滤器，样品气中超过这个间隙尺寸的颗粒物无法进入探头内。这个活动块在外部气缸的驱动
下通过连接杆不定时的前后移动，活动块一会在探头内，一会伸出探头外，可将附着在狭窄样气通道内的粉尘来回移动，让其处于松散状态，不至于长时间粘在管壁上不动。在某一时间清灰活动块伸出探头外，此时停止采样，plc(programmable logic controller可编程逻辑控制器)自动打开探头尾端反吹氮气将过滤器内璧、滤芯外壁及样气通道中的细粉尘颗粒反吹回窑内，反吹结束后自动切换回采样状态，继续取样分析。如此反复循环进行，探头无需退出窑外即可完成清灰除尘的动作，保证取样系统连续工作。
23.所述过滤器8与探头尾端直接对接，无需通过管道连接，改为法兰7直接对接密封，这样在探头和过滤器之间没有冷点，样品气的温度始终在其组分露点温度以上，在整个取样过程中不会出现凝液现象，可大大改善由于温度改变而导致的探头、过滤器堵塞问题。
24.所述采样气体通过样气进口1进入探杆最内侧夹层后，通过过滤器8并经滤芯10过滤后，最后经过出气口11接相应设备或接口；实现反吹正好相反，反吹气体通过出气口11、电磁阀控制的气路16或者滤芯10进入过滤器8，进而进入探杆最内侧夹层实现反吹。
25.采用本专利的装置可以实现：(1)探头无需退出窑外即可自动清灰、吹扫；(2)探头重量轻，热交换效率高，长久使用不变形；(3)探头与高温过滤器直接法兰对接，无冷点，不堵塞，密封性好；(4)样气通道窄，大颗粒粉尘无法进入探头内部。

技术特征：
1.移动式自动清灰高温取样探头，其特征在于，探头外部为圆柱状结构，内部有三个夹层和一套清灰活动装置，包括：清灰活动装置、过滤器、最外侧夹层、中间夹层、最内侧夹层；所述最外侧夹层为冷的换热液进入整个探头的通道；所述中间夹层为换热后的热的换热液返回探头外部的通道；所述最外侧层和中间夹层组成闭式冷却回路；所述最内侧夹层为样气通道；所述清灰活动装置位于最内侧夹层内，包括：清灰活动块、清灰驱动杆、清灰连接轴、气缸；所述清灰活动块与最内侧夹层形成样气进入空间和样气通道，并在清灰连接轴和气缸的带动下能往复运动。2.依据权利要求1所述移动式自动清灰高温取样探头，其特征在于，所述过滤器内部设置有滤芯。3.依据权利要求1所述移动式自动清灰高温取样探头，其特征在于，所述过滤器内部上还设置有电磁阀控制的气路。4.依据权利要求3所述移动式自动清灰高温取样探头，其特征在于，所述电磁阀控制的气路上还设置有电磁阀。

技术总结
本专利属于水泥气体分析装置技术领域。本专利提出了移动式自动清灰高温取样探头，包括：清灰活动装置、过滤器、最外侧夹层、中间夹层、最内侧夹层。采用本专利的装置可以实现：(1)探头无需退出窑外即可自动清灰、吹扫；(2)探头重量轻，热交换效率高，长久使用不变形；(3)探头与高温过滤器直接法兰对接，无冷点，不堵塞，密封性好；(4)样气通道窄，大颗粒粉尘无法进入探头内部。法进入探头内部。法进入探头内部。


技术研发人员：赵喜清 徐瑛 陈华申 敖小强
受保护的技术使用者：北京雪迪龙科技股份有限公司
技术研发日：2021.08.11
技术公布日：2022/5/25