技术领域
[0001] 本
发明属于
固体燃料燃烧及环境污染排放技术领域，特别涉及一种颗粒物气动切割取样装置及其操作方法。
背景技术
[0002]
煤炭一直以来是我国主要的一次
能源，占比高达60％以上，并且在很长时间，这种格局不会发生明显改变。煤炭燃烧利用中或多或少都会存在结焦沾污等问题，尤其是近年来在新疆地区发现的储量巨大的准东煤，由于其高
碱金属含量，极易引起燃烧受热面上严重的结焦沾污问题。
煤粉燃烧过程中一般都是经
热解产生不同结构的
焦炭，随后这些煤焦在燃烧过程中发生
破碎，形成大量细小碎片。随着燃烧反应的进行，这些碎片会与煤粉颗粒燃烧初期释放的气态无机物质反应，并经熔融聚合形成残灰颗粒；其中，气态无机物质主要是碱金属等。高温下，这些残灰颗粒由于处于熔融态，极易在
水冷壁等受热面上沾附并诱发严重的结焦沾污问题，严重威胁燃烧设备的安全、经济及高效运行。
[0003] 因此，需要获得煤粉尤其是准东煤粉颗粒燃烧过程中残灰的形成机理，这对于防止
锅炉严重沾污结焦、优化运行以及锅炉的优化设计具有非常重要的意义。目前，针对煤粉高温燃烧过程中残灰的取样方式基本都是采用水冷取样枪，或者在取样入口引入惰性稀释气。目前的取样方法由于无法在高温下实现烟气中气态无机物质与固态残灰颗粒的分离，使得高温下的气态无机物质在取样过程中由于
温度的降低
凝结成核并与残灰颗粒间发
生物理化学过程等，从而改变残灰颗粒的特性，亟需一种新型的取样装置。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种颗粒物气动切割取样装置及其操作方法，以解决上述存在的技术问题。本发明可实现高温环境下烟气中气相无机物质与残灰颗粒之间的分离，能够避免后续取样过程中气态无机物质的凝结成核及其与残灰颗粒间的物理化学反应，可保证残灰颗粒取样的真实有效性。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] 一种颗粒物气动切割取样装置，包括：取样稀释气加
热管、引射式混合器、锥形取样嘴、
加速喷嘴、
支撑装置、携带气引入管、温度采集装置、气固分离取样嘴、枪体和颗粒物取样装置；取样稀释气加热管的入口用于通入取样稀释气，取样稀释气加热管的出口与引射式混合器的入口相连通；锥形取样嘴的入口用于通入携带残灰颗粒的烟气，锥形取样嘴的出口与引射式混合器的入口相连通；引射式混合器的出口与加速喷嘴的入口相连通；加速喷嘴的出口与支撑装置的入口相连通；支撑装置设置有气体出口和颗粒物出口；携带气引入管的入口用于通入携带气，携带气引入管的气体出口与支撑装置的颗粒物出口相连通；携带气引入管的气体出口处设置有气固分离取样嘴；温度采集装置的采集端设置于气固分离取样嘴处；枪体的入口与携带气引入管的颗粒物出口相连通，枪体的颗粒物出口与颗粒物取样装置的入口相连通；枪体内通有补充气；取样稀释气加热管和携带气引入管均设置有气体流量控制
阀。
[0007] 进一步的，枪体包括：喉管、补充气管和残灰颗粒取样管；补充气管的入口用于通入补充气，补充气管的气体出口与携带气引入管的颗粒物出口相连通，补充气管的气体出口处设置有喉管；残灰颗粒取样管的入口与补充气管的颗粒物出口相连通，残灰颗粒取样管的出口用于输出颗粒物；补充气管设置有气体流量
控制阀。
[0008] 进一步的，残灰颗粒取样管部分套装于补充气管内；补充气管部分套装于携带气引入管内。
[0009] 进一步的，喉管的两端均为锥形，锥度为20°～30°；喉管的中心孔直径为气固分离取样嘴中心孔直径的1.05～1.15倍；残灰颗粒取样管的内径为喉管中心孔直径的1.05～1.15倍。
[0010] 进一步的，还包括：控制处理器；控制处理器的
信号输出端与气体
流量控制阀的信号输入端相连接；控制处理器的输入端与温度采集装置的输出端相连接。
[0011] 进一步的，携带气引入管设置有携带气预热管。
[0012] 进一步的，取样稀释气加热管由多段弯管组成；加速喷嘴长度为其外径的1/3～1/2；温度采集装置为
热电偶。
[0013] 一种颗粒物气动切割取样装置，包括：取样部、惯性分离装置、枪体、颗粒物取样装置和控制处理器；取样部的入口用于通入携带残灰颗粒的烟气，取样部的出口与惯性分离装置的入口相连通；惯性分离装置设置有气体出口和颗粒物出口；颗粒物出口与枪体的入口相连通，枪体的出口与颗粒物取样装置的入口相连通，颗粒物取样装置的出口用于收集颗粒物；控制处理器用于控制取样部、惯性分离装置、枪体和颗粒物取样装置的气体流量。
[0014] 一种颗粒物气动切割取样装置的操作方法，包括以下步骤：
[0015] 通过取样稀释气加热管的气体流量控制阀作用，通过取样稀释气加热管通入预设量的取样稀释气至引射式混合器；通过锥形取样嘴通入携带残灰颗粒的烟气至引射式混合器；
[0016] 引射式混合器将稀释后的携带残灰颗粒的烟气通过加速喷嘴喷入支撑装置；
[0017] 通过携带气引入管的气体流量控制阀作用，通过携带气引入管通入预设量的携带气至支撑装置；
[0018] 携带残灰颗粒的烟气中的气体通过支撑装置的气体出口排出；
[0019] 携带残灰颗粒的烟气中的颗粒物进入枪体，最终通过颗粒物取样装置完成颗粒物收集。
[0020] 与
现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0021] 本发明针对高温燃烧环境下，利用烟气中气体和残灰颗粒具有不同的惯性
力，通过惯性分离实现烟气在高温下气固分离；可实时实现高温环境下烟气中气相无机物质与残灰颗粒之间的分离，能够避免后续取样过程中气态无机物质的凝结成核及其与残灰颗粒间的物理化学反应，可保证残灰颗粒取样的真实有效性。
[0022] 进一步的，通过两级稀释可进一步阻止残灰颗粒物在取样枪体内因颗粒间团聚碰撞等引起颗粒粒径形貌发生改变，以及在取样枪体内发生沉积堵塞影响残灰颗粒物取样的准确性。
附图说明
[0023] 图1是本发明的一种颗粒物气动切割取样装置的结构示意图；
[0024] 图1中，1引射式混合器；2加速喷嘴；3锥形取样嘴；4温度采集装置；5气固分离取样嘴；6乏气出口；7支撑装置；8喉管；9携带气引入管；10携带气预热管；11携带气入口；12气体流量控制阀；13补充气入口；14气体流量控制阀；15补充气管；16控制处理器；17残灰颗粒取样管；18滤筒；19撞击器；20气体流量控制阀；21颗粒采集出口；22信号接
收线；23取样稀释气入口；24气体流量控制阀；25取样稀释气加热管。
具体实施方式
[0025] 下面结合附图和具体
实施例对本发明作进一步详细说明。
[0026] 请参阅图1，本发明的一种颗粒物气动切割取样装置，可用于电厂锅炉及相关燃烧设备高温
炉膛内气动切割颗粒物的取样，主要包括：取样部、惯性分离装置、枪体、温度采集装置、颗粒物取样装置和控制处理器16。取样部的入口用于通入携带残灰颗粒的烟气，取样部的出口与惯性分离装置的入口相连通；惯性分离装置设置有气体出口和颗粒物出口；颗粒物出口与枪体的入口相连通，枪体的出口与颗粒物取样装置的入口相连通，颗粒物取样装置的出口用于收集颗粒物；控制处理器16用于控制取样部、惯性分离装置、枪体和颗粒物取样装置的气体流量。
[0027] 具体的，一种颗粒物气动切割取样装置，包括：取样稀释气加热管25、引射式混合器1、锥形取样嘴3、加速喷嘴2、支撑装置7、携带气引入管9、温度采集装置4、气固分离取样嘴5、枪体和颗粒物取样装置；取样稀释气加热管25的入口用于通入取样稀释气，取样稀释气加热管25的出口与引射式混合器1的入口相连通；锥形取样嘴3的入口用于通入携带残灰颗粒的烟气，锥形取样嘴3的出口与引射式混合器1的入口相连通；加速喷嘴2长度为其外径的1/3～1/2，引射式混合器1的出口与加速喷嘴2的入口相连通；加速喷嘴2的出口与支撑装置7的入口相连通；支撑装置7设置有气体出口和颗粒物出口；携带气引入管9的入口处设置有携带气预热管10，携带气引入管9的入口用于通入携带气，携带气引入管9的气体出口与支撑装置7的颗粒物出口相连通；携带气引入管9的气体出口处设置有气固分离取样嘴5；温度采集装置4的采集端设置于气固分离取样嘴5处；枪体的入口与携带气引入管9的颗粒物出口相连通，枪体的颗粒物出口与颗粒物取样装置的入口相连通；枪体内通有补充气；取样稀释气加热管25和携带气引入管9均设置有气体流量控制阀。
[0028] 枪体包括：喉管8、补充气管15和残灰颗粒取样管17；补充气管15的入口用于通入补充气，补充气管15的气体出口与携带气引入管9的颗粒物出口相连通，补充气管15的气体出口处设置有喉管8；残灰颗粒取样管17的入口与补充气管15的颗粒物出口相连通，残灰颗粒取样管17的出口用于输出颗粒物；补充气管15设置有气体流量控制阀。枪体的入口为喉管8的入口。喉管8的入口靠近气固分离取样嘴5的出口。喉管8的两端均为锥形，锥度为20°～30°；喉管8的中心孔直径为气固分离取样嘴5中心孔直径的1.05～1.15倍；残灰颗粒取样管17的内径为喉管8中心孔直径的1.05～1.15倍。其中，残灰颗粒取样管17部分套装于补充气管15内；补充气管15部分套装于携带气引入管9内。控制处理器16的信号输出端与各个气体流量控制阀的信号输入端相连接；控制处理器16的输入端与温度采集装置4的输出端相连接，温度采集装置4为热电偶。颗粒物取样装置包括：滤筒18和撞击器19。
[0029] 本发明的一种颗粒物气动切割取样装置的操作方法，包括以下步骤：
[0030] 通过取样稀释气加热管25的气体流量控制阀作用，通过取样稀释气加热管25通入预设量的取样稀释气至引射式混合器1；通过锥形取样嘴3通入携带残灰颗粒的烟气至引射式混合器1；
[0031] 引射式混合器1将稀释后的携带残灰颗粒的烟气通过加速喷嘴2喷入支撑装置7；
[0032] 通过携带气引入管9的气体流量控制阀作用，通过携带气引入管9通入预设量的携带气至支撑装置7；
[0033] 携带残灰颗粒的烟气中的气体通过支撑装置7的气体出口排出；
[0034] 携带残灰颗粒的烟气中的颗粒物进入枪体，最终通过颗粒物取样装置完成颗粒物收集。
[0035] 实施例
[0036] 请参阅图1，本发明的一种颗粒物气动切割取样系统，该高温气动切割颗粒物取样系统包括取样部分、惯性分离装置、枪体、温度采集装置、颗粒物取样装置和控制处理器。
[0037] 取样部由锥形取样嘴3、取样稀释气加热管25和引射式混合器1组成。锥形取样嘴3和引射式混合器1入口采用
螺纹方式直接连接，取样稀释气加热管25出口与引射式混合器1入口连接，并由多段弯管组成，保证取样稀释气能得到充分加热，使其温度达到与烟道内取样
位置温度一致。
[0038] 惯性分离装置由加速喷嘴2、温度采集装置4、气固分离取样嘴5、携带气引入管9及支撑装置7组成。加速喷嘴2入口与引射式混合器1出口连接，加速喷嘴2与支撑装置7通过
螺纹连接方式固定。气固分离取样嘴5通过螺纹连接安装固定在携带气引入管9上，携带气引入管9也是通过螺纹连接安装固定在支撑装置上。同时温度采集装置4通过在气固分离取样嘴5入口位置安装热电偶，并将温度
信号传输到控制处理器16进行记录。此外，气固分离取样嘴5入口与加速喷嘴2出口串行连接。其中，加速喷嘴长度为其外径的1/3～1/2，并与支撑装置通过螺纹连接。气固分离取样嘴与支撑装置通过螺纹连接固定。温度采集装置通过在气固分离取样嘴入口位置安装热电偶，并将温度信号传输到控制处理器。
[0039] 枪体由喉管8、补充气管15和残灰颗粒取样管17组成。喉管8两端均为锥形，锥度为20～30°，且喉管8中心孔直径为气固分离取样嘴5中心孔直径的1.05～1.15倍，同时残灰颗粒取样管内径为喉管中心孔直径1.05～1.15倍。其中补充气管15、残灰颗粒取样管17与携带气引入管9
套管式布置，由外到内依次为携带气引入管9、补充气管15和残灰颗粒取样管
17。滤筒18和撞击器19等用于对残灰颗粒物的采集与残灰颗粒取样管17出口连接。
[0040] 本发明的工作流程和工作原理如下：
[0041] 取样稀释气经控制处理器16控制气体流量控制阀24作用实现流量的精确控制，并经取样稀释气加热管25利用锅炉等燃烧设备炉内高温烟气加热到烟道内取样位置温度，通过引射式混合器1并由锥形取样嘴3完成对携带残灰颗粒的高温烟气的抽吸及一级稀释。
[0042] 稀释后的混合烟气经加速喷嘴2的作用控制烟气流速，而气固分离取样嘴5入口烟气流量经精确控制携带气、补充气以及残灰颗粒取样装置抽吸量保证其没有烟气的引入，进而利用烟气中气体和残灰颗粒间的惯性不同，使残灰颗粒能通过气固分离取样嘴5，并进一步经由携带气引入管9的携带气稀释，进入颗粒采集装置，而烟气中气体则经支撑装置7的乏气出口6排出。携带气经控制处理器16控制气体流量控制阀12作用控制流量，并经携带气预热管10和携带气引入管9实现对经气固分离取样嘴5后分离的残灰颗粒携带与二级稀释。二级稀释后的混合气体与由控制处理器16控制气体流量控制阀14控制流量并经补充气管15引入的定量补充气混合，由滤筒18或撞击器19(如图所示DLPI)完成对残灰颗粒的取样过程以便后续的物理化学分析。此外，取样过程中通过控制气体流量控制阀12、14和20的作用，保证经颗粒采集出口的取样气体总流量等于或略小于经携带气入口11和补充气入口13进入的气体总流量，实现气固分离取样嘴5入口的汽封作用，使经加速喷嘴2加速的混合烟气中仅固相残灰颗粒由于颗粒惯性作用进入气固分离取样嘴5实现气固分离。
[0043] 综上，本发明提供了一种颗粒物气动切割取样系统，该高温颗粒物气动切割取样系统包括取样部分、惯性分离装置、枪体、温度采集装置、颗粒物取样装置和控制处理器。本发明针对燃烧设备炉内高温环境下利用烟气中气体和残灰颗粒具有不同的
惯性力，通过惯性分离实现烟气在烟气温度不改变情况下的气固分离，通过两级稀释进一步阻止了残灰颗粒物在取样枪体内因颗粒间团聚碰撞等引起颗粒粒径形貌发生改变，以及在取样枪体内发生沉积堵塞，实现精确准确的炉内高温残灰颗粒的取样。具体的，首先利用锥形取样嘴实现烟气的等速取样，随后经气固惯性分离装置利用烟气中气体和残灰颗粒具有不同的惯性力，实现烟气在不改变烟气温度情况下的气固分离，防止后续取样过程中由于烟气温度的降低引起的气态无机物质的冷凝沉积等对残灰颗粒取样的干扰，同时取样过程中采用了两级稀释进一步阻止了残灰颗粒物在取样枪体内因颗粒间团聚碰撞等引起颗粒粒径形貌发生改变，以及在取样枪体内发生沉积堵塞影响残灰颗粒物取样的准确性。
