探入式高温高粉尘窑炉取气装置的制作方法

本发明涉及用于分析窑炉内部燃烧状态的装置领域，具体是一种探入式高温高粉尘窑炉取气装置。

背景技术：

窑炉作为工业生产加工领域用于煅烧物料的常见设备，通常采用煤作为燃料。窑炉在进行煅烧作业时，需要向炉内喷煤和喷空气(o2)，由于炉内为高温(900℃-1600℃)、高粉尘环境，所以通常只能透过窑炉壁上的观察窗口从外部来肉眼观察窑炉内部的“火候”，从而来判断窑炉内部的燃烧状态，很显然这种仅凭肉眼去判断窑炉内部燃烧状态的措施，其准确性非常低，而且需要依赖大量经验的积累，这就需要通过采集窑炉内部的气体来分析气体成分(o2、co、so2、nox等)，才能科学、有效、准确的分析窑炉内部燃烧状态，进而来控制喷煤量和喷空气(o2)量，使二者的比例关系(“风煤比”)维持在合理的区间范围内，从而使窑炉达到较为理想的燃烧状态，这样既能保证窑炉的煅烧效率，又能保证窑炉节能减排的效果。

因此，设计一种与炉内高温(900℃-1600℃)、高粉尘环境相匹配的取气机构来采集窑炉内部的气体以供分析气体成分就显得十分必要。另外，为了确保分析炉内气体成分的精准性和可靠性，需要所设计的取气机构能够探入窑炉的核心部位(炉膛)，才能采集来自于窑炉的核心部位的气体，这就给取气机构造成堵塞、变形和积料等亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种探入式高温高粉尘窑炉取气装置，能够与炉内高温(900℃-1600℃)、高粉尘环境相匹配，能够探入窑炉的核心部位，能够高效的采集炉内气体以供分析炉内气体成分，且不会发生管道堵塞、探管积料和探管变形的现象。

本发明的技术方案如下：

一种探入式高温高粉尘窑炉取气装置，包括有窑炉、行走机构、取气机构、清堵机构、反吹机构、抖料机构、冷却机构、储气罐和气体分析仪，所述窑炉的炉壁上设有取气孔并埋设有预埋管，其特征在于：所述的行走机构包括有设置于所述窑炉外侧的支架，所述的支架上固定有导轨，所述的导轨上设有可沿其移动的行走小车；

所述的取气机构包括有转动连接在所述行走小车底部的探管和固定在所述行走小车上的第一箱体，所述的清堵机构包括有固定连接在所述探管后端的气缸，所述气缸的活塞杆延伸至所述的探管内并在探管内伸缩，所述的探管内设置有滤芯，所述的滤芯一方面在所述气缸的驱动下伸出探管外或回缩至探管内，另一方面向后依次穿过所述的探管和气缸并连接有第一取气管；所述的第一箱体内设有过滤器，所述过滤器的进口端与所述的第一取气管相连接，过滤器的出口端通过第一电磁阀连接有通向所述气体分析仪进气口的第二取气管；

所述的反吹机构包括有固定在所述行走小车上的反吹储气罐，所述反吹储气罐的进气口与所述储气罐的出气口之间连接有输气管，反吹储气罐的出气口分别连接有第一出气管和第二出气管，所述气缸的前端盖上设有通向所述滤芯外的探管内部空间的反吹进气口，所述第一出气管的前端通过第二电磁阀与所述第一取气管相连接，所述第二出气管的前端通过第三电磁阀与所述反吹进气口相连接；

所述的抖料机构包括有固定在所述行走小车上的摆动气缸，所述摆动气缸的输出轴上安装有主动链轮，所述的探管上安装有从动链轮，所述的主动链轮与从动链轮之间连接有环形链条；

所述气缸的供气回路中安装有第四电磁阀，所述摆动气缸的供气回路中安装有第五电磁阀，所述的第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀和第五电磁阀均与所述气体分析仪的控制器电连接，且第一电磁阀与第二电磁阀和第三电磁阀的启闭状态相反；

所述的冷却机构包括有水泵、冷凝器和冷凝器风扇，所述探管的内壁设有内夹层和外夹层，所述的内夹层与外夹层在所述探管的前端相连通，探管外壁的后端分别设有与所述内夹层相连通的冷却液进口和与所述外夹层相连通的冷却液出口，所述水泵的出水端与所述的冷却液进口之间连接有进冷却液管，所述的冷却液出口与所述冷凝器的进水端之间连接有出冷却液管，所述冷凝器的出水端与所述水泵的进水端之间连接有管道。

所述的探入式高温高粉尘窑炉取气装置，其特征在于：所述预埋管的前端口上沿转动连接有挡灰门。

所述的探入式高温高粉尘窑炉取气装置，其特征在于：所述的支架包括有固定在地面上的立柱和固定在所述预埋管上的立板，所述的导轨架设并固定在所述立柱的顶部与立板的顶部之间。

所述的探入式高温高粉尘窑炉取气装置，其特征在于：所述导轨前端的底部固定连接有支撑杆，所述的支撑杆上设有通孔，所述探管的前端穿过所述的通孔并与其滑动配合和转动配合；所述行走小车的底部分别固定连接有均安装有轴承的二个轴承座，所述的探管依次穿过所述二个轴承座上的轴承并与轴承的内圈紧密配合。

所述的探入式高温高粉尘窑炉取气装置，其特征在于：所述导轨的前、后端分别设有与所述行走小车相配合的行程开关，所述行走小车的驱动电机的供电回路中安装有继电器，所述气体分析仪的控制器一方面分别与所述行程开关电连接，另一方面与所述继电器电连接。

所述的探入式高温高粉尘窑炉取气装置，其特征在于：所述的预埋管采用耐高温不锈钢管，所述的第一取气管、第二取气管、输气管、第一出气管、第二出气管、进冷却液管和出冷却液管均采用软管，所述第二取气管的外部设有伴热管。

所述的探入式高温高粉尘窑炉取气装置，其特征在于：所述的滤芯采用不锈钢滤芯，所述的过滤器采用钛合金过滤器。

所述的探入式高温高粉尘窑炉取气装置，其特征在于：所述储气罐的进气口连接有通向气源的进气管。

所述的探入式高温高粉尘窑炉取气装置，其特征在于：所述的第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀均设置于所述第一箱体内，所述的第四电磁阀和第五电磁阀均设置于第二箱体内。

所述的探入式高温高粉尘窑炉取气装置，其特征在于：所述水泵的一侧设有补水箱，所述补水箱的出水口与所述水泵的进水端之间连接有补水管。

本发明的有益效果：

1、本发明结构简单，能够与炉内高温(900℃-1600℃)、高粉尘环境相匹配，能够高效的采集炉内气体以供分析炉内气体成分。

2、本发明采用沿导轨行走的行走小车带动探管进出窑炉，使得探管能够探入窑炉的核心部位，使得所采集炉内气体来自于窑炉的核心部位，从而为分析炉内气体成分提供了精准、可靠的气体来源。

3、本发明采用滤芯和钛合金过滤器，易实现，成本低，能够有效的过滤掉所采集气体中的粉尘等颗粒物，从而为气体分析仪进行科学、有效、准确的气体成分分析提供了可靠的前提和坚实的基础。

4、本发明采用高压空气对滤芯的内部空间进行内部反吹和对滤芯外的探管内部空间进行外部反吹，并采用气缸进行清堵，能够有效避免管道和滤芯发生堵塞，从而保证了取气作业能够正常进行。

5、本发明采用启闭状态相反的第一电磁阀和第二、三电磁阀分别控制取气管路和反吹管路的通断，且利用气体分析仪的控制器(plc)进行自动控制，实现了取气和反吹作业的自动切换，自动化程度高。

6、本发明采用摆动气缸驱动探管在90°的范围内进行左右往复旋转，可有效抖落掉探管外壁上堆积的积料，避免了由于积料对探管进出窑炉所造成的影响。

7、本发明采用水冷的方式来冷却探管管壁，且冷却液首先进入探管管壁的内夹层，流过内夹层后再进入探管管壁的外夹层，提高了热交换效率，增强了冷却效果，从而保证了探管在高温(900℃-1600℃)环境下不会产生变形。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为图1中a部分结构放大示意图。

图3为本发明中第一箱体的内部结构示意图。

图4为本发明中气缸和探管后端的结构示意图。

图5为本发明中探管前端的结构示意图。

图6为本发明的控制原理框图。

具体实施方式

参见附图，一种探入式高温高粉尘窑炉取气装置，包括有窑炉1、行走机构、取气机构、清堵机构、反吹机构、抖料机构、冷却机构、储气罐2和气体分析仪3，窑炉1的炉壁上设有取气孔并埋设有预埋管4，行走机构包括有设置于窑炉1外侧的支架5，支架5上固定有导轨6，导轨6上设有可沿其移动的行走小车7；

取气机构包括有转动连接在行走小车7底部的探管8和固定在行走小车7上的第一箱体9，清堵机构包括有固定连接在探管8后端的气缸10，气缸10的活塞杆延伸至探管8内并在探管8内伸缩，探管8内设置有滤芯49，滤芯49一方面在气缸10的驱动下伸出探管8外或回缩至探管8内，另一方面向后依次穿过探管8和气缸10并连接有第一取气管11；第一箱体9内设有过滤器12，过滤器12的进口端与第一取气管11相连接，过滤器12的出口端通过第一电磁阀13连接有通向气体分析仪3进气口的第二取气管14；

反吹机构包括有固定在行走小车7上的反吹储气罐15，反吹储气罐15的进气口与储气罐2的出气口之间连接有输气管16，反吹储气罐15的出气口分别连接有第一出气管17和第二出气管18，气缸10的前端盖上设有通向滤芯49外的探管8内部空间的反吹进气口19，第一出气管17的前端通过第二电磁阀20与第一取气管11相连接，第二出气管18的前端通过第三电磁阀21与反吹进气口19相连接；

抖料机构包括有固定在行走小车7上的摆动气缸22，摆动气缸22的输出轴上安装有主动链轮23，探管8上安装有从动链轮24，主动链轮23与从动链轮24之间连接有环形链条25；

气缸10的供气回路中安装有第四电磁阀26，摆动气缸22的供气回路中安装有第五电磁阀27，第一电磁阀13、第二电磁阀20、第三电磁阀21、第四电磁阀26和第五电磁阀27均与气体分析仪3的控制器(plc)电连接，且第一电磁阀13与第二电磁阀20和第三电磁阀21的启闭状态相反；

冷却机构包括有水泵28、冷凝器29和冷凝器风扇30，探管8的内壁设有内夹层31和外夹层32，内夹层31与外夹层32在探管8的前端相连通，探管8外壁的后端分别设有与内夹层31相连通的冷却液进口33和与外夹层32相连通的冷却液出口34，水泵28的出水端与冷却液进口33之间连接有进冷却液管35，冷却液出口34与冷凝器29的进水端之间连接有出冷却液管36，冷凝器29的出水端与水泵28的进水端之间连接有管道37。

本发明中，预埋管4的前端口上沿转动连接有挡灰门38，探管8进入预埋管4时，将挡灰门38顶起；探管8退出预埋管4后，挡灰门38在重力作用下回落，从而关闭预埋管4，防止窑炉1内的粉尘等颗粒物溢出。

支架5包括有固定在地面上的立柱5-1和固定在预埋管4上的立板5-2，导轨6架设并固定在立柱5-1的顶部与立板5-2的顶部之间。

导轨6前端的底部固定连接有支撑杆39，支撑杆39上设有通孔，探管8的前端穿过通孔并与其滑动配合和转动配合；行走小车7的底部分别固定连接有均安装有轴承的二个轴承座40，探管8依次穿过二个轴承座40上的轴承并与轴承的内圈紧密配合。

导轨6的前、后端分别设有与行走小车相配合的行程开关41，行走小车7的驱动电机42的供电回路中安装有继电器43，气体分析仪3的控制器(plc)一方面分别与行程开关41电连接，另一方面与继电器43电连接。

预埋管4采用耐高温不锈钢管，第一取气管11、第二取气管14、输气管16、第一出气管17、第二出气管18、进冷却液管35和出冷却液管36均采用软管，第二取气管14的外部设有伴热管44，防止高温气体在管道内冷凝产生水，而在气温达到零下的时候结冰堵塞管道。

滤芯49采用不锈钢滤芯，耐高温，过滤器12采用钛合金过滤器。

储气罐2的进气口连接有通向气源的进气管45。

第一电磁阀13、第二电磁阀20和第三电磁阀21均设置于第一箱体9内，第四电磁阀26和第五电磁阀27均设置于第二箱体46内。

水泵28的一侧设有补水箱47，补水箱47的出水口与水泵28的进水端之间连接有补水管48。

以下结合附图对本发明作进一步的说明：

第一电磁阀13、第二电磁阀20、第三电磁阀21、第四电磁阀26和第五电磁阀27均由气体分析仪3的控制器(plc)进行控制，且第一电磁阀13与第二电磁阀20和第三电磁阀21的启闭状态相反，其中，第一电磁阀13为常开型电磁阀，第二电磁阀20和第三电磁阀21均为常闭型电磁阀。

取气作业时，行走小车7在其驱动电机42的驱动下沿导轨6向前行走，带动探管8向前移动，使得探管8经预埋管4进入窑炉1内的指定位置(核心部位)，第一电磁阀13开启，第二电磁阀20和第三电磁阀21均关闭，窑炉1内的气体进入探管8内，经滤芯49进行初步过滤后，进入滤芯49内，然后进入第一取气管11内，再经过滤器12进行二次过滤后，进入第二取气管14内，最终进入气体分析仪3内，由气体分析仪3分析气体成分。

取气作业结束后，行走小车7在其驱动电机42的驱动下沿导轨6向后行走，带动探管8向后移动，使得探管8经预埋管4退出窑炉1。行走小车7沿导轨6向前、向后行走的过程中，当行走小车7触碰到导轨6前、后端的行程开关41，即行走小车7到达向前、向后行走的最大行程位置时，相应的行程开关动作，并将信号反馈至气体分析仪3的控制器(plc)，气体分析仪3的控制器(plc)输出控制信号，使得继电器43断开，此时驱动电机42的供电回路断开，驱动电机42停止工作，行走小车7停止行走。

反吹作业时，第一电磁阀13关闭，2秒后，第二电磁阀20首先开启，反吹储气罐15内的压缩空气经第一出气管17进入第一取气管11进入滤芯49内，对滤芯49的内部空间进行内部反吹，防止粉尘堵塞滤芯49的外部；进行内部反吹作业3秒后，第三电磁阀21开启，第一电磁阀13继续关闭，反吹储气罐15内的压缩空气经第二出气管18和反吹进气口19进入探管8内，对滤芯49外的探管8内部空间进行外部反吹，此时滤芯49的内外部同时在反吹，能有效的吹除滤芯49外部的灰尘，使灰尘被吹回至窑炉1内，防止了粉尘堵塞滤芯49的外部和滤芯49外的探管8内部空间；进行内外部反吹作业3秒后，第二电磁阀20和第三电磁阀21同时关闭，随后第一电磁阀13开启，转而开始进行取气作业，如此反复循环(大约1小时反吹作业1次)，在保证不影响进行正常取气作业的前提下，能够有效避免管道和滤芯49发生堵塞，从而保证了取气作业能够正常进行。反吹储气罐15内的压缩空气由储气罐2进行补充和供给。

进行取气和反吹作业时，气缸10的活塞杆处于初始位置，即处于收缩状态，根据实际使用需要来确定第四电磁阀26开启的时间，第四电磁阀26开启后，气缸10的活塞杆伸出，带动滤芯49从探管8内伸出，将探管8前端口堵塞的粉尘推回至窑炉1内，防止粉尘堵塞探管8，一段时间后，第四电磁阀26关闭，气缸10的活塞杆收缩并复位。

进行取气作业时，根据实际使用需要来确定第五电磁阀27开启的时间，第五电磁阀27开启后，摆动气缸22工作，通过主动链轮23、从动链轮24和环形链条25的传动，带动探管8在90°的范围内进行左右往复旋转，即探管8向左摆动45°，再向右摆动45°，依次循环往复(大约10分钟转换1次)，可有效抖落掉探管8外壁上堆积的积料。

进行取气作业时，可实时开启水泵28、冷凝器29和冷凝器风扇30，使得冷却机构工作，水泵28将冷却液(水)依次经进冷却液管35和冷却液进口33流入内夹层31，冷却液(水)沿内夹层31自后向前流动，在探管8的前端流入外夹层32，冷却液(水)再沿外夹层32自前向后流动，对探管8的管壁进行水冷降温，这种水冷降温结构和方式使得冷却液(水)在自后向前流动的过程中不会造成升温过快的问题，同时也使得冷却液(水)能够自前向后对探管8的外管壁进行水冷降温，从而提高了热交换效率，增强了冷却效果。热交换后的冷却液(水)依次经冷却液出口34和出冷却液管36流入冷凝器29进行冷凝处理，再经管道37回流至水泵28进行循环利用。冷却液(水)由补水箱47进行补充和供给。

本发明还设置有ups电源50，能够在发生停电、掉电等突发状况下提供备用电源，能够确保探管8能够安全的退出窑炉1、气体分析仪3能够及时的保存或上传所分析的数据，其他各机构能够稳定有序的逐渐停止工作等，提高了整个取气装置的安全性能。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方案进行描述，并非对本发明的保护范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。