专利名称：采样探头的制作方法
技术领域：
本发明涉及高温烟气分析系统中使用的采样探头。
背景技术：
水泥行业的生产企业因其生产的特殊性一直都具有高能耗、高污染的特点，随着 国家对环保及节能方面的日益重视，现在对各新建或改扩建水泥厂的能耗和污染物排放都 提出了严格的要求，能耗高和排放不达标的企业要坚决关停整顿，这对我国的高温烟气分 析系统的发展新的机遇。高温烟气分析系统是对水泥旋窑窑尾烟室的高温气体成分进行分 析，通过所得数据指导水泥生产企业改变生产条件从而达到节能降耗和污染物达标排放的 目的。在水泥厂的成本消耗重，能源的比例最大，能源消耗在水泥的成本中要占到50% 60%的比例，而原料的比例也只占到40%左右。以一个日产1500吨熟料的燃油窑系统为 例，如果氧含量超出最佳值1个百分点，窑系统每天将多消耗2400升油，每年多损失2400 升X6元/升X365天=525万元。可见如果能准确检测出窑内的气体成分从而根据检 测结果对生产工艺进行指导，那么对水泥厂的节能降耗工作带来的实际经济价值将不可估 量。众所周知，水泥厂旋窑窑尾烟室的工况环境相当恶劣，此处的温度高达1100°C，并 且有大量的水泥半熟料从此处向旋窑内注入(以一个日产5000吨的水泥厂为例，每天从窑 尾向窑内注入的半熟料就高达5000吨，每小时高达208吨)，使窑尾烟室始终处于高温、高 粉尘的状态，要对旋窑窑尾烟室的气体进行连续不间断的在线检测，就必须要有高质量的 采样探头予以保证。采样探头要求必须具备耐高温、耐冲击和极高的抗弯取强度，而粉尘的 工作环境使采样探头也必须具备高性能的自动清理粉尘的功能(因探头的工作环境中粉 尘过大，如不能自动清理采样探头，在将样气抽出时会附带大量的粉尘颗粒，这些粉尘颗粒 很快就会把采样孔堵住，是探头无法采样)。为了对采样管实施冷却并除尘，中国实用新型专利授权公告号CN2150550Y公开 的“有水冷、水洗装置的取样探头”，是在采样管外装设水冷套；在采样管中心安装有水洗 装置，水洗装置由供水管和喷洗头构成，供水管将高压水引至探头前段的喷洗头，从喷洗头 的轴向孔和切向孔喷出来，对热烟气冷却、除尘并冲洗采样管，以防止烟气中灰尘堵塞采样 管。该取样探头虽然能在线连续取样，但是由于其采用水冷却，因此需要在现场配置水源， 同时还需要对冷却水进行净化，运行成本非常高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种高温烟气系统中使用的采样探头，该采 样探头利用水泥厂现场的压缩空气作为冷却和冲洗气源，使运行成本大幅度地降低。为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是采样探头，包括一样气清理室，在所述样气清理室上设置有采样管接入口和样气出口 ；
一安装在样气出口的入端且位于样气清理室内的过滤器；一安装在所述样气清理室的采样管接入口上的采样管，所述采样管插入旋窑窑尾 烟室内，其特征在于，所述采样管上具有一空气冷却夹套，并在所述的空气冷却夹套插入旋窑窑尾烟室 内一段的外套面上包覆有一层可耐1100°C以上高温的隔热层，在所述空气冷却夹套位于旋 窑窑尾烟室外的一段上设置有进、出气管接头。在所述的空气冷却夹套插入旋窑窑尾烟室内一段的外套面上设置有若干锚固钉， 所述锚固钉将所述隔热层紧紧锚固在所述的空气冷却夹套插入旋窑窑尾烟室内一段的外 套面上。所述锚固钉为V字形锚固钉或Y字形锚固钉，其中V字形锚固钉沿所述的空气冷 却夹套外套面周向和轴向分布，Y字形锚固钉沿所述的空气冷却夹套的端面圆周分布。所述隔热层的厚度为50_60mm。所述隔热层由喷煤管专用浇注料或抗结皮碳化硅耐火浇注料浇注而成。为了保证 吹入空气冷却夹套的冷却空气能延伸至采样管的气体入口端，在所述空气冷却夹套的内套 壁与采样管的外管壁之间对称设置有隔离板，所述隔离板的长度小于所述采样管和空气冷 却夹套的长度，这样由进气管接头吹入空气冷却夹套内的冷却空气可以流至采样管的入口 端，再折返至出气管接头，从而提高了冷却效果。本发明的采样管接入口位置位于所述过滤器的下方，这样由采样管进入样气清理 室的样气进入过滤器的过程中有一个爬升过程，在这个爬升过程中，样气中的粉尘会有一 个沉降，从而减少了粉尘对过滤器表面的堆积。由于样气中含有大量的灰尘、水泥原料等颗粒，必须对其进行处理以去除样气中 的颗粒物，确保系统能够采到干净的样气，同时这些颗粒物中由于含有大量的水泥成分，在 高温条件下非常容易结污，这种水泥污垢很难清理从而导致采样孔被堵塞，所以必须采用 有效的办法对颗粒物进行清理，确保采样顺利进行。因此本发明的过滤器选用过滤精度为 1 μ m的陶瓷过滤滤芯，该陶瓷过滤滤芯能将颗粒物完全阻隔在过滤滤芯的外部。为了防止陶瓷过滤滤芯上附着的颗粒物过多，而影响到采气量，本发明在所述样 气出口上通过管道接一两位三通电磁阀，所述两位三通电磁阀的一个口接采样泵，另一个 口接压力为6kg的压缩空气气源。当一个采样周期结束后，将两位三通电磁阀切换至另一 个口，接通压力为6kg的压缩空气气源，将压缩空气导入陶瓷过滤滤芯内部，这时压缩空气 由内向外反吹后会将附着在陶瓷过滤滤芯上的颗粒物全部垂落，吹落下的颗粒物落在样气 清理室内，这一过程为内反吹。当然，一个采样周期结束后，样气清理室和采样管内会有大量的颗粒物，如果不及 时清理，将会堵塞采样管，为此本发明还包括一端插入所述样气清理室内的反冲管，所述反 冲管的另一端通过一电磁阀接压力为6kg的压缩空气气源，所述反冲管与所述采样管同轴 设置。当一个采样周期的内反吹过程结束后，开启电磁阀，高达6kg的压缩空气会突然释 放，由于反冲管正对着采样管，压缩空气不会产生任何气阻，高速高压的强大气流会把内反 吹吹落下的颗粒物以及滞留在采样管中的其它颗粒物全部吹回到水泥窑内，从而保持采样 管及样气清理室的干净，这一过程称为外反吹，当外反吹结束后，采样开始下一循环，如此 周而复始以实现采样探头长期工作而不会出现采样管堵塞的问题。
为了能将样气清理室内的颗粒物吹出，本发明的反冲管的内径大于采样管的内径。由于采用了如上的技术方案，本发明采用采样管外包覆有隔热层和空气冷却相结 合的手段解决了采样管的冷却问题，由于压缩空气一般在水泥生产现场配置有，因此无须 再投资建设供水设置，降低了成本。由于隔热层采用抗结皮碳化硅专用浇注料，能够长期在 iioo°c以上的高温下工作，使得采样管具备耐高温、耐冲击和极高的抗弯曲强度。本发明通 过设置内反吹和外反吹两种方式，能够有效地清理样气清理室和采样管内的颗粒物并将颗 粒物吹回窑内，因此无须再添加新的废水废气处理设备，同时对环境无污染。
图1为本发明采样探头的结构示意图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为本发明采样探头中滤芯支撑板140的结构示意图。
图4为图3的A-A剖视图。
图5为本发明采样探头中支撑杆的结构示意图。
图6为本发明采样探头中连接板的结构示意图。
图7为图6的A-A剖视图。
图8为本发明采样探头中采样管的结构示意图。
图9为本发明采样探头中空气冷却夹套的结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本发明。参见图1，本发明的采样探头包括一个样气清理室100，一根采样管200，一根反冲 管300。样气清理室100由连接板110、缓冲管120、外法兰130和滤芯支撑板140构成，连 接板110和外法兰130焊接在缓冲管120的两端，滤芯支撑板140通过紧固件安装在外法 兰130上，连接板110和滤芯支撑板140将缓冲管120两端封住，使缓冲管120内部空间形 成样气清理室100。参见图6和图7，为了提高连接板110与缓冲管120之间密封效果，在 连接板110的一面开设有一环槽111，缓冲管120的一端先插入到该环槽111中再焊接。结合参见图6和图7，在连接板110上开设有一采样管接入口 112和环槽113，采 样管200的一端插入采样管接入口 112中，这样采样管200采集的样气就能进入样气清理 室100进行清理。在采样管200上焊接有一空气冷却夹套210，空气冷却夹套210的一端插 入到环槽113中，再与连接板110密封连接，另一端通过采样管封头211与采样管200的气 体入口端端部密封连接。整个采样管200和空气冷却夹套210通过焊接在空气冷却夹套210上的安装法兰 220分成两段，安装法兰220通过紧固件安装在旋窑窑尾烟室的室壁上，在安装法兰220和 旋窑窑尾烟室的室壁中间用石棉垫片进行密封，以确保外面的空气不进入窑尾烟室，这样 安装法兰220右侧的一段插入到旋窑窑尾烟室(图中未示出)内，安装法兰220左侧的一 段位于旋窑窑尾烟室外，在空气冷却夹套210位于旋窑窑尾烟室外的一段上设置有进、出
5气管接头212、213。进气管接头212接水泥厂现场的压缩空气气源，出气管接头213排空， 这样压缩空气不断地进入到空气冷却夹套210内对采样管200实施冷却，冷却后的空气由 出气管接头213排空。为了隔热，保证采样管200具备耐高温、耐冲击和极高的抗弯曲强度，在空气冷却 夹套210插入到旋窑窑尾烟室内的一段的外套面以及采样管封头211上包覆有一层可耐 1100°C以上高温的隔热层230。为了使隔热层230能紧紧地包覆在空气冷却夹套210和采 样管封头211上，在空气冷却夹套210插入旋窑窑尾烟室内一段的外套面上沿周向和轴向 设置有若干V字形锚固钉231，并在采样管封头211端面圆周上设置有若干Y字形锚固钉 232，锚固钉231和232将隔热层230紧紧锚固在空气冷却夹套220插入旋窑窑尾烟室内一 段的外套面和采样管封头211上，从而保证采样管200和空气冷却夹套210不受高温的侵 蚀。隔热层230的厚度根据需要而定，通常为50-60mm。隔热层230由能耐1600°C高温的 喷煤管专用浇注料或抗结皮碳化硅耐火浇注料浇注而成。结合参见图2，为了保证吹入空气冷却夹套210的冷却空气能延伸至采样管200的 气体入口端，在空气冷却夹套210的内套壁与采样管200的外管壁之间对称设置有两块隔 离板240，隔离板240的长度小于采样管200和空气冷却夹套210的长度，由于两块隔离板 240将空气冷却夹套210的内套壁与采样管200的外管壁之间空腔分隔成上腔241和下腔 242，其中上腔241与进气管接头212连通，下腔242与出气管接头213连通。，这样由进气 管接头212吹入空气冷却夹套210内上腔241的冷却空气可以流至采样管封头211后，再 折返流经下腔242，最后由出气管接头213，从而提高了冷却效果。隔离板240的安装方式如下参见图8和图9，在采样管200的管壁上对称开设有 长度小于采样管200长度的槽201，在空气冷却夹套210的套壁上对称开设有两条由空气冷 却夹套210设置有进、出气管接头212、213的一端向另一端延伸的开口槽214，安装时，首先 将隔离板240插入到采样管200的槽201中焊接，然后在将空气冷却夹套210套在采样管 200上时，使隔离板240插入到空气冷却夹套210上的开口槽214中焊接即可。这里隔离板 240还有一个作用就是在装配空气冷却夹套210时起到支撑空气冷却夹套210的作用。结合参看图3和图4，在滤芯支撑板140上开设有一样气出口 141和一个反冲管插 入口 142，用作过滤器的陶瓷过滤滤芯150通过支撑杆151以及垫片152、压盖153、压紧螺 钉154安装在样气出口 141上并位于样气清理室100内。参见图5，支撑杆151内有一个和支撑杆151同轴的孔151a和一个支撑杆151轴 线垂直并穿透支撑杆151的透气孔151b，透气孔151b与孔151a相贯通，样气通过陶瓷过滤 滤芯150过滤后，透过支撑杆151上的透气孔151b进入到支撑杆151内的151a，再由样气 出口 141出来。陶瓷过滤滤芯150为过滤精度为1 μ m的陶瓷过滤滤芯，该陶瓷过滤滤芯能 将颗粒物完全阻隔在过滤滤芯的外部。采样管接入口的位置位于陶瓷过滤滤芯150的下方，这样由采样管200进入样气 清理室100的样气进入陶瓷过滤滤芯150的过程中有一个爬升过程，在这个爬升过程中，样 气中的粉尘会有一个沉降，从而减少了粉尘对过滤器表面的堆积。由于样气中含有大量的灰尘、水泥原料等颗粒，必须对其进行处理以去除样气中 的颗粒物，确保系统能够采到干净的样气，同时这些颗粒物中由于含有大量的水泥成分，在 高温条件下非常容易结污，这种水泥污垢很难清理从而导致采样孔被堵塞，所以必须采用有效的办法对颗粒物进行清理，确保采样顺利进行。因此本发明在样气出口 141上通过管 道接一两位三通电磁阀160，两位三通电磁阀160的一个口接采样泵170，另一个口接压力 为6kg的压缩空气气源。当一个采样周期结束后，将两位三通电磁阀160切换至另一个口， 接通压力为6kg的压缩空气气源，将压缩空气导入陶瓷过滤滤芯150内部，这时压缩空气由 内向外反吹后会将附着在陶瓷过滤滤芯150上的颗粒物全部垂落，吹落下的颗粒物落在样 气清理室100内，这一过程为内反吹。当然，一个采样周期结束后，样气清理室和采样管内会有大量的颗粒物，如果不及 时清理，将会堵塞采样管200，为此本发明的反冲管300的一端由滤芯支撑板140上的反冲 管插入口 142插入样气清理室100内，反冲管300的另一端通过一电磁阀310接压力为6kg 的压缩空气气源，插入到样气清理室100内的反冲管300与采样管200同轴设置，而且反冲 管300的内经大于采样管200的内径。当一个采样周期的内反吹过程结束后，开启电磁阀 310，高达6kg的压缩空气会突然释放，由于反冲管300正对着采样管200，压缩空气不会产 生任何气阻，高速高压的强大气流会把内反吹吹落下的颗粒物以及滞留在采样管200中的 其它颗粒物全部吹回到水泥窑内，从而保持采样管及样气清理室的干净，这一过程称为外 反吹，当外反吹结束后，采样开始下一循环，如此周而复始以实现采样探头长期工作而不会 出现采样管堵塞的问题。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明 的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和 改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其 等同物界定。
权利要求
采样探头，包括一样气清理室，在所述样气清理室上设置有采样管接入口和样气出口；一安装在样气出口的入端且位于样气清理室内的过滤器；一安装在所述样气清理室的采样管接入口上的采样管，所述采样管插入旋窑窑尾烟室内，其特征在于，所述采样管上具有一空气冷却夹套，并在所述的空气冷却夹套插入旋窑窑尾烟室内一段的外套面上包覆有一层可耐1100℃以上高温的隔热层，在所述空气冷却夹套位于旋窑窑尾烟室外的一段上设置有进、出气管接头。
2.如权利要求1所述的采样探头，其特征在于，在所述的空气冷却夹套插入旋窑窑尾 烟室内一段的外套面上设置有若干锚固钉，所述锚固钉将所述隔热层紧紧锚固在所述的空 气冷却夹套插入旋窑窑尾烟室内一段的外套面上。
3.如权利要求2所述的采样探头，其特征在于，所述锚固钉为V字形锚固钉或Y字形锚 固钉。
4.如权利要求3所述的采样探头，其特征在于，所述V字形锚固钉沿所述的空气冷却夹 套外套面周向和轴向分布，Y字形锚固钉沿所述的空气冷却夹套的端面圆周分布。
5.如权利要求1所述的采样探头，其特征在于，所述隔热层的厚度为50-60mm。
6.如权利要求5所述的采样探头，其特征在于，所述隔热层由喷煤管专用浇注料浇注 或抗结皮碳化硅耐火浇注料而成。
7.如权利要求1所述的采样探头，其特征在于，在所述空气冷却夹套的内套壁与采样 管的外管壁之间对称设置有隔离板，所述隔离板的长度小于所述采样管和空气冷却夹套的 长度。
8.如权利要求1所述的采样探头，其特征在于，所述采样管接入口位置位于所述过滤 器的下方。
9.如权利要求1所述的采样探头，其特征在于，所述的过滤器选用过滤精度为1μ m的 陶瓷过滤滤芯。
10.如权利要求1至9任一项所述的采样探头，其特征在于，在所述样气出口上通过 管道接一两位三通电磁阀，所述两位三通电磁阀的一个口接采样泵，另一个口接压力为6kg 的压缩空气气源。
11.如权利要求10所述的采样探头，其特征在于，该采样探头还包括一端插入所述样 气清理室内的反冲管，所述反冲管的另一端通过一电磁阀接压力为6kg的压缩空气气源， 所述反冲管与所述采样管同轴设置。
12.如权利要求11所述的采样探头，其特征在于，所述的反冲管的内径大于采样管的 内径。
全文摘要
本发明公开的采样探头，包括一样气清理室，在样气清理室上设置有采样管接入口和样气出口；一安装在样气出口的入端且位于样气清理室内的过滤器；一安装在样气清理室的采样管接入口上的采样管，采样管插入旋窑窑尾烟室内，其采样管上具有一空气冷却夹套，在空气冷却夹套插入旋窑窑尾烟室内一段的外套面上包覆有一层可耐1100℃以上高温的隔热层。本发明采用采样管外包覆有隔热层和空气冷却相结合的手段解决了采样管的冷却问题，无须再投资建设供水设置，降低了成本。本发明通过设置内反吹和外反吹两种方式，能够有效地清理样气清理室和采样管内的颗粒物并将颗粒物吹回窑内，无须再添加新的废水废气处理设备，对环境无污染。
文档编号G01N1/22GK101957275SQ20101027009
公开日2011年1月26日 申请日期2010年8月31日 优先权日2010年8月31日
发明者张红克 申请人:上海宝英光电科技有限公司