取样测枪及颗粒取样系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种取样测枪及颗粒取样系统，所述取样测枪包括中空的第一取样管(11)和第二取样管(12)，所述第一取样管(11)具有第一取样端(11a)和第一抽气端(11b)，所述第二取样管(12)具有第二取样端(12a)和第二抽气端(12b)，所述第一取样端(11a)的端面开口的开口方向不同于所述第二取样端(12a)的端面开口的开口方向，所述第一抽气端(11b)和第二抽气端(12b)用于连接抽气装置。本实用新型取样测枪抽取的颗粒具有代表性，能够得到准确的颗粒流率测量结果，并且其结构简单，可靠性高，适合于工业应用场合。
【专利说明】取样测枪及颗粒取样系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及气相中固体颗粒的测量技术，具体地，涉及循环流化床锅炉内颗 粒的取样测枪和颗粒取样系统。
【背景技术】
[0002] 循环流化床（CFB)锅炉作为一种清洁高效的燃煤发电技术，目前正朝着容量大型 化和蒸汽高参数化的方向发展。CFB锅炉炉膛内的颗粒浓度大大高于煤粉锅炉，同时CFB锅 炉炉膛内还存在剧烈的颗粒内循环，即颗粒在炉膛水冷壁表面形成絮状颗粒团贴壁下滑。 CFB锅炉炉膛内的局部颗粒流动参数主要包括颗粒浓度、颗粒速度和颗粒流率，颗粒流动分 布不仅影响着颗粒在炉膛内的停留时间和循环倍率，还影响颗粒与受热面的传热强度，进 而影响锅炉的受热面布置。如何在大型电站CFB锅炉开展测试获得炉膛内的颗粒流动分布 一直是国内外相关工程技术人员所关注的问题。
[0003] 在实验室条件下，研究者们研发了多种技术用于测量CFB内的颗粒流动分布，如 光纤探针技术、静电感应技术、粒子图像技术和多普勒激光测速技术等，但是这些技术通常 设备比较复杂，对测量条件要求比较苛刻，很难在电站CFB锅炉工程中获得普遍的实际应 用。
[0004] 在无法直接测量颗粒浓度和颗粒速度的情况下，颗粒流率是反映炉膛颗粒流动分 布的一个重要参数，其数值为颗粒浓度和颗粒速度的乘积，物理意义是在单位时间内通过 炉膛单位截面积的颗粒质量。
[0005] 在众多测量技术中，等速取样法具有设备简单、可靠性和准确性相对较高的特点， 被应用于电站锅炉的煤粉、飞灰取样以及颗粒浓度测量方面，如专利申请CN 102749225A。 该申请基于等速取样原理提出CFB锅炉水冷飞灰取样装置，在CFB锅炉分离器进、出口高温 环境下进行颗粒等速取样，由于该装置需要利用靠背管测量环境气速以调整其抽气流量， 而CFB内较高的颗粒浓度容易造成靠背管因颗粒堵塞而损毁，因此该装置很难真正工程应 用于CFB锅炉炉膛的颗粒浓度测量。另外，CFB锅炉炉膛内的颗粒流动属于气固快速流化 床，其特点是气流与颗粒之间存在较大的气固相对速度，因此采用上述等速取样方法测量 颗粒浓度无法得到准确结果。此外，CFB锅炉炉膛内同时存在向上和向下运动的颗粒，因此 上述单向的颗粒取样也无法保证所取样品的代表性。
[0006] 可见，现有技术存在设备复杂，对测量条件要求苛刻的问题，或者测量的准确性不 高、设备易损毁的问题。 实用新型内容
[0007] 本实用新型的目的是提供一种颗粒取样装置，该颗粒取样装置可以测量CFB锅炉 炉膛的颗粒流率，测量准确性高，结构简单可靠，使用方便。
[0008] 为了实现上述目的，本实用新型提供一种取样测枪，该取样测枪包括中空的第一 取样管和第二取样管，所述第一取样管的两端分别为第一取样端和第一抽气端，所述第二 取样管的两端分别为第二取样端和第二抽气端，所述第一取样端的端面开口的开口方向不 同于所述第二取样端的端面开口的开口方向，所述第一抽气端和第二抽气端用于连接抽气 装置以分别抽取流入所述第一取样端和第二取样端的取样样本。
[0009] 优选地，所述第一取样管和所述第二取样管平行并间隔布置。
[0010] 优选地，所述第一取样端的端面开口和所述第二取样端的端面开口的开口面积相 同。
[0011] 优选地，该取样测枪还包括冷却水套，所述冷却水套包括冷却腔室、进液口和出液 口，所述第一取样端和第二取样端从所述冷却水套的一端伸入所述冷却腔室内，并从所述 冷却水套的另一端的周壁伸出。
[0012] 优选地，所述冷却水套包括管径不同且同轴设置的外冷却套管和内冷却套管；所 述内冷却套管的一端开口，另一端闭合，所述内冷却套管的所述开口端插入所述外冷却套 管的内腔中，所述内冷却套管的所述闭合端露出于所述外冷却套管的管端外；所述第一取 样管和第二取样管从所述内冷却套管的所述闭合端插入该内冷却套管内，并从所述内冷却 套管的所述开口端伸出，伸出的所述第一取样端和第二取样端分别从所述外冷却套管内向 外伸出；所述进液口和出液口分别设置在所述外冷却套管和所述内冷却套管的远离所述取 样端的端部的周壁上。
[0013] 优选地，所述出液口设置有用于监测冷却液温度的温度计。
[0014] 优选地，所述第一取样端的端面开口的开口方向和所述第二取样端的端面开口的 开口方向相反设置。
[0015] 本实用新型还提供一种颗粒取样系统，该系统包括第一分离器、第二分离器、抽气 泵和上述取样测枪，所述第一抽气端连接所述第一分离器，所述第一分离器和所述抽气泵 连接的管路中设置有第一抽气阀和第一流量计，所述第二抽气端连接所述第二分离器，所 述第二分离器和所述抽气泵连接的管路中设置有第二抽气阀和第二流量计。
[0016] 优选地，所述抽气泵的排气口连接到锅炉的炉膛内。
[0017] 通过上述技术方案，在被检测区域比如锅炉炉膛内，气流与颗粒之间存在较大的 气固相对速度，并且同时存在向上和向下运动以及向其它方向运动的颗粒，在不同方向上 颗粒的运动速度不一样，由于设置有第一取样管和第二取样管，其第一取样端和第二取样 端的端面开口方向分别朝向所述炉膛的顶部和底部，在控制相同抽气速率的条件下，能够 实现对炉膛内不同方向运动的颗粒进行非等速取样，使得取样具有代表性，从而能够得到 准确的颗粒流率测量结果；另外所述取样测枪的主要工作部件仅有并列布置第一取样管和 第二取样管，其结构简单，可靠性高，并且该装置操作方便，尤其适合于工业应用场合。
[0018] 本实用新型的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面 的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
[0020] 图1是本实用新型取样测枪的结构示意图。
[0021] 图2是本实用新型颗粒取样系统的结构示意图。
[0022] 附图标记说明
[0023] 10 取样测枪 11 第一取样管
[0024] 12 第二取样管13 外冷却套管
[0025] 14 内冷却套管15 进液口
[0026] 16 出液口 17 温度计
[0027] 21 第一分离器22 第二分离器
[0028] 31 第一抽气阀32 第二抽气阀
[0029] 41 第一流量计42 第二流量计
[0030] 50 抽气泵 60 炉膛
[0031] 11a第一取样端lib第一抽气端
[0032] 12a第二取样端12b第二抽气端
【具体实施方式】
[0033] 以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处 所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0034] 在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如"上、下、左、右"通常 是指参考附图所示的上、下、左、右；"内、外"是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
[0035] 参见图1所示，根据本实用新型的一个方面，提供一种取样测枪，该取样测枪10 包括中空的第一取样管11和第二取样管12,所述第一取样管11的两端分别为第一取样 端11a和第一抽气端11b，所述第二取样管12的两端分别为第二取样端12a和第二抽气端 12b，所述第一取样端1 la的端面开口的开口方向不同于所述第二取样端12a的端面开口的 开口方向，所述第一抽气端lib和第二抽气端12b用于连接抽气装置以分别抽取流入所述 第一取样端11a和第二取样端12a的取样样本。所述第一取样端11a和第二取样端12a的 端面开口的开口方向是指垂直于其端面开口的法线方向。
[0036] 在被检测区域比如锅炉炉膛内，烟气气流与颗粒之间存在较大的气固相对速度， 并且同时存在向上和向下运动以及向其它方向运动的颗粒，而且在不同方向上颗粒的运动 速度不一样，如果仅在一个方向上取样，取样的代表性不强，不能准确反映整体的颗粒流动 状况。本实用新型设置了两根取样管并且取样端的开口方向不同，在取样操作时，第一取样 端11a和第二取样端12a能够抽取不同方向的颗粒，因此取样的代表性强，测量的颗粒流率 准确性高。此外，本实用新型取样测枪的主要工作部件仅有并列布置第一取样管和第二取 样管，其结构简单，因而可靠性高，并且该装置操作方便，不需要严苛的测量条件，尤其适合 于工业应用场合。
[0037] 优选地，所述第一取样管11和所述第二取样管12平行并间隔布置。采用平行设 置，可以使结构紧凑，节省取样测枪的总体体积。
[0038] 优选地，所述第一取样端11a的端面开口和所述第二取样端12a的端面开口的开 口面积相同。第一取样端和第二取样端的端面开口的面积相同，可以保证从不同方向抽取 颗粒时取样的截面积相同，使得取样更具有代表性。第一取样端11a和第二取样端12a的 端面开口可以为相同内径的圆形，进一步端面开口可以与所在的取样管的内径一致。在这 种情况下，第一取样管11和第二取样管12具有相同的内径。
[0039] 为了使取样测枪能在高温中工作，比如从锅炉炉膛内取样，该取样测枪还设置冷 却水套，所述冷却水套包括冷却腔室、进液口 15和出液口 16,所述第一取样端11a和第二取 样端12a从所述冷却水套的一端伸入所述冷却腔室内，并从所述冷却水套的另一端的周壁 伸出。冷却液比如冷却水从进液口 15进入冷却水套，从出液口 16回流。
[0040] 进一步优选地，所述冷却水套包括管径不同且同轴设置的外冷却套管13和内冷 却套管14 ;所述内冷却套管14的一端开口，另一端闭合，所述内冷却套管14的所述开口端 插入所述外冷却套管13的内腔中，所述内冷却套管14的所述闭合端露出于所述外冷却套 管13的管端外，外冷却套管保持密封。所述第一取样管11和第二取样管12从所述内冷 却套管14的所述闭合端插入该内冷却套管14内，并从所述内冷却套管14的所述开口端 伸出，伸出的所述第一取样端11a和第二取样端12a分别从所述外冷却套管13内向外伸 出，即伸出到外冷却套管13之外，可以从外冷却套管13的端部伸出，也可以从外冷却套管 13端部附件的周壁上伸出，当从端部附件的周壁上伸出时，取样端可以设置为与取样管成 90°的弯头形状。第一取样端11a和第二取样端12a的端面开口的开口方向朝向不同的方 向。所述进液口 15和出液口 16分别设置在所述外冷却套管13和所述内冷却套管14的远 离所述取样端的端部的周壁上。采用该双层冷却套管的结构，冷却液从进液口 15进入外冷 却套管13和内冷却套管14之间的通道，在内冷却套管14的开口的一端进入内冷却套管， 然后从出液口 16回流，第一取样管11和第二取样管12位于内冷却套管14内，能够获得双 层冷却液的保护。
[0041] 优选地，所述出液口 16设置有用于监测冷却液温度的温度计17,在出液口 16处设 置温度计，方便随时监测冷却液在出口处的温度，当温度偏离预定值范围时调整冷却液的 流量，以保证取样管内温度在控制的范围内。
[0042] 优选地，所述第一取样端11a的端面开口的开口方向和所述第二取样端12a的端 面开口的开口方向相反设置。采用相反方向设置的端面开口方向，可以最大限度地抽取不 同方向的颗粒，使采样颗粒具有代表性。
[0043] 参见图2所示，根据本实用新型的另一个方面，提供一种颗粒取样系统，其中，该 系统包括第一分离器21、第二分离器22、抽气泵50和本实用新型的取样测枪，所述第一抽 气端lib连接所述第一分离器21，所述第一分离器21和所述抽气泵50连接的管路中设置 有第一抽气阀31和第一流量计41，所述第二抽气端12b连接所述第二分离器22,所述第二 分离器22和所述抽气泵50连接的管路中设置有第二抽气阀32和第二流量计42。所述第 一分离器21和第二分离器22为气固分离器，可以采用常见的旋风分离器。
[0044] 下面参考图2描述利用本实用新型的颗粒取样系统测量颗粒流率的方法，该测量 方法包括如下步骤：
[0045] 步骤1 :采用上述颗粒取样系统，将所述取样测枪10的所述取样端插入CFB锅炉 的炉膛60内，其中所述第一取样端1 la的端面开口和所述第二取样端12a的端面开口分别 朝向所述炉膛60的顶部和底部；
[0046] 步骤2 :启动所述抽气泵50,开启并调节所述第一抽气阀31和第二抽气阀32,同 时观察所述第一流量计41和第二流量计42,使得所述第一流量计41和第二流量计42的流 速相同，当调节到流速相同后开始进行抽气取样，其中，在抽气取样过程中两个流量计的流 速可根据需要进行同步增大或减小的调整，抽气速度也可以根据需要预先设定一个值；
[0047] 步骤3 :经过设定取样周期T的抽气取样后，关闭所述第一抽气阀31和第二抽气 阀32,分别称量第一分离器21和第二分离器22中分离出来的颗粒质量Mi和M2 ;
[0048] 步骤4 :计算向下流动的颗粒流率
【权利要求】
1. 一种取样测枪，其特征在于，该取样测枪包括中空的第一取样管（11)和第二取样管 (12)，所述第一取样管（11)的两端分别为第一取样端（11a)和第一抽气端（11b)，所述第二 取样管（12)的两端分别为第二取样端（12a)和第二抽气端（12b)，所述第一取样端（11a) 的端面开口的开口方向不同于所述第二取样端（12a)的端面开口的开口方向，所述第一抽 气端（11b)和第二抽气端（12b)用于连接抽气装置以分别抽取流入所述第一取样端（11a) 和第二取样端（12a)的取样样本。
2. 根据权利要求1所述的取样测枪，其特征在于，所述第一取样管（11)和所述第二取 样管（12)平行并间隔布置。
3. 根据权利要求1所述的取样测枪，其特征在于，所述第一取样端（11a)的端面开口和 所述第二取样端（12a)的端面开口的开口面积相同。
4. 根据权利要求1所述的取样测枪，其特征在于，该取样测枪还包括冷却水套，所述 冷却水套包括冷却腔室、进液口（15)和出液口（16)，所述第一取样端（11a)和第二取样端 (12a)从所述冷却水套的一端伸入所述冷却腔室内，并从所述冷却水套的另一端的周壁伸 出。
5. 根据权利要求4所述的取样测枪，其特征在于，所述冷却水套包括管径不同且同轴 设置的外冷却套管（13)和内冷却套管（14); 所述内冷却套管（14)的一端开口，另一端闭合，所述内冷却套管（14)的所述开口端插 入所述外冷却套管（13)的内腔中，所述内冷却套管（14)的所述闭合端露出于所述外冷却 套管（13)的管端外； 所述第一取样管（11)和第二取样管（12)从所述内冷却套管（14)的所述闭合端插入 该内冷却套管（14)内，并从所述内冷却套管（14)的所述开口端伸出，伸出的所述第一取样 端（11a)和第二取样端（12a)分别从所述外冷却套管（13)内向外伸出； 所述进液口（15)和出液口（16)分别设置在所述外冷却套管（13)和所述内冷却套管 (14)的远离所述取样端的端部的周壁上。
6. 根据权利要求4所述的取样测枪，其特征在于，所述出液口（16)设置有用于监测冷 却液温度的温度计（17)。
7. 根据上述权利要求1-6任意一项所述的取样测枪，其特征在于，所述第一取样端 (11a)的端面开口的开口方向和所述第二取样端（12a)的端面开口的开口方向相反设置。
8. -种颗粒取样系统，其特征在于，该系统包括第一分离器（21)、第二分离器（22)、抽 气泵（50)和根据权利要求7所述的取样测枪，所述第一抽气端（11b)连接所述第一分离器 (21)，所述第一分离器（21)和所述抽气泵（50)连接的管路中设置有第一抽气阀（31)和第 一流量计（41)，所述第二抽气端（12b)连接所述第二分离器（22)，所述第二分离器（22)和 所述抽气泵（50)连接的管路中设置有第二抽气阀（32)和第二流量计（42)。
9. 根据权利要求8所述的颗粒取样系统，其特征在于，所述抽气泵（50)的排气口连接 到锅炉的炉膛（60)内。
【文档编号】G01N1/14GK204064732SQ201420537692
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】谢建文, 周星龙, 范永胜, 黄军, 王宝良, 李英, 李晓天 申请人:中国神华能源股份有限公司, 北京国华电力有限责任公司, 神华国华（北京）电力研究院有限公司