專利名稱：采樣探頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高溫煙氣分析系統(tǒng)中使用的采樣探頭。
背景技術：
水泥行業(yè)的生產企業(yè)因其生產的特殊性一直都具有高能耗、高污染的特點，隨著 國家對環(huán)保及節(jié)能方面的日益重視，現(xiàn)在對各新建或改擴建水泥廠的能耗和污染物排放都 提出了嚴格的要求，能耗高和排放不達標的企業(yè)要堅決關停整頓，這對我國的高溫煙氣分 析系統(tǒng)的發(fā)展新的機遇。高溫煙氣分析系統(tǒng)是對水泥旋窯窯尾煙室的高溫氣體成分進行分 析，通過所得數(shù)據(jù)指導水泥生產企業(yè)改變生產條件從而達到節(jié)能降耗和污染物達標排放的 目的。在水泥廠的成本消耗重，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。以一個日產1500噸熟料的燃油窯系統(tǒng)為 例，如果氧含量超出最佳值1個百分點，窯系統(tǒng)每天將多消耗2400升油，每年多損失2400 升X6元/升X365天=525萬元?？梢娙绻軠蚀_檢測出窯內的氣體成分從而根據(jù)檢 測結果對生產工藝進行指導，那么對水泥廠的節(jié)能降耗工作帶來的實際經濟價值將不可估 量。眾所周知，水泥廠旋窯窯尾煙室的工況環(huán)境相當惡劣，此處的溫度高達1100°C，并 且有大量的水泥半熟料從此處向旋窯內注入(以一個日產5000噸的水泥廠為例，每天從窯 尾向窯內注入的半熟料就高達5000噸，每小時高達208噸)，使窯尾煙室始終處于高溫、高 粉塵的狀態(tài)，要對旋窯窯尾煙室的氣體進行連續(xù)不間斷的在線檢測，就必須要有高質量的 采樣探頭予以保證。采樣探頭要求必須具備耐高溫、耐沖擊和極高的抗彎取強度，而粉塵的 工作環(huán)境使采樣探頭也必須具備高性能的自動清理粉塵的功能(因探頭的工作環(huán)境中粉 塵過大，如不能自動清理采樣探頭，在將樣氣抽出時會附帶大量的粉塵顆粒，這些粉塵顆粒 很快就會把采樣孔堵住，是探頭無法采樣)。為了對采樣管實施冷卻并除塵，中國實用新型專利授權公告號CN2150550Y公開 的“有水冷、水洗裝置的取樣探頭”，是在采樣管外裝設水冷套；在采樣管中心安裝有水洗 裝置，水洗裝置由供水管和噴洗頭構成，供水管將高壓水引至探頭前段的噴洗頭，從噴洗頭 的軸向孔和切向孔噴出來，對熱煙氣冷卻、除塵并沖洗采樣管，以防止煙氣中灰塵堵塞采樣 管。該取樣探頭雖然能在線連續(xù)取樣，但是由于其采用水冷卻，因此需要在現(xiàn)場配置水源， 同時還需要對冷卻水進行凈化，運行成本非常高。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種高溫煙氣系統(tǒng)中使用的采樣探頭，該采 樣探頭利用水泥廠現(xiàn)場的壓縮空氣作為冷卻和沖洗氣源，使運行成本大幅度地降低。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術方案是采樣探頭，包括一樣氣清理室，在所述樣氣清理室上設置有采樣管接入口和樣氣出口 ；
一安裝在樣氣出口的入端且位于樣氣清理室內的過濾器；一安裝在所述樣氣清理室的采樣管接入口上的采樣管，所述采樣管插入旋窯窯尾 煙室內，其特征在于，所述采樣管上具有一空氣冷卻夾套，并在所述的空氣冷卻夾套插入旋窯窯尾煙室 內一段的外套面上包覆有一層可耐1100°C以上高溫的隔熱層，在所述空氣冷卻夾套位于旋 窯窯尾煙室外的一段上設置有進、出氣管接頭。在所述的空氣冷卻夾套插入旋窯窯尾煙室內一段的外套面上設置有若干錨固釘， 所述錨固釘將所述隔熱層緊緊錨固在所述的空氣冷卻夾套插入旋窯窯尾煙室內一段的外 套面上。所述錨固釘為V字形錨固釘或Y字形錨固釘，其中V字形錨固釘沿所述的空氣冷 卻夾套外套面周向和軸向分布，Y字形錨固釘沿所述的空氣冷卻夾套的端面圓周分布。所述隔熱層的厚度為50_60mm。所述隔熱層由噴煤管專用澆注料或抗結皮碳化硅耐火澆注料澆注而成。為了保證 吹入空氣冷卻夾套的冷卻空氣能延伸至采樣管的氣體入口端，在所述空氣冷卻夾套的內套 壁與采樣管的外管壁之間對稱設置有隔離板，所述隔離板的長度小于所述采樣管和空氣冷 卻夾套的長度，這樣由進氣管接頭吹入空氣冷卻夾套內的冷卻空氣可以流至采樣管的入口 端，再折返至出氣管接頭，從而提高了冷卻效果。本發(fā)明的采樣管接入口位置位于所述過濾器的下方，這樣由采樣管進入樣氣清理 室的樣氣進入過濾器的過程中有一個爬升過程，在這個爬升過程中，樣氣中的粉塵會有一 個沉降，從而減少了粉塵對過濾器表面的堆積。由于樣氣中含有大量的灰塵、水泥原料等顆粒，必須對其進行處理以去除樣氣中 的顆粒物，確保系統(tǒng)能夠采到干凈的樣氣，同時這些顆粒物中由于含有大量的水泥成分，在 高溫條件下非常容易結污，這種水泥污垢很難清理從而導致采樣孔被堵塞，所以必須采用 有效的辦法對顆粒物進行清理，確保采樣順利進行。因此本發(fā)明的過濾器選用過濾精度為 1 μ m的陶瓷過濾濾芯，該陶瓷過濾濾芯能將顆粒物完全阻隔在過濾濾芯的外部。為了防止陶瓷過濾濾芯上附著的顆粒物過多，而影響到采氣量，本發(fā)明在所述樣 氣出口上通過管道接一兩位三通電磁閥，所述兩位三通電磁閥的一個口接采樣泵，另一個 口接壓力為6kg的壓縮空氣氣源。當一個采樣周期結束后，將兩位三通電磁閥切換至另一 個口，接通壓力為6kg的壓縮空氣氣源，將壓縮空氣導入陶瓷過濾濾芯內部，這時壓縮空氣 由內向外反吹后會將附著在陶瓷過濾濾芯上的顆粒物全部垂落，吹落下的顆粒物落在樣氣 清理室內，這一過程為內反吹。當然，一個采樣周期結束后，樣氣清理室和采樣管內會有大量的顆粒物，如果不及 時清理，將會堵塞采樣管，為此本發(fā)明還包括一端插入所述樣氣清理室內的反沖管，所述反 沖管的另一端通過一電磁閥接壓力為6kg的壓縮空氣氣源，所述反沖管與所述采樣管同軸 設置。當一個采樣周期的內反吹過程結束后，開啟電磁閥，高達6kg的壓縮空氣會突然釋 放，由于反沖管正對著采樣管，壓縮空氣不會產生任何氣阻，高速高壓的強大氣流會把內反 吹吹落下的顆粒物以及滯留在采樣管中的其它顆粒物全部吹回到水泥窯內，從而保持采樣 管及樣氣清理室的干凈，這一過程稱為外反吹，當外反吹結束后，采樣開始下一循環(huán)，如此 周而復始以實現(xiàn)采樣探頭長期工作而不會出現(xiàn)采樣管堵塞的問題。
為了能將樣氣清理室內的顆粒物吹出，本發(fā)明的反沖管的內徑大于采樣管的內徑。由于采用了如上的技術方案，本發(fā)明采用采樣管外包覆有隔熱層和空氣冷卻相結 合的手段解決了采樣管的冷卻問題，由于壓縮空氣一般在水泥生產現(xiàn)場配置有，因此無須 再投資建設供水設置，降低了成本。由于隔熱層采用抗結皮碳化硅專用澆注料，能夠長期在 iioo°c以上的高溫下工作，使得采樣管具備耐高溫、耐沖擊和極高的抗彎曲強度。本發(fā)明通 過設置內反吹和外反吹兩種方式，能夠有效地清理樣氣清理室和采樣管內的顆粒物并將顆 粒物吹回窯內，因此無須再添加新的廢水廢氣處理設備，同時對環(huán)境無污染。


圖1為本發(fā)明采樣探頭的結構示意圖。
圖2為圖1的A-A剖視圖。
圖3為本發(fā)明采樣探頭中濾芯支撐板140的結構示意圖。
圖4為圖3的A-A剖視圖。
圖5為本發(fā)明采樣探頭中支撐桿的結構示意圖。
圖6為本發(fā)明采樣探頭中連接板的結構示意圖。
圖7為圖6的A-A剖視圖。
圖8為本發(fā)明采樣探頭中采樣管的結構示意圖。
圖9為本發(fā)明采樣探頭中空氣冷卻夾套的結構示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結 合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。參見圖1，本發(fā)明的采樣探頭包括一個樣氣清理室100，一根采樣管200，一根反沖 管300。樣氣清理室100由連接板110、緩沖管120、外法蘭130和濾芯支撐板140構成，連 接板110和外法蘭130焊接在緩沖管120的兩端，濾芯支撐板140通過緊固件安裝在外法 蘭130上，連接板110和濾芯支撐板140將緩沖管120兩端封住，使緩沖管120內部空間形 成樣氣清理室100。參見圖6和圖7，為了提高連接板110與緩沖管120之間密封效果，在 連接板110的一面開設有一環(huán)槽111，緩沖管120的一端先插入到該環(huán)槽111中再焊接。結合參見圖6和圖7，在連接板110上開設有一采樣管接入口 112和環(huán)槽113，采 樣管200的一端插入采樣管接入口 112中，這樣采樣管200采集的樣氣就能進入樣氣清理 室100進行清理。在采樣管200上焊接有一空氣冷卻夾套210，空氣冷卻夾套210的一端插 入到環(huán)槽113中，再與連接板110密封連接，另一端通過采樣管封頭211與采樣管200的氣 體入口端端部密封連接。整個采樣管200和空氣冷卻夾套210通過焊接在空氣冷卻夾套210上的安裝法蘭 220分成兩段，安裝法蘭220通過緊固件安裝在旋窯窯尾煙室的室壁上，在安裝法蘭220和 旋窯窯尾煙室的室壁中間用石棉墊片進行密封，以確保外面的空氣不進入窯尾煙室，這樣 安裝法蘭220右側的一段插入到旋窯窯尾煙室(圖中未示出)內，安裝法蘭220左側的一 段位于旋窯窯尾煙室外，在空氣冷卻夾套210位于旋窯窯尾煙室外的一段上設置有進、出
5氣管接頭212、213。進氣管接頭212接水泥廠現(xiàn)場的壓縮空氣氣源，出氣管接頭213排空， 這樣壓縮空氣不斷地進入到空氣冷卻夾套210內對采樣管200實施冷卻，冷卻后的空氣由 出氣管接頭213排空。為了隔熱，保證采樣管200具備耐高溫、耐沖擊和極高的抗彎曲強度，在空氣冷卻 夾套210插入到旋窯窯尾煙室內的一段的外套面以及采樣管封頭211上包覆有一層可耐 1100°C以上高溫的隔熱層230。為了使隔熱層230能緊緊地包覆在空氣冷卻夾套210和采 樣管封頭211上，在空氣冷卻夾套210插入旋窯窯尾煙室內一段的外套面上沿周向和軸向 設置有若干V字形錨固釘231，并在采樣管封頭211端面圓周上設置有若干Y字形錨固釘 232，錨固釘231和232將隔熱層230緊緊錨固在空氣冷卻夾套220插入旋窯窯尾煙室內一 段的外套面和采樣管封頭211上，從而保證采樣管200和空氣冷卻夾套210不受高溫的侵 蝕。隔熱層230的厚度根據(jù)需要而定，通常為50-60mm。隔熱層230由能耐1600°C高溫的 噴煤管專用澆注料或抗結皮碳化硅耐火澆注料澆注而成。結合參見圖2，為了保證吹入空氣冷卻夾套210的冷卻空氣能延伸至采樣管200的 氣體入口端，在空氣冷卻夾套210的內套壁與采樣管200的外管壁之間對稱設置有兩塊隔 離板240，隔離板240的長度小于采樣管200和空氣冷卻夾套210的長度，由于兩塊隔離板 240將空氣冷卻夾套210的內套壁與采樣管200的外管壁之間空腔分隔成上腔241和下腔 242，其中上腔241與進氣管接頭212連通，下腔242與出氣管接頭213連通。，這樣由進氣 管接頭212吹入空氣冷卻夾套210內上腔241的冷卻空氣可以流至采樣管封頭211后，再 折返流經下腔242，最后由出氣管接頭213，從而提高了冷卻效果。隔離板240的安裝方式如下參見圖8和圖9，在采樣管200的管壁上對稱開設有 長度小于采樣管200長度的槽201，在空氣冷卻夾套210的套壁上對稱開設有兩條由空氣冷 卻夾套210設置有進、出氣管接頭212、213的一端向另一端延伸的開口槽214，安裝時，首先 將隔離板240插入到采樣管200的槽201中焊接，然后在將空氣冷卻夾套210套在采樣管 200上時，使隔離板240插入到空氣冷卻夾套210上的開口槽214中焊接即可。這里隔離板 240還有一個作用就是在裝配空氣冷卻夾套210時起到支撐空氣冷卻夾套210的作用。結合參看圖3和圖4，在濾芯支撐板140上開設有一樣氣出口 141和一個反沖管插 入口 142，用作過濾器的陶瓷過濾濾芯150通過支撐桿151以及墊片152、壓蓋153、壓緊螺 釘154安裝在樣氣出口 141上并位于樣氣清理室100內。參見圖5，支撐桿151內有一個和支撐桿151同軸的孔151a和一個支撐桿151軸 線垂直并穿透支撐桿151的透氣孔151b，透氣孔151b與孔151a相貫通，樣氣通過陶瓷過濾 濾芯150過濾后，透過支撐桿151上的透氣孔151b進入到支撐桿151內的151a，再由樣氣 出口 141出來。陶瓷過濾濾芯150為過濾精度為1 μ m的陶瓷過濾濾芯，該陶瓷過濾濾芯能 將顆粒物完全阻隔在過濾濾芯的外部。采樣管接入口的位置位于陶瓷過濾濾芯150的下方，這樣由采樣管200進入樣氣 清理室100的樣氣進入陶瓷過濾濾芯150的過程中有一個爬升過程，在這個爬升過程中，樣 氣中的粉塵會有一個沉降，從而減少了粉塵對過濾器表面的堆積。由于樣氣中含有大量的灰塵、水泥原料等顆粒，必須對其進行處理以去除樣氣中 的顆粒物，確保系統(tǒng)能夠采到干凈的樣氣，同時這些顆粒物中由于含有大量的水泥成分，在 高溫條件下非常容易結污，這種水泥污垢很難清理從而導致采樣孔被堵塞，所以必須采用有效的辦法對顆粒物進行清理，確保采樣順利進行。因此本發(fā)明在樣氣出口 141上通過管 道接一兩位三通電磁閥160，兩位三通電磁閥160的一個口接采樣泵170，另一個口接壓力 為6kg的壓縮空氣氣源。當一個采樣周期結束后，將兩位三通電磁閥160切換至另一個口， 接通壓力為6kg的壓縮空氣氣源，將壓縮空氣導入陶瓷過濾濾芯150內部，這時壓縮空氣由 內向外反吹后會將附著在陶瓷過濾濾芯150上的顆粒物全部垂落，吹落下的顆粒物落在樣 氣清理室100內，這一過程為內反吹。當然，一個采樣周期結束后，樣氣清理室和采樣管內會有大量的顆粒物，如果不及 時清理，將會堵塞采樣管200，為此本發(fā)明的反沖管300的一端由濾芯支撐板140上的反沖 管插入口 142插入樣氣清理室100內，反沖管300的另一端通過一電磁閥310接壓力為6kg 的壓縮空氣氣源，插入到樣氣清理室100內的反沖管300與采樣管200同軸設置，而且反沖 管300的內經大于采樣管200的內徑。當一個采樣周期的內反吹過程結束后，開啟電磁閥 310，高達6kg的壓縮空氣會突然釋放，由于反沖管300正對著采樣管200，壓縮空氣不會產 生任何氣阻，高速高壓的強大氣流會把內反吹吹落下的顆粒物以及滯留在采樣管200中的 其它顆粒物全部吹回到水泥窯內，從而保持采樣管及樣氣清理室的干凈，這一過程稱為外 反吹，當外反吹結束后，采樣開始下一循環(huán)，如此周而復始以實現(xiàn)采樣探頭長期工作而不會 出現(xiàn)采樣管堵塞的問題。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術 人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本發(fā)明 的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和 改進都落入要求保護的本發(fā)明的范圍內。本發(fā)明要求的保護范圍由所附的權利要求書及其 等同物界定。
權利要求
采樣探頭，包括一樣氣清理室，在所述樣氣清理室上設置有采樣管接入口和樣氣出口；一安裝在樣氣出口的入端且位于樣氣清理室內的過濾器；一安裝在所述樣氣清理室的采樣管接入口上的采樣管，所述采樣管插入旋窯窯尾煙室內，其特征在于，所述采樣管上具有一空氣冷卻夾套，并在所述的空氣冷卻夾套插入旋窯窯尾煙室內一段的外套面上包覆有一層可耐1100℃以上高溫的隔熱層，在所述空氣冷卻夾套位于旋窯窯尾煙室外的一段上設置有進、出氣管接頭。
2.如權利要求1所述的采樣探頭，其特征在于，在所述的空氣冷卻夾套插入旋窯窯尾 煙室內一段的外套面上設置有若干錨固釘，所述錨固釘將所述隔熱層緊緊錨固在所述的空 氣冷卻夾套插入旋窯窯尾煙室內一段的外套面上。
3.如權利要求2所述的采樣探頭，其特征在于，所述錨固釘為V字形錨固釘或Y字形錨 固釘。
4.如權利要求3所述的采樣探頭，其特征在于，所述V字形錨固釘沿所述的空氣冷卻夾 套外套面周向和軸向分布，Y字形錨固釘沿所述的空氣冷卻夾套的端面圓周分布。
5.如權利要求1所述的采樣探頭，其特征在于，所述隔熱層的厚度為50-60mm。
6.如權利要求5所述的采樣探頭，其特征在于，所述隔熱層由噴煤管專用澆注料澆注 或抗結皮碳化硅耐火澆注料而成。
7.如權利要求1所述的采樣探頭，其特征在于，在所述空氣冷卻夾套的內套壁與采樣 管的外管壁之間對稱設置有隔離板，所述隔離板的長度小于所述采樣管和空氣冷卻夾套的 長度。
8.如權利要求1所述的采樣探頭，其特征在于，所述采樣管接入口位置位于所述過濾 器的下方。
9.如權利要求1所述的采樣探頭，其特征在于，所述的過濾器選用過濾精度為1μ m的 陶瓷過濾濾芯。
10.如權利要求1至9任一項所述的采樣探頭，其特征在于，在所述樣氣出口上通過 管道接一兩位三通電磁閥，所述兩位三通電磁閥的一個口接采樣泵，另一個口接壓力為6kg 的壓縮空氣氣源。
11.如權利要求10所述的采樣探頭，其特征在于，該采樣探頭還包括一端插入所述樣 氣清理室內的反沖管，所述反沖管的另一端通過一電磁閥接壓力為6kg的壓縮空氣氣源， 所述反沖管與所述采樣管同軸設置。
12.如權利要求11所述的采樣探頭，其特征在于，所述的反沖管的內徑大于采樣管的 內徑。
全文摘要
本發(fā)明公開的采樣探頭，包括一樣氣清理室，在樣氣清理室上設置有采樣管接入口和樣氣出口；一安裝在樣氣出口的入端且位于樣氣清理室內的過濾器；一安裝在樣氣清理室的采樣管接入口上的采樣管，采樣管插入旋窯窯尾煙室內，其采樣管上具有一空氣冷卻夾套，在空氣冷卻夾套插入旋窯窯尾煙室內一段的外套面上包覆有一層可耐1100℃以上高溫的隔熱層。本發(fā)明采用采樣管外包覆有隔熱層和空氣冷卻相結合的手段解決了采樣管的冷卻問題，無須再投資建設供水設置，降低了成本。本發(fā)明通過設置內反吹和外反吹兩種方式，能夠有效地清理樣氣清理室和采樣管內的顆粒物并將顆粒物吹回窯內，無須再添加新的廢水廢氣處理設備，對環(huán)境無污染。
文檔編號G01N1/22GK101957275SQ20101027009
公開日2011年1月26日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權日2010年8月31日
發(fā)明者張紅克 申請人:上海寶英光電科技有限公司