[发明专利]一种高温管式炉出口高温烟气颗粒物全采样枪

说明书

本发明涉及一种高温管式炉出口高温烟气颗粒物全采样枪，包括固定上法兰和全采样烟气管，全采样烟气管的上部设有固定下法兰，固定上法兰与固定下法兰之间装有密封圈并通过紧固件固定密封连接，沿全采样烟气管的外壁水平向外侧延伸并环绕全采样烟气管的外壁圆周方向依次设置有内层气冷管和外层液冷管，全采样烟气管的外壁与内层气冷管的内壁之间形成内层开放式气冷管道，内层气冷管的外壁与外层液冷管的内壁之间形成外层封闭式液冷管道，内层开放式气冷管道与全采样烟气管道相连通，全采样烟气管的下部开有全采样烟气管出口。本发明可实现高温烟气颗粒物全采样，同时通过设置的双层冷却管道实现对全采样烟气管道内高温烟气和内层气冷管的双重冷却。

技术领域

本发明涉及高温管式炉技术领域，具体涉及一种高温管式炉出口高温烟气颗粒物全采样枪。

背景技术

碳质及矿物质颗粒物生成是化石燃料燃烧及化石原料热解过程难以避免的污染物，由于对大气环境的污染与对人体健康的威胁而受到国内外研究者的关注。此外，在火焰合成与化石原料热裂解制备金属氧化物或碳基纳米材料领域，也需要对合成过程中颗粒物生成特性进行细致的实验室研究。现有立式及卧式管式炉是燃烧/热解实验的常用实验装置，可以对颗粒物生成特性开展高精度分析。常用的管式炉颗粒物采样方法是将带有冷却装置的不锈钢烟枪伸入管内不同位置，该方法可以实现等速采样并对不同反应时间生成颗粒物的研究；但炉膛管边界层的存在导致管内流场并不均一，炉膛管横截面上颗粒物同样分布不均，等速采样结果无法完全反映颗粒物生成情况；由于采样枪冷却管路导致壁厚较大，这种探入式采样枪实际烟气管路直径比炉膛管小得多，而颗粒物存在惯性，以探入式采样枪进行全采样时，会有部分颗粒在烟气吸入采样枪过程中与烟气分离。因此，现有探入式烟枪既无法实现颗粒物全采样，也无法得到精准的炉内反应物平衡方程。

发明内容

为解决现有用于管式炉的探入式烟枪无法实现全采样的问题，本发明提供一种高温管式炉出口高温烟气颗粒物全采样枪，包括固定上法兰和全采样烟气管，所述固定上法兰的一端用于与所述全采样烟气管固定密封连接，其另一端用于与所述高温管式炉出口固定密封连接，所述全采样烟气管的上部设有固定下法兰，所述固定上法兰与所述固定下法兰之间装有密封圈并通过紧固件固定密封连接，沿所述全采样烟气管的外壁水平向外侧延伸并环绕所述全采样烟气管的外壁圆周方向依次设置有内层气冷管和外层液冷管，所述全采样烟气管的外壁与所述内层气冷管的内壁之间形成内层开放式气冷管道，所述内层气冷管的外壁与外层液冷管的内壁之间形成外层封闭式液冷管道，所述全采样烟气管的内腔形成全采样烟气管道，所述内层开放式气冷管道与所述全采样烟气管道相连通，所述全采样烟气管的下部开有全采样烟气管出口。

本发明通过在全采样烟气管的外壁外侧由内而外依次设置内外双层冷却管并形成内外双层冷却管道，在实现高温管式炉出口高温烟气颗粒物全采样的同时可实现对全采样烟气管道内高温烟气冷却和对内层气冷管冷却的双重冷却效果。一方面，内层开放式气冷管道通过冷却气体与全采样烟气管道内的高温烟气相混合可实现对全采样烟气管道内高温烟气冷却，有效防止高温烟气损害全采样烟气管；另一方面，外层封闭式液冷管道通过循环冷却液体实现对内层气冷管的冷却效果，进一步有效避免高温烟气损害全采样烟气管。

所述全采样烟气管出口用于外接颗粒物收集装置或烟气分析装置。

进一步地，所述全采样烟气管的内径与所述高温管式炉出口处的炉膛管内径相等，所述内层气冷管的顶端面高于所述全采样烟气管的顶端面，所述内层气冷管的顶端面与所述全采样烟气管的顶端面之间设有锥形导向薄壁构件，所述锥形导向薄壁构件的顶部开口且其顶部外壁与所述内层气冷管的顶部内侧面之间固定密封连接，所述锥形导向薄壁构件的底部开口内径小于所述全采样烟气管的内径且靠近所述全采样烟气管的顶端面，所述锥形导向薄壁构件的顶部开口内径大于所述高温管式炉出口处的炉膛管内径。