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专利名称：等速机械水取样装置及取样方法
技术领域：
本发明 涉及钢铁行业热工、环保检测领域，具体涉及等速机械水取样装置及取样 方法。
背景技术：
GB/T16157-1996《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》中规定 的水分测量方法包括干湿球法、冷凝法、重量法，适用范围是未饱和态下水汽的测量。但就 钢铁行业高炉煤气、转炉煤气湿法除尘工艺而言，过饱和态下存在的液态水，即机械水含量 是反映除尘除湿效果及工艺参数调整的基础指标。由于在过饱和态工况下，机械水水汽以 气液相混合的形态存在，以上所述干湿球法、冷凝法、重量法方法都不能做到等速取样，即 不能精确捕捉流动过程中机械水的携带量，因此不能满足过饱和态机械水含量测试要求。

发明内容
本发明的目的在于提供等速机械水取样装置及取样方法，满足过饱和态下机械水 含量精确测量要求，填补国内过饱和态机械水含量精确测量空白。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为所述等速机械水取样装置，包括烟道、电加热采样枪、电加热控制器、吸收瓶组、冷 却水槽、流量计、抽气泵、湿度计及单片机。所述电加热采样枪设在所述烟道截面位置，其通过安装规格口径的采样嘴来采集 烟道内烟气。所述电加热采样枪上设有用于测量所述烟道内烟气流速及温度的S型皮托管及 热电偶。所述电加热采样枪与所述吸收瓶组入口通过烟气软管连接，所述电加热采样枪同 时与控制其加热温度的电加热控制器连接。所述吸收瓶组出口与所述流量计一侧通过烟气软管连接。所述吸收瓶组数目可视具体情况调整，作为进一步改进，所述吸收瓶组为一个以 上，所述吸收瓶组通过烟气软管以并联方式连接。每个吸收瓶组由一个以上的吸收瓶通过烟气软管串联构成。所述吸收瓶用于吸收烟道内部水汽。所述吸收瓶内装有吸水剂，作为进一步改进， 所述吸水剂为无水高氯酸镁。所述吸收瓶组置于所述冷却水槽内部。所述冷却水槽对吸收瓶组进行冷却处理，使吸收瓶组内大部分水汽在吸收前冷凝。所述流量计另一侧与所述抽气泵一侧通过烟气软管连接。所述抽气泵另一侧与所述湿度计通过烟气软管连接。所述电加热采样枪、流量计及抽气泵通过信号连接线与所述单片机连接。
所述流量计为含温度、全压、静压探头的直管式流量计，通过单片机采集计算出瞬 时流速、并积分出累积流量。所述抽气 泵作为抽气动力源，能力为抽气流量不小于601/min，负压不小 于 _35kpa。所述湿度计可通过监测排气湿度，观察吸水效果，并计算排气中的含水量。所述单片机具有实时采集、计算、输出、反馈控制功能，其能够采集电加热采样枪 上S型皮托管及热电偶和流量计的温度、压力信号，并控制调速抽气泵实时调整其转速、流 量，并记录流量计各阶段累积抽气流量。利用所述等速机械水取样装置的取样方法，包括以下步骤(1)对电加热采样枪安装规格口径采样嘴，将其与S型皮托管及热电偶按迎烟气 气流方向布置在烟道截面位置；对吸收瓶组以及其与电加热采样枪及流量计连接的烟气软 管进行称重；(2)按工艺流程要求对所述等速取样机械水测量装置进行连接，并控制电加热控 制器温度为75°C 85°C，冷却水槽温度为3 7°C ；(3)向单片机内输入被测定烟气密度为0. 50 1. 50kg/Nm3、采样嘴直径，大气压 力为101. 25kpa等参数；启动单片机开始测试，单片机通过采样嘴直径、烟气温度、动、静压 等数据，控制调整抽气泵转速、流量，保证采样嘴进气流速与烟气流速一致；(4)测试完成后，迅速将吸收瓶组以及其与电加热采样枪及流量计连接的烟气软 管进行称重；吸收瓶组及烟气软管的增重量与湿度计所测排气含水量之和除以累计采样 量，得出实际烟气单位体积含水量；通过管道内烟气的温度、静压平均值计算得出该工况下 烟气单位体积饱和含水量，实际烟气含水量与烟气饱和含水量的差值就是该工况下烟气单 位体积机械水含量。步骤(1)中，所述采样嘴口径为5mm以下。步骤(3)中，所述单片机控制抽气泵能力为抽气流量不小于601/min，负压不小 于-35kpa0本发明的优点在于所述等速机械水取样装置结构简单，装配应用方便，造价低， 利用所述等速机械水取样装置的取样方法，操作方法简单可行，并且测试结果准确。通过适 用所述等速机械水取样装置及取样方法，能够满足过饱和态下机械水含量精确测量要求， 本发明能够有效填补国内过饱和态机械水含量精确测量空白。


下面对本发明说明书附图表达的内容及图中的标记作简要说明图1为所述等速机械水取样装置结构示意图；上述图中的标记为1、电加热采用枪，2、S型皮托管及热电偶，3、电加热控制器，4、吸收瓶组，5、冷却水 槽，6、烟气软管，7、流量计，8、抽气泵，9、湿度计，10、单片机，11、信号联接线，12、烟道。
具体实施例方式下面对照附图，通过对实施例的描述，对发明的具体实施方式
如所涉及的各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等，作进一步详细的说明，以帮助本 领域技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。如图1所示，所述等速机械水取样装置，包括烟道12、电加热采样枪1、电加热控制 器3、吸收瓶组4、冷却水槽5、流量计7、抽气泵8、湿度计9及单片机10。

所述电加热采样枪1设在所述烟道12截面位置，其通过安装规格口径的采样嘴来 采集烟道12内烟气。所述电加热采样枪1上设有用于测量所述烟道12内烟气流速及温度的S型皮托 管及热电偶2。所述电加热采样枪1与所述吸收瓶组4入口通过烟气软管6连接，所述电加热采 样枪1同时与控制其加热温度的电加热控制器3连接。所述吸收瓶组4出口与所述流量计7 —侧通过烟气软管6连接。所述吸收瓶组4为一个以上，所述吸收瓶组4通过烟气软管6以并联方式连接。每个吸收瓶组4由一个以上的吸收瓶通过烟气软管6串联构成。所述吸收瓶用于吸收烟道12内部水汽。所述吸收瓶内装有吸水剂，所述吸水剂为 无水高氯酸镁。所述吸收瓶组4置于所述冷却水槽5内部。所述流量计7另一侧与所述抽气泵8 一侧通过烟气软管6连接。所述抽气泵8另一侧与所述湿度计9通过烟气软管6连接。所述电加热采样枪1、流量计7及抽气泵8通过信号连接线11与所述单片机10连接。所述流量计7为含温度、全压、静压探头的直管式流量计，通过单片机10采集计算 出瞬时流速、并积分出累积流量。所述抽气泵8作为抽气动力源，能力为抽气流量不小于601/min，负压不小 于 _35kpa。所述湿度计9可通过监测排气湿度，观察吸水效果，并计算排气中的含水量。所述单片机10具有实时采集、计算、输出、反馈控制功能，其能够采集电加热采样 枪1上S型皮托管及热电偶2和流量计7的温度、压力信号，并控制抽气泵8实时调整其转 速或流量，并记录流量计7各阶段累积抽气流量，数据采集周期为1次/秒。利用所述等速机械水取样装置的取样方法，包括以下实施例。实施例一利用所述等速机械水取样装置的取样方法，包括以下步骤(1)对电加热采样枪1安装规格口径采样嘴，将其与S型皮托管及热电偶2按迎烟 气气流方向布置在烟道截面位置；对吸收瓶组4以及其与电加热采样枪1和与流量计7连 接的烟气软管6进行称重；(2)按工艺流程要求对所述等速取样机械水测量装置进行连接，并控制电加热控 制器3温度为为75°C，冷却水槽温度为3°C ；(3)向单片机10内输入被测定烟气密度0. 50、采样嘴直径，大气压力约101. 25kpa 等参数；启动单片机10开始测试，单片机10通过采样嘴直径、烟气温度、动、静压等数据，控 制调整抽气泵8转速、流量，保证采样嘴进气流速与烟气流速一致；
(4)测试完成后，迅速将吸收瓶组4以及其与电加热采样枪1和与流量计7连接的 烟气软管6进行称重；吸收瓶组4以及烟气软管6的增重量与湿度计9所测排气含水量之 和除以累计采样量，得出实际烟气单位体积含水量；通过管道12内烟气的温度、静压平均 值计算得出该工况下烟气单位体积饱和含水量，实际烟气含水量与烟气饱和含水量的差值 就是该工况下烟气单位体积机械水含量。实施例二利用所述等速机械水取样装置的取样方法，包括以下步骤(1)对电加热采样枪1安装规格口径采样嘴，将其与S型皮托管及热电偶2按迎烟 气气流方向布置在烟道截面位置；对吸收瓶组4以及其与电加热采样枪1和与流量计7连 接的烟气软管6进行称重；(2)按工艺流程要求对所述等速取样机械水测量装置进行连接，并控制电加热控 制器3温度为为85°C，冷却水槽温度为7。C ；(3)向单片机10内输入被测定烟气密度1.50kg/Nm3、采样嘴直径，大气压力约 101. 25kpa等参数；启动单片机10开始测试，单片机10通过采样嘴直径、烟气温度、动、静 压等数据，控制调整抽气泵8转速、流量，保证采样嘴进气流速与烟气流速一致；(4)测试完成后，迅速将吸收瓶组4以及其与电加热采样枪1和与流量计7连接的 烟气软管6进行称重；吸收瓶组4以及烟气软管6的增重量与湿度计9所测排气含水量之 和除以累计采样量，得出实际烟气单位体积含水量；通过管道12内烟气的温度、静压平均 值计算得出该工况下烟气单位体积饱和含水量，实际烟气含水量与烟气饱和含水量的差值 就是该工况下烟气单位体积机械水含量。实施例三利用所述等速机械水取样装置的取样方法，包括以下步骤(1)对电加热采样枪1安装规格口径采样嘴，将其与S型皮托管及热电偶2按迎烟 气气流方向布置在烟道截面位置；对吸收瓶组4以及其与电加热采样枪1和与流量计7连 接的烟气软管6进行称重；(2)按工艺流程要求对所述等速取样机械水测量装置进行连接，并控制电加热控 制器3温度为为80°C，冷却水槽温度为5°C ；(3)向单片机10内输入被测定烟气密度1.0kg/Nm3、采样嘴直径，大气压力约 101. 25kpa等参数；启动单片机10开始测试，单片机10通过采样嘴直径、烟气温度、动、静 压等数据，控制调整抽气泵8转速、流量，保证采样嘴进气流速与烟气流速一致；(4)测试完成后，迅速将吸收瓶组4以及其与电加热采样枪1和与流量计7连接的 烟气软管6进行称重；吸收瓶组4以及烟气软管6的增重量与湿度计9所测排气含水量之 和除以累计采样量，得出实际烟气单位体积含水量；通过管道12内烟气的温度、静压平均 值计算得出该工况下烟气单位体积饱和含水量，实际烟气含水量与烟气饱和含水量的差值 就是该工况下烟气单位体积机械水含量。实施例一、实施例二及实施例三中，所述步骤(1)中，所述采样嘴口径为5mm以下。 实施例一、实施例二及实施例三中，所述步骤(3)中，烟气温度通过单片机在测定 周期内以1次/秒的速率连续采集后，得出的算术平均值来确定。实施例一、实施例二及实施例三中，所述步骤(3)中，所述单片机控制抽气泵能力为抽气流量不小于601/min，负压 不小于_35kpa。实施例一、实施例二及实施例三中，所述步骤(4)中，累计采样量通过单片机在测 定周期内以1次/秒的速率连续采集后，得出的算术平均值来确定，静压平均值通过单片机 在测定周期内以1次/秒的速率连续采集后，得出的算术平均值来确定。实施例一、实施例二及实施例三中，利用所述等速机械水取样装置的取样方法，采 气量5 15L/min内，测得机械水含量为10. 5g/Nm3。对所述等速机械水取样装置运行lh，排气中的烟气含水量在0. 2g/Nm3以内。关于 烟气中粉尘带入的影响，一般情况下含尘量较小时，如50mg/Nm3以内，可以忽略不计，必要 时可进行含尘量实测，并将含尘量实测值从实际烟气单位体积含水量结果中扣除。上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式 的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改 进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.等速机械水取样装置，其特征在于包括烟道(12)、电加热采样枪(1)、电加热控制 器(3)、吸收瓶组(4)、冷却水槽(5)、流量计(7)、抽气泵(8)、湿度计(9)及单片机(10)；所 述电加热采样枪(1)设在所述烟道(12)截面位置，所述电加热采样枪(1)上设有S型皮托 管及热电偶(2)；所述电加热采样枪(1)与所述吸收瓶组(4)入口通过烟气软管(6)连接， 所述吸收瓶组(4)置于所述冷却水槽(5)内部；所述电加热采样枪(1)与电加热控制器(3) 连接；所述流量计(7) —侧与所述吸收瓶组(4)出口通过烟气软管(6)连接，另一侧与所述 抽气泵⑶一侧通过烟气软管(6)连接，所述湿度计(9)与所述抽气泵⑶另一侧通过烟 气软管(6)连接；所述电加热采样枪⑴、流量计(7)及抽气泵⑶通过信号连接线(11)与 所述单片机(10)连接。
2.按照权利要求1所述的等速机械水取样装置，其特征在于所述吸收瓶组(4)为一 个以上，所述吸收瓶组(4)通过烟气软管(6)以并联方式连接；每个吸收瓶组(4)由一个以 上的吸收瓶通过烟气软管(6)串联构成。
3.按照权利要求2所述的等速机械水取样装置，其特征在于所述吸收瓶内装有无水 高氯酸镁吸水剂。
4.利用权利要求1至3任一项所述等速机械水取样装置的取样方法，其特征在于包 括以下步骤；(1)对电加热采样枪安装规格口径采样嘴，将其与S型皮托管及热电偶按迎烟气气流 方向布置在烟道截面位置；对吸收瓶组以及其与电加热采样枪及流量计连接的烟气软管进 行称重；(2)按工艺流程要求对所述等速取样机械水测量装置进行连接，并控制电加热控制器 温度为75°C 85°C，冷却水槽温度为3 7°C ；(3)向单片机内输入被测定烟气密度为0.50 1. 50kg/Nm3、采样嘴直径，大气压力为 101. 25kpa等参数；启动单片机开始测试，单片机通过采样嘴直径、烟气温度、动、静压等数 据，控制调整抽气泵转速、流量，保证采样嘴进气流速与烟气流速一致；(4)测试完成后，迅速将吸收瓶组以及其与电加热采样枪及流量计连接的烟气软管进 行称重；吸收瓶组及烟气软管的增重量与湿度计所测排气含水量之和除以累计采样量，得 出实际烟气单位体积含水量；通过管道内烟气的温度、静压平均值计算得出该工况下烟气 单位体积饱和含水量，实际烟气含水量与烟气饱和含水量的差值就是该工况下烟气单位体 积机械水含量。
5.按照权利要求4所述等速机械水取样装置的取样方法，其特征在于包括以下步骤；(1)对电加热采样枪安装规格口径采样嘴，将其与S型皮托管及热电偶按迎烟气气流 方向布置在烟道截面位置；对吸收瓶组以及其与电加热采样枪及流量计连接的烟气软管进 行称重；(2)按工艺流程要求对所述等速取样机械水测量装置进行连接，并控制电加热控制器 温度为75°C 80°C，冷却水槽温度为3 5°C ；(3)向单片机内输入被测定烟气密度为0.50 1.0kg/Nm3、采样嘴直径，大气压力为 101. 25kpa等参数；启动单片机开始测试，单片机通过采样嘴直径、烟气温度、动、静压等数 据，控制调整抽气泵转速、流量，保证采样嘴进气流速与烟气流速一致；(4)测试完成后，迅速将吸收瓶组以及其与电加热采样枪及流量计连接的烟气软管进 行称重；吸收瓶组及烟气软管的增重量与湿度计所测排气含水量之和除以累计采样量，得 出实际烟气单位体积含水量；通过管道内烟气的温度、静压平均值计算得出该工况下烟气 单位体积饱和含水量，实际烟气含水量与烟气饱和含水量的差值就是该工况下烟气单位体 积机械水含量。
6.按照权利要求4或5所述等速机械水取样装置的取样方法，其特征在于步骤(1) 中，所述采样嘴口径为5mm以下。
7.按照权利要求4或5所述等速机械水取样装置的取样方法，其特征在于步骤(3) 中，所述单片机控制抽气泵能力为抽气流量不小于601/min，负压不小于-35kpa。
全文摘要
本发明公开了等速机械水取样装置及取样方法，所述等速机械水取样装置，包括烟道、电加热采样枪、电加热控制器、吸收瓶组、冷却水槽、流量计、抽气泵、湿度计及单片机；电加热采样枪设在烟道截面位置，电加热采样枪上设有S型皮托管及热电偶；电加热采样枪与吸收瓶组入口通过烟气软管连接，吸收瓶组置于冷却水槽内部；电加热采样枪与电加热控制器连接；流量计一侧与吸收瓶组出口通过烟气软管连接，另一侧与抽气泵一侧通过烟气软连接，湿度计与抽气泵另一侧通过烟气软管连接；电加热采样枪、流量计及抽气泵通过信号连接线与单片机连接；利用所述等速机械水取样装置的取样方法，包括四大步骤。本发明能够满足过饱和态下机械水含量精确测量要求。
文档编号G01N5/02GK102103045SQ20111002206
公开日2011年6月22日 申请日期2011年1月20日 优先权日2011年1月20日
发明者周劲军, 陈广言 申请人:马鞍山钢铁股份有限公司