ПРОБООТБОРНИК Российский патент 2016 года по МПК G01N1/22 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к пробоотборнику для отбора проб смеси из среды и твердых частиц.

Известный уровень техники

Когда горючее вещество сжигают, качество сжигания может быть измерено путем отбора проб газообразных продуктов горения в камере сгорания, при этом газообразные продукты горения представляют собой гетерогенную смесь непрерывной газовой фазы и твердых частиц, и измерения количества одного или нескольких веществ в этой пробе, например, выраженного как концентрация. Газовая фаза, в общем, содержит различные газы, образующиеся при сжигании, и газы, поступившие в камеру сгорания из окружающей среды.

Пробоотборник может включать, например, зонд, расположенный в камере сгорания, и трубу между зондом и измерительной частью. Проба может всасываться под действием разрежения в зонд в камере сгорания, откуда по трубе поступать в измерительную часть. Поскольку на качество сжигания указывает, главным образом, газовая фаза, зонд снабжен фильтром, который препятствует доступу в измерительную часть, по меньшей мере, наибольших частиц. Кроме того, фильтр предотвращает закупоривание частицами трубы и измерительной части.

Однако при отборе проб возникают проблемы. Частицы все время прилипают к фильтру в зонде, из-за чего изменяется фильтрующая способность фильтра. Это может постоянно вносить изменения в результаты измерения, следовательно, трудно получить надежную информацию о процессе горения. Кроме того, фильтр может быстро закупориваться и прекращать доступ газообразной пробы полностью или пропускать только незначительное количество, следовательно, фильтр нужно часто менять. Однако такая замена может быть обременительной и требовать прекращения процесса горения. Даже тогда, когда горение прекращать не нужно, из-за замены фильтра прерывается пробоотбор и измерения, таким образом, непрерывный пробоотбор и измерение параметров процесса горения невозможны.

Интервал замены фильтров можно увеличить путем очистки фильтров. Несмотря на то, что перемещение фильтра для его очистки может не понадобиться, фильтр может быть очищен, например, обратным потоком газа под давлением, все же, операция очистки часто прерывает пробоотбор и измерение.

На основании вышеизложенного, имеется потребность в усовершенствованном пробоотборе гетерогенной смеси, содержащей газовую фазу и твердые частицы.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованного пробоотборника. Это достигается посредством пробоотборника по п.1.

Изобретение относится к способу пробоотбора в соответствии с п.9.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрываются в зависимых пунктах формулы изобретения.

Пробоотборник настоящего изобретения имеет несколько преимуществ. В эжекторе, делающем возможным непрерывный пробоотбор, не требуется отдельный фильтр для фильтрования пробы смеси. Таким образом, нет необходимости очистки и/или замены фильтров.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение описано более подробно посредством предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1А показан эжектор, на конце которого имеется, по меньшей мере, одно входное отверстие для пробы смеси,

на фиг.1В показан эжектор, конец которого является входным отверстием для пробы смеси,

на фиг.1С показан пробоотборник, в котором внутренняя труба, входное отверстие и канал для пробы вложены один в другой,

на фиг.1D показан пробоотборник, в котором входное отверстие расположено в наружной трубе эжектора,

на фиг.1Е показан пробоотборник, в котором канал для пробы соединен с наружной трубой эжектора,

на фиг.2 показан пробоотборник, работающий по принципу циклона,

на фиг.3 показан эжектор, в котором канал для пробы находится посередине эжектора, а внутренняя труба расположена рядом с каналом для пробы,

на фиг.4 показан пробоотборник, включающий канал для текучей среды, предназначенный для смешивания разбавляющей текучей среды с исследуемой пробой,

на фиг.5 показан пробоотборник, в котором внутренняя труба отделена от канала для газообразной пробы каналом для текучей среды,

на фиг.6 показан пробоотборник в камере сгорания,

на фиг.7А показан механизм очистки входного отверстия на виде со стороны эжектора,

на фиг.7В показан механизм очистки входного отверстия на виде сбоку на эжектор, и

на фиг.8 показана технологическая схема данного способа.

Описание вариантов осуществления изобретения

Что касается фиг.1А-4, нижеследующее является на них общим. Пробоотборник включает эжектор 100 и канал 112 для пробы, входящий в эжектор 100, который может быть помещен в смесь 102 твердых частиц и среды, которая может представлять собой газ и/или жидкость. Каждая из твердых частиц может содержать одно или несколько веществ, состав различных частиц может быть одинаковым или разным. Эжектор 100, в свою очередь, включает, по меньшей мере, одно входное отверстие 108 и выходное отверстие 116, которое может включать один или несколько каналов для выпуска создающей разрежение среды 118 из эжектора 100. Благодаря разрежению эжектор 100 втягивает (через, по меньшей мере, одно входное отверстие 108) пробу 110 смеси, что позволяет отобрать необходимую для измерения пробу 122 через канал 112 для пробы. Оставшаяся проба 110 смеси выходит из эжектора 100 через, по меньшей мере, одно выходное отверстие 116 в смесь 102. Точнее говоря, проба 110 смеси может перемещаться в эжекторе 100 от входного отверстия 108 к выходному отверстию 116, благодаря чему через канал 112 для пробы возможен отбор необходимой для измерения пробы 122 из пробы 110 смеси, перемещающейся через эжектор 100. Отбор необходимой для измерения пробы 122 возможен потому, что твердые частицы и газовая или жидкая фаза отделяются, по меньшей мере частично, друг от друга в эжекторе 100 под действием потока и инерции.

Эжектор 100 выполняет в пробоотборнике функцию зонда, канал 112 для пробы, входящий в него, может быть помещен в гетерогенную смесь 102 газовой фазы и твердых частиц. Эжектор 100 также может быть помещен в гетерогенную смесь 102 жидкой фазы и твердых частиц. Смесь 102 может содержать, например, дым, пыль, золу, песок, воздух и т.п. Пробоотборник может отбирать пробы дыма, например, когда эжектор 100 и канал 112 для пробы, входящий в него, находятся в камере сгорания, в которой осуществляется реакция горения. В ходе реакции горения горючее вещество вступает в реакцию с кислородом, при которой выделяется тепловая энергия. Следовательно, температура в камере сгорания может быть очень высокой, например более 100°С или даже более 1000°С. Несмотря на тепло, разделение твердых частиц и среды и пробоотбор могут быть выполнены при температуре горения.

Пробоотборник также может быть использован в процессах с пыльными условиями помимо камер сгорания для отбора проб, необходимых для измерения. Кроме того, кроме газа возможной средой для твердых частиц также является жидкость. Проба 110 смеси может представлять собой, например, пульпу, количество твердых частиц из которой может быть уменьшено, либо в эжекторе 100 может быть изменено распределение твердых частиц по размерам под действием потока и инерции.

Далее описаны варианты осуществления изобретения на примере смеси твердых частиц и газа.

На фиг.1А показан эжектор 100, внутри которого возможно создание разрежения путем подачи среды 118 через внутреннюю трубу 104, проходящую внутри эжектора 100 ко второму концу наружной трубы 106 эжектора 100. Поперечное сечение внутренней трубы 104 и наружной трубы 106 может иметь, например, круглую, эллиптическую, треугольную, квадратную, прямоугольную или многоугольную форму. Создающая разрежение среда 118 выходит через выходное отверстие 116 в смесь 102. Таким образом, имеется поток среды через эжектор 100, благодаря которому в наружной трубе 106 эжектора 100 создается пониженное давление. Создающая разрежение среда 118 может представлять собой, например, воду, воздух или инертный газ. Эжектор 100 осуществляет забор пробы смеси 102 твердых частиц и газовой фазы, окружающей эжектор, путем втягивания пробы 110 смеси через входное отверстие 108 в наружную трубу 106 под действием разрежения. Проба 110 смеси, а также создающая разрежение среда 118 выходят из эжектора 100 через выходное отверстие 116. Скорость пробы 110 смеси в эжекторе 100 может составлять, например, 10 м/с.

Канал 112 для пробы данного пробоотборника, который также может представлять собой трубу, соединенную с наружной трубой 106 эжектора 100, осуществляет отбор необходимой для измерения пробы 122 из пробы 110 смеси, находящейся внутри наружной трубы 106. Необходимая для измерения проба 122 может быть отобрана, например, под действием частичного разрежения, втягивающего необходимую для измерения пробу 122 из пробы 110 смеси в канал 112 для пробы. Разрежение в канале 112 для пробы превосходит разрежение, создаваемое эжектором 100, что означает, что давление в канале 112 для пробы меньше, чем в эжекторе 110.

Канал 112 для пробы предназначен для отбора необходимой для измерения пробы 122 из пробы 110 смеси, перемещающейся внутри эжектора 100, в канал 112 для пробы. Под необходимой для измерения пробой 122 может подразумеваться, например, тот факт, что размер твердых частиц в необходимой для измерения пробе 122 меньше заданного предельного размера. Кроме того, под необходимой для измерения пробой 122 может подразумеваться, например, тот факт, что плотность твердых частиц в необходимой для измерения пробе 122 меньше заданной предельной плотности. Под необходимой для измерения пробой 122 может подразумеваться, например, тот факт, что масса твердых частиц в необходимой для измерения пробе 122 меньше заданной предельной массы. Необходимую для измерения пробу 122 получают путем отделения твердых частиц и среды друг от друга в эжекторе 100 под действием потока и инерции пробы 110 смеси. На параметры твердых частиц в необходимой для измерения пробе 122 возможно влиять посредством того, как канал 112 для пробы расположен в эжекторе 100, и направления, в котором отбирается необходимая для измерения проба 122 относительно потока пробы 110 смеси в эжекторе 100.

Канал 112 для пробы может быть помещен в конце 120 эжектора 100, противоположном выходному отверстию 116 эжектора 100. Внутренняя труба 104 эжектора 100 продолжается внутри наружной трубы 106 эжектора 100 дальше, чем канал 112 для пробы. Конец 124 внутренней трубы 104 может находиться довольно близко к выходному отверстию 116 внутри наружной трубы 106, но конец 128 канала 112 для пробы расположен не в непосредственной близости от выходного отверстия 116. Вообще, конец 124 внутренней трубы 104 может быть расположен в точке, находящейся между серединой наружной трубы 106 и выходным отверстием 116. Тогда как конец 128 канала 112 для пробы, вообще, может быть расположен в области между серединой наружной трубы 106 и концом 120.

В пространстве 126 в наружной трубе 106, оставшемся между концом 124 внутренней трубы 104 и концом 120, находится проба 110 смеси, из которой по каналу 112 для пробы отбирается необходимая для измерения проба 122, поскольку канал 112 для пробы входит в это пространство 126. Поскольку между концом 124 внутренней трубы 104 и концом 128 канала 112 для пробы имеется разделительное расстояние 130, создающая разрежение среда, выходящая из внутренней трубы 104, непреднамеренно не смешивается с необходимой для измерения пробой 122. Таким образом, получают чистую необходимую для измерения пробу 122, благоприятную для проведения точных измерений.

В пространстве 126 наружной трубы 106 между концом 124 внутренней трубы 104 и концом 120 главное направление потока пробы 110 смеси - к выходному отверстию 116, как показано стрелками. Этот поток может быть ламинарным и/или турбулентным. Однако газ из пробы 110 смеси способен преодолевать пространство 126. В канал 112 для пробы может всасываться необходимая для измерения проба 122 из пробы 110 смеси в направлении, отклоняющемся от направления потока пробы 110 смеси. На фиг.1А-1D разница между главным направлением потока пробы 110 смеси и направлением потока необходимой для измерения пробы 122 является наибольшей из возможных, т.е. составляет 180 градусов. Когда направление потока необходимой для измерения пробы 122 отклоняется от направления пробы 110 смеси, распределение твердых частиц в необходимой для измерения пробе 122 отличается от распределения в пробе 110 смеси. Это является результатом, например, того, что инерция твердых частиц препятствует резким изменениям направления движения. Количество необходимой для измерения пробы 122, вообще, достаточно мало по сравнению с количеством пробы 110 смеси. Необходимая для измерения проба 122 может составлять, например, 50 процентов количества пробы 110 смеси. Для непрерывных измерений это означает, что количественно поток необходимой для измерения пробы в канале 112 для пробы, выраженный в кубических метрах в секунду (м³/с), составляет 50 процентов. Часто количество необходимой для измерения пробы 122 может составлять только несколько процентов, несколько промилле или даже меньшую долю пробы 110 смеси. Когда создающая разрежение среда 118 представляет собой газ, расход потока в эжекторе 100 может быть равен, например, 125 л/с, т.е. 0,125 м³/с, а расход потока необходимой для измерения пробы 122 может составлять, например, 20 л/с, т.е. 0,02 м³/с.

Когда направление потока пробы 110 смеси и направление отбора необходимой для измерения пробы 122 отличаются друг от друга, из-за инерции твердых частиц эти частицы имеют тенденцию к продолжению движения в направлении к выходному отверстию 116, но газ из пробы 110 смеси легче может изменять направление и поступать в канал 112 для пробы. Чем больше угол между направлением потока пробы 110 смеси и направлением потока необходимой для измерения пробы 122 в канале 112 для пробы, тем труднее твердым частицам изменить направление своего движения, и указанные твердые частицы с меньшей вероятностью попадут в канал 112 для пробы. Кроме того, чем больше масса твердой частицы, тем меньше вероятность того, что указанная частица будет перемещена в канал 112 для пробы. Вероятность того, что твердая частица войдет в состав необходимой для измерения пробы в канале 112 для пробы, также снижается по мере увеличения расхода пробы 110 смеси. Таким образом, благодаря инерции твердые частицы и газ отделяются друг от друга, и инерция может быть использована при отборе необходимой для измерения пробы 122 через канал 112 для пробы таким образом, чтобы в достаточной степени или полностью исключить попадание твердых частиц в необходимую для измерения пробу 122. Очень маленькие частицы, если таковые имеются в пробе 110 смеси, могут попадать в канал 112 для пробы вместе с необходимой для измерения пробой 122.

Поскольку расходы пробы 110 смеси и необходимой для измерения пробы 122 и/или углы направлений потоков могут быть заранее заданы, можно влиять на распределение по размеру и/или по весу твердых частиц, поступающих в канал 112 для пробы. Проще говоря, место, расход и/или разница направлений потоков могут определять пороговую массу или пороговый размер, до которого частицы могут поступать в канал 112 для пробы. Часто желательно, чтобы в измерении помимо газа участвовали очень мелкие твердые частицы.

Когда проба 110 смеси перемещается без какой-либо заметной турбулизации от входного отверстия 108 к выходному отверстию 116 и когда из пробы 110 смеси отбирают необходимую для измерения пробу 122, принцип пробоотбора аналогичен принципу инерционного сепаратора с тем исключением, что в настоящем решении пробоотбор осуществляется в отношении газа, а не частиц. Однако помимо необходимой для измерения пробы также возможно отбирать пробу частиц. Когда измерения проводят, главным образом, для пробы газа, предотвращается закупоривание и засорение измерительного прибора. Кроме того, в ходе измерения возможно исключить измерение в отношении веществ, связанных с частицами. Кроме того, может быть определена концентрация газа, в отношении которого проводят измерения.

На фиг.1А представлен вариант осуществления изобретения, включающий два входных отверстия 108 для пробы 110 смеси. Входные отверстия 108 могут представлять собой каналы в конце 120 эжектора 100. В общем случае может иметь место одно или несколько входных отверстий 108. Различные входные отверстия 108 могут представлять собой каналы одинакового и разного размера.

На фиг.1В представлен вариант осуществления изобретения, в котором весь конец 120 эжектора 100 образует входное отверстие 108. Таким образом, конец 120 не обязательно имеет какую-либо стенку или подобную стенке структуру. Также возможно, чтобы только часть конца 120 эжектора 100 служила входным отверстием 108.

На фиг.1С представлен вариант осуществления изобретения, в котором входное отверстие 108 окружает внутреннюю трубу 104 и канал 112 для проб. Внутренняя труба 104 также может окружать входное отверстие 108 и канал 112 для проб. В качестве альтернативы, канал 112 для проб также может окружать входное отверстие 108 и внутреннюю трубу 104. Вообще, в данном техническом решении внутренняя труба 104, входное отверстие 108 и канал 112 для проб являются вложенными друг в друга. Также возможно, чтобы только два из них были вложенными друг в друга, и один расположен рядом с ними.

На фиг.1D представлен вариант осуществления изобретения, в котором, по меньшей мере, одно входное отверстие 108 расположено в наружной трубе 106 эжектора 100. Каждое входное отверстие 108 расположено внутри пространства 126. В данном варианте осуществления изобретения направление потока пробы 110 смеси и направление потока отбора необходимой для измерения пробы 122 находятся под углом 90 градусов друг к другу. Кроме того, на фиг.1D представлен вариант осуществления изобретения, в котором канал 112 для пробы находится рядом с внутренней трубой 104.

На фиг.1Е представлен вариант осуществления изобретения, в котором канал 112 для пробы присоединен к наружной трубе 106 эжектора 100. В этом случае необходимая для измерения проба 122 может быть отобрана в непосредственной близости от внутренней поверхности наружной трубы 106 или в середине эжектора 100 в зависимости от того, насколько далеко внутрь эжектора 100 проходит канал 112 для пробы. В данном варианте осуществления изобретения главное направление потока необходимой для измерения пробы 110 и направление пробоотбора могут располагаться под углом около 90 градусов друг к другу.

На фиг.2 представлен вариант осуществления изобретения, в котором эжектор 100 может работать по принципу циклона, также основанному на инерции. В соответствии с принципом циклона, газу и твердым частицам, содержащимся в пробе 110 смеси, внутри наружной трубы 106 эжектора 100 сообщается спиралеобразное турбулентное движение (по спиральной линии), они перемещаются таким образом до тех пор, пока турбулизированные элементы не выйдут из эжектора 100 обратно в смесь 102 вместе с создающей разрежение средой 118. В ходе турбулентного движения твердые частицы, содержащиеся в пробе 110 смеси, отделяются под действием центробежной силы таким образом, что частицы с наибольшей плотностью и наибольшего размера оказываются в наиболее удаленной от центра области турбулентного движения. Таким образом, в середине эжектора 100 остается присутствовавший в пробе 110 смеси газ, из которой удалена, по меньшей мере, часть твердых частиц. Чем больше расстояние от продольной оси эжектора 100 до поверхности наиболее удаленной от нее трубы 106, тем более крупные твердые частицы вероятно обнаружить в завихряющейся пробе 110 смеси. Продольная ось эжектора 100 может совпадать с продольной осью внутренней трубы 104.

Для создания турбулентного движения, по меньшей мере, у одного входного отверстия 108 может быть предусмотрено наличие трубы на наружной периферии эжектора 100, при этом центральная ось трубы направлена тангенциально к внутренней поверхности наружной трубы 106 эжектора 100. При размещении входного отверстия 108 в эжекторе 100 таким образом пробе 110 смеси сообщается в эжекторе 100 турбулентное движение вдоль внутренней поверхности наружной трубы 106 эжектора 100. Проба 110 смеси, отобранная из смеси 102 под действием разрежения в эжекторе 100, таким образом, приводится в турбулентное движение вокруг продольной оси эжектора 100, параллельной сквозному потоку.

Этот пробоотборник также включает канал 112 для пробы, при помощи которого необходимая для измерения проба 122 может быть отобрана в направлении продольной оси в центре эжектора 100, где частицы в пробе 110 смеси имеют наименьший размер. Таким образом, когда конец 128 канала 112 для пробы размещен в эжекторе 100 в той области, где благодаря турбулентному потоку пробы 110 смеси распределение твердых частиц отличается от распределения в других областях пробы 110 смеси, из пробы 110 смеси может быть отобрана требуемая необходимая для измерения проба 122. Требуемая необходимая для измерения проба 122 содержит твердые частицы требуемого размера. Проще говоря, место, расход и/или различие в направлениях потоков могут определять пороговую массу или пороговый размер, до которого частицы могут поступать в канал 112 для пробы вместе с газом.

Канал 112 для пробы также может представлять собой трубу, поперечное сечение которой может быть таким же, как и сечение внутренней и наружной труб 104, 106 эжектора 100. Канал 112 для пробы может окружать внутреннюю трубу 104, т.е. канал 112 для пробы и внутренняя труба 104 могут быть вложенными друг в друга, как показано на фиг.1А.

На фиг.3 показан вариант осуществления изобретения, в котором канал 112 для пробы находится в центре поперечного сечения эжектора 100, а внутренняя труба 104 может располагаться рядом с каналом 112 для пробы. В этом случае внутренняя труба 104 находится не в середине эжектора 100 по продольной оси, по крайней мере, не в области, где находится канал 112 для пробы. Однако внутренняя труба 104 может быть изогнута по окончании канала 112 для пробы к центру эжектора 100.

В одном из вариантов осуществления изобретения необходимую для измерения пробу 122 не обязательно разбавляют какой-либо жидкостью перед проведением измерения. Неразбавленность позволяет исключить ошибки, вводимые в измерения разбавлением. Фактически, для проведения измерения достаточно, чтобы температура необходимой для измерения пробы 122 была уменьшена до надлежащей температуры измерения во время перемещения пробы. Надлежащей для измерения температурой может являться, например, температура кипения воды или еще более низкая температура. В частности, в неразбавленной необходимой для измерения пробе 122 может быть произведено измерение содержания влаги. Однако также возможно измерение содержания влаги в разбавленной необходимой для измерения пробе 122.

На фиг.4 представлен вариант осуществления измерения, в котором пробоотборник может дополнительно включать канал 114 для текучей среды. Канал 114 для текучей среды предназначен для подачи разбавляющей текучей среды в канал 112 для пробы, тем самым, отобранная необходимая для измерения проба 122 и разбавляющая текучая среда смешиваются до проведения измерения. Разбавляющая текучая среда, подаваемая по каналу 114 для текучей среды, может представлять собой, например, воду или инертный газ. Разбавляющая текучая среда может быть холодной, например менее 0°С, иметь комнатную температуру, т.е. около 20°С, либо может быть подогретой, например, до десятков или сотен градусов Цельсия, что может иметь целью, например, предварительную обработку пробы 122 газообразных продуктов сгорания. Посредством разбавляющей текучей среды, подаваемой по каналу 114 для текучей среды, можно смешивать газообразную пробу 122 с разбавляющей текучей средой сразу же после пробоотбора в камере сгорания или в непосредственной близости от нее.

На фиг.4 пробоотборник представлен помещенным в камеру 400 сгорания. В этом случае эжектор 100 может от конца 120 эжектора до выходного отверстия 116 эжектора 100 находиться в камере 400 сгорания, тогда как только трубы 104, 112 и 114 могут выходить из эжектора 100 вне камеры 400 сгорания с тем, чтобы обеспечивать работу эжектора 100 и пробоотбор. Пробоотборник может быть прикреплен к стенке камеры 400 сгорания посредством своих труб и/или концом 120 эжектора, например, при помощи простого фланцевого соединения, для которого требуется одно отверстие в стенке камеры 400 сгорания. Помимо или вместо фланцевого соединения прикрепление также может быть осуществлено как простое резьбовое соединение, для которого также требуется только одно отверстие в стенке камеры 400 сгорания. Малое число отверстий в стенке камеры 400 сгорания является преимуществом, так как при этом возможно снизить, например, утечки и коррозию.

В случаях, изображенных на других фигурах, фиг.1-3, пробоотборник также может быть размещен в камере 400 сгорания. Газообразная проба 122, отобранная в камере 400 сгорания, может содержать твердые частицы. Например, в необходимой для измерения пробе, отобранной в перегонном кубе для извлечения натрия, размер твердых частиц может вообще оставаться таким, что диаметр частиц не превосходит 10 мкм.

В одном из вариантов осуществления изобретения камера 400 сгорания представляет собой котлоагрегат для паровой турбины.

В одном из вариантов осуществления изобретения камера 400 сгорания представляет собой котлоагрегат, в котором сжигают варочный раствор, используемый в производстве целлюлозы. Подлежащий сжиганию варочный раствор может представлять собой, например, черный щелок и т.п.

В одном из вариантов осуществления изобретения камера 400 сгорания может представлять собой котлоагрегат распределительного центра теплосети.

В одном из вариантов осуществления изобретения камера 400 сгорания представляет собой печь для повторного обжига известкового шлама.

Измерение может быть выполнено таким образом, что необходимая для измерения проба 122 поступает по каналу 112 для пробы в измерительную часть, в которой могут быть проведены, например, оптические, химические и/или другие измерения с целью определения свойств данной смеси. Направление перемещения в канале для пробы может быть противоположным направлению подачи создающей разрежение среды 118.

На фиг.5 показан пробоотборник, в котором внутренняя труба 104 отделена от канала 112 для газообразной пробы каналом 114 для текучей среды. Канал 114 для текучей среды может выполнять роль тепловой изоляции между каналом 112 для пробы и внутренней трубой 104. Материал стенки 500 канала 114 для текучей среды может быть теплоизоляционным или выдерживать высокие температуры. Стенка 500, например, может быть заполнена газом. Газ может представлять собой воздух или газ, инертный при нагревании, и/или инертный в условиях камеры 400 сгорания. Пространство внутри стенки 500 также может представлять собой канал для перемещения, например, горячего газа, благодаря чему газообразная проба не охлаждается в канале 112 для пробы. Эти конструкционные решения позволяют поддерживать температуру отобранной пробы в канале 112 для пробы максимально возможной до проведения измерений, благодаря чему увеличивается точность измерения. В ином случае, например, холодный сжатый воздух во внутренней трубе 104 может охлаждать пробу, находящуюся в канале 112 для пробы, тем самым, часть пробы может конденсироваться на поверхности канала 112 для пробы и не участвовать в измерении в ходе анализа.

На фиг.6 показан пробоотборник в камере 400 сгорания. Этот пробоотборник может включать приводное устройство 600, которое находится вне камеры 400 сгорания, но которое снабжено механическим соединением 604 с поршнем 602, находящимся внутри наружной трубы 106 эжектора 100. Приводное устройство 600, которое может представлять собой, например, двигатель, сообщает поршню 602 внутри эжектора 100 возвратно-поступательное движение (см. стрелки), передаваемое посредством механического соединения 604. Таким образом, поршень 602 может очищать внутреннюю поверхность наружной трубы 106 эжектора 100 от загрязнений, которые могут налипать на нее, например, из газообразных продуктов сгорания. Приводное устройство 600 может включать, например, электродвигатель, на приводное устройство 600 могут поступать сигналы с внешнего устройства управления, регулирующего очистку эжектора 100. Само приводное устройство 600 также может включать устройство управления, регулирующее очистку. Очистка эжектора 100 может осуществляться регулярно или в зависимости от того, насколько засоренные газы находятся в камере сгорания в соответствии с оценками или измерениями.

На фиг.7А показан механизм очистки входного отверстия 108 на виде со стороны конца эжектора. Приводное устройство 702, которое может представлять собой двигатель, может сообщать выступу 700 возвратно-поступательное движение таким образом, что выступ 700 может проникать во входное отверстие 108 и выходить из него. Пунктирной линией внутри входного отверстия 108 показан выступ 700 внутри входного отверстия 108. Таким образом, входное отверстие 108 и проход в эжектор 100 не засоряются или не закупориваются. Приводное устройство 702 может включать, например, электродвигатель. На приводное устройство 702 могут поступать сигналы с внешнего устройства управления, регулирующего очистку входного отверстия 108. Само приводное устройство 702 также может включать устройство управления, регулирующее очистку. Очистка входного отверстия 108 может осуществляться регулярно или в зависимости от того, насколько засоренные газы находятся в камере сгорания в соответствии с оценками или измерениями.

На фиг.7В показан механизм очистки входного отверстия 108 на виде сбоку на эжектор. Приводное устройство 702, соединенное со входным отверстием 108, находится не внутри камеры 400 сгорания, а вне ее. Выступ 700 может быть частью механической конструкции 704, которая может быть перемещена по наружной поверхности наружной трубы 106 эжектора 100. Таким образом, когда механическую конструкцию 704 поворачивают снаружи камеры 400 сгорания, механическая конструкция 704 также движется внутри камеры 400 сгорания, и выступ 700 перемещается вместе с ней. Выступ 700 может представлять собой клешнеобразную деталь, по форме и размеру соответствующую входному отверстию 108.

На фиг.8 показана технологическая схема данного способа. На стадии 800 обеспечивают поток создающей разрежение среды через эжектор 100, которая выходит через выходное отверстие 116 эжектора 100 так, что внутри эжектора 100 образуется разрежение. На стадии 802, используя разрежение, внутрь эжектора 100 через, по меньшей мере, одно входное отверстие 108 отбирают пробу 110 смеси из смеси 102 среды и твердой фазы, при этом среда представляет собой жидкость и/или газ. На стадии 804 осуществляют течение пробы 110 смеси из наружной трубы 106 вместе с потоком создающей разрежение среды через выходное отверстие 116. На стадии 806 необходимую для измерения пробу 122 отбирают в канал 112 для пробы из пробы 110 смеси, текущей внутри эжектора 100, путем отделения твердых частиц и газовой или жидкой фазы друг от друга в эжекторе 100 под действием потока и инерции в пробе 110 смеси.

Эжектор 100 не обязательно должен иметь механический фильтр у входного отверстия 108 для отфильтровывания от пробы крупных частиц, так как, за исключением необходимой для измерения пробы 122, и газ, и все твердые частицы, втянутые в эжектор 100, выбрасываются из эжектора 100. Необходимая для измерения проба 122 не содержит твердых частиц в большом количестве, либо их размер не превышает заданного предела, так как поток пробы 110 смеси уносит с собой твердые частицы наибольшей плотности и наибольшего размера, и в канал 112 для пробы поступает только необходимая для измерения проба 122.

В решении, основанном на принципе циклона, велика вероятность того, что твердые частицы покинут центр эжектора 100, поскольку плотность твердых частиц выше, чем плотность газа. Действительно, от скорости турбулентного движения, по меньшей мере частично, зависит, насколько интенсивно твердые частицы будут покидать центр эжектора и, следовательно, насколько чистой будет отбираемая необходимая для измерения проба 122. С увеличением скорости турбулентного движения размер твердых частиц, оказывающихся в центре эжектора 100, все уменьшается и уменьшается.

Таким образом, фильтрация осуществляется динамически при пробоотборе и по принципу инерционного сепаратора, и по принципу циклона без механического фильтра, ячейки которого задают наибольший диаметр твердых частиц, пропускаемых фильтром.

Поскольку в наличии фильтра для предотвращения попадания твердых частиц в необходимую для измерения пробу нет необходимости, либо используемый фильтр имеет настолько крупные ячейки, что они не засоряются и не закупориваются и непосредственно не определяют размер твердых частиц, попадающих в необходимую для измерения пробу 122, пробоотбор не нужно прерывать для замены или очистки фильтра. Таким образом, пробоотбор может быть непрерывным. Кроме того, достигается несколько преимуществ, так как эжектор 100, забирающий пробу 110 смеси из смеси 102 твердых частиц и среды, осуществляющий динамическую фильтрацию пробы 110 смеси для получения необходимой для измерения пробы 122 в канале 112 для пробы и возвращающий остальную часть пробы 110 смеси в смесь 102 после отбора необходимой для измерения пробы 122, помещен в смесь 102 твердых частиц и среды.

Если бы проба 110 смеси не была подвергнута обработке в зоне отбора проб, а была бы перемещена куда-либо вне смеси 102, необходимая для измерения проба 122 могла бы измениться химически или структурно. Изменение может происходить с течением времени и/или под действием окружающей среды. Влияние окружающей среды может выражаться, например, в изменении температуры. Изменение пробы 110 смеси вследствие ее перемещения также усложняет обработку пробы 110 смеси. Например, может стать более сложным или невозможным получение необходимой для измерения пробы 122 из пробы 110 смеси по причинам, являющимся следствием перемещения. Это распространяется, например, на необходимую для измерения пробу 122, отбираемую в камере 400 сгорания.

Между тем, если бы пробу 110 смеси не возвращали снова в смесь 102, возникала бы проблема, куда поместить остальную часть пробы смеси. В данном случае ее возвращают туда, откуда отбирают, и новых проблем не появляется.

Хотя выше изобретение описано со ссылкой на примеры, поясняемые прилагаемыми чертежами, ясно, что изобретение ими не ограничивается, напротив, оно может быть модифицировано множеством способов, входящих в объем прилагаемой формулы изобретения.

Группа изобретений относится к пробоотборнику для отбора проб смеси из среды и твердых частиц. Пробоотборник включает эжектор (100) и внутреннюю трубу (104), проходящую внутри эжектора (100), внутри внешней трубы (106), и предназначенную для прохождения через эжектор (100) создающей разрежение среды. Эжектор (100) может быть помещен в смесь (102) твердых частиц и среды - газа и/или жидкости. При этом эжектор (100) выполнен с возможностью забора пробы (110) смеси под действием разрежения через по меньшей мере одно входное отверстие (108) и выпуска пробы (110) смеси через выходное отверстие (116) в смесь (102) так, что проба (110) смеси перемещается от входного отверстия (108) к выходному отверстию (116). Канал (112) для пробы расположен на конце (120) эжектора (100), противоположном выходному отверстию (116) эжектора (100), и вложен внутрь или находится рядом с внутренней трубой (104). Канал (112) предназначен для отбора необходимой для измерения пробы (122) из пробы (110) смеси, перемещающейся через эжектор (100). При этом твердые частицы и среда, по меньшей мере частично, могут быть отделены друг от друга в эжекторе (100) под действием потока и инерции в пробе (110) смеси. Способ пробоотбора содержит этапы, на которых обеспечивают (800) поток создающей разрежение среды через эжектор (100) по внутренней трубе (104) и выводят наружу из него через выходное отверстие (116) так, что внутри эжектора (100) образуется разрежение. Осуществляют забор (802) пробы (110) смеси, используя разрежение, через по меньшей мере одно входное отверстие (108) из смеси (102) среды и твердых частиц. Образуют (804) поток пробы (110) смеси вместе с потоком создающей разрежение среды через по меньшей мере одно выходное отверстие (116) в смесь (102). Осуществляют отбор (806) необходимой для измерения пробы (122) в канал (112) для пробы, путем отделения твердых частиц и среды друг от друга, по меньшей мере частично, под действием потока и инерции в пробе (110) смеси. Обеспечивается непрерывный пробоотбор и измерение параметров процесса горения. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Пробоотборник, отличающийся тем, что включает эжектор (100), который может быть помещен в камеру (400) сгорания, и который включает внутреннюю трубу (104), проходящую внутри эжектора (100), внутри внешней трубы (106) эжектора (100), и предназначенную для прохождения через эжектор (100) создающей разрежение среды, выходящей через выходное отверстие (116) эжектора, и канал (112) для пробы, расположенный на конце (120) эжектора (100), противоположном выходному отверстию (116) эжектора (100), и который вложен внутрь или находится рядом с внутренней трубой (104), проходящей внутри эжектора (100), который может быть помещен в смесь (102) твердых частиц и среды, которая представляет собой по меньшей мере одну из следующих сред: газ, жидкость;
эжектор (100), включающий по меньшей мере одно входное отверстие (108) и по меньшей мере одно выходное отверстие (116);
при этом эжектор (100) выполнен с возможностью забора пробы (110) смеси под действием разрежения через по меньшей мере одно входное отверстие (108) и выпуска пробы (110) смеси через выходное отверстие (116) в смесь (102) так, что проба (110) смеси перемещается от входного отверстия (108) к выходному отверстию (116); и
канал (112) для пробы, предназначенный для отбора необходимой для измерения пробы (122) из пробы (110) смеси, перемещающейся через эжектор (100), при этом твердые частицы и среда, по меньшей мере частично, могут быть отделены друг от друга в эжекторе (100) под действием потока и инерции в пробе (110) смеси.

2. Пробоотборник по п. 1, отличающийся тем, что канал (112) для пробы предназначен для отбора необходимой для измерения пробы (122) из пробы (110) смеси в направлении, отклоняющемся от направления потока пробы (110) смеси с тем, чтобы распределение твердых частиц в необходимой для измерения пробе (122) сделать отличным от распределения в пробе (110) смеси.

3. Пробоотборник по п. 1, отличающийся тем, что конец (128) канала (112) для пробы расположен в эжекторе (100) в зоне с требуемым распределением твердых частиц в пробе (110) смеси благодаря потоку и инерции.

4. Пробоотборник по п. 1, отличающийся тем, что эжектор (100) также включает внутреннюю трубу (104) и наружную трубу (106); при этом эжектор (100) выполнен с возможностью организации потока создающей разрежение среды во внутренней трубе (104) и через выходное отверстие (116) с тем, чтобы создать в наружной трубе (106) эжектора (100) разрежение; и причем эжектор (100) выполнен с возможностью забора пробы (110) смеси под действием разрежения через по меньшей мере одно входное отверстие (108) в наружную трубу (106) и выпуска пробы (110) смеси, вместе с создающей разрежение средой, через выходное отверстие (116) так, что проба (110) смеси перемещается от входного отверстия (108) к выходному отверстию (116).

5. Пробоотборник по п. 1, отличающийся тем, что эжектор (100) выполнен с возможностью функционирования по принципу циклона для забора пробы (110) смеси под действием разрежения по наружной границе наружной трубы (106) так, чтобы пробе (110) смеси внутри наружной трубы (106) сообщалось турбулентное движение с целью отделения твердых частиц от необходимой для измерения пробы (122).

6. Пробоотборник по п. 1, отличающийся тем, что эжектор (100) включает по меньшей мере одно трубчатое входное отверстие (108), центральная ось которого ориентирована тангенциально к внутренней поверхности эжектора (100), благодаря чему пробе (110) смеси сообщается турбулентное движение.

7. Пробоотборник по п. 1, отличающийся тем, что данный пробоотборник включает канал (114) для текучей среды, предназначенный для подачи разбавляющей текучей среды в канал (112) для пробы.

8. Пробоотборник по п. 1, отличающийся тем, что камера (400) сгорания представляет собой котлоагрегат для паровой турбины.

9. Способ пробоотбора, отличающийся тем, что содержит этапы, на которых обеспечивают (800) поток создающей разрежение среды через эжектор (100) по внутренней трубе (104) внутри внешней трубы (106) эжектора (100) и выводят наружу из него через выходное отверстие (116) эжектора (100) так, что внутри эжектора (100) образуется разрежение;
осуществляют забор (802) пробы (110) смеси, используя разрежение, через по меньшей мере одно входное отверстие (108) внутрь эжектора (100), который помещен в камеру (400) сгорания, из смеси (102) среды и твердых частиц, при этом среда представляет собой жидкость и/или газ;
образуют (804) поток пробы (110) смеси вместе с потоком создающей разрежение среды через по меньшей мере одно выходное отверстие (116) в смесь (102); и
осуществляют отбор (806) необходимой для измерения пробы (122) в канал (112) для пробы, расположенный на конце (120) эжектора (100), противоположном выходному отверстию (116) эжектора (100), и вложенный внутрь или параллельный внутренней трубе (104), из пробы (110) смеси, текущей внутри эжектора (100), путем отделения твердых частиц и среды друг от друга, по меньшей мере частично, под действием потока и инерции в пробе (110) смеси.

10. Способ по п. 9, отличающийся отбором необходимой для измерения пробы (122) из пробы (110) смеси внутри наружной трубы (106) в направлении, отклоняющемся от направления потока пробы (110) смеси с тем, чтобы сделать распределение твердых частиц в необходимой для измерения пробе (122) отличным от распределения в пробе (110) смеси.

11. Способ по п. 9, отличающийся размещением конца (12 8) канала (112) для пробы в эжекторе (100) в зоне с требуемым распределением твердых частиц в пробе (110) смеси благодаря потоку и инерции.

12. Способ по п. 9, отличающийся образованием потока создающей разрежение среды во внутренней трубе (104) эжектора (100) и наружу из него через выходное отверстие (116) с тем, чтобы создать в наружной трубе (106) эжектора (100) разрежение; и забором пробы (110) смеси под действием разрежения через по меньшей мере одно входное отверстие (108) в наружную трубу (106) и выпуском пробы (110) смеси, вместе с создающей разрежение средой, через выходное отверстие (116) так, что проба (110) смеси перемещается от входного отверстия (108) к выходному отверстию (116).

13. Способ по п. 9, отличающийся сообщением пробе (110) смеси турбулентного движения с целью отделения твердых частиц от необходимой для измерения пробы (122).

14. Способ по п. 9, отличающийся сообщением пробе (110) смеси турбулентного движения при помощи трубчатого входного отверстия (108), центральная ось которого ориентирована тангенциально к внутренней поверхности эжектора (100).

15. Способ по п. 9, отличающийся подачей разбавляющей текучей среды в канал (112) для пробы через канал (114) для текучей среды.

16. Способ по п. 9, отличающийся тем, что камера (400) сгорания представляет собой котлоагрегат для паровой турбины.