梁培培 孫中偉 王 輝

（哈爾濱電氣集團(tuán)，哈爾濱 150046）

隨著高性能燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展以及人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提升，各國(guó)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)污染物排放要求也越來(lái)越高，DLN燃燒室成為燃?xì)廨啓C(jī)排放物處理的一種主要方式，其中高溫?zé)煔獠杉到y(tǒng)作為污染物濃度檢測(cè) 方法，重要性不言而喻。燃燒室內(nèi)煙氣溫度最高可達(dá)1700℃，而采樣樣品又需要具有代表性，因此采樣器不僅要耐高溫，而且還要具備多點(diǎn)采樣功能，力求減少外接因素干擾，所以采樣器設(shè)計(jì)是否合理性與測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性息息相關(guān)。

1 可移動(dòng)采樣系統(tǒng)

可移動(dòng)采樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要以燃?xì)夥治龇榛A(chǔ)，結(jié)構(gòu)類型多為圓盤混合式擺動(dòng)取樣器。此種取樣器分為兩部分，即進(jìn)氣采樣靶與移動(dòng)機(jī)構(gòu)。

1.1 混合式多點(diǎn)擺動(dòng)采樣靶

混合式多點(diǎn)采樣靶一般是由5～6點(diǎn)進(jìn)氣氣路集成為一個(gè)靶式結(jié)構(gòu)，并使用水冷結(jié)構(gòu)，如圖1所示。取樣孔的孔徑按照壓降的80%發(fā)生進(jìn)行設(shè)計(jì)，在小孔處確定取樣孔的直徑，且符合等面積設(shè)計(jì)要求，開(kāi)孔位置遵循螺旋線規(guī)律，確保樣氣取樣代表性[1]。

混合多點(diǎn)采樣靶安裝于測(cè)量段擺盤上，如圖2所示。2只取樣器沿X軸對(duì)稱分布，試驗(yàn)過(guò)程中需連續(xù)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)擺盤，采集整個(gè)截面上各處的煙氣。此擺盤可實(shí)現(xiàn)上百個(gè)采樣點(diǎn)測(cè)量。試驗(yàn)中，由于分析儀器響應(yīng)具有滯后性，擺盤每次轉(zhuǎn)動(dòng)需等待10～15S之后，再開(kāi)始采集數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，此種結(jié)構(gòu)的取樣器可以在1800℃溫度環(huán)境下進(jìn)行取樣工作[2]。

該采樣器雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工難度較大且體積龐大，但操作簡(jiǎn)單，取樣均勻且有代表性，故適合應(yīng)用于測(cè)量段為圓形通道且尺寸較大的全環(huán)試驗(yàn)中。

1.2 單點(diǎn)式套管水冷取樣器

該取樣器在套管式取樣探頭處設(shè)置有三層水冷套管，煙氣從最內(nèi)部套管中抽出，冷卻水流經(jīng)最外層套管再進(jìn)入中層套管，進(jìn)而對(duì)內(nèi)管中的煙氣進(jìn)行冷卻，取樣器結(jié)構(gòu)如圖3所示[4]。取樣管可以在進(jìn)水口、出水口還有煙氣出口處安裝溫度傳感器，起到調(diào)整煙氣溫度以及冷卻水流速的作用。經(jīng)過(guò)計(jì)算和試驗(yàn)證明，本裝置工作環(huán)境溫度最高為1200℃。

圖1 混合多點(diǎn)采樣靶

圖2 擺盤示意圖

圖3 套管取樣探頭

該取樣器通常與環(huán)型位移結(jié)構(gòu)相結(jié)合，獲得不同采樣點(diǎn)的煙氣，此取樣器加工簡(jiǎn)單，多由于單點(diǎn)采樣，操作較為繁瑣，可用于測(cè)量段為圓形的環(huán)型試驗(yàn)中。

2 不可移動(dòng)采樣系統(tǒng)

2.1 十字交叉采集系統(tǒng)

十字交叉采集系統(tǒng)由不銹鋼焊接而成，分為進(jìn)氣管路、出氣管路和水冷管路，有四個(gè)分支，按照45°排列，中間與一個(gè)五通圓管連接，抽氣小孔位置按照螺旋線布置在十字交叉鋼管上，結(jié)構(gòu)如圖4、圖5所示。

此設(shè)計(jì)可將測(cè)量段改造為非圓形通道，通過(guò)法蘭固定連接，進(jìn)出氣管與冷卻水管成軸向排列，可應(yīng)用于單管試驗(yàn)或扇形試驗(yàn)等結(jié)構(gòu)較小的試驗(yàn)中。如想進(jìn)行大型整機(jī)試驗(yàn)，可改造為帶有轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的圓盤結(jié)構(gòu)，目前該系統(tǒng)已成功運(yùn)用于燃燒室試驗(yàn)中。

圖4 十字交叉整體結(jié)構(gòu)

圖5 水冷結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 徑向排列式多點(diǎn)探頭

徑向排列式多點(diǎn)探頭與套管單點(diǎn)采樣探頭結(jié)構(gòu)類似，區(qū)別是前者在套管上開(kāi)有一排抽氣孔，布置方式較為靈活，如圖6所示。該系統(tǒng)適用于非圓形測(cè)量段以及結(jié)構(gòu)尺寸較小的試驗(yàn)中，目前該采樣系統(tǒng)已成功適用于某三頭部燃燒試驗(yàn)中。

圖6 徑向采樣靶示意圖

3 結(jié)論

燃燒室高溫?zé)煔獠杉杩紤]采樣探頭的冷卻、采樣代表性以及采樣合理性等因素。其中，可移動(dòng)多點(diǎn)采樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)加工復(fù)雜，適合測(cè)量出口為圓形且整體尺寸較大的燃燒室試驗(yàn)中；不可移動(dòng)多點(diǎn)采樣系統(tǒng)布局較為靈活，加工簡(jiǎn)單，適合測(cè)量出口為矩形或扇形的非圓形燃燒室試驗(yàn)中。