一种煤气化炉在线监测装置和在线监测方法

本发明属于煤气化信息化领域，具体涉及一种煤气化炉在线监测装置和在线监测方法。

背景技术：

1、煤气化技术作为清洁煤利用的先进技术是现代煤化工的基础，经过多年的技术研发和工业应用，煤气化基本形成了固定床、流化床、和气流床三种形式。其中，气流床由于气化效率高、煤种适应性强和对环境友好等优点成为煤气化技术的发展主流。

2、本发明提及的气化炉是指煤气化炉，又称煤气发生炉(gas producer)，是将煤作为气化燃料进行可燃气体制造的反应容器。

3、针对水煤浆的气化工艺，已有的气化炉典型结构如下：

4、一种带废锅的煤气化装置，其包括：气化炉、洗气塔、汽包、粗渣处理装置以及灰水处理装置，其中，所述气化炉包括气化室、辐射废锅以及激冷室，该气化炉具有一内壳以及套置在该内壳外侧的外壳，所述气化室设在该内壳的上部，该气化室与设在该内壳中部的辐射废锅连接，所述辐射废锅与设置在该外壳下部的激冷室连接；所述辐射废锅分别通过锅炉水进口和锅炉水出口与所述汽包连接。

5、产气过程中，对于水冷壁的工况监控十分必要，而目前并无良好的解决方案。

6、煤气化炉水冷壁受热面的积灰结渣严重地威胁着高炉的安全经济运行。水冷壁积灰结渣不仅会减少受热面的热传导能力，并且还会导致受热面腐蚀、水冷壁换热能力减弱、煤气化炉的非正常停炉、煤气化炉维修费用的增加。因此,积灰结渣的问题受到了国内外学者的广泛关注，并且针对这一问题展开了系列的研究。

7、为了解决这一问题，国内外进行了大量的研究。目前国外的水冷壁在线监测方法主要有三种：

8、1.炉膛出口烟温诊断。炉膛中的污染会影响传热，导致出口烟温发生变化，通过烟温变化间接判断炉膛中的污染程度。

9、2.采用热流计作为传感器。通过安装在水冷壁上的热流计，根据积灰导致的热流变化来诊断。

10、3.通过照相和图像处理技术直接观察。

11、目前，对积灰结渣的生长实现了在线称重测量，但是对于结渣厚度的在线测量及其形态的在线监测几乎没有。在炉膛内部，工况环境复杂，需要测量积灰结渣的厚度，如果采用直接测量的方式，复杂并且动态的工况会对测量结果产生影响，如何剔除这些影响，使传感器只针对积灰结渣的厚度进行测量，也是解决该问题的难点。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于克服前文提及的至少一个缺陷，提供一种便捷快速的对煤气化炉的在线监测的方法和装置，以解决现有技术中针对高温气化炉内水冷壁结垢难以监测的问题。

2、根据本发明的第一个方面，本发明首先提供了一种煤气化炉在线监测装置，应用于监测煤气化炉，所述煤气化炉包括壳体，所述壳体内从上至下设置有气化区域、废热回收区域和黑水收集区，环绕所述气化区域设置有水冷壁，所述水冷壁包括冷却水的入口管路和出口管路，所述废热回收区域内设置有辐射废锅，所述废热回收区域设置有合成气出口，所述煤气化炉在线监测装置包括：

3、由多个温度传感器构成的阵列、流量计、出气温度传感器、入水温度传感器、出水温度传感器和黑水温度传感器；

4、所述入水温度传感器设置于水冷壁冷却水的入口管路；

5、所述出水温度传感器设置于水冷壁冷却水的出口管路；

6、所述流量计设置于水冷壁冷却水的入口管路；

7、所述阵列连续监测的水冷壁区域不低于30％换热面积；

8、所述黑水温度传感器设置于煤气化炉底部的黑水收集区。

9、优选的，所述阵列连续监测的水冷壁内区域包括多个由相邻的冷却水管组成的监测区域，且对应于每个监测区域内连续监测的水冷壁区域不低于30％换热面积；

10、所述阵列连续监测的水冷壁区域至少包括两个温度传感器，且相邻温度传感器之间的距离不大于0.5m。

11、优选的，监测区域内包括的冷却水管上包括入口水传感器、出口水传感器和中间区域传感器组。

12、优选的，多个温度传感器设置于水冷壁外表面。

13、优选的，多个温度传感器的探头延伸至水冷壁的管路中。

14、优选的，还包括辐射废锅温度监测装置，所述辐射废锅温度监测装置包括设置于辐射废锅冷却水入口和热水出口的温度传感器。

15、根据本发明的第二个方面，本发明还公开了一种煤气化炉在线监测方法，包括：

16、根据水冷壁中冷却水的换热信息确定煤气化炉的气化区域的下部温度参考值；

17、确定废热回收区域上部温度参考值；

18、根据下部温度参考值和废热回收区域上部温度参考值的差值确定水冷壁内管路的结垢情况。

19、优选的，根据出口和入口的温度差确定吸热量；

20、根据连续监测的水冷壁区域确定气化室靠近水冷壁侧的温度分布；

21、根据吸热量和靠近水冷壁侧的温度分布确定理想情况下的气化室底部温度参考值。

22、优选的，所述废热回收区域上部温度参考值基于产气的温度、黑水温度或辐射废锅的热交换量确定。

23、优选的，所述废热回收区域上部温度参考值基于产气的温度和黑水温度确定。

24、优选的，所述废热回收区域上部温度参考值基于产气的温度和辐射废锅的热交换量确定。

25、优选的，根据气化室下部温度参考值和废热回收区域上部温度参考值的差值确定水冷壁内管路的结垢情况。

26、根据本发明的第三个方面，本发明进一步公开了一种煤气化炉在线监测方法，包括：

27、根据水冷壁中冷却水的换热信息确定煤气化炉的气化区域的下部温度参考值；

28、根据产气的温度和辐射废锅的热交换量计算废热回收区域上部温度参考值；

29、根据下部温度参考值和废热回收区域上部温度参考值的差值确定水冷壁内管路的结垢情况。

30、1.通过上述的装置和方法可以获得针对气化炉的温度分布，从而判断是否结垢；

31、2.通过气化区域底部和废热回收区域顶部的温度近似替代，提供了一种简易判断是否结垢的方法；

32、3.通过对液体和气液进行近似替代计算，提供了一种新的快速分析炉内工况的方法。

技术特征：

1.一种煤气化炉在线监测装置，应用于监测煤气化炉，所述煤气化炉包括壳体，所述壳体内从上至下设置有气化区域、废热回收区域和黑水收集区，环绕所述气化区域设置有水冷壁，所述水冷壁包括冷却水的入口管路和出口管路，所述废热回收区域内设置有辐射废锅，所述废热回收区域设置有合成气出口，其特征在于，所述煤气化炉在线监测装置包括：

2.如权利要求1所述的一种煤气化炉在线监测装置，其特征在于，所述阵列连续监测的水冷壁内区域包括多个由相邻的冷却水管组成的监测区域，且对应于每个监测区域内连续监测的水冷壁区域不低于30％换热面积；

3.如权利要求2所述的一种煤气化炉在线监测装置，其特征在于，监测区域内包括的冷却水管上包括入口水传感器、出口水传感器和中间区域传感器组。

4.如权利要求1所述的一种煤气化炉在线监测装置，其特征在于，多个温度传感器设置于水冷壁外表面。

5.如权利要求1所述的一种煤气化炉在线监测装置，其特征在于，多个温度传感器的探头延伸至水冷壁的管路中。

6.如权利要求1所述的一种煤气化炉在线监测装置，其特征在于，还包括辐射废锅温度监测装置，所述辐射废锅温度监测装置包括设置于辐射废锅冷却水入口和热水出口的温度传感器。

7.一种煤气化炉在线监测方法，其特征在于，使用权利要求1-6任一所述的煤气化炉在线监测装置进行，所述煤气化炉在线监测方法包括：

8.如权利要求7所述的一种煤气化炉在线监测方法，其特征在于，根据出口和入口的温度差确定吸热量；

9.如权利要求7所述的一种煤气化炉在线监测方法，其特征在于，所述废热回收区域上部温度参考值基于产气的温度、黑水温度或辐射废锅的热交换量确定。

10.如权利要求9所述的一种煤气化炉在线监测方法，其特征在于，所述废热回收区域上部温度参考值基于产气的温度和黑水温度确定。

11.如权利要求9所述的一种煤气化炉在线监测方法，其特征在于，所述废热回收区域上部温度参考值基于产气的温度和辐射废锅的热交换量确定。

12.如权利要求7所述的一种煤气化炉在线监测方法，其特征在于，根据气化室下部温度参考值和废热回收区域上部温度参考值的差值确定水冷壁内管路的结垢情况。

13.一种煤气化炉在线监测方法，其特征在于，使用权利要求1-6任一所述的煤气化炉在线监测装置进行，所述在线监测方法包括：

技术总结
本发明属于煤气化信息化领域，具体涉及一种煤气化炉在线监测装置和在线监测方法。本发明中的煤气化炉在线监测装置包括：由多个温度传感器构成的阵列、流量计、出气温度传感器、入水温度传感器、出水温度传感器和黑水温度传感器；入水温度传感器设置于水冷壁冷却水的入口管路；出水温度传感器设置于水冷壁冷却水的出口管路；流量计设置于水冷壁冷却水的入口管路；阵列连续监测的水冷壁区域不低于30％换热面积；黑水温度传感器设置于煤气化炉底部的黑水收集区。本发明还公开了利用上述的在线监测装置实现的在线监测方法。本发明可以实现对于使用水冷壁的煤气化炉的工况实时检测。

技术研发人员：曹光明,张建胜
受保护的技术使用者：清华大学山西清洁能源研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15