煤气化炉温度的测量方法

化工自动化及仪表，2008, 35(6):88 ~90技改与创新Control and Instruments in Chemical Industry煤气化炉温度的测量方法王锦,门长贵,李 璞,徐宏伟(西北化工研究院.西安710054)摘要:介绍煤气化炉温度测量的几种方法:直接测温方法、间接测温方法以及经验温度测量方法,通过这些方法对气化炉内温度进行测量.能及时准确地掌握炉内温度状况,确保安全生产。关键词:气化炉 ;温度测量;直接测温;间接测温中图分类号: TQ546文献标识码: B文章编号: 100-3932<2008 )6-008803031引言2.2保护管煤气化炉的温度控制是决定煤气化装置能否稳在热电偶测温的过程中,热电偶保护管发挥着定运行的关键因素。气化炉温度反映了物料在气化重要作用。保护管材料性能影响热电偶的长期稳定炉内化学反应的状况。当炉内温度较高,高于用于性使用寿命等各项性能指标。在气化炉测温过程气化的原料的灰熔点50 ~ 80 C时,碳转化率高,渣中,热电偶保护管要长期在高温高压的条件下承受的流动性好,气化炉运行顺利,但粗合成气中的CO2物料的冲刷,并且还要抵挡温度和压力急骤变化对含量增加,有效成分降低,耐火砖熔蚀加快,降低了其性能的影响,这就要求热电偶保护管要有很高的气化炉的安全性。气化炉温度低,渣的流动性变差，性能指标要求。目前很多生产厂商用的都是高温硅造成渣口变小,气化炉压差变大，操作难度增大,且钼陶瓷套管,但是不能很好地满足生产要求,其使用易造成炉壁超温。所以对气化炉温度的准确测量至寿命短,测温误差相对比较大。笔者在这里提到一关重要。笔者在这里介绍几种可以测量气化炉温度种复合型纳米陶瓷材料保护管fi,这种保护管采用的方法。新型化学工艺制成99. 97%的Al203作为基体材料,2直接测温方法加入微量的MgO,Y2O3 和LaO3作添加剂,同时使用这种方法是利用热电偶来直接测量气化炉温高效STL有机分散剂,用特殊工艺将相当数量的30度,在气化炉运行初期以及在新装置、新原料等条件~50mm的纳米材料均匀地分散在基体材料中,采下必须依照这种方法来直接测量炉内温度,用于指用“非常规法"成型,制成复合型纳米陶瓷材料保护导气化炉工艺操作。管。这种高纯度的基体材料具有比一般陶瓷材料更2.1热电偶高的离子晶体的晶格能,工作温度和机械强度远高由于气化炉正常生产时温度在1 400 C左右,所于目前的一些陶瓷材料。由于有纳米材料分散在基以一般选择的都是“铂铑-铂铑”热电偶" ,其长期体中.在提高材料力学性能的同时能有效抑制在高工作温度为1 500 C ,短期使用可达1 700C ,在600温高压下,炉内的气体渗人保护管内对热电偶造成~1 500 C范围内,测温热电偶元件精度为+0. 5%伤害。因此,提高了热电偶保护管和热电偶的使用或+4C,比“铂铑-铂"热电偶(长期使用温度在寿命,以达到准确测量炉膛温度的目的。1 300 C以下)的允许工作温度高。在这里还要提到目前这种热电偶保护材料已在国内-些大 化肥一种抗氧化钨铼热电偶,这种热电偶的特点是电极企业经测试后投入使用,这种材料在测温精度和安丝的熔点高、强度大,热电势大,灵敏度高并且价格全防爆等方面的技术性能与进口同类产品一致，而便宜,是高温测试领域很有前途的测温材料。以前在使用寿命这-关键技术指标上,已超过进口同类钨铼热电偶使用受限主要是因为它抗氧化性差,现产品.其平均使用寿命超过六个月(进口同类产品设在国内已有抗氧化钨铼热电偶的成熟技术，能够在计使!Y片中国煤化工下及进口同类产氧化、还原气氛和两者交替的气氛中使用,其使用寿品的CN M H G气成本。命是铂铑系热电偶的1~2倍,而价格却不足铂铑偶的一半。国外已将其成功应用于煤气化领域}。收稿日期2008-10-24(修改稿)第6期王锦等.煤气化炉温度的测量方法●89●3间接测温方法本间接测温技术可利用现有生产装置的DCS本文中提到的间接测温方法是我院研发的一种操作系统将气化炉温度动态地显示在计算机上,并气化炉温度测量方法。直接测出与被测量对象有已可与其它的测温技术进行分析对比,为气化炉的优知关系的各有关量,再利用其它已知关系确定被测化操作控制提供依据。在实际应用时本间接测温方量值的方法,称为间接测量法。本间接测温技术就法可与直接测温方法相结合使用。前期依靠直接测是按照这-原理,并结合煤气化生产装置的特点及温热电偶来校正间接测温,后期依靠间接测温方法运行操作经验开发研究的。它是利用传热的原理,来指导工艺操作。根据冷却剂进出口温升的变化及带出的热量,间接测量出气化炉炉膛内的温度,因此又叫间接测温技直接测温探头气化炉术。间接测温的原理是:设计一种容积式冷管间接测温探头,利用直接测温热电偶孔,将其插入气化炉炉膛直接测温热电偶孔，通入冷却剂,通过对冷却剂实|温度压力的进出流量.压力、温度等参数的测量,找出与气化变送器炉炉膛温度场的关系。将其进行关联，并通过对传e流量计热过程及各相关参数分析研究,找出其间的函数关L工T一处理机系建立数学模型,确定模型参数,进行曲线回归。这-个却剂精样就可用其间接地反映气化炉炉膛温度[4。气化炉图1气化炉间接测温技术原理图间接测温技术的原理如图1所示。间接测温装置主要由数据采集转换系统,计算针对这种测温方法,我院进行了大量的试验研机数据处理显示系统，安全保护系统,冷却剂计量控究,这里给出如表1所示的一组试验数据,通过在不制系统,冷却剂测温系统,容积式冷管间接测温探头同温度下的测量,对所测得的温度值和实际温度值等组成。进行比较,验证了这种方法的可行性。表1间接测温试验数据表容积式间接测温探头上行容积式间接测温探头下行冷却水流量实际值/C理论值/误差/相对误差/% I实际值/心1 理论值/C误差/C相对误差/% /1.h~1 0501072-22-2.11451-11-0. 76401 1001 105-5|-0.451 4001 408-8-0.571 1521 140- 121.041 3521 356-0.301 2001 19280.671 2991 2954|0.311 2521 23841.121 25012337|1.361 2920. 6911828t1. 501 3501 354-4 |-0.3115111470.3514001 405-0.3611031 106-0.2714501 465-15-1.031 0491 0544经验温度测量方法测温的一组对照关系图。4.1 气体成分测温法当气化炉运行比较稳定时,气体成分和气化炉3 2002 800温度是成对应关系的。当气化炉温度高时,CH。.CO2 400减少,CO2增加,温度低时则相反,而H2是气体中较2 000稳定的,除非炉内温度变化非常大,否则氢气的变化1600-日1200-是很微小的。中国煤化工CH.在温度变化时其改变是有一定规律的,所以我们可以通过气体成分中CH,含量来判断炉内YHC NMHG 1450 1490温度,但这是相对的，当气化炉处于不正常状态时,温度/心CH,的变化又变得比较复杂'。图2给出甲烷含量图2甲烷含量与气化炉温度对照图●90●化工自动化及仪表第35卷气体成分随温度变化只是个大致的趋势,并且延长设备使用年限等均具有十分重要的意义。而在会受煤种和气化炉运行状况的影响。温度测量方面,由于气化炉内高温高压并存在多重4.2氧/料浆比测温法复杂的工况,对热电偶丝及其保护管会产生严重腐氧/料浆比是气化炉温控制中的一个重要参数，蚀与损坏,所以温度测量与控制一直没有得到较好氧/料浆比的大小能间接反映气化炉温的高低,实际的解决。运行中一般也可以通过调节氧/料浆比来操作气化在这里提到的几种温度测量方法中,直接测温炉温度。氧/料浆比增大时，气化炉温度升高,氧/料方法最能准确、快速地测量出煤气化炉内的温度,但浆比减少时,气化炉温度降低。但是由于设计、仪表是目前由于其使用寿命的影响,还不能做到完全依等多方面原因,氧/料浆比在操作时又有一定的局限靠这种方法来完成煤气化炉的温度测量,随着新型.性。开始阶段,氧/料浆比波动很大，电磁流量计指热电偶保护管材料的发展和热电偶测温精度的提示不稳定而转速流量较稳定,能正确反应煤浆的流高,这种方法将得到很大的改善。间接测温方法由量,这时就应该采用转速流量作为氧/料浆比分母,于其不是直接对温度进行测量,所以必然存在一-定而作为分子的氧气流量值受氧气温度影响较大,特别是昼夜温差大时,对于同样炉温所需要的氧/料浆的滞后性,并且间接测温方法的前提是和直接测温比的值就相差较大。所以氧/料浆比在调节炉温时结合使用。在直接测温热电偶损坏以后,可以利用要考虑到这些因素的影响。表2列出了一组氧/料这种方法对煤气化炉温度进行测量。经验温度测量浆比与气化炉温度对照表。方法是根据操作经验大概判定煤气化炉内的温度,它也存在滯后的因絮,但是目前它仍然是判断煤气表2氧/料浆比与气化炉温度对照表化炉内温度的重要依据。1230 1250 1280| 1330| 1 380参考文献:[1] 吴钰之.气化炉温度测址的几点体会[J].化工自动化及仪40 -445440 - 450445 - 460455 - 475470 - 485表.1983.10(1):49 -51.15430 -440430 445445 -455455 - 465465 -480[2]王魁汉,李 友王柏忠温度测量技术的最新动态及特殊425 -435430 40440 - 450450 ~ 460455 ~ 470|与实用测温技术[J].自动化仪表,2001 ,22(8):3-9.3] 王昕,张景德,孙康宁,等.均分散纳米复合陶瓷的制备工65420 - 435425 -435435 ~ 444 ~ 455450 - 465艺[J]复合材料学报,1999.16(3):84 -87.注:温度单位:C ;氧料浆比单位:Nm'/m'。4] 李濮,门长贵.气化妒间接测温技术[J].煤化I.2004,(6):31 -34.5结束语准确测量并控制气化炉的温度与压力,对于稳[5]王学武,王冬青,陈 程,等 基于混沌RBF神经网络的气化炉温度软测量系统[J].化工自动化及仪表.2006,33定气化炉生产工艺，进行安全生产提高生产效率,(5):48 -50.(上接第87页)70.04.5 参数与效果.66.0表1列举出了目前各类控制器在用的- -些参数s2.0值。58.0表1在用控制器参数4.0-22:00 22:20 22:40 23:00 23:20 23:40BN图2液位调节趋势记录LCO1 10050A00200 0LCO11005B5580 C随着化工生产装置规模的不断扩大,锅炉汽包FC011126A 1000/800 800 800 10 5向着大容量.高参数的方向发展。一般说来,汽包容F0O11126B6量越大其相对农水县哉越小升许波动的变化量也注:装置负荷为100%。更少,中国煤化工高。因此,在传统三冲HCNMHG要的控制器和图2是液位调节趋势记录，观察液位变化曲线功能块增加新的控制功能和转换作用,能够增强系可以看出，调节效果还是令人满意的。统的调节品质和稳定性以更好地适应工艺需求。