CN101354293B - 煤气流床气化反应器的温度测量系统与采用该系统测量煤气流床气化反应器温度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种煤气流床气化反应器的温度测量系统。该系统包含煤气流床气化反应器温度测量和煤气流床气化反应器壳体温度测量。煤气流床气化反应器温度测量系统将直接测温方法、间接测温方法与甲烷含量测温法组合起来，与此同时还利用一种表面热点探测系统测量煤气流床气化反应器壳体温度。本发明的这种测温方法不仅延长了热电偶的使用寿命，并且更加准确和全面的测量了煤气流床气化反应器和煤气流床气化反应器壳体的温度。

Description

煤气流床气化反应器的温度测量系统与采用该系统测量煤气流床气化反应器温度的方法 

【技术领域】

本发明涉及煤气化技术领域，更具体地，本发明涉及一种煤气流床气化反应器的温度测量系统，本发明涉及采用所述温度测量系统测量煤气流床气化反应器温度的方法。 

【背景技术】

简单地说，煤气化就是将原料中的碳氢化合物转换成干净的主要由氢气和一氧化碳组成的合成煤气或者合成气。煤气化技术是发展煤基化学品、煤基液体燃料、煤气化联合循环发电、多联产等过程工业的基础，是洁净煤技术领域的关键性技术。具有高效、超洁净特点的煤气化技术是当今世界煤技术发展的主流。 

在一个气化反应过程中，通常是将含碳氢物质破碎后与水、添加剂、助剂一起送入磨机进行共磨制浆，制成浓度约为58-68％的料浆，再将这种料浆与氧气混合均匀，注入到煤气流床气化反应器中，在煤气流床气化反应器高温高压条件下进行气化反应，生成以CO、CO₂、H₂为主的粗合成气。粗合成气中除了一氧化碳、二氧化碳和氢气之外，还含有少量的其他气体，例如氨、甲烷、硫化氢、氮气、硫氧碳和水蒸汽等。由于这种气化反应是在高温高压下进行的，所以煤气流床气化反应器的温度直接地影响着所述气化反应是否在理想工艺条件下进行，影响着煤气流床气化反应器内耐火砖的使用寿命以及炉渣能否顺利排出。因此，煤气流床气化反应器炉温的准确测量是至关重要的。 

为此，目前在实际生产中都是采用铂铑热电偶测量煤气流床气化反应器温度，这种热电偶在所述的煤气流床气化反应器中受气流冲刷及熔渣腐蚀非常严重，因此，所述热电偶的保护管必须能够耐高温、耐腐蚀、耐磨 损，并且必须具有抗温度冲击和压力冲击的技术性能。但是目前的一些热电偶保护管不能充分满足这些要求，使得热电偶的使用寿命受到很大的影响。并且这些热电偶往往因安装与使用方法不当而导致温度测量值不能准确反映真实的煤气流床气化反应器的温度，因而无法实现合理控制煤气化工艺过程。 

由于这些原因，很多研究人员都试图寻找其它方法进行这类温度测量，例如间接测温法，像甲烷含量测温法便是其中的一种方法，实际中已发现，尽管可以利用甲烷含量间接地测定温度，但这种方法有比较大的滞后性，只是利用甲烷含量难以实现煤气流床气化反应器温度的测量。由此可见，实际上需要一种由多种温度测量方法组合的方法与实施这种方法的设备，它们既能够准确、及时测量煤气流床气化反应器的温度，又不会因某种方法或设备出现故障而使测量温度系统无法运行，甚至造成停产或出现严重事故。 

人们知道，气化空间(包括直筒壁，炉顶、炉底传热面及其附件)处于气化反应最高温度区，热流密度最大，多数部位又与高温熔融炉渣接触，为了减少传热量，保持气化空间的气化反应正常进行，减少内侧金属壁温的增值，要求对其内壁受火面进行保护。通常采用设置销钉加衬耐火衬里的方法。为防止由于砌砖的缺陷使炉砖局部脱落，或由于冲刷磨蚀使部分炉砖变薄，引起炉壳局部温度过高而发生重大事故，对煤气流床气化反应器表面温度进行监测，通过表面温度的变化来了解煤气流床气化反应器运行是否正常。煤气流床气化反应器运行时可能在炉壳任意一点(实际为一个小小的区域)出现表面温度越限(超过安全温度)现象，若使用热电偶等测点温传感器，则要在炉壳上布置大量的测温点，整个检测系统庞大复杂。如果只设几个测温点，则达不到预期的目的。为了实现对每一点的连续检测，人们在煤气流床气化反应器的表面均匀地刷一层示温涂料，在一定的时间值班人员亲临现场用红外测温仪逐点检测等。这些方法的缺陷是不能时时准确掌握煤气流床气化反应器表面温度越限(超过安全温度)现象，也即无法掌握煤气流床气化反应器的安全状况，不能达到远距离监视 煤气流床气化反应器运行状况，因此煤气流床气化反应器运行具有非常大的危险性。因此，实际上需要一种随时可以监测炉体表面温度越限现象，实时准确掌握煤气流床气化反应器运行状况的温度监测系统。 

为此，本发明人进行了大量的研究工作，终于作出了本发明。 

【发明内容】

[要解决的技术问题] 

本发明的目的是提供煤气流床气化反应器的温度测量系统，该方法的优点是能够准确并且全面的测量气化反应器的温度，随时监测气化反应器的运行状况。 

本发明的另一个目的是提供煤气流床气化反应器的温度测量方法。这种方法可以根据煤气流床气化反应器实际运行状况进行调整，达到既快速又准确的温度测量效果。 

[技术方案] 

本发明提供煤气流床气化反应器温度的测量方法和设备。 

本发明煤气流床气化反应器温度测量系统包括直接测温部分与间接测温部分，本发明将两种方法结合使用，以便更加准确地测量煤气流床气化反应器的温度。并且本发明还包括甲烷含量测温部分、煤气流床气化反应器壳体温度测量部分。 

本发明是通过下述技术方案实现的： 

一种煤气流床气化反应器的温度测量系统，其特征在于该温度测量系统包括直接测温部分与间接测温部分： 

(1)直接测温部分：该部分由设置在煤气流床气化反应器壁中的热电偶106与温度变送器104组成，用于直接测量在煤气流床气化反应器内的温度，所述的热电偶106由双铂铑热电偶与一种组合式双套管组成，而所述双套管由高温耐磨陶瓷外套管与刚玉内套管组成；热电偶106安装时缩回炉子向火面耐火砖10-20mm；由热电偶106测温部分获得的温度信号送到数据处理机120处理后，再由温度显示器122显示出所测定的温度； 

(2)间接测温部分：该部分由容积式冷管间接测温探头108、一台测量流入所述探头108的冷却剂的温度变送器130、流量计112、计量泵114、流量变送器118、一台测量从所述探头108流出的冷却剂温度的温度变送器132、一台测量从所述探头流入、流出冷却剂的压力的压力变送器110和一台贮存冷却剂的冷却剂槽116组成，其中所述的容积式冷管间接测温探头108是一种设置在煤气流床气化反应器壁中的可通入冷却剂的水冷管，这种水冷管带有两个可流入、流出冷却剂的孔；由上述装置获得的间接测温信号送到数据处理机120利用下述关系式处理后，再由温度显示器122显示出所测定的温度：

T＝a0+a1×Δt 

式中：T是反应器内的温度，Δt是间接测温探头的冷却剂进出口温度差，a0、a1是模型系数。 

根据一种优选实施方式，该温度测量系统还包括甲烷含量测温部分，它由甲烷含量测定仪124、计算机控制系统126与温度显示器128组成，其中所述甲烷含量测定仪124测量的信号送到计算机控制系统126利用下述关系式处理后，再由温度显示器128显示出所测定的温度： 

Y＝Exp(p1+p2＊T+p3＊T²) 

式中：Y是甲烷含量ppm，T是反应器内的温度℃，p1，p2，p3是系数。 

在本发明中，所述的冷却剂优选的是水。 

根据一种优选实施方式，该温度测量系统还包括煤气流床气化反应器壳体温度测量部分，它是由能够测量一条连续路线上存在最高温度的“寻热”热电偶组成的，所述“寻热”热电偶沿着煤气流床气化反应器拱顶至其圆柱段围绕固定在煤气流床气化反应器壳体上。 

在所述煤气流床气化反应器的拱顶外弧设1-3个温度区，所述“寻热”热电偶在安装布置时相互之间的间距为100～200mm，在所述煤气流床气化反应器圆柱段设4-8个温度区，所述“寻热”热电偶在安装布置时相互之间的间距为100～200mm。 

本发明还涉及一种煤气流床气化反应器的温度测量方法，其特征在于该方法包括下述步骤： 

在煤气流床气化反应器运行开始时先利用直接测温部分测量所述煤气流床气化反应器的温度，待运行正常后再利用直接测温部分与间接测温部分同时测量所述煤气流床气化反应器的温度，以及煤气流床气化反应器表面热点探测部分测量所述煤气流床气化反应器壳体最高温度，确保实时掌握所述煤气流床气化反应器运行状况。 

根据一种优选实施方式，该方法包括下述步骤： 

在煤气流床气化反应器运行开始时先利用直接测温部分测量所述煤气流床气化反应器的温度，待运行正常后再利用直接测温部分与甲烷含量测温部分同时测量所述煤气流床气化反应器的温度，以及煤气流床气化反应器表面热点探测部分测量所述煤气流床气化反应器壳体最高温度，确保实时掌握所述煤气流床气化反应器运行状况。 

根据另一种优选实施方式，该方法包括下述步骤： 

在煤气流床气化反应器运行开始时先利用直接测温部分测量所述煤气流床气化反应器的温度，待运行正常后再利用直接测温部分与间接测温部分以及甲烷含量测温部分同时测量所述煤气流床气化反应器的温度，煤气流床气化反应器表面热点探测部分测量所述煤气流床气化反应器壳体最高温度，确保实时掌握所述煤气流床气化反应器运行状况。 

根据另一种优选实施方式，该方法包括下述步骤： 

在煤气流床气化反应器运行开始时先利用直接测温部分测量所述煤气流床气化反应器的温度，待运行正常后再利用甲烷含量测温部分与间接测温部分同时测量所述煤气流床气化反应器的温度，煤气流床气化反应器表面热点探测部分测量所述煤气流床气化反应器壳体最高温度，确保实时掌握所述煤气流床气化反应器运行状况。 

下面将更详细地描述本发明。 

本发明的煤气流床气化反应器的温度测量系统包括直接测温部分和间接测温部分。 

直接测温部分。 

该部分由设置在煤气流床气化反应器壁中的热电偶106与温度变送 器104组成，用于直接测量在煤气流床气化反应器内的温度。由热电偶106测温部分获得的直接测温信号送到数据处理机120处理后，再由温度显示器122显示出所测定的温度。 

所述的热电偶106是由双铂铑热电偶与一种组合式双套管组成的。 

在本发明中，直接测温使用双铂铑热电偶。双铂铑热电偶的工作温度可以达到1500℃，短时间内可以达到1700℃，在600℃～1500℃温度范围内，双铂铑热电偶的测温精度是±0.5％，即±4℃，在本发明中，所述的双铂铑热电偶是用铂-30％铑和铂-6％铑两种合金丝做成的热电偶，例如重庆仪表材料研究所生产的双铂铑热电偶。 

在本发明中，本发明人对热电偶保护管进行了精心设计。本发明的热电偶保护管是一种组合式双套管结构，该结构由外套管与内套管组成，所述的内套管套装在所述外套管内，其外套管处在该组合式双套管结构的前端，即外套管靠近气化反应器向火面。所述外套管是用高温耐磨陶瓷制成的，例如由重庆仪表研究所以商品名高温耐磨陶瓷管销售的高温耐磨陶瓷产品。所述的内套管是用刚玉制成的套管，例如是由重庆仪表研究所以商品名刚玉管销售的刚玉产品。这种双套管组合结构能够承受气化反应器高温与高压苛刻条件，同时一旦外套管烧穿，还能够保持气化反应器密封，不使气化反应器内的高温气体由热电偶处泄漏，从而，提高了热电偶保护管和热电偶的使用寿命，达到准确测量煤气流床气化反应器温度的目的。 

热电偶安装位置也进行过研究。由于气化反应器内熔融原料以及高温高压气体对热电偶的冲刷和腐蚀严重，所以研究了热电偶缩回炉子向火砖最佳位置，如果热电偶往气化反应器外缩回过多，则会导致测量温度偏差较大，如果缩回过少，热电偶的冲刷和腐蚀过分严重，影响热电偶和保护管的使用寿命，因此热电偶缩回向火面耐火砖10-20mm，这样既保证比较准确的测量炉内温度，又能一定程度的保护热电偶。 

所述的数据处理机120能按照输入条件计算出当前气化反应器温度。所述的温度显示器122是例如由北京瑞利威尔科技发展有限公司以商品名XST单输入数显仪表销售的温度显示器 

间接测温部分 

间接测温部分可与直接测温部分相结合测量煤气流床气化反应器的温度。直接测出与被测量有已知关系的各有关量，再利用其它已知关系确定被测量值的方法，称为间接测温方法。本发明中的间接测温技术的原理是往间接测温探头内通入冷却剂，通过测量冷却剂的流量、压力和温度等参数来测量气化反应器温度。该部分由容积式冷管间接测温探头108、一台测量流入所述探头108的冷却剂的温度变送器130、流量计112、计量泵114、流量变送器118、一台测量从所述探头108流出的冷却剂温度的温度变送器132、一台测量从所述探头流入、流出冷却剂的压力的压力变送器110和一台贮存冷却剂的冷却剂槽116组成。所述的温度变送器130和132例如是由杭州天康仪表有限公司以商品名温度变送器销售的或由上海科迪仪表有限公司以商品名SBWZX一体化温度变送器销售的温度变送器；所述的压力变送器110例如是由杭州天康仪表有限公司以商品名1151DP/GP/AP型差压/表压/绝压变送器销售的压力变送器；所述的流量计112例如是由天津市迅尔仪表科技有限公司以商品名LUGB型涡街流量计销售的或由杭州天康仪表有限公司以商品名LUGB型涡街流量计销售的流量计；所述的计量泵114例如是由上海宝恒泵业制造有限公司以商品名JXM型液压隔膜计量泵销售的或由上海申贝泵业制造有限公司以商品名JXM型液压隔膜计量泵销售的计量泵；所述的流量变送器118例如是由北京吉姆多利科技发展有限公司以商品名流量变送器销售的或由温州晶特仪器仪表有限公司以商品名流量变送器销售的流量变送器。 

如图1所示，往容积式冷管间接测温探头108内通入冷却剂，利用所述两台温度变送器130和132测量进出所述探头的冷却剂的温差，再通过流量计112和流量变送器118连续通入定量的冷却剂，将其与直接测温热电偶106的测量值进行关联，并通过传热过程对各相关参数分析研究，找出其间的函数关系，建立数学模型，并利用数据处理机120对数据进行分析、计算，最后通过温度显示器122显示炉内温度。 

在本发明中，“冷却剂”应该理解是一种负责将热量从探头传送到温 度传送器的液体介质。这里所述的冷却剂可以选用冷却水等液体介质。 

本发明选定冷却水作为冷却剂进行了大量的试验，通过试验和试验数据的分析处理发现，冷却水流量是影响温升的主要因素之一。一般而言，冷却水流量越高，温升就越低，对煤气流床气化反应器温度变化反映的灵敏度和精确度也就越差。因此，对冷却水流量的选择至关重要。本发明人发现，在容积式冷管间接测温探头内，在一定冷却水流量的条件下，所述两台温度变送器测量进出所述探头冷却剂的温度差Δt与煤气流床气化反应器温度T的关系符合下述线性方程： 

Δt＝A0+A1×T     ① 

即间接测温探头的进出冷却水的温度差Δt和煤气流床气化反应器温度T成正比。因此，由方程①推导出煤气流床气化反应器温度T与所述温差Δt的关系： 

T＝(Δt-A0)/A1    ② 

简化后得到： 

T＝a0+a1×Δt     ③ 

式中：a0＝-A0/A1，a1＝1/A1，A0、A1、a0、a1均为系数。 

根据所选流量的不同，A0、A1、a0、a1也相应地不相同。 

方程式③即为初步的间接测温模型公式，a0、a1即为模型系数。按方程③对试验数据进行回归处理，得出在不同流量下的容积式间接测温探头的线性回归系数，见表1。 

表1不同流量下的模型系数^*

表中＊上行是由低温向高温的试验；下行是由高温向低温的试验 

由表1可以看出，相关系数R≌1，统计量F＞＞F0.01(1，n-2)，说明冷却水温差Δt和煤气流床气化反应器温度T之间的线性关系相当好。因此可以认为炉温T与冷却水温差Δt之间确实存在着较好的线性关系。 

图3是本发明中气化反应器的直接测温和间接测温相结合的计算机在线修正模型结构框图。将热电偶直接测量值204和间接测温装置运行参数测定202都送到数据采集系统206中，然后通过模型计算208、进入记录数据库210、数据有效性判断212、经标准数据库214、模型参数修正218、模型参数设定220等计算过程，最后进入到主显示屏216，显示当前温度值。 

如果直接测温热电偶106在煤气流床气化反应器运行时受到损坏，则可以通过间接测温部分，通过冷却剂流量、温升变化间接地反映煤气流床气化反应器内的操作温度，从而可以了解煤气流床气化反应器运行状况。 

根据本发明的一种优选实施方式，本发明还采用甲烷含量测温法。该方法利用甲烷含量与所述气化反应器温度之间的关系，建立数学模型，通过计算机系统进行在线实时计算来测量气化反应器温度。 

本发明人发现，原料煤种煤质较为稳定时，煤气流床气化反应器的操作温度与气体中的甲烷含量呈明显的线性关系，通常可以通过出口粗煤气中的甲烷含量与该气化反应器内的反应温度进行判断。 

所述的甲烷含量是使用甲烷含量测定仪124测定得到的，所述的甲烷含量测定仪124例如是由珠海赛思特仪表设备有限公司以商品名非色散红外检测器销售的、由重庆仪表九厂以商品名非色散红外检测器销售的、由陕西陇海科技有限公司以商品名非色散红外检测器销售的或由中国北分-麦哈克(MAIHAK)公司以商品名非色散红外检测器销售的甲烷含量测定仪；所述的计算机控制系统126是一台连接甲烷含量测定仪124和温度显示器128的电脑，使得测量出的甲烷含量能对应地计算出气化反应器内的反应温度，所述的温度显示器128例如是由北京瑞利威尔科技发展有限 公司以商品名XST单输入数显仪表销售的温度显示器。 

本发明中，将使用甲烷含量测定仪124测定得到的甲烷含量送到所述计算机控制系统126中，通过甲烷含量与所述气化反应器温度的经验公式计算该气化反应器的温度。图2是甲烷含量随煤气流床气化反应器温度变化的曲线图。 

本发明人经过充分研究，得到下述的甲烷含量Y(单位：ppm)与煤气流床气化反应器温度T(单位：℃)的经验公式，因煤种不同，其参数取值也会不同。 

Y＝Exp(p1+p2＊T+p3＊T²) 

式中，p1，p2，p3是系数。在此，我们强调，用甲烷含量反映煤气流床气化反应器温度是在煤气流床气化反应器稳定运行的时候可以参考作为评价温度的指标。 

虽然甲烷含量测温法不能单独作为煤气流床气化反应器的测温方法，但是，由于气化反应器内高温高压，炉内气体、煤粉和灰粉高速流动和冲刷，对煤气流床气化反应器测温元件会造成损伤和影响，结合其他的测温方法来综合判断煤气流床气化反应器温度，以达到准确测量。 

根据本发明的另一种优选实施方式，本发明还采用表面热点探测系统测量煤气流床气化反应器壳体温度。该探测系统是将测温元件缠绕(铺设)在煤气流床气化反应器容器壳上，而测温元件是一种能够探测一条连续路线上存在的最高温度点的“寻热”热电偶，应用工业监控技术可以确定最高温度出现的位置。它与普通热电偶不同之处在于它的热接点不固定，而始终是与其线缆上的最高温度点相对应的。当该线缆上任何一点的温度高于其它部分的温度时，该处的热电偶导线之间的绝缘电阻降低，导致出现“临时”热电偶接头，其作用与常规单接点热电偶接头相同，当该导线上另外一点的温度高于原高温点时，该处的热电偶导线之间的绝缘电阻会变的低于原高温点的电阻，导致出现新的“临时”热电偶接头。如果把它合理地铺在一个面上，这种导线反映出的温度可视为其所达面上存在的最高温度。煤气流床气化反应器表面过热点探测系统可实时监测煤气流床气化反应器表面各区域的温度，能探测到局部温度过高，从而可以根据监测温度采取措施防止煤气流床气化反应器会因局部过热而受到损坏。本发明的“寻热”热电偶测温导线自动产生mV信号，无需外加电源。系统安装维护简单、方便、安全。这种测温导线从煤气流床气化反应器顶部到底部，可水平、垂直铺设，360°全面覆盖煤气流床气化反应器表面。本发明使用的表面热点探测系统是深圳市电利通科技有限公司生产的一种煤气流床气化反应器壳体温度的测量系统。 

图4是本发明煤气流床气化反应器壳体温度测量系统布置示意图。从图中可以看出，该测温电缆可从煤气流床气化反应器顶部到底部，水平、垂直铺设，360°全面覆盖煤气流床气化反应器表面。 

在本发明中，一般而言，煤气流床气化反应器正常操作时煤气流床气化反应器温度在1200～1800℃左右，气化压力一般约为0.1～10.0MPa。因此，所述煤气流床气化反应器的拱顶外弧设1-3个温度区，所述“寻热”热电偶在安装布置时相互之间的间距为100～200mm，在所述煤气流床气化反应器圆柱段设4-8个温度区，所述“寻热”热电偶在安装布置时相互之间的间距为100～200mm。当然，本技术领域的技术人员通过一定实验可以根据实际需要增加或减少所述的温度区，当然也可以增加或减少这些温度区之间的间距，这些具体实施方案都是在本发明的保护范围内。 

本发明的煤气流床气化反应器温度测量系统不仅对煤气流床气化反应器温度测量做了改进和创新，并且对煤气流床气化反应器壳体温度测量也进行了更新，能够全面地测量煤气流床气化反应器的温度，准确掌握煤气流床气化反应器的工作状态。 

本发明还涉及煤气流床气化反应器的温度测量方法，其特征在于该方法包括下述步骤： 

在煤气流床气化反应器运行开始时先利用本发明的直接测温部分测量所述煤气流床气化反应器的温度，待煤气流床气化反应器运行正常后，再利用本发明的直接测温部分与间接测温部分同时测量所述煤气流床气化反应器的温度，以及煤气流床气化反应器表面热点探测部分测量所述煤 气流床气化反应器壳体最高温度，确保实时掌握所述煤气流床气化反应器运行状况。 

根据本发明的另一种实施方式，本发明煤气流床气化反应器的温度测量方法可以包括下述步骤： 

在煤气流床气化反应器运行开始时先利用直接测温部分测量所述煤气流床气化反应器的温度，待运行正常后再利用直接测温部分与甲烷含量测温部分同时测量所述煤气流床气化反应器的温度，以及煤气流床气化反应器表面热点探测部分测量所述煤气流床气化反应器壳体最高温度，确保实时掌握所述煤气流床气化反应器运行状况。 

根据本发明的另一种实施方式，本发明煤气流床气化反应器的温度测量方法可以包括下述步骤： 

在煤气流床气化反应器运行开始时先利用直接测温部分测量所述煤气流床气化反应器的温度，待运行正常后再利用直接测温部分与间接测温部分以及甲烷含量测温部分同时测量所述煤气流床气化反应器的温度，煤气流床气化反应器表面热点探测部分测量测量所述煤气流床气化反应器壳体最高温度，确保实时掌握所述煤气流床气化反应器运行状况。 

根据另一种优选实施方式，该方法包括下述步骤： 

在煤气流床气化反应器运行开始时先利用直接测温部分测量所述煤气流床气化反应器的温度，待运行正常后再利用甲烷含量测温部分与间接测温部分同时测量所述煤气流床气化反应器的温度，煤气流床气化反应器表面热点探测部分测量所述煤气流床气化反应器壳体最高温度，确保实时掌握所述煤气流床气化反应器运行状况。 

[有益效果] 

本发明将煤气流床气化反应器直接测温部分、间接测温部分、甲烷含量测温部分与表面热点探测部分有机地结合起来，实现实时检测煤气流床气化反应器内的温度与实时监测炉体表面温度越限现象，这样实时准确地掌握煤气流床气化反应器温度与运行状况，从整体上可以保证煤气流床气化反应器正常运行。这种温度测量设备投资小、效率高、操作稳定。 

【附图说明】

图1是本发明直接测温部分、间接测温部分和甲烷含量测温部分相结合的煤气流床气化反应器温度测量示意图。 

图2是甲烷含量随煤气流床气化反应器温度变化的曲线图。 

图3是本发明煤气流床气化反应器的直接测温和间接测温相结合的计算机在线修正模型结构框图。 

图4是本发明煤气流床气化反应器壳体温度测量电缆布置示意图。 

【具体实施方式】

实施例1 

采用本发明直接测温部分测量煤气流床气化反应器的温度。 

使用河南义马煤、水、高聚合萘磺酸钠、碳酸钠制成含碳氢物质浓度以重量计的65％左右的料浆，他们的比例分别是以其物料总重量计61.5％、38％、0.3％、0.2％，流量68613.5kg/h，经高压料浆泵提压至7.8MPa后送入煤气流床气化反应器内，通入浓度99.6％(体积)纯氧气化剂，在操作压力6.5MPa与反应温度1390℃下进行不完全燃烧反应，得到CO+H₂ 含量78.8％(干基体积)的干合成气。 

其中，该煤气流床气化反应器是采用本发明双铂铑热电偶直接测温的。在煤气流床气化反应器高温区上下两个平面360°内均匀分布两两相对的4个测温点。初次开车阶段安装4支热电偶，以便监测烧嘴燃烧火焰的长度与工作状况，找出高温区以及判断火焰是否在正中。煤气流床气化反应器正常运行时，有至少一支热电偶继续工作。煤气流床气化反应器内热电偶采用双套管组合式结构，外套管是用例如由重庆仪表研究所以商品名高温陶瓷套管销售的高温耐磨陶瓷制成的外套管，内套管是用例如由重庆仪表研究所以商品名刚玉管销售的刚玉制成的内套管。热电偶安装时缩回炉子向火面耐火砖约15mm，以降低熔融原料渣对热电偶的冲刷，延长热电偶的使用寿命。 

煤气流床气化反应器的直接测温部分是由设置在煤气流床气化反应器壁中的热电偶106与温度变送器104组成的。由热电偶106测量温度获 得的温度信号送到数据处理机处理120后，数据处理机120是可以处理输入信号，输出温度值的计算机，再由北京瑞利威尔科技发展有限公司以商品名XST单输入数显仪表销售的温度显示器122显示出所测定的温度。 

这种方法能有效的测量煤气流床气化反应器温度，并且通过改进热电偶和使用双套管的方法显著的提高了热电偶测量温度的准确性，延长了热电偶的使用寿命，并且能够抵挡还原性气体的侵蚀，能够抵抗温度、压力变化对热电偶的损伤。 

实施例2 

采用本发明间接测温部分测量煤气流床气化反应器的温度。 

在与实施例1相同的煤气流床气化反应器与相同反应条件下制备粗合成气。采用与实施例1相同的双铂铑热电偶直接测温部分以及本发明间接测温部分测量所述煤气流床气化反应器的温度，如图1所示。通过给间接测温探头108内通入冷却水，利用由杭州天康仪表有限公司以商品名温度变送器销售的温度变送器130和温度变送器132分别测量冷却水进出该探头时的温度，再通过由杭州天康仪表有限公司以商品名LUGB型涡街流量计销售的流量计112和由北京吉姆多利科技发展有限公司以商品名流量变送器销售的流量变送器118连续的通入定量的冷却剂，将其与热电偶106的测量值进行关联，利用说明书中说明的关系式T＝a0+a1×Δt，并利用由数据处理机120进行分析、计算，最后通过温度显示器122显示炉内温度。 

在冷却水流量为40L/h，间接测温系统压力7.0MPa的试验条件下，分别进行由低温向高温(上行)，再由高温向低温(下行)的试验，表2列出本发明间接测温探头的试验数据。表3对间接测温探头计算值与实际值进行了比较。容积式间接测温探头上行是由低温向高温的试验，容积式间接测温探头下行是由高温向低温的试验。 

表2容积式间接测温探头高温区试验数据表 

表3容积式间接测温探头计算值与实际值的比较 

通过对比分析，本发明间接测温探头的测量结果与直接测温结果的偏差小于50℃，并且本发明间接测温探头的使用寿命比直接测温热电偶的使用寿命要长的多。 

在本实施例中，采用所述直接测温部分与间接测温部分测量所述煤气流床气化反应器的温度的同时，还采用了本发明表面热点探测系统来测量煤气流床气化反应器壳体温度。这种煤气流床气化反应器表面过热点探测系统是测温元件缠绕在煤气流床气化反应器容器壳上，而测温元件是一种能够探测一条连续路线上存在的最高温度的“寻热”热电偶，该实施例使用深圳市电利通科技有限公司生产的一种煤气流床气化反应器壳体温度的测量系统。将整个煤气流床气化反应器燃烧室分8个温区，炉拱顶外弧分2个温区，炉子直筒段分6个温区。垂直段测温元件间距为200mm，每隔200mm一个固定点。炉顶外弧测温元件旋转盘绕，间距和固定点控制在100mm，如图4所示。固定件由厂商配套，分固定卡件和加固夹具。

本实施例的测温技术为水煤浆气化反应器的优化操作控制提供依据，同时可以对煤气流床气化反应器系统优化操作提供基础和依据，降低气化氧耗、煤耗，提高气化效率和提高煤气流床气化反应器耐火砖的使用寿命，降低煤气流床气化反应器的运行费用。 

实施例3 

采用甲烷含量测温法测量煤气流床气化反应器的温度。 

在与实施例1相同的煤气流床气化反应器与相同反应条件下制备粗合成气。采用与实施例1相同的双铂铑热电偶直接测温部分以及本发明甲烷含量测温部分测量所述煤气流床气化反应器的温度。使用由珠海赛思特仪表设备有限公司以商品名非色散红外检测器销售的甲烷含量测定仪测定了该粗合成气中的甲烷含量，同时，采用本发明的双铂铑热电偶直接测温部分测量了该煤气流床气化反应器的温度，其甲烷含量与煤气流床气化反应器温度值列于下表4中： 

表4甲烷含量与煤气流床气化反应器温度对照值 

由表4的数据可以计算得到式Y＝Exp(p1+p2*T+p3*T²)中的系数p1，p2，p3，它们分别为：p1＝66.93，p2＝-0.080，p3＝2.658×10^-5。 

在实施例实施过程中，可以随时把其测定信号送到计算机控制系统中，利用前面得到的系数，根据公式Y＝Exp(p1+p2*T+p3*T²)建立的数学模型，实时计算出该煤气流床气化反应器的温度。 

与实施例2一样，在采用直接测温部分以及甲烷含量测温部分测量所 述煤气流床气化反应器的温度的同时，还采用了本发明表面热点探测系统来测量煤气流床气化反应器壳体温度。这样可以实时可靠地检测煤气流床气化反应器运行状况。 

实施例4 

该实施例将本发明的直接测温部分、间接测温部分和甲烷含量测温组合测量煤气流床气化反应器温度与表面热点探测系统测量煤气流床气化反应器壳体温度。 

在与实施例1相同的煤气流床气化反应器与相同反应条件下制备粗合成气。 

使用与实施例1同样的双铂铑热电偶与双套管组合式结构，按照与实施例1同样方式直接测温。在煤气流床气化反应器高温区上下两个平面360°内均匀分布两两相对的4个测温点。初次开车阶段安装4支热电偶。煤气流床气化反应器正常运行时，有至少一支热电偶继续工作。 

煤气流床气化反应器的直接测温部分是由设置在煤气流床气化反应器壁中的热电偶106与温度变送器104组成的。由热电偶测温部分测量的温度信号送到数据处理机处理120后，再由北京瑞利威尔科技发展有限公司以商品名XST单输入数显仪表销售的温度显示器122显示出所测定的温度。 

以与实施例2同样方式，通过给间接测温探头108内通入冷却水，利用由杭州天康仪表有限公司以商品名温度变送器销售的温度变送器130和温度变送器132测量冷却水进出该探头时的温差，再通过由杭州天康仪表有限公司以商品名LUGB型涡街流量计销售的流量计112和由北京吉姆多利科技发展有限公司以商品名流量变送器销售的流量变送器118连续的通入定量的冷却剂，将其与热电偶106的测量值进行关联，利用说明书中说明的关系式T＝a0+a1×Δt，并利用由数据处理机120进行分析、计算，最后通过温度显示器122显示炉内温度。 

以与实施例3同样方式，使用由珠海赛思特仪表设备有限公司以商品名非色散红外检测器销售的甲烷含量测定仪124测定该粗合成气中的甲烷 含量，把其测定信号送到计算机控制系统126中，根据公式Y＝Exp(p1+p2*T+p3*T^2)计算出该煤气流床气化反应器的温度。 

在该煤气流床气化反应器开车前期，各项工艺指标不稳定的情况下，主要依靠直接测温方法来测量煤气流床气化反应器温度，指导生产操作。然后，该煤气流床气化反应器运行正常后，工艺操作指标和条件也已正常，工况和气化反应都比较稳定，就可以启动间接测温部分和甲烷含量测温部分运行。这样就可依靠直接测温部分、间接测温方法和甲烷含量测温综合判断煤气流床气化反应器温度，确保在一种测温方法失效或者失真的情况下，维持和保证煤气流床气化反应器长期安全运行。 

同时采用表面热点探测系统来测量煤气流床气化反应器壳体温度，这样，将综合判断气化反应器运行反应情况，从而达到全面、准确的测量和掌握煤气流床气化反应器运行状况。一旦煤气流床气化反应器出现问题，会通过不同的途径反映出来，从而为本技术领域的技术人员很快作出判断、提出解决方案提供依据。 

在本实施例中，所述煤气流床气化反应器在不同的运行时间，采用了该实施例所述方法测定了该反应器的温度，这些结果列于下表5中。 

表5测定温度结果 

直接测温值℃	1252	1280	1301	1310	1330	1350	1400
								间接测温值℃	1238	1276	1292	1315	1325	1354	1405
甲烷含量测温值℃	1260	1283	1305	1302	1335	1358	1410
								炉壳温度值℃	290	294	292	295	299	301	310

由这些结果可以看出，直接测温部分、间接测温部分与甲烷含量测温部分所测量结果是一致的，其差不大且稳定，该反应器壳体温度不高也稳定，说明该反应器非常有效地运行。 

实施例5 

该实施例将间接测温部分和甲烷含量测温组合测量煤气流床气化反应器温度与表面热点探测系统测量煤气流床气化反应器壳体温度。 

在与实施例1相同的煤气流床气化反应器与相同反应条件下制备粗合成气。 

在气化炉运行前期，我们以实施例1的同样的方式测量煤气流床气化反应器内温度，待运行稳定后采用间接测温部分和甲烷含量测温部分来测量煤气流床气化反应温度。 

间接测温部分：以与实施例2同样方式，通过给间接测温探头108内通入冷却水，利用由杭州天康仪表有限公司以商品名温度变送器销售的温度变送器130和温度变送器132测量冷却水进出该探头时的温差，再通过由杭州天康仪表有限公司以商品名LUGB型涡街流量计销售的流量计112和由北京吉姆多利科技发展有限公司以商品名流量变送器销售的流量变送器118连续的通入定量的冷却剂，将其与热电偶106的测量值进行关联，利用说明书中说明的关系式T＝a0+a1×Δt，并利用由数据处理机120进行分析、计算，最后通过温度显示器122显示炉内温度。 

甲烷含量测温部分：以与实施例3同样方式，使用由珠海赛思特仪表设备有限公司以商品名非色散红外检测器销售的甲烷含量测定仪124测定该粗合成气中的甲烷含量，把其测定信号送到计算机控制系统126中，根据公式Y＝Exp(p1+p2*T+p3*T²)计算出该煤气流床气化反应器的温度。 

在该煤气流床气化反应器运行正常的情况下，以间接测温部分和甲烷含量测温部分进行温度测量，同时采用表面热点探测系统来测量煤气流床气化反应器壳体温度。这样，可以达到全面掌握煤气流床气化反应器运行状况，同时，一旦煤气流床气化反应器出现问题，会通过不同的途径反映出来，从而为本技术领域的技术人员很快作出判断、提出解决方案提供依据。 

Claims (10)

1.一种煤气流床气化反应器的温度测量系统，其特征在于该温度测量系统包括直接测温部分与间接测温部分： 

(1)直接测温部分：该部分由设置在煤气流床气化反应器壁中的热电偶(106)与温度变送器(104)组成，用于直接测量在煤气流床气化反应器内的温度，所述的热电偶(106)由双铂铑热电偶与一种组合式双套管组成，而所述双套管由高温耐磨陶瓷外套管与刚玉内套管组成；热电偶(106)安装时缩回炉子向火面耐火砖10-20mm；由热电偶(106)测温获得的直接测温信号送到数据处理机(120)处理后，再由温度显示器(122)显示出所测定的温度； 

(2)间接测温部分：该部分由容积式冷管间接测温探头(108)、一台测量流入所述探头(108)的冷却剂的温度变送器(130)、流量计(112)、计量泵(114)、流量变送器(118)、一台测量从所述探头(108)流出的冷却剂温度的温度变送器(132)、一台测量从所述探头流入、流出冷却剂的压力的压力变送器(110)和贮存冷却剂的冷却剂槽(116)组成，其中所述的容积式冷管间接测温探头(108)是一种设置在煤气流床气化反应器壁中的可通入冷却剂的水冷管，这种水冷管带有两个可流入、流出冷却剂的孔；由上面这些装置获得的间接测温信号送到数据处理机(120)利用下述关系式处理后，再由温度显示器(122)显示出所测定的温度： 

T＝a0+a1×Δt 

式中：T是反应器内的温度，Δt是间接测温探头的冷却剂进出口温度差，a0、a1是模型系数。 

2.根据权利要求1所述的温度测量系统，其特征在于所述热电偶(106)安装时缩回炉子向火面耐火砖15mm。 

3.根据权利要求1所述的温度测量系统，其特征在于该温度测量系统还包括甲烷含量测温部分，它由甲烷含量测定仪(124)、计算机控制系统(126)与温度显示器(128)组成，其中所述甲烷含量测定仪(124)测量的信号送到计算机控制系统(126)利用下述关系式处理后，再由温度显示器(128)显示出所 测定的温度： 

Y＝Exp(p1+p2＊T+p3＊T²)

式中：Y是甲烷含量(ppm)，T是反应器内的温度(℃)，p1，p2，p3是系数。 

4.根据权利要求1所述的温度测量系统，其特征在于该温度测量系统还包括煤气流床气化反应器表面热点探测部分，它是由能够测量一条连续路线上存在最高温度的“寻热”热电偶组成的，所述“寻热”热电偶沿着煤气流床气化反应器拱顶至其圆柱段缠绕固定在煤气流床气化反应器壳体上。 

5.根据权利要求1所述的温度测量系统，其特征在于所述的冷却剂是水。 

6.根据权利要求4所述的温度测量系统，其特征在于在所述煤气流床气化反应器的拱顶外弧设1-3个温度区，所述“寻热”热电偶在安装布置时相互之间的间距为100～200mm，在所述煤气流床气化反应器圆柱段设4-8个温度区，所述“寻热”热电偶在安装布置时相互之间的间距为100～200mm。 

7.一种煤气流床气化反应器的温度测量方法，其特征在于该方法包括下述步骤：

在煤气流床气化反应器运行开始时先利用权利要求1所述的直接测温部分测量所述煤气流床气化反应器的温度，待运行正常后再利用权利要求1所述的直接测温部分与间接测温部分同时测量所述煤气流床气化反应器的温度，权利要求4所述的煤气流床气化反应器表面热点探测部分测量所述煤气流床气化反应器壳体最高温度，确保实时掌握所述煤气流床气化反应器运行状况。

8.一种煤气流床气化反应器的温度测量方法，其特征在于该方法包括下述步骤：

在煤气流床气化反应器运行开始时先利用权利要求1所述的直接测温部分测量所述煤气流床气化反应器的温度，待运行正常后再利用权利要求 1所述的直接测温部分与权利要求3所述的甲烷含量测温部分同时测量所述煤气流床气化反应器的温度，权利要求4所述的煤气流床气化反应器表面热点探测部分测量所述煤气流床气化反应器壳体最高温度，确保实时掌握所述煤气流床气化反应器运行状况。

9.一种煤气流床气化反应器的温度测量方法，其特征在于该方法包括下述步骤：

在煤气流床气化反应器运行开始时先利用权利要求1所述的直接测温部分测量所述煤气流床气化反应器的温度，待运行正常后再利用权利要求1所述的直接测温部分与间接测温部分以及权利要求3所述的甲烷含量测温部分同时测量所述煤气流床气化反应器的温度，权利要求4所述的煤气流床气化反应器表面热点探测部分测量所述煤气流床气化反应器壳体最高温度，确保实时掌握所述煤气流床气化反应器运行状况。

10.一种煤气流床气化反应器的温度测量方法，其特征在于该方法包括下述步骤：

在煤气流床气化反应器运行开始时先利用权利要求1所述的直接测温部分测量所述煤气流床气化反应器的温度，待运行正常后再利用权利要求3所述的甲烷含量测温部分与权利要求1所述的间接测温部分同时测量所述煤气流床气化反应器的温度，权利要求4所述的煤气流床气化反应器表面热点探测部分测量所述煤气流床气化反应器壳体最高温度，确保实时掌握所述煤气流床气化反应器运行状况。 

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