CN101614598A - 一种用于地下煤气化温度测量的热电偶装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于地下煤气化温度测量的热电偶装置，包括金属铠装热电偶，陶瓷接头，补偿导线，电动缆车，测温仪等。该热电偶装置具有测量精度高、使用寿命长、机械强度好、抗腐蚀性强、结构简单、自动化程度高、成本低等优点，可以同时解决现今地下气化使用热电偶在高温强还原气氛下易损坏、环境适应力差、工作效率低、成本昂贵等多个问题。

Description

一种用于地下煤气化温度测量的热电偶装置
技术领域
本发明涉及煤炭地下气化测温领域，特别涉及地下气化用热电偶装置。
背景技术
对煤炭地下气化燃烧区的检测与控制是煤炭地下气化的主要难题，燃烧是煤炭地下气化过程中不可缺少的环节，燃烧工作面的位置和移动速度的监控，对气化效率和回收率有很大的影响。燃烧工作面的主要参数有温度、压力及湿度等，但温度是燃烧工作面的最主要参数，通过有效控制温度的变化，就可以基本控制气化效率、煤气成份及热值。这就需要通过热电偶来检测温度，根据温度情况控制鼓入氧化剂的种类和流量，根据温度的最大值以确定燃烧区的位置，根据温度最大值的移动速度可确定工作面的燃烧速度，进而确定气化炉的服务年限。
地下气化区主要集中在煤层，根据地质资料，井深一般在300～2000m左右，煤层厚度一般在2～20m左右，完全燃烧，不算燃烧区的话，主要高温区(200℃以上)垂直高度约40m左右，而剩下的距离基本上不会超过60℃。这就需要制作较长的热电偶，并通过电缆和测温仪表相连进行现场测温。而地下煤气化过程中温度高，温度变化范围大，井下地形复杂，且在气化过程中会不可避免的产生H2、CO、CH4等还原气体和H2S、羰基硫(COS)等腐蚀性气体，这些对热电偶的使用都有较大的影响，而地下温度测量相对来说是很深、很长、很热、又是很复杂的，这就需要把一个长的测量部件和一个可用的有保护的、热稳定性的电缆来连接来进行遥测，这样在制作和摆放过程中对场地和人员的要求较高，需要大量的时间和人力物力。
目前地下煤炭气化使用的热电偶是铂铑的热电偶丝，外面套上一根根的陶瓷管，再在几根陶瓷管外套上一根长一点的陶瓷管(承受重量，保护热电偶丝)，不仅穿线过程耗费大量人力，在现场摆放容易折断。而且在下井和升井过程中由于整根热电偶重量大，瓷管不能弯曲，耗费大量时间，热电偶也容易折断，耐高温时间短，使用寿命大大缩短。
发明内容：
本发明针对现阶段地下煤气化测温热电偶的缺点，提出一种新型的用于地下煤气化温度测量的热电偶装置，该热电偶装置具有测量精度高、使用寿命长、机械强度好、抗腐蚀性强，结构简单、自动化程度高、成本低等优点，可以同时解决现今地下气化使用热电偶在高温强还原气氛下易损坏、环境适应力差、工作效率低、成本昂贵等多个问题。
本发明所采用的技术方案是：
热电偶装置由铠装热电偶，陶瓷接头，补偿电缆，电动缆车，测温仪组成。
将以镍基合金作为保护壳的，采用高温段(1200～1500℃)铂铑，中温段(500～800℃)镍基，低温段(500℃以下)管束保护补偿导线三者相互结合的方式制作的新型铂铑热电偶与缠绕在电动绞盘上的镶有补偿导线的电缆通过陶瓷接头相连，然后通过电动绞盘控制热电偶在井下的升降。
电动缆车由一个开关远程遥控的电动马达和一个绞盘连接，实际使用过程中，通过开关远程遥控绞盘的转动，通过收放补偿电缆控制热电偶装置的升降。
充分利用地下气化温度梯度的变化，使用镶有补偿导线的电缆与铠装热电偶相连的方式取代以前上百米长的纯金属热电偶，并且可以根据井深和燃烧区的温度梯度及长度调节电缆和铠装热电偶的长度。
将一定长度的用于1200℃以上高温测量的铂铑热电偶丝与镍基热电偶丝或是金属管束补偿导线相连制成相同长度的铠装热电偶，同时根据高温段(1200～1500℃)使用铂铑，中温段(500～800℃)镍基，低温段(500℃以下)管束保护补偿导线的特点制作铂铑丝长度不同的相同款式的高温铠装热电偶。
热电偶把温度值转换为电势信号通过补偿电缆传到温度测量仪器，测温仪器通过转换，准确反映出井下温度值。
铠装热电偶中装填氧化镁粉。
本发明地下气化用热电偶装置和现有技术相比，具有以下突出的有益效果：(1)采用金属铠装热电偶，可以有效地提高热电偶在地下气化恶劣环境下的测温精度和使用寿命。
(2)通过陶瓷接头直接将热电偶与补偿电缆连接，有效地减少热电偶的制作工序和制作时间，提高了工作效率。
(3)通过电动缆车控制热电偶的上下井，不仅提高了测温过程的自动化效率，节省大量人力物力，而且可以节省热电偶的摆放空间，降低热电偶摆放对环境的要求，有效保护热电偶。
(4)结合地下气化温度梯度的变化，采用高温段，中温段，低温段结合的方式制作热电偶，可以有效地节约经济成本。
附图说明
图1是井下测温示意图。
图2是热电偶装置连接示意图。
图3是电动缆车示意图。
图4-a和图4-b是根据温度梯度的变化采用的铠装热电偶示意图。
图中，1-铠装热电偶、2-陶瓷接头、3-补偿电缆、4-电动缆车、5-测温仪、6-开关、7-电动马达、8-绞盘、9-铂铑热电偶丝、10-金属管束补偿导线、11-镍基保护壳、12-氧化镁粉、13-镍基热电偶丝。
其中，图1为摘要附图。
具体实施方式
以下仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定本发明的范围。即大凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
参照说明书附图对地下煤气化用热电偶装置进行说明。
实施例1
如附图1所示，用于地下煤气化的热电偶装置由铠装热电偶(1)，陶瓷接头(2)，补偿电缆(3)，电动缆车(4)，测温仪(5)组成，测温的时候通过电动缆车(4)控制铠装热电偶(1)上下井，而温度数据通过测温仪(5)读出，测量过程自动化程度高，测温精确。
如附图2所示，整个热电偶装置中补偿电缆(3)通过陶瓷接头(2)与铠装热电偶(1)相连接，拆卸简单，简化了热电偶装置的制作工艺。
如附图3所示，电动缆车(4)由一个可由开关(6)远程遥控的电动马达(7)和一个绞盘(8)连接组成，实际使用过程中，通过开关远程遥控绞盘的转动，可以实现热电偶上下井的自动化。
如附图4所示，根据地下煤气化温度梯度变化特点，采用两种相同款式的铠装热电偶的制作方式，并通过它来替代纯铂铑的铠装热电偶，可以节省经济成本。
一种用铂铑热电偶丝(9)与金属管束补偿导线(10)连接制成铠装热电偶，本实施例根据井深和燃烧区的温度梯度及长度采用10m左右的铂铑热电偶丝(9)与金属管束补偿导线(10)连接制成40m的铠装热电偶，地下气化区向上10m左右以后温度在300℃～500℃左右，而金属管束补偿导线在这个温度下完全可以正常使用，该热电偶结构如图4-a所示。
实施例2
采用与实施例1相似的用于地下煤气化温度测量的热电偶装置，不同之处在于：用热电偶丝(9)与镍基热电偶丝(13)相连制成铠装热电偶，本实施例根据井深和燃烧区的温度梯度及长度采用5m左右的热电偶丝(9)与镍基热电偶丝(13)相连制成40m的铠装热电偶，而镍基热电偶丝在1000℃以下可以长期工作，热电偶结构如图4-b所示。
地下气化井深一般在300～2000m，井下地形环境复杂，热电偶上下井过程中容易发生碰撞，为了提高热电偶的使用寿命和减化热电偶的制作工序，可根据实际需要制作40m左右的铠装热电偶，并将其通过陶瓷接头与300～2000m左右的镶有补偿导线的电缆相连。
为了保证热电偶在地下气化高温、强还原气氛的恶劣环境下正常工作，采用镍基金属保护壳的铠装铂铑热电偶。
为了降低热电偶上下井过程中的工作效率，节省人力物力的消耗，可将与热电偶相连的补偿电缆缠绕在电动缆车上，然后通过远程控制缆车的转动，实现热电偶上下井的自动化。
地下煤气化测温需要大量的热电偶，而铂铑热电偶价值昂贵，为了节省成本，将铂铑热电偶丝与镍基热电偶丝或是金属管束补偿导线相连，用来取代纯铂铑丝的热电偶。

Claims (7)

1.一种用于地下煤气化温度测量的热电偶装置，包括：金属铠装热电偶(1)，陶瓷接头(2)，补偿电缆(3)，电动缆车(4)，测温仪(5)。
2.根据权利要求1所述的热电偶装置，其特征在于：根据地下气化燃烧区的温度梯度，金属铠装热电偶(1)使用铂铑热电偶丝(9)与镍基热电偶丝(13)或是金属管束补偿导线(10)相连制成。
3.根据权利要求1或2所述的热电偶装置，其特征在于：热电偶(1)以镍基合金(11)作为保护壳。
4.根据权利要求1或2所述的热电偶装置，其特征在于：使用可拆卸的陶瓷接头(2)将热电偶(1)与补偿电缆(3)相连。
5.根据权利要求1或2所述的热电偶装置，其特征在于：通过电动缆车(4)来自动化热电偶上下井的测温过程。
6.根据权利要求1或2所述的热电偶装置，其特征在于：热电偶把温度值转换为电势信号通过补偿电缆传到温度测量仪器(5)，测温仪器(5)通过转换，准确反映出井下温度值。
7.根据权利要求1或2所述的热电偶装置，其特征在于：电动缆车(4)由一个开关(6)远程遥控的电动马达(7)和一个绞盘(8)连接，实际使用过程中，通过开关(6)远程遥控绞盘(8)的转动，通过收放补偿电缆控制热电偶装置的升降。
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