CN102128852A - 一种检测Shell气化炉炉渣临界粘度温度的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测Shell气化炉炉渣临界粘度温度的方法及装置,所述的Shell煤炭气化炉包括压力壳,压力壳内设有气化器壁围成的气化室,所述的方法包括:测量炉渣温度,接收气化器壁发出的振动信号并进行二阶Daubechies小波分解,选取Hurst值小于0.5的小波频段作为特征频段,考察特征频段的能量分率Rs随炉渣温度变化的关系曲线,当Rs快速减少并开始趋于零,此时所对应的温度即为炉渣临界粘度温度。本发明方法不需另设振动源,振动信号是流体在运动过程中自身产生的,安全环保,测量简单方便,测量误差小。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭气化技术领域,尤其涉及一种检测Shell煤炭气化炉炉渣临界粘度温度的方法及装置。
背景技术
气流床气化炉因其煤种适应性较宽,碳转化率、有效气含量和冷煤气效率均较高而备受人们关注,已成为煤气化的首选技术,而Shell煤炭气化炉(CN101885989A)是其中的代表炉型。
临界粘度温度作为气化炉中一个重要的操作参数,它是气化炉炉渣流动效果判断的一个核心点,是考察气化炉是否堵渣的一个重要参数。炉渣由真液态过渡到塑性状态,往往在粘度曲线上产生明显的折变,这是由于在折变点的温度下,熔体突然有大量晶体析出的缘故。通常把这一折变点对应的温度叫做临界粘度温度。炉渣的温度低于临界粘度温度时,炉渣由液相转化为两相甚至多相,粘度迅速增加,流动性能急剧降低。因此,大量炉渣不能及时从下渣口排出,在气化炉壁面积累,最后形成大渣块,堵塞下渣口,使气化炉无法正常工作。为了使气化炉能顺利排渣,其炉渣的粘度应该低于临界粘度,其所对应的温度为临界粘度温度。
从上世纪40年代以来,对于临界粘度温度的研究较多,但是对其的测量方法的研究则相对匮乏。现有的测量方法主要为粘度曲线法。粘度曲线法通过在特定的高温粘度计中测量炉渣的粘度-温度曲线得到临界粘度温度,其优点在于准确度高,但其缺点也相当明显,不仅操作麻烦而且滞后严重,无法满足工业在线测量炉渣临界粘度温度的要求。
发明内容
本发明提供了一种检测Shell煤炭气化炉炉渣临界粘度温度的方法,该方法操作简单,而且检测结果可以实时获得。
一种检测Shell气化炉炉渣临界粘度温度的方法,所述的Shell煤炭气化炉包括压力壳,压力壳内设有气化器壁围成的气化室,所述的方法包括:
测量炉渣温度,接收气化器壁发出的振动信号并进行二阶Daubechies小波分解,选取Hurst值小于0.5的小波频段作为特征频段,考察特征频段的能量分率Rs随炉渣温度变化的关系曲线,当Rs快速减少并开始趋于零,此时所对应的温度即为炉渣临界粘度温度。
一种检测Shell煤炭气化炉炉渣临界粘度温度的装置,所述的Shell煤炭气化炉包括压力壳,压力壳内设有气化器壁围成的气化室,所述的装置包括:
温度传感器,测量炉渣温度,并传输给信号处理装置;
导波杆,一端伸入气化器壁内,另一端穿过压力壳,用于传导气化器壁发出的振动信号;
传感器,接收导波杆传导的振动信号,
信号处理装置,提取振动信号的特征频段,绘制特征频段的能量分率随炉渣温度变化的关系曲线。
所述的导波杆由金属合金或陶瓷材料制成,所述的金属合金为Pt/Rh合金、Pt/Ir合金或镉镍铁合金,还可在外壁上设置氧化涂层或陶瓷层,所述的陶瓷材料为四氮化三硅或碳化硅。
本发明方法不需另设振动源,振动信号是流体在运动过程中自身产生的,安全环保,测量简单方便,测量误差小。
本发明装置波杆安装简易方便,不会影响装置内部多相流体的运动或内部的化学反应,反应灵敏,适用面广。
附图说明
图1为本发明装置在Shell煤炭气化炉中的结构示意图;
图2为本发明方法绘制的炉渣随温度变化的关系曲线;
图3为利用现有方法绘制的炉渣随温度变化的关系曲线。
具体实施方式
如图1所示,一种Shell煤炭气化炉,该装置的主体结构与中国专利200580039681.1所公开燃料气化装置相同,它包括压力壳1,压力壳1的形状纵向截面大致为椭圆形,其内部气压为7~70bar,底部设有排出口18,用于排出炉渣和水。
压力壳1内设有由气化器壁4围成的气化室2,气化器壁4为用于循环冷却流体的膜式壁结构,膜式壁结构由多个水平设置的环形管组成。气化室2上方设有燃烧器(图中未示出),其内部设有4个喷嘴12,喷嘴12主要向气化室输送原料,原料主要包括水蒸气、氧气以及煤粉。
气化器壁4底部为会聚壁部分14,会聚壁部分14会聚形成排渣口5,排渣口5下方设有与会聚壁部分14衔接的自由落体轨道10,自由落体轨道10下方设有内置淬火液的渣池15,渣池底端形成漏斗6与排出口18连通,渣池15与自由落体轨道10之间设有若干喷洒环7,将小颗粒炉渣沉降至渣池15的底部而排出。同时自由落体轨道壁面不仅包括允许冷却流体通过的膜式壁结构,还在其内侧设置了耐火材料。
从燃烧室出来的物料沿气化器壁4流动,气化器壁4上形成炉渣,尤其在会聚壁部分14形成炉渣层11,在气化装置运行时,大量的炉渣会从排渣口5落入渣池内部。
为了获取气化器壁4的振动信号,在压力壳内1设置了由四氮化三硅制成的导波杆3,导波杆一端穿入气化器壁4,另一端穿过压力壳1连接用于接收会聚壁部分14的振动信号的传感器9,传感器9可以是发射传感器或加速传感器,传感器9将振动信号转换为电信号传输给信号处理装置;气化室2内还设有用于测量炉渣温度的热电偶,它将测量的温度实时传输给信号处理装置。
信号处理装置提取振动信号的特征频段,绘制特征频段的能量分率随炉渣温度变化的关系曲线。为了提高信号强度,可以在传感器和信号处理装置之间设置信号放大器。为了减少数据处理量,信号处理前可以将传感器的发出的模拟信号转换为数字信号。
本实施例中气化炉直径1m,下渣口直径0.3m。将煤炭和含氧物流(氧气、空气、水蒸汽)注入气化炉中以产生合成气、炉渣等,采样频率为500kHz,信号处理装置提取Hurst值小于0.5的小波频段作为特征频段,得到特征频率随炉渣温度变化的关系曲线,总共测试了3种煤炭样品,具体结果如图2所示。
同时将炉渣取出,应用传统的粘度-温度曲线方法测量其临界粘度温度,测量方法为测定粘度μ随温度T的变化,再以T为横坐标,μ为纵坐标的直角坐标系中作图,可得如图3所示的曲线。
分析图2和图3的关系曲线,得到三种样品的临界粘度温度如表1所示:
表1本发明方法和传统方法的比较
从表1中可以看出本发明方法检测精确,检测结果与传统方法非常接近,而且操作简单方便。
Claims (6)
1.一种检测Shell煤炭气化炉炉渣临界粘度温度的方法,所述的Shell煤炭气化炉包括压力壳,压力壳内设有气化器壁围成的气化室,其特征在于,所述的方法包括:
测量炉渣温度,接收气化器壁发出的振动信号并进行二阶Daubechies小波分解,选取Hurst值小于0.5的小波频段作为特征频段,考察特征频段的能量分率Rs随炉渣温度变化的关系曲线,当Rs快速减少并开始趋于零,此时所对应的温度即为炉渣临界粘度温度。
2.一种检测Shell煤炭气化炉炉渣临界粘度温度的装置,所述的Shell煤炭气化炉包括压力壳,压力壳内设有气化器壁围成的气化室,其特征在于,所述的装置包括:
温度传感器,测量炉渣温度,并传输给信号处理装置;
导波杆,一端伸入气化器壁内,另一端穿过压力壳,用于传导气化器壁发出的振动信号;
传感器,接收导波杆传导的振动信号;
信号处理装置,提取振动信号的特征频段,绘制特征频段的能量分率随炉渣温度变化的关系曲线。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于:所述的导波杆由金属合金或陶瓷材料制成。
4.根据权利要求3所述的装置,其特征在于:所述的金属合金为Pt/Rh合金、Pt/Ir合金或镉镍铁合金。
5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于:所述的导波杆上设有氧化涂层或陶瓷层。
6.根据权利要求3所述的装置,其特征在于:所述的陶瓷材料为四氮化三硅或碳化硅。
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