CN103421547A - 气化反应器中的温度测量 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种包括气化器的、用于使含碳进料部分燃烧的气化反应器（1），和一种测量气化器（3）内的温度的方法。位于气化器外部的一个或多个高温计指向在气化器（3）壁（18）中的气密性透明观察口（11）。透明观察口可包括桥接气化器壁和压力容器的管状主体，该压力容器封装气化器。该管状主体（13）可用透明玻璃（17）封闭。管状主体可包括冷却套筒，并且可例如被吹扫以防止在观察口处形成炉渣。
Description
技术领域
本发明涉及通过使含碳进料部分燃烧来生产合成气的气化反应器，其中该气化反应器包括一种用于测量气化反应器的气化器内温度的温度测量装置。本发明还涉及一种用于测量气化反应器的气化器内温度的方法。
背景技术
在合成气体或合成气的生产中，含碳进料（诸如煤、生物质或油）在气化反应器的气化器单元中被部分氧化。在该过程中，气化反应器内的温度可高达约1300-1600°C，而工作压力通常为约3-6.5MPa。对不同类型的含碳进料来说，所需的温度是不同的。为了获得燃进料转化成合成气的期望转化率，气化器中的温度是一个需要被密切监控以使过程控制最优化的关键参数。由于气化器内的温度非常高，不能使用平常的热电偶。在实践中，气化反应器内的热量通过监控用于冷却气化器壁的冷却剂（诸如所产生的蒸汽）的温度来间接监控。这种测量方式的可靠性是受限制的，这是因为冷却剂的温度取决于多个其它参数，诸如冷却剂进料温度和气化器壁上的炉渣层的厚度。在气化器中的热量发展与冷却剂温度之间的时间延迟阻碍了系统的有效响应。
CN 102322969公开了一种高温探针，该探针包括具有测量内芯和多个热电偶的空心管状主体。该内芯的温度测量是间接的、不精确的且不即时的。这种系统的校准很难。在合成气泄漏的情况下，该系统不具有安全机制。
发明内容
本发明的目的是使操作者能够精确且即时地调整和微调用于在气化反应器中使各种含碳进料气化的工艺参数。
本发明的目的通过一种气化反应器来实现，该气化反应器包括气化器和位于该气化器外部的至少一个高温计，该至少一个高温计指向气化器壁的气密性透明观察口。该目的还通过一种测量方法来实现，测量方法使用一个或多个高温计经由在该气化器壁中的气密观察口来监控气化器内的温度。
高温计是一种通过截取和测量热辐射来测量物体或环境温度的非接触式装置。由于高温计自身可位于气化器外部，因此高温计不受气化器热量的影响。高温计通过相关的观察口探测气化器的辐射量能够直接且即时地确定气化器内的温度。在没有环境因素（诸如存在炉渣层）的情况下，能够以非常精确且可靠的方式确定温度。高温计可被正确地校准。这种可靠且精确的温度测量使操作者能够微调相关的工艺参数（诸如碳氧（C:O）比），以使用于给定类型的含碳进料的工艺最优化。
从市场上可获得的光学高温计的一个合适的例子是可从位于中国上海的上海自动化仪表股份有限公司获得的WGG2-201。
可选地，使用一个以上的高温计，例如2个或者更多个高温计。为了获得气化器的温度曲线图的更精确图像，例如可使用两个或更多个高温计。如果吹扫气被用来防止在观察口上形成炉渣，可能例如通过使用至多6个或至多4个高温计来期望限制高温计的数目。
所述一个或多个高温计可定位在气化器内任何合适的位置处，例如在燃烧器高度下方或上方的一段距离处。该距离例如可以为约0.5-2米或约0.8-1.2米。
观察口应当是气密的以防止合成器从气化器中泄漏出。为此，观察口可通过耐热的透明玻璃封闭，该透明玻璃诸如是耐热玻璃，例如硼硅酸盐玻璃或熔融石英玻璃。
气化反应器例如可包括封装气化器的压力容器。在这种情况下，透明的观察口可以包括桥接气化器壁和压力容器的管状主体。管状主体用透明玻璃来封闭。这允许将一个或多个高温计放置在压力容器外部，使得高温计更容易使用、控制和维护。
为了防止桥接气化器壁和压力容器壁的管状主体受到热损伤，管状主体例如可包括位于该气化器壁处的敞开端和至少部分封装位于气化器壁和透明玻璃之间的管状主体的冷却套筒。冷却套筒可被连接到冷却剂（诸如水）的供应口和排出口。由于这种冷却，透明玻璃受到较小的热影响。
可选地，自动隔断阀可定位在管状主体的敞开端部与透明玻璃之间。隔断阀可隔离气化器的内部以防止在透明玻璃破裂或泄漏的情况下合成气发生泄漏。这样的隔断阀可包括控制单元，该控制单元响应于透明玻璃后面的空间中急剧的热量增加或压力下降。
为了防止观察口被气化器内部的炉渣覆盖，管状主体可被连接到吹扫气源。该管例如可被连续吹扫以使经由观察口的观察高温计最优化。合适的吹扫气包括氮气、二氧化碳或其它惰性气体或者它们的混合物。在观察口处发生泄漏的情况下，吹扫还可降低合成气回流的危险。
可选地，高温计可被封装在压力腔室内，所述压力腔室例如与透明玻璃部分地接界。腔室可通过加压气体（诸如氮气、二氧化碳或任何其它惰性气体或它们的混合物）进行加压。压力可例如处于比气化器内的压力高约0.5-0.8MPa的压力下。为了控制腔室内的压力，可以使用一个或多个压力控制器。为了最优化高温计的功能，压力腔室内的温度可例如使用一个或多个温度控制器（诸如热电偶）进行测量和控制。
为了改善气化器壁的耐热性，该壁可例如由相互连接以形成气密性壁结构的平行管状冷却剂管路构成。管状管路例如可以是平行的竖直或螺旋管路。
附图说明
将参考附图对本发明作进一步说明，附图示出了根据本发明的气化反应器的一个示例性实施例。
图1示意性地示出了气化反应器的纵向截面图；
图2示意性地示出了图1中的气化反应器的温度测量装置。
具体实施方式
图1示出了用于通过使含碳进料气化来生产合成气的气化反应器1。气化反应器1包括封装气化器3的压力容器2。气化器3在其底端部设有合成气出口4，以及设有两对沿直径定位的燃烧器5。炉渣和合成气经由出口4和含水炉渣收集槽6排出。气化器3通过由相互连接的平行竖向管状管道8构成的大致气密的壁组件7限定而成，所述管状管道操作地连接到冷却介质（诸如冷却水）的供应口和排出口。壁8的内表面可衬有耐火衬11（参见图2）。
燃烧器5将通过壁组件7内的燃烧器开口9将火引入气化器3。在壁组件8与容器1的壁之间是环形空间10。
在燃烧器5的高度下方一段距离（例如大约1米）处，气化器壁7被形成观察口的开口12中断，空心管状构件13桥接位于冷却壁8与压力容器壁2之间的环形空间10。管状主体3具有在开口11中的一端部和保持压力腔室14和延伸进入压力腔室14中的高温计15的相对端部。高温计15被定向成经由观察口12测量气化器3中的温度。参考图2，管状主体13的敞开端部的边缘16由耐火衬11覆盖。气密性的透明玻璃17封闭管状主体13的与压力腔室14接界的端部。在压力容器2和压力腔室14之间，管状主体13封装自动隔断阀18。在隔断阀18和冷却壁8之间，管状主体包括配置为冷却套筒19的壁，该冷却套筒连接到冷却水的供应口20和冷却水的排出口21。
氮气吹扫气的源22经由通过阀24可控制的压力管线23操作地连接到位于透明玻璃17与隔断阀18之间的管状主体13。压力管线23的支管25将氮气源22连接到压力腔室14。支管25受阀26控制。压力测量单元27和热电偶28用来监控和控制压力腔室14内的压力和温度。如果测得的压力低于预定的设定值，压力测量单元27启动吹扫气从吹扫气源22的供应。通过压力测量单元27探测到的急剧压力下降，或者压力腔室14内的温度突然升高表明出现了可能的合成气泄露或冲出。在这些情况下，隔断阀18将被致动以立即封闭管状主体13。
在使用中，隔断阀18被打开且高温计15具有通过透明玻璃17到气化器3内的直接视野。由气化器3的内容物发出的辐射波长直接对应于温度。管状主体13与气化器3处于敞开连接。为了防止管状主体13受到热损伤，冷却套筒19通过冷却水的恒定流进行冷却，并且管状主体13用来自氮气源22的氮气进行吹扫。
Claims (15)
1.一种用于使含碳进料部分燃烧的气化反应器（1），所述气化反应器包括气化器（3）和用于测量气化器内温度的一个或多个温度测量装置，其中所述温度测量装置中的至少一个包括在位于气化器外部的高温计（15），所述高温计指向气化器（3）壁（8）内的气密性透明观察口（11）。
2.根据权利要求1所述的气化反应器，其中，所述气化反应器（1）包括封装气化器（3）的压力容器（2），透明观察口包括桥接气化器壁和压力容器的管状主体，并且管状主体（13）用透明玻璃（17）封闭。
3.根据权利要求2所述的气化反应器，其中，所述管状主体（13）包括：位于气化器壁（8）处的敞开端部；和冷却套筒（19），所述冷却套筒至少部分地封装位于气化器壁与透明玻璃（17）之间的管状主体，所述冷却套筒连接到冷却剂的供应口（20）和排出口（21）。
4.根据权利要求3所述的气化反应器，其中，所述管状主体（13）包括自动隔断阀（18），所述自动隔断阀布置在敞开端部与透明玻璃（17）之间。
5.根据权利要求4所述的气化反应器，其中，所述自动隔断阀（18）包括控制单元，所述控制单元对位于透明玻璃（17）的相对侧处空间（14）中的急剧的热量增加或压力下降作出响应。
6.根据前述权利要求2-5中任一项所述的气化反应器，其中，所述管状主体（13）连接到吹扫气源（22）。
7.根据前述权利要求2-6中任一项所述的气化反应器，其中，所述高温计（15）被封装在压力腔室（14）中。
8.根据权利要求7所述的气化反应器，其中，压力腔室（14）与透明玻璃（17）接界。
9.根据权利要求7或8所述的气化反应器，其中，压力腔室（14）设有一个或多个压力控制器和/或温度控制器，诸如压力测量单元（27）和/或热电偶（28）。
10.根据前述权利要求中任一项所述的气化反应器，其中，所述气化器壁（8）至少部分地由平行的管状冷却剂管路（8）构成，所述平行的管状冷却剂管路相互连接以形成气密性壁结构。
11.根据前述权利要求中任一项所述的气化反应器，所述气化反应器包括2-6个高温计，例如2-4个高温计。
12.根据前述权利要求中任一项所述的气化反应器，其中，所述一个或多个高温计中的至少一个定位在气化器中燃烧器的高度下方或上方一段距离处。
13.一种在操作条件下测量气化反应器（1）的气化器（3）内的温度的方法，其中，该温度利用位于气化反应器外部的一个或多个高温计（15）经由气化器（3）壁中的气密性透明观察口（11）进行测量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述一个或多个高温计中的至少一个在燃烧器上方或下方一段距离处测量温度。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中在气化器中的2-6个位置处测量所述温度，例如在气化器中的2-4个位置处测量所述温度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20131204 |