CN103472086B - 一种检测Shell气化炉炉渣临界粘度温度的装置 - 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
本发明是申请日为“2010年12月15日”，申请号为“201010588856.7”，发明名称为“一种检测Shell气化炉炉渣临界粘度温度的方法及装置”的分案申请。
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 (5)
1.一种检测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，接收温度传感器测量得到的炉渣温度，同时接收传感器传输的气化器壁发出的振动信号并进行二阶Daubechies小波分解，提取选取Hurst值小于0.5的小波频段的振动信号作为特征频段，绘制特征频段的能量分率随炉渣温度变化的关系曲线，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.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。
3.根据权利要求2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。
4.根据权利要求3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。
5.根据权利要求2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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| CN101885989A (zh) * | 2010-07-16 | 2010-11-17 | 浙江大学 | 一种可控制煤炭连续气化的煤炭气化装置 |
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