CN110041968B - 一种气化炉水冷壁安全监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种气化炉水冷壁安全监测装置，包括水冷壁管；所述水冷壁管只有一个水冷壁管上水接口和一个水冷壁管回水接口；水冷壁管上水接口上安装有水冷壁上水温度测点；水冷壁管回水接口上安装有水冷壁回水温度测点、水冷壁回水压力测点和水冷壁管流量测点。本发明通过监测局部水冷壁的压力、流量、温升，计算该段水冷壁热负荷和状态，并通过监测控制模块，实时判断热负荷变化趋势和水冷壁内是否出现传热恶化，及时报警，从而及时调整运行工况，确保水冷壁安全。
Description
技术领域
本发明属于水冷壁安全监测技术领域，具体涉及一种气化炉水冷壁安全监测装置及方法。
背景技术
粉煤加压气化技术是煤炭清洁高效转化的主要途径。水冷壁构成了气化炉反应室，是粉煤加压气化技术的最核心部件。同热壁炉的耐火砖相比，水冷壁使用寿命长、造价低，它不需要更换炉砖，耐温性能好，可适应更高灰熔点的煤种；水冷壁还能回收高温合成气显热，副产大量中压蒸汽，因而大幅度提高了能源利用效率。鉴于以上优势，水煤浆气化技术也在向水冷壁作内件的方向发展。
但是，气化炉反应室的热负荷分布并不均匀。比如，气化炉穹顶、渣口盘管换热面，由于高温气流的回旋冲刷，容易造成热负荷过高；烧嘴进料的均匀性和运行中的故障，往往引起火焰偏烧，火焰中心移向一侧水冷壁。此外，对于液态排渣水冷壁气化炉，合适的操作温度窗口一般为液态渣粘度为5Pa·s～25Pa·s所对应的温度范围，有些煤种该温度窗口特别窄，从而造成水冷壁难以挂渣，甚至造成水冷壁表面的耐火衬里脱落，使得水冷壁热负荷急剧升高，同时，在没有耐火层的保护下，无法形成“以渣抗渣”，炉渣冲刷加剧了对水冷壁管的腐蚀和磨损。局部热负荷过高，往往造成水冷壁破损、爆管，从而造成整个装置停车。
目前，一些技术采取在水冷壁耐火衬里底部预埋测温电偶对局部热负荷进行监测。该方法具有较大的局限性：首先，预埋电偶受施工影响，预埋深度及是否贴近冷壁很难一致，从而产生巨大的测量偏差；其次，预埋电偶需要穿透水冷壁鳍片和炉膛环隙，并且要引出气化炉壳体，安装及检修困难，损坏后难以更换；第三，水冷壁面积较大，无法在炉内布置较多的测温点，尤其对于水冷壁结构较复杂的局部区域，无法布置电偶。
发明内容
本发明的目的提供一种气化炉水冷壁安全监测方法和装置，监测水冷壁热负荷变化趋势，预判水冷壁安全风险，同时，可判断水冷壁是否发生传热恶化，监测水冷壁安全风险并报警。
为了达到上述目的，本发明通过如下技术方案实现：
一种气化炉水冷壁安全监测装置，包括水冷壁管；所述水冷壁管只有一个水冷壁管上水接口和一个水冷壁管回水接口；水冷壁管上水接口上安装有水冷壁上水温度测点；水冷壁管回水接口上安装有水冷壁回水温度测点、水冷壁回水压力测点和水冷壁管流量测点。
进一步的，还包括监控报警模块；所述监控报警模块以冷壁回水压力测点所测压力为水蒸气饱和分压，利用该水蒸气饱和分压对应的饱和温度与水冷壁回水温度测点所测温度比较，对水冷壁是否产生传热恶化进行监测。
进一步的，水冷壁上水温度测点、水冷壁回水温度测点、水冷壁回水压力测点和水冷壁管流量测点均为传感器，具有远传功能。
进一步的，所述的监控报警模块中嵌入水-水蒸气数据。
进一步的，所述的水-水蒸气数据包含温度、饱和分压和比焓。
进一步的，当水冷壁由多个水冷壁管构成时，选择正常运行时水冷壁管内循环水处于欠饱和状态的水冷壁管作为监测点。
进一步的，水冷壁管为盘管式、列管式或多根钢管通过联箱组成的水冷壁局部换热面。
进一步的，水冷壁管炉内向火侧敷有耐火衬里，稳定运行时耐火衬里表面形成固定渣层和流动渣膜。
一种气化炉水冷壁安全监测方法，所述监测方法包括：
利用上水温度测点测出温度T1，利用水冷壁回水温度测点测出温度T2、利用水冷壁管流量测点测出流量m，得出水冷壁热负荷变化趋势Q，Q的计算公式为：
Q＝m*(h2-h1)
其中h2为温度T2下水冷壁循环水比焓，h1为温度T1下水冷壁循环水比焓；
当Q发生变化时，根据水冷壁回水压力测点计量压力作为水蒸气饱和分压读取对应的饱和温度，将该温度与水冷壁回水测点所计量的温度作比较，当水冷壁回水测点所计量的温度小于上述饱和温度3℃，表明可能发生过冷沸腾而引起传热恶化，当水冷壁回水测点所计量的温度达到上述饱和温度，意味着已经发生了传热恶化。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明一种气化炉水冷壁安全监测装置，所有传感器设置于水冷壁管上水接口和水冷壁管回水接口，不破坏水冷壁，不需要预埋，检修方便。
本发明一种气化炉水冷壁安全监测装置，包括水冷壁管；所述水冷壁管只有一个水冷壁管上水接口和一个水冷壁管回水接口；水冷壁管上水接口上安装有水冷壁上水温度测点；水冷壁管回水接口上安装有水冷壁回水温度测点、水冷壁回水压力测点和水冷壁管流量测点；在水冷壁本体上不布置任何的测点，所以即使水冷壁面积再大，也不存在现有技术无法布置热电偶的问题。
本发明一种气化炉水冷壁安全监测方法，通过监测局部水冷壁的压力、流量、温升，计算该段水冷壁热负荷和状态，并通过监测控制模块，实时判断热负荷变化趋势和水冷壁内是否出现传热恶化，测量结果准确，安装检修简单。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种气化炉水冷壁安全监测装置的结构示意图。
其中1、水冷壁管；2、水冷壁管上水接口；3、水冷壁管回水接口；4、水冷壁管上水温度测点；5、水冷壁管回水温度测点；6水冷壁管回水压力测点；7水冷壁管流量测点；8、监控报警模块；9、耐火衬里；10、固定渣层；11、流动渣膜。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
参照附图1，本发明提供一种气化炉水冷壁安全监测装置，包括水冷壁管1、水冷壁管上水接口2、水冷壁管回水接口3、水冷壁上水温度测点4、水冷壁回水温度测点5、水冷壁回水压力测点6、水冷壁管流量测点7和监控报警模块8。水冷壁管1炉内向火侧敷有耐火衬里9，稳定运行时耐火衬里9表面将形成固定渣层10和流动渣膜11。
所述的水冷壁管1是气化炉水冷壁的基本组成单元，可以是盘管式、列管式或其它异形结构，也可以是多根钢管通过联箱组成的水冷壁局部换热面，但所述水冷壁管1具有唯一的水冷壁管上水接管2和唯一的水冷壁管回水接管3。
当水冷壁由较多个水冷壁管1构成时，可选择风险较大的或典型位置的水冷壁管1设置本发明装置作为监测点，正常运行时水冷壁管1内循环水处于欠饱和状态。
水冷壁循环水通过水冷壁管上水接管2进入水冷壁管1。运行时，气化反应放出的热量通过辐射传递给水冷壁上的流动渣膜11，流动渣膜11吸收热量依次向固定渣层10、耐火衬里9、水冷壁管1传导，并最终传递给水冷壁循环水。
所述的流动渣膜11厚度随气化温度的变化动态波动，当气化温度波动较大时，将引起固定渣层10的厚度变化，从而引起炉膛向水冷壁循环水导热热阻的变化，最终导致水冷壁热负荷的变化和水冷壁回水温度测点5计量温度的变化。
所述的监控报警模块8嵌入水-水蒸气数据(至少包含温度、饱和分压、比焓等物性)，根据上水温度测点4、回水温度测点5、回水压力测点6、回水流量测点7所采集数据与嵌入数据比较，进行水冷壁安全监测。
水冷壁热负荷变化趋势计算采用以下公式：Q＝m·(h2-h1)。式中，Q为水冷壁吸热量，m为回水流量测点7所计量质量流量，h2为温度T2下水冷壁循环水比焓，h1为温度T1下循环水比焓。对于给定煤种，稳定运行时，Q处于相应稳定状态，当Q发生显著变化时，技术人员根据煤种变化、炉温、水冷壁循环水流量等因素进行水冷壁安全预警。
水冷壁是否发生传热恶化监测：监控报警模块8根据回水压力测点6计量压力作为水蒸气饱和分压读取对应的饱和温度，将该温度与回水温度测点5所计量的温度作比较，当回水温度测点5所计量的温度接近上述饱和温度时表明可能发生传热恶化。
本发明工作原理：
导致水冷壁局部破损或爆管，其根本原因是水冷壁局部热负荷过高，以及由于热负荷过高造成的耐火衬里脱落。当耐火衬里层脱落后，热负荷更进一步显著升高。在稳定工况下，炉膛辐射热通过流动渣膜11、固定渣层19、耐火衬里9向水冷壁管导热，使水冷壁管内循环水获得热负荷，温度升高。当炉温升高，使水冷壁管获得的热负荷也同步升高，炉温升高对流动渣膜、固定渣层、耐火衬里层减薄使得导热热阻降低，进一步放大了热负荷升高的效应，从而起到提前预警的作用。通过监测水冷壁管出口温度低于该压力下的水-汽饱和温度，避免在水冷壁中产生传热恶化，从而确保水冷壁安全运行。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (7)
1.一种气化炉水冷壁安全监测方法，其特征在于，基于一种气化炉水冷壁安全监测装置，所述气化炉水冷壁安全监测装置包括水冷壁管（1）；所述水冷壁管（1）只有一个水冷壁管上水接口（2）和一个水冷壁管回水接口（3）；水冷壁管上水接口（2）上安装有水冷壁上水温度测点（4）；水冷壁管回水接口（3）上安装有水冷壁回水温度测点（5）、水冷壁回水压力测点（6）和水冷壁管流量测点（7）；所述气化炉水冷壁安全监测装置，还包括监控报警模块（8）；所述监控报警模块（8）以冷壁回水压力测点（6）所测压力为水蒸气饱和分压，利用该水蒸气饱和分压对应的饱和温度与水冷壁回水温度测点（5）所测温度比较，对水冷壁是否产生传热恶化进行监测；所述监测方法包括：
利用上水温度测点（4）测出温度T1，利用水冷壁回水温度测点（5）测出温度T2、利用水冷壁管流量测点（7）测出流量m，得出水冷壁热负荷变化趋势Q，Q的计算公式为：
Q=m*（h2-h1）
其中h2为温度T2下水冷壁循环水比焓，h1为温度T1下水冷壁循环水比焓；
当Q发生变化时，根据水冷壁回水压力测点（6）计量压力作为水蒸气饱和分压读取对应的饱和温度，将该温度与水冷壁回水测点（5）所计量的温度作比较，当水冷壁回水测点（5）所计量的温度小于上述饱和温度3℃，表明可能发生过冷沸腾而引起传热恶化，当水冷壁回水测点（5）所计量的温度达到上述饱和温度，意味着已经发生了传热恶化。
2.根据权利要求1所述的一种气化炉水冷壁安全监测方法，其特征在于：水冷壁上水温度测点（4）、水冷壁回水温度测点（5）、水冷壁回水压力测点（6）和水冷壁管流量测点（7）均为传感器，具有远传功能。
3.根据权利要求1所述的一种气化炉水冷壁安全监测方法，其特征在于：所述的监控报警模块（8）中嵌入水-水蒸气数据。
4.根据权利要求3所述的一种气化炉水冷壁安全监测方法，其特征在于：所述的水-水蒸气数据包含温度、饱和分压和比焓。
5.根据权利要求1所述的一种气化炉水冷壁安全监测方法，其特征在于：当水冷壁由多个水冷壁管（1）构成时，选择正常运行时水冷壁管（1）内循环水处于欠饱和状态的水冷壁管作为监测点。
6.根据权利要求5所述的一种气化炉水冷壁安全监测方法，其特征在于：水冷壁管（1）为盘管式、列管式或多根钢管通过联箱组成的水冷壁局部换热面。
7.根据权利要求1所述的一种气化炉水冷壁安全监测方法，其特征在于：水冷壁管（1）炉内向火侧敷有耐火衬里（9），稳定运行时耐火衬里（9）表面形成固定渣层（10）和流动渣膜（11）。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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