CN110542489A - 一种运用电热线模拟煤气化炉外壁温度的实验装置 - Google Patents

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Abstract

一种煤气化炉外壁温度监控模拟实验装置，包括：模拟炉（1）、支撑台（2）、电热线（3）、一号加热装置控制组（42）、二号加热装置控制组（44）、三号加热控制器组（46）、四号加热控制器组（48）、五号加热控制器组（50）、六号加热控制器组（52）、电源连接装置（24）等。通过改变各组加热装置控制组对模拟炉（1）加热以模拟煤气化炉不同工作状态下温度变化，提供了一种可以在实验室环境下探究对煤气化炉外壁温度变化实时监测的装置，为探究煤气化炉外壁温度监测提供了实验条件，为科研人员对探寻实时监测煤气化炉外壁温度变化的监测方法上创造了条件。

Description

一种运用电热线模拟煤气化炉外壁温度的实验装置
技术领域
本发明涉及使用光纤传感器监测煤气化炉外壁温度领域，具体涉及基于电热线模拟煤气化炉外壁温度实验装置及其使用方法。
背景技术
随着分布式光纤测温技术的发展，分布式光纤测温系统利用拉曼散射原理和光时域反射技术，通过光纤中反斯托克斯的光强受温度影响的变化而得出检测点的温度及位置，在工业现场已经有所应用。煤气化炉是水煤浆气化装置中的重要反应设备，气化炉中的燃烧室在操作时温度达到1000-1700℃，一般情况下，煤气化炉在正常工作时，炉壁温度达到200℃左右，然而燃烧室炉内衬耐火砖在高温时会溶蚀、受热气体和熔渣的冲刷，使得耐火砖不断变薄，甚至在某些情况下由于砌砖的缺陷，耐火砖会脱落，使得气化炉炉壁表面温度升高至300℃甚至更高。而传统的测量方法主要有传统的表面热电偶、气化炉表面电缆测温和红外热像仪，但是热电偶往往无法覆盖整个表面炉壁、电缆测温无法准确定位、红外热像仪成本昂贵且工作环境不超过50℃，这使得当前煤气化炉外壁温度监测依然是未能很好地找到解决办法。
利用分布式光纤测温这一技术，我们可以解决目前煤气化炉外壁温度检测难题。耐火砖发生减薄或者脱落的情况是随机的，因而需要提供一种实验室下的模拟煤气化炉外壁温度变化的实验装置，进而开展使用光纤测温技术在煤气化炉外壁温度检测监测的实验探究，正确、快速的判断出发生异常状况的位置可以让工作人员在后期对煤气化炉进行修补维护节省很多的时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于电热线模拟煤气化炉外壁温度检测实验装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于电热线模拟煤气化炉外壁温度检测实验装置，该装置模拟炉内壁某块或者某几块耐火砖由于冲刷磨蚀减薄引起温度变化；
在结构上包括：模拟炉且在该模拟炉外壁上设置有放置电热线的六组凹槽，电热线按照模拟炉外壁上凹槽放置；模拟炉外壁每组凹槽的开端和终端上设置有第一洞孔和第二洞孔，电热线通过第一洞孔和第二洞孔连接加热装置控制组，在模拟炉外壁上设置有一次保温隔热层的绝缘布；该模拟炉与该加热装置控制组均置于支撑台的台面相应位置处；
在上述的支撑台为空心的方块状，且在该支撑台台面中心设置有与上述模拟煤气化炉底部等大的圆形凹槽且该凹槽用于放置上述模拟炉，支撑台顶部和下部中心处设置有用于供电线进入的一号洞孔、二号洞孔。
进一步，所述模拟炉采用耐高温氮化硼材质一次成型方式形成，该模拟炉内径不小于一米。
进一步，所述的电热线放置在上述的模拟煤气化炉外壁上的凹槽上，以高导热绝缘胶进行固定，再用高导热绝缘布覆盖在模拟炉外壁上。
进一步，所述的固定装置7凸形状且与上述模拟炉1外壁通过调节螺母8方式固定，在上述模拟炉1环形一周等距设置，每一周至少设置5个，在该模拟炉1的外壁至少设置3周。
进一步，所述支撑台采用陶瓷等热传导性较差材料一次性成型制成。
进一步，所述加热装置控制组中分为六组，加热装置相互独立且可调，所述的加热装置控制组带有温控装置和显示温度装置，实时显示当前电热线加热所达到的温度值。
进一步，固定装置采用耐高温氮化硼材质通过模具成型或3D打印等其它方式一次成型。
进一步，该实验装置的使用方法如下：
第一步，将电热线分别放置在模拟炉外壁上的凹槽且通过孔洞与加热装置控制组连接，将高导热绝缘胶对电热线进行固定，再用高导热绝缘布覆盖在外壁表面上；
第二步，将固定装置通过螺母放置在外壁上；
第三步，将模拟炉放置在支撑台的凹槽上；
第四步，将供电线与加热控制组和电源连接装置相应连接；
第五步，将测温光纤通过光纤过固定装置环形缠绕并固定在上述模拟炉外壁，并调节旋钮17将测温光纤紧贴在外壁上；
第六步，将保温隔热层绝缘布紧紧覆盖在已经固定好测温光纤的模拟炉外壁上，使得测温光纤可以得到充分受热；
第七步，对上述一号加热装置组进行供电加热，当加热控制组显示温度达200℃时保持该加热功率；
第八步，选定某组或多组电热线为试验组，作为模拟耐火砖脱落导致温度升高的地区，对选定的试验组的加热装置组进行供电加热，当加热控制组显示温度达300℃时保持该加热功率，其他没有选到的电热线实行同第七步的操作；
第九步，通过测温光纤检测系统进行温度测量，并观察所采用的的测温光纤在300℃下的测温效果和定位效果，标记上述模拟炉外壁试验组测试点位置所对应测温光纤位置；
第十步，调整上述选定的试验组的加热装置组的加热，改为控制在200℃，另外选择其他试验组进行重复第八步和第九步的操作，探究测温光纤对不同的试验点的定位是否准确；
第十一步，调整测温光纤的初始位置，分别以500米，1000米，1500米为起点，并重复上述步骤，观察分析并进一步处理，探究测温光纤距离的变化对测温及定位的影响。
本发明的有益效果在于：
1、本发明提供了一种基于一种基于电热线模拟煤气化炉外壁温度检测实验装置，通过调整加热装置组对模拟炉加热以模拟煤气化炉不同工作状态下温度变化，提供了一种可以在实验室环境下探究对煤气化炉外壁温度变化实时监测的装置，为探究煤气化炉外壁温度监测提供了实验条件，更便于科研人员对探寻实时监测煤气化炉外壁温度变化的监测方法上提供了便利；
2、本发明通过控制六组独立加热装置组，其中第一组为模拟煤气化炉正常工作时的温度环境为200℃，第二组到第六组为模拟煤气化炉在工作时某一块耐火砖受冲刷磨蚀减薄导致温度升高的情况，通过加热装置组的电热线的排布方式，具体模拟煤气化炉在某块耐火砖受冲刷磨蚀减薄的温度效果，这样就为模拟现场煤气化炉局部升温创造了条件；
3、本发明通过设置第二组到第六组的独立加热装置，可以控制某一组温度变化以达到模拟了煤气化炉在工作时耐火砖受冲刷磨蚀减薄的随机性；
4、本发明通过固定调节装置调节测温光纤的起始点，为探究测温光纤距离监测点不同长度的测温效果创造了条件；
5、本发明通过控制加热装置组，可以通过改变电热线和加热装置等装置，可以实现对更高温的测量，以此来探究光纤都更高温的测温监测创造了条件。
说明书附图
图1示意了本发明基于电热线模拟煤气化炉外壁温度检测实验装置系统示意图；
图2示意了本发明基于电热线模拟煤气化炉外壁温度检测实验装置中放置电热线凹槽平面示意图；
图3示意了本发明基于煤气化炉外壁温度监测模拟实验装置中固定装置的结构示意图。
1、模拟炉；2、支撑台；3、电热线；4、高导热绝缘布；5、保温隔热层绝缘布；6、测温光纤；7、固定装置；8、螺母；20、第一洞孔；21、第二洞孔；22、空心柱孔；23、圆形凹槽；24、电源连接装置；25、一号洞孔；26、二号洞孔；41、一号凹槽；42、一号加热装置控制组；43、二号凹槽；44、二号加热装置控制组；45、三号凹槽；46、三号加热装置控制组；47、四号凹槽；48、四号加热装置控制组；49、五壁凹槽；50、五号加热装置控制组；51、六号凹槽；52、六号加热装置控制组。
具体实施方式
下面根据图1-3对本发明的具体实施方式进一步解释
实施例一,选择第3组为试验组：
它包括模拟炉1且在该模拟炉1外壁上设置有一号凹槽41、二号凹槽43、三号凹槽45、四号凹槽47、五号凹槽49和六号凹槽51，该模拟炉1与一号加热装置控制组42、二号加热装置控制组44、三号加热装置控制组46、四号加热装置控制组48、五号加热装置控制组50和六号加热装置控制组52均置于支撑台2的台面相应位置处；
上述的模拟炉1且在该模拟炉1外壁环形一周等距设置有用于固定测温光纤6固定装置7；
上述固定装置7与上述模拟炉1外壁通过打孔插入方式固定；
上述的支撑台2为空心的方块状，且在该支撑台2台面中心设置有与上述模拟炉1底部等大的圆形凹槽23且该凹槽用于放置上述模拟炉1，在该支撑台空心处放置上述加热装置控制组，支撑台顶部中心处设置有一号洞孔25，通过该洞孔将电热线和加热装置组的排线连接，底部相应设置有用于供电线进入与加热装置组连接的二号洞孔；
上述的一号加热装置控制组到六号加热装置控制组用供电线通过二号洞孔26与电源连接装置24相应连接。
进一步，所述的模拟炉1采用耐高温氮化硼材质一次成型方式形成，该模拟炉内径设置为1米，高度设置为1米，内部空心。
进一步，所述的电热线放置在上述的模拟炉1外壁上的凹槽上，以高导热绝缘胶进行固定，再用高导热绝缘布4覆盖在模拟炉1外壁上。
进一步，所述的固定装置7凸形状且与上述模拟炉1外壁通过调节螺母8方式固定，在上述模拟炉1环形一周等距设置，每一周至少设置5个，在该模拟炉1的外壁至少设置3周。
进一步，所述支撑台2采用陶瓷等热传导性较差材料一次性成型制成；
所述的支撑台2内径至少1.2米，高为0.5米，厚度为0.3米，设置在该支撑台2内的一号空心柱孔25等可由该技术领域人员灵活掌握，其中为便于供电线与上述的六组加热装置控制组的配合供热，该一号空心柱孔25的内径应不低于5厘米。
进一步，所述的一号加热装置控制组到六号加热装置控制组的加热装置相互独立可调，每组加热装置控制组的电热线3按照模拟炉外壁凹槽铺放在模拟煤气化炉1的表面；每组的电热线3所经过的区域用高导热绝缘胶固定且用高导热绝缘布9覆盖；该加热装置组中的加热装置采用市场上现有的电热线镍铬合金丝及其配用温控装置设备，所述的加热装置控制组带有显示温度装置，实时显示当前电热线加热所达到的温度值。
进一步，固定装置采用耐高温氮化硼材质通过模具成型或3D打印等其它方式一次成型。
该实验装置的使用方法如下：
第一步，将电热线3分别放置在模拟炉外壁上的一号凹槽41、二号凹槽43、三号凹槽45、四号凹槽47、五号凹槽49、六号凹槽51上且通过第一洞孔和第二洞孔与一号加热装置控制组到六号加热控制组分别连接，将高导热绝缘胶对电热线3进行固定，再用高导热绝缘布4覆盖在模拟炉外壁表面上；
第二步，将固定装置7通过螺母放置在外壁上；
第三步，将模拟炉1放置在支撑台2的圆形凹槽23上；
第四步，将电热线通过一号洞孔25与上述的一号加热装置控制组到六号加热装置控制组分别相连，加热装置组通过二号洞孔与电源连接装置24相应连接；
第五步，将测温光纤6通过光纤过固定装置7环形缠绕并固定在上述模拟炉1外壁，并调节旋钮8将测温光纤6紧贴在外壁上；
第六步，将保温隔热层绝缘布5紧紧覆盖在已经固定好测温光纤的模拟炉1外壁上，使得测温光纤6得以充分受热；
第七步，对上述一号加热装置控制组42进行供电加热，当一号加热控制组42显示温度达200℃时保持该加热功率；
第八步，选定第三组的电热线为试验组，作为模拟耐火砖脱落导致温度升高的地区，对选定的第三组试验组的三号加热装置46控制组进行供电加热，当三号加热装置控制组46显示温度达300℃时保持该加热功率，其他没有选到的电热线实行同第七步的操作；
第九步，通过测温光纤6检测系统进行温度测量，并观察所采用的的测温光纤在250℃下的测温效果和定位效果，标记上述模拟炉外壁试验组测试点位置所对应测温光纤位置；
第十步，调整上述选定的试验组的加热装置组的加热，改为控制在200℃，另外选择其他试验组进行重复第八步和第九步的操作；
第十一步，调整测温光纤6的初始位置，分别以500米，1000米，1500米为起点，并重复上述步骤，观察分析并进一步处理，探究测温光纤距离的变化对测温及定位的影响。
本发明的工作原理：
通过本发明设置的六组独立的加热装置控制组对模拟炉进行加热，进而模拟煤气化炉不同工作状态的外壁温度变化，而随着光纤技术的发展，分布式拉曼光纤测温技术利用拉曼散射原理和光时域反射技术，根据反斯托克斯光的强度受温度影响的变化可准确定位检测点的温度，而目前测温光纤的应用主要受限于测温光纤涂覆层的性能影响，因而本发明提供了一种模拟炉外壁温度变化的实验装置以探究更适合的测温光纤以及探究相应符合耐温条件的测温光纤在煤气化炉的现场应用方法，在此需要说明的是，由于分布式光纤测温定位系统已部分应用于工业生产现场，因而分布式光纤测温定位系统在本发明中未做详细说明，本发明所述测温光纤即为分布式测温定位系统中所配套采用的测温光纤。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体方法或特性等常识在此未作过多的描述。应当指出，对于本技术领域人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以进行若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种煤气化炉外壁温度监控模拟实验装置，其特征在于：
它包括模拟炉（1）且在该模拟炉（1）外壁上设置有一号凹槽（41）、二号凹槽（43）、三号凹槽（45）、四号凹槽（47）、五号凹槽（49）和六号凹槽（51），该模拟炉（1）与一号加热装置控制组（42）、二号加热装置控制组（44）、三号加热装置控制组（46）、四号加热装置控制组（48）、五号加热装置控制组（50）和六号加热装置控制组（52）均置于支撑台（2）的台面相应位置处；
上述的模拟炉（1）且在该模拟炉（1）外壁环形一周等距设置有用于固定测温光纤（6）固定装置（7）；
上述固定装置（7）与上述模拟炉（1）外壁通过打孔插入方式固定；
上述的支撑台（2）为空心的方块状，且在该支撑台（2）台面中心设置有与上述模拟炉（1）底部等大的圆形凹槽（23）且该凹槽用于放置上述模拟炉（1），在该支撑台第一层内放置上述加热装置控制组，支撑台中心出设置有一号洞孔（25），通过该一号洞孔（25）将电热线和加热装置组的排线连接，底部相应设置有用于供电线进入与加热装置组连接的二号洞孔（26）；；
上述的一号加热装置控制组到六号加热装置控制组用供电线通过二号洞孔（26）电源连接装置（24）相应连接。
2.根据权利要求1所述的一种煤气化炉外壁温度监控模拟实验装置，其特征在于：
所述的电热线（3）放置在上述的模拟炉（1）外壁上的凹槽上，以高导热绝缘胶进行固定，再用高导热绝缘布（4）覆盖在模拟炉（1）外壁上。
所述的模拟炉（1）采用耐高温氮化硼材质一次成型方式形成，该模拟炉内径设置为1米，高度设置为1米，内部空心。
3.根据权利要求1所述的一种煤气化炉外壁温度监控模拟实验装置，其特征在于：
所述的电热线（3）放置在上述的模拟炉（1）外壁上的凹槽上，以高导热绝缘胶进行固定，再用高导热绝缘布（4）覆盖在模拟炉（1）外壁上。
4.根据权利要求1所述的一种煤气化炉外壁温度监控模拟实验装置，其特征在于：
所述的固定装置（7）凸形状且与上述模拟炉（1）外壁通过调节螺母（8）方式固定，在上述模拟炉（1）环形一周等距设置，每一周至少设置5个，在该模拟炉（1）的外壁至少设置3周。
5.根据权利要求1所述的一种煤气化炉外壁温度监控模拟实验装置，其特征在于：
所述支撑台（2）采用陶瓷等热传导性较差材料一次性成型制成。
6.根据权利要求1所述的一种煤气化炉外壁温度监控模拟实验装置，其特征在于：
所述的一号加热装置控制组（42）到六号加热装置控制组（52）的加热装置相互独立且可调。
7.根据权利要求1所述的一种煤气化炉外壁温度监控模拟实验装置，其特征在于：
固定装置（7）采用耐高温氮化硼材质通过模具成型或3D打印等其它方式一次成型。
8.由上述权利要求1-7所构成的一种煤气化炉外壁温度监控模拟实验装置的使用方法，其特征在于：
第一步，将电热线（3）分别放置在模拟炉外壁上的一号凹槽（41）、二号凹槽(43)、三号凹槽(45)、四号凹槽(47)、五号凹槽(49)、六号凹槽(51)上且与一号加热装置控制组到六号加热控制组分别连接，将高导热绝缘胶对电热线(3)进行固定，再用高导热绝缘布(4)覆盖在模拟炉外壁表面上；
第二步，将固定装置(7)通过螺母放置在外壁上；
第三步，将模拟炉(1)放置在支撑台(2)的圆形凹槽(23)上；
第四步，将供电线通过一号空心柱孔(25)与上述的一号加热装置控制组到六号加热装置控制组分别相连，并与电源连接装置(24)相应连接；
第五步，将测温光纤(6)通过光纤过固定装置(7)环形缠绕并固定在上述模拟炉(1)外壁，并调节旋钮(8)将测温光纤(6)紧贴在外壁上；
第六步，将保温隔热层绝缘布(5)紧紧覆盖在已经固定好测温光纤的模拟炉(1)外壁上，使得测温光纤(6)得以充分受热；
第七步，对上述一号加热装置控制组(42)进行供电加热，当一号加热装置控制组(42)显示温度达200℃时保持该加热功率；
第八步，选定某组或多组电热线为试验组，作为模拟耐火砖脱落导致温度升高的地区，对选定的试验组的加热装置组进行供电加热，当该加热控制组显示温度达300℃时保持该加热功率，其他没有选到的电热线实行同第七步的操作；
第九步，通过测温光纤(6)检测系统进行温度测量，并观察所采用的的测温光纤在300℃下的测温效果和定位效果，标记上述模拟炉外壁试验组测试点位置所对应测温光纤位置；
第十步，调整上述选定的试验组的加热装置组的加热，改为控制在200℃，另外选择其他试验组进行重复第八步和第九步的操作；
第十一步，调整测温光纤(6)的初始位置，分别以500米，1000米，1500米为起点，并重复上述步骤，观察分析并进一步处理，探究测温光纤距离的变化对测温及定位的影响；
第十一步，调整测温光纤（6）的初始位置，分别以500米，1000米，1500米为起点，并重复上述步骤，观察分析并进一步处理，探究测温光纤距离的变化对测温及定位的影响。
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