CN113324507B - 一种高温煤气化装置炉衬材料厚度在线监控和预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤气检测技术领域，涉及一种高温煤气化装置炉衬材料厚度在线监控和预警方法。涉及的一种高温煤气化装置炉衬材料厚度在线监控和预警方法：绘制工作衬材料热面温度T1和工作衬材料冷面温度T2间的温差ΔT与工作衬材料厚度L1的对应关系曲线，确定气化装置的温度监控区域，在各温度监控区域设置温度监控热电偶组；设置温度监控规则，绘制温度‑时间曲线；对所绘制的温度‑时间曲线进行分析给出炉衬残余厚度、炉衬剥落时间、炉衬安全厚度预警。本发明可准确、有效的实现高温气化装置的工作衬材料厚度实时监控功能、工作衬材料剥落状况实时监控功能和工作衬材料安全服役预警功能。
Description
技术领域
本发明属于煤气检测技术领域，具体涉及一种高温煤气化装置炉衬材料厚度在线监控和预警方法。
背景技术
我国能源的结构特点为“富煤、缺油、少气”，煤气化技术成为了煤炭资源清洁、高效利用的重要途径；煤气化技术是以煤炭等含碳类矿物燃料为原料，通过一系列物理化学反应将其中的可燃部分转化为可燃性气体的技术；气化炉是煤气化技术的核心装置，通常以耐火材料为炉衬； 高温煤气化装置工作衬耐火材料随着使用时间的延长厚度会逐渐减薄，主要由化学侵蚀、剥落、冲刷等造成。工作衬耐火材料无论以何种形式发生减薄、剥落等损毁后，均会威胁高温煤气化装置的正常运行，可能造成炉壁钢壳超温、烧穿，炉内气密性受损、气体外泄，熔渣泄露等严重安全事故；鉴于气化装置高温高压的特点，其热态运行时工作衬耐火材料的厚度日常监控主要凭借操作经验或借助熔渣组分进行大致判断；为排除炉衬过薄带来的安全隐患，气化炉需定期停炉，冷态检修，人工测量炉腔直径推算工作衬残余厚度，该方式极大的影响了生产连续性，提升了成本，经停炉带来的温度骤变会促使材料发生热震，恶化工作衬材料的服役环境，使材料的服役寿命进一步受到压缩。实现对于气化炉工作衬材料厚度的连续在线监控，材料损毁过程的实时判断以及材料服役末期的及时预警，对气化炉的长期、稳定、安全运行意义重大。
高温工业中已实现广泛应用的炉衬材料厚度在线监控技术主要应用于钢铁冶炼窑炉，测厚技术主要分为直接测厚技术和间接测厚技术，其中直接测厚技术主要利用了埋设与炉衬材料等长的传感器（电阻、电容等）在材料减薄时与材料同步消耗，再经过信号传输估算材料实时厚度；间接测厚技术主要利用了光学、传热学、声波技术等，通过与材料厚度具有高度关联性的可测数据，经关联模型间接推测材料厚度。目前关于高温煤气化装置炉衬材料厚度的在线监控技术尚未见大量报道，其原因在于：（1）高温煤气化装置属于压力容器，要求炉体结构保证严格气密性，直接测厚技术的传感器埋设对于炉体结构有不良影响，气密性无法保证；（2）高温煤气化装置属于密闭容器，无法使用开放式窑炉常用的红外扫描成像、激光测量等测厚技术；（3）高温煤气化装置的炉衬材料主要为多层材料组合砌筑形式，利用声波信号振动频率的发射与收集进行间接测厚的技术会因为声波传递与返回路径中的材料物理性能差异造成信号误差较大的缺点，影响测量结果的真实性。
中国专利“转炉炉衬厚度在线检测方法及其装置”（申请号200810124742.X）公开了一种基于温度监控，并根据温度-厚度关系函数，反推炉衬材料厚度的方法及其装置，通过有限元分析软件对炉衬材料的温度-厚度关系进行模拟计算，在炉衬材料永久层和转炉炉底埋设热电偶测温装置，对炉衬材料进行测温，根据温度数据结合温度-厚度参照表，反向计算炉衬厚度，是一种工序简单，操作准确性高的转炉炉衬测厚方法。上述发明专利应用于高温煤气化装置炉衬测厚存在如下局限：（1）转炉炼钢工艺温度是相对固定的，该方法是以炉内温度固定不变为前提的，而气化炉运行时温度时波动的，该温度波动会影响监控数据，仅监控永久衬温度数据而不考虑炉内运行温度对监控数据的影响会导致结果误差偏大；（2）热量由炉内热源传递至工作衬冷面、永久衬热面（热电偶埋设点）过程需要一定时间，转炉为间歇性工作，转炉炼钢周期约为30分钟，运行过程中炉衬难于达到热平衡，基于稳态传热模型的有限元分析软件进行厚度计算误差大，在进行温度数据实时监控及后续反推材料厚度时，不将时间作为结果影响因素无疑进一步导致了测量误差增大（3）转炉属于常压运行的开放式窑炉，在进行热电偶埋设时无需考虑炉衬结构气密性影响，高温煤气化装置属于压力容器，在进行热电偶埋设时需针对炉体结构的气密性进行设计。
高温煤气化装置具有运行时间长、密闭结构、炉内温度波动大、炉衬损毁损率较为均匀等特点，现有技术尚需无法满足，需结合高温煤气化装置工况特点，开发高温煤气化装置炉衬材料厚度在线监控和预警方法。
发明内容
为解决上述技术问题，研究设计出基于热电偶测温法间接测量炉衬厚度，可适用于高温煤气化装置的炉衬厚度在线监控技术，本发明提出一种高温煤气化装置炉衬材料厚度在线监控和预警方法。
分析认为，目前主流气化技术以煤种原料的形式区分，形成了水煤浆气化炉、碎煤气化炉和粉煤气化炉等多种典型炉型，虽然不同炉型在炉体结构和运行工况上有所不同，但为了提高气化效率和产率，气化炉均具有 “高温（1300℃-1700℃）、高压（2MPa以上）、严格密闭”的运行特点；而且，炉体多为圆筒状筒身、多层耐火材料砌筑的炉衬结构；煤气化装置在正常运行过程中气化温度波动小，工作衬耐火材料的损毁损率较为缓慢且均匀，以水煤浆气化炉为例，其正常操作温度1400±50℃，工作衬高铬耐火材料的损毁速率约为0.01~0.02 mm/h；基于上述特点，本申请拟采用单向传热时温度与材料厚度的关系来实现炉衬材料厚度的在线监控和预警。
根据主流煤气化炉大多具有圆筒状筒身、多层耐火材料组合砌筑的结构特点，炉内热源为单一热源（煤燃烧气化时放热），热量自炉内经炉衬材料传递至炉外时存在温度梯度，根据传热学中关于热传导的基本原理，当材料存在热、冷两面时，热量会由热面不断向冷面传递，此过程的数学表达式为：，q为热流密度，λ为导热系数，δ为材料厚度，T1为材料热面温度，T2为材料冷面温度，由此可以得到，在热流方向上单位面积的热流量与材料两端的温度差值成正比，与材料厚度成反比；由于材料两端的温度与材料的厚度存在关联，通过温度-厚度的关联模型进行窑炉炉衬材料工作衬厚度监控的方法是可以实现的。
本发明为完成上述目的采用如下技术方案：
一种高温煤气化装置炉衬材料厚度在线监控和预警方法，方法适用于高温煤气化装置，其炉型主体为圆筒状筒身、多层耐火材料组合砌筑的封闭式炉体结构，炉体内有且仅有一个内热源，其特征在于：在线监控和预警方法的具体步骤如下：
（1）根据气化装置的炉衬材料配置数据和炉体结构数据，绘制气化装置的炉衬结构3D模型图；
（2）使用有限元分析软件模拟计算气化装置运行时炉内各部位的温度场分布，绘制温度范围在1250℃-1650℃内的工作衬材料热面温度T1和工作衬材料冷面温度T2间的温差ΔT与工作衬材料厚度L1的对应关系曲线，即为ΔT-L1参考曲线，并根据工作衬材料允许最低厚度Ld确定服役终末期预警温差ΔTd；
（3）根据温度场分布结果，确定气化装置的温度监控区域，在各温度监控区域设置温度监控热电偶组；
（4）利用记录仪连续采集并记录气化炉运行时工作衬材料热面温度T1和工作衬材料冷面温度T2，设置温度监控规则，绘制温度-时间曲线；
（5）对所绘制的温度-时间曲线进行分析，给出炉衬残余厚度、炉衬剥落时间、炉衬安全厚度预警：根据温度监控规则得到工作衬材料热面/冷面的实时温差，对照ΔT-L1参考曲线获取工作衬材料厚度L1；利用温度-时间曲线中工作衬材料冷面温度T2曲线的波动情况判断工作衬材料的剥落时间；当温度-时间曲线中T1与T2曲线间差值接近ΔTd时进行炉衬厚度安全预警。
如步骤（3）所述的温度监控热电偶组，其特征在于：每个温度监控热电偶组包含2支热电偶；在同一温度区域内沿炉壁等水平线设置不少于2组的温度监控热电偶组；温度监控热电偶组需沿气化装置炉体中心对称；设置于工作衬材料热面的热电偶为铠装式热电偶，热电偶丝外部具有金属或陶瓷保护套，可抵抗高温熔渣侵蚀和渗透，防止热电偶丝因接触熔渣失效，设置方法为通过炉衬材料各层打孔后插入，探入深度与工作衬材料热面平齐，炉衬材料与热电偶保护套间隙由耐火水泥填充；设置于工作衬材料冷面的热电偶为经绝缘陶瓷纤维包覆的热电偶丝，设置方法是与炉衬材料同时砌筑，热电偶丝埋设于各层材料砖缝处，热电偶工作端紧贴工作衬冷面，位置在铠装式热电偶打孔点位半径＜5cm的圆周上；同组热电偶末端均具有密封法兰或石棉橡胶垫片结构，可严格密封于炉体钢壳孔处，保证炉体结构气密性。
如步骤（4）所述的记录仪是一种具有数显功能的无纸记录仪，可同时连续监控多组温度监控热电偶组的数据，可根据使用需求调整数据记录步进，可直接绘制温度-时间曲线。
如步骤（4）所述的温度监控规则为：在气化装置烘炉阶段，进行温度监控规则设置；烘炉过程中维持烘炉温度±50℃的温度范围内，采用记录仪记录工作衬材料热面温度T1和工作衬材料冷面温度T2沿运行时间的变化趋势，根据T1曲线与T2曲线在温度发生等幅度变化时存在的时间差值，确定温度监控滞后时间参数Δt，在实际进行温度监控过程中获取某一时间节点t0时的工作衬材料冷面温度T2后，需采用时间节点t1=t0-Δt时的工作衬材料热面温度T1作为同一组T1/T2温度数据，计算得出ΔT；以此方法在气化装置运行过程中，选择运行温度波动小于±50℃的时间段，获取时间范围15min-30min内多组T1/T2温度数据，计算得出多组ΔT，对这些ΔT数据按记录仪数据记录步进进行平均得到
。
气化装置的温度监控区域至少为两个：高温区、低温区。
本发明提出的一种高温煤气化装置炉衬材料厚度的在线监控和预警方法，采用有限元分析软件，根据气化装置的实际运行温度模拟了工作衬材料热、冷面存在的热传导过程，获取了工作衬热、冷面温度与工作衬厚度的对应关系，采用温差-厚度曲线作为参考曲线，相较于温度数据瞬时波动的特点，在气化装置实际运行过程中，工作衬热、冷面温差可保持相对稳定，减小了测量误差，根据不同炉内操作温度下温差-厚度曲线在低温差时的收束特性，可推测工作衬安全服役温差，实现工作衬材料服役终末期的预警功能；根据有限元分析软件对于气化装置炉体内部温度场的计算，获取了炉体纵向等温线，按等温线对炉体的温度区域进行划分后，减少了热电偶组的非必要埋设，针对煤气化装置炉体对于气密性的严格要求，使用不同设置方法和特征的热电偶，进一步确保了炉体气密性；通过烘炉阶段对温度数据监控规则进行设置，针对材料热冷面热传导的时间滞后特性，引入温度数据的滞后时间参数，设置了合理的温度数据监控和数据获取规则，提升了测量的真实性；利用炉内不同温度区域、炉体同区域不同位置的热电偶组对温度数据进行连续监控，可清晰明了的根据工作衬热、冷面温度曲线的骤变情况判断炉衬材料发生剥落损毁的时间和炉内位置。
本发明提出的一种高温煤气化装置炉衬材料厚度的在线监控和预警方法，可准确、有效的实现高温气化装置的工作衬材料厚度实时监控功能、工作衬材料剥落状况实时监控功能和工作衬材料安全服役预警功能。
附图说明
图1是实施方案气化装置的材料配置及炉体结构数据表；
图2是基于ANSYS有限元分析软件模拟结果绘制的ΔT-L1参考曲线图；
图3是温度数据监控热电偶组的设置示意图；
图4是温度-时间曲线及分析示意图。
图中：1、隔热层，2、保温衬，3、工作衬，4、工作衬冷面热电偶丝，5、钢壳，6、工作衬热面热电偶丝，7、耐火火泥，8、密封法兰密封橡胶。
具体实施方式
为更为详细阐述本发明，结合附图进行进一步说明。
实施例1：
一种高温煤气化装置炉衬材料厚度的在线监控及预警方法，其具体步骤如下：
（1）获取一种单喷嘴水煤浆气化装置的炉衬材料配置数据和炉体结构数据表（如图1所示），利用3D绘图软件绘制气化装置的炉衬结构模型图；
（2）使用ANSYS 有限元分析软件基于气化装置的操作温度区间1250℃-1550℃和所绘制的炉衬结构模型模拟气化装置的热传导过程，通过改变工作衬材料3的厚度参数L1（0mm-258mm），经模拟计算后发现，当ΔT小于57℃时，不同操作温度区间下，工作衬3的残余厚度L1的值趋同，均在50mm附近，说明此时工作衬材料的厚度已处于损毁临界值状态，故根据计算结果获取不同温度区间下ΔT-L1参考曲线及ΔTd值57℃（如图2所示）；
（3）根据ANSYS有限元分析软件对于气化装置内温度场的模拟结果，可以将气化炉纵向划分为低温区（1250℃-1350℃）、中温区（1450℃-1550℃）、高温区（1350℃-1450℃），分别在三个区域设置8组沿炉体筒身中心对称的热电偶组，单组热电偶设置的示意图如图4所示，设置于干燥区和燃烬排渣区工作衬热面的铠装热电偶采用S型热电偶（测量温度0~1600℃），工作衬冷面经绝缘陶瓷包覆的热电偶丝为K型热电偶（测量温度0-1300℃）；设置于燃烧区的热电偶组均采用B型热电偶（测量温度0-1800℃）；所有热电偶组末端均接入数显无纸记录仪中，进行温度数据的连续收集，并在无纸记录仪上实时绘制温度-时间曲线，如图3所示。
（4）烘炉阶段，采用燃烧区的热电偶组温度数据作为本实施例中温度监控规则的设置依据，当燃烧区一组热电偶中工作衬热面热电偶6数据为1000℃时，维持燃气通入量，待同组工作衬冷面热电偶4数据保持平稳后，增加或减少燃气通入量使工作衬热面热电偶温度数据在1000℃±50℃波动，记录工作衬热面热电偶温度数据开始波动的时间节点t1及工作衬冷面热电偶丝温度数据开始波动的时间节点t2，经计算后发现Δt为25min。将25min作为温度数据记录时工作衬冷面热电偶温度数据滞后时间参数。
（5）实际监测过程中，保持炉内温度波动范围连续监控燃烧区工作衬冷面热电偶温度数据T2，本实施例中采取连续监控T2数据15min，数据记录间隔为5s，对监控的T2数据求均值
为1260℃；以开始监控T2数据的时间节点向前倒推25min，获取此时间节点开始后15min内的工作衬热面温度T1数据，并求均值为
为1497℃，计算
为237℃，根据图2参考曲线中1450℃-1550℃操作区间下的对应关系曲线，可以获取此时工作衬实时厚度L1为227mm。
（6）根据无纸记录仪所绘制的温度-时间曲线，当ΔT接近或小于57℃，启动工作衬材料终末期预警机制，立即停止窑炉运行，对对应区域进行检修和炉衬材料更换。
实施例2：
一种高温煤气化装置炉衬材料厚度的在线监控及预警方法，其具体步骤如下：
（1）获取四喷嘴对置式水煤浆气化装置的炉衬材料配置数据和炉体结构数据，利用3D绘图软件绘制气化装置的炉衬结构模型图；
（2）使用ANSYS 有限元分析软件基于气化装置的操作温度区间1350℃-1650℃和所绘制的炉衬结构模型模拟气化装置的热传导过程，通过改变工作衬材料的厚度参数L1（0mm-220mm），经模拟计算后发现，当ΔT小于70℃时，不同操作温度区间下，工作衬的残余厚度L1的值趋同，均在48mm附近，说明此时工作衬材料的厚度已处于损毁临界值状态，故根据计算结果获取不同温度区间下ΔT-L1参考曲线及ΔTd值70℃；
（3）根据ANSYS有限元分析软件对于气化装置内温度场的模拟结果，可以将气化炉纵向划分为1350℃-1450℃的低温区和1450℃-1550℃的中温区及1550℃-1650℃的高温区，分别在三个区域设置6组沿炉体筒身中心对称的热电偶组，设置于低温区和中温区的工作衬热面的铠装热电偶采用S型热电偶（测量温度0~1600℃），工作衬冷面经氧化铝纤维包覆的热电偶丝为K型热电偶（测量温度0-1300℃）；设置于高温区的热电偶组（工作衬热面及冷面）均采用B型热电偶（测量温度0-1800℃），冷面热电偶经氧化铝纤维包覆；所有热电偶组末端均接入数显无纸记录仪中，进行温度数据的连续收集，并在无纸记录仪上实时绘制温度-时间曲线。
（4）烘炉阶段，采用燃烧区的热电偶组温度数据作为本实施例中温度监控规则的设置依据，当燃烧区一组热电偶中工作衬热面热电偶数据为900℃时，维持燃气通入量，待同组工作衬冷面热电偶数据保持平稳后，增加或减少燃气通入量使工作衬热面热电偶温度数据在900℃±50℃波动，记录工作衬热面热电偶温度数据开始波动的时间节点t1及工作衬冷面热电偶丝温度数据开始波动的时间节点t2，经计算后发现Δt为21min。将21min作为温度数据记录时工作衬冷面热电偶温度数据滞后时间参数。
（5）实际监测过程中，保持炉内温度波动范围连续监控高温区工作衬冷面热电偶温度数据T2，本实施例中采取连续监控T2数据20min，数据记录间隔为2s，对监控的T2数据求均值
为1470℃；以开始监控T2数据的时间节点向前倒推21min，获取此时间节点开始后20min内的工作衬热面温度T1数据，并求均值
为1576℃，计算
为206℃，对应参考曲线中1550℃-1650℃操作区间下的对应关系曲线，可以获取此时工作衬实时厚度L1为198mm。
（6）根据无纸记录仪所绘制的温度-时间曲线，当ΔT接近或小于70℃，启动工作衬材料终末期预警机制，立即停止窑炉运行，对对应区域进行检修和炉衬材料更换。
实施例3：
一种高温煤气化装置炉衬材料厚度的在线监控及预警方法，其具体步骤如下：
（1）获取一种Shell气化装置的炉衬材料配置数据和炉体结构数据，利用3D绘图软件绘制气化装置的炉衬结构模型图；
（2）使用ANSYS 有限元分析软件基于气化装置的操作温度区间1400℃-1600℃和所绘制的炉衬结构模型模拟气化装置的热传导过程，通过改变工作衬材料的厚度参数L1（0mm-180mm），经模拟计算后发现，当ΔT小于47℃时，不同操作温度区间下，工作衬的残余厚度L1的值趋同，均在36mm附近，说明此时工作衬材料的厚度已处于损毁临界值状态，故根据计算结果获取不同温度区间下ΔT-L1参考曲线及ΔTd值47℃；
（3）根据ANSYS有限元分析软件对于气化装置内温度场的模拟结果，可以将气化炉纵向划分为1400℃-1500℃的低温区和1500℃-1600℃的高温区，分别在两个区域设置4组沿炉体筒身中心对称的热电偶组，设置于低温区的工作衬热面的铠装热电偶采用S型热电偶（测量温度0~1600℃），工作衬冷面经氧化铝纤维包覆的热电偶丝为K型热电偶（测量温度0-1300℃）；设置于高温区的热电偶组（工作衬热面及冷面）均采用B型热电偶（测量温度0-1800℃），冷面热电偶经绝缘陶瓷包覆；所有热电偶组末端均接入数显无纸记录仪中，进行温度数据的连续收集，并在无纸记录仪上实时绘制温度-时间曲线。
（4）烘炉阶段，采用燃烧区的热电偶组温度数据作为本实施例中温度监控规则的设置依据，当燃烧区一组热电偶中工作衬热面热电偶数据为850℃时，维持燃气通入量，待同组工作衬冷面热电偶数据保持平稳后，增加或减少燃气通入量使工作衬热面热电偶温度数据在850℃±50℃波动，记录工作衬热面热电偶温度数据开始波动的时间节点t1及工作衬冷面热电偶丝温度数据开始波动的时间节点t2，经计算后发现Δt为16min。将16min作为温度数据记录时工作衬冷面热电偶温度数据滞后时间参数。
（5）实际监测过程中，保持炉内温度波动范围连续监控高温区工作衬冷面热电偶温度数据T2，本实施例中采取连续监控T2数据25min，数据记录间隔为5s，对监控的T2数据求均值
为1453℃；以开始监控T2数据的时间节点向前倒推16min，获取此时间节点开始后25min内的工作衬热面温度T1数据，并求均值
为1533℃，计算为
为180℃，对应1500℃-1600℃操作区间下的ΔT-L1参考曲线，可以获取此时工作衬实时厚度L1为143mm。
（6）根据无纸记录仪所绘制的温度-时间曲线，当ΔT接近或小于47℃，启动工作衬材料终末期预警机制，立即停止窑炉运行，对对应区域进行检修和炉衬材料更换。
实施例4：
一种高温煤气化装置炉衬材料厚度的在线监控及预警方法，其具体步骤如下：
（1）获取一种德士古水煤浆气化装置的炉衬材料配置数据和炉体结构数据，利用3D绘图软件绘制气化装置的炉衬结构模型图；
（2）使用ANSYS 有限元分析软件基于气化装置的操作温度区间1350℃-1450℃和所绘制的炉衬结构模型模拟气化装置的热传导过程，通过改变工作衬材料的厚度参数L1（0mm-250mm），经模拟计算后发现，当ΔT小于61℃时，不同操作温度区间下，工作衬的残余厚度L1的值趋同，均在60mm附近，说明此时工作衬材料的厚度已处于损毁临界值状态，故根据计算结果获取不同温度区间下ΔT-L1参考曲线及ΔTd值61℃；
（3）根据ANSYS有限元分析软件对于气化装置内温度场的模拟结果，可以将气化炉纵向划分为1350℃-1400℃的低温区和1400℃-1425℃的中温区及1425℃-1450℃的高温区，分别在三个区域设置8组沿炉体筒身中心对称的热电偶组，设置于低温区和中温区的工作衬热面的铠装热电偶采用S型热电偶（测量温度0~1600℃），工作衬冷面经氧化铝纤维包覆的热电偶丝为K型热电偶（测量温度0-1300℃）；设置于高温区的热电偶组（工作衬热面及冷面）均采用S型热电偶（测量温度0-1600℃），冷面热电偶经绝缘陶瓷包覆；所有热电偶组末端均接入数显无纸记录仪中，进行温度数据的连续收集，并在无纸记录仪上实时绘制温度-时间曲线。
（4）烘炉阶段，采用燃烧区的热电偶组温度数据作为本实施例中温度监控规则的设置依据，当燃烧区一组热电偶中工作衬热面热电偶数据为1000℃时，维持燃气通入量，待同组工作衬冷面热电偶数据保持平稳后，增加或减少燃气通入量使工作衬热面热电偶温度数据在1000℃±50℃波动，记录工作衬热面热电偶温度数据开始波动的时间节点t1及工作衬冷面热电偶丝温度数据开始波动的时间节点t2，经计算后发现Δt为23min。将23min作为温度数据记录时工作衬冷面热电偶温度数据滞后时间参数。
（5）实际监测过程中，保持炉内温度波动范围连续监控高温区工作衬冷面热电偶温度数据T2，本实施例中采取连续监控T2数据15min，数据记录间隔为5s，对监控的T2数据求均值
为1298℃；以开始监控T2数据的时间节点向前倒推23min，获取此时间节点开始后15min内的工作衬热面温度T1数据，并求均值
为1437℃，计算
为139℃，对应1425℃-1450℃操作区间下的ΔT-L1参考曲线，可以获取此时工作衬实时厚度L1为137mm。
（6）根据无纸记录仪所绘制的温度-时间曲线，当ΔT接近或小于61℃，启动工作衬材料终末期预警机制，立即停止窑炉运行，对对应区域进行检修和炉衬材料更换。
Claims (5)
1.一种高温煤气化装置炉衬材料厚度在线监控和预警方法，方法适用于高温煤气化装置，其炉型主体为圆筒状筒身、多层耐火材料组合砌筑的封闭式炉体结构，炉体内有且仅有一个内热源，其特征在于：在线监控和预警方法的具体步骤如下：
（1）根据气化装置的炉衬材料配置数据和炉体结构数据，绘制气化装置的炉衬结构3D模型图；
（2）使用有限元分析软件模拟计算气化装置运行时炉内各部位的温度场分布，绘制温度在1250℃-1650℃内的工作衬材料热面温度T1和工作衬材料冷面温度T2间的温差ΔT与工作衬材料厚度L1的对应关系曲线，即为ΔT-L1参考曲线，并根据工作衬材料允许最低厚度Ld确定服役终末期预警温差ΔTd；
（3）根据温度场分布结果，确定气化装置的温度监控区域，在各温度监控区域设置温度监控热电偶组，所述的温度监控热电偶组，每个温度监控热电偶组包含2支热电偶，设置于工作衬材料热面的热电偶为铠装式热电偶，热电偶丝外部具有金属或陶瓷保护套，设置方法为通过炉衬材料各层打孔后插入，探入深度与工作衬材料热面平齐，炉衬材料与热电偶保护套间隙由耐火水泥填充；设置于工作衬材料冷面的热电偶为经绝缘陶瓷纤维包覆的热电偶丝，设置方法是与炉衬材料同时砌筑，热电偶丝埋设于各层材料砖缝处，热电偶工作端紧贴工作衬冷面，位置在铠装式热电偶打孔点位半径＜5cm的圆周上；同组热电偶末端均具有密封法兰或石棉橡胶垫片结构，可严格密封于炉体钢壳孔处；
（4）利用记录仪连续采集并记录气化装置 运行时工作衬材料热面温度T1和工作衬材料冷面温度T2，设置温度监控规则，绘制温度-时间曲线；
（5）对所绘制的温度-时间曲线进行分析，给出炉衬残余厚度、炉衬剥落时间、炉衬安全厚度预警：根据温度监控规则得到工作衬材料热面/冷面的实时温差，对照ΔT-L1参考曲线获取工作衬材料厚度L1；利用温度-时间曲线中工作衬材料冷面温度T2曲线的波动情况判断工作衬材料的剥落时间；当温度-时间曲线中T1与T2曲线间差值接近ΔTd时进行炉衬厚度安全预警。
2.如权利要求1所述的一种高温煤气化装置炉衬材料厚度在线监控和预警方法，其特征在于：在同一温度区域内沿炉壁等水平线设置不少于2组的温度监控热电偶组；温度监控热电偶组需沿气化装置炉体中心对称。
3.如权利要求1所述的一种高温煤气化装置炉衬材料厚度在线监控和预警方法，其特征在于：所述的记录仪是一种具有数显功能的无纸记录仪，可同时连续监控多组温度监控热电偶组的数据，可根据使用需求调整数据记录步进，可直接绘制温度-时间曲线。
4.如权利要求1所述的一种高温煤气化装置炉衬材料厚度在线监控和预警方法，其特征在于：所述的温度监控规则为：在气化装置烘炉阶段，进行温度监控规则设置；烘炉过程中维持烘炉温度±50℃的温度范围内，采用记录仪记录工作衬材料热面温度T1和工作衬材料冷面温度T2沿运行时间的变化趋势，根据T1曲线与T2曲线在温度发生等幅度变化时存在的时间差值，确定温度监控滞后时间参数Δt，在实际进行温度监控过程中获取某一时间节点t0时的工作衬材料冷面温度T2后，需采用时间节点t1=t0-Δt时的工作衬材料热面温度T1作为同一组T1/T2温度数据，计算得出ΔT；以此方法在气化装置运行过程中，选择运行温度波动小于±50℃的时间段，获取时间范围15min-30min内多组T1/T2温度数据，计算得出多组ΔT，对这些ΔT数据按记录仪数据记录步进进行平均得到
。
5.如权利要求1所述的一种高温煤气化装置炉衬材料厚度在线监控和预警方法，其特征在于：气化装置的温度监控区域至少为两个。
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