CZ300761B6

CZ300761B6 - Termoclánek za cihelnou vyzdívkou

Info

Publication number: CZ300761B6
Application number: CZ20011128A
Authority: CZ
Inventors: S. Stevenson@John; W. Santos@Kent; Zachariou@Gus
Original assignee: Ge Energy (Usa), Llc
Priority date: 1998-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2009-08-05
Also published as: CA2344294C; NO20011559D0; JP2002525624A; NO20011559L; CN1321242A; KR100691535B1; TW432206B; AU767091B2; ZA200102363B; PL197746B1; AU6166599A; CZ20011128A3; CA2344294A1; WO2000019177A1; PL347470A1; US6302578B1; AR020535A1; MXPA01003297A; CN1178052C; EP1117979A1

Abstract

Vynález se týká usporádání termoclánku, kterým se merí teplota ve zplynovacím reaktoru.Termoclánek je namontován ve stene zplynovacího reaktoru tak, aby byl mericí prvek za souvislou vrstvou žáruvzdorných cihel (24). Soustava termoclánku je uložena v dutine (32) vytvorené ve stene zplynovace, v izolacní cihle (22) a prípadne v cásti cesty žáruvzdornou cihlou (24).

Description

Termočlánek za cihelnou vyzdívku

Oblast techniky

Vynález se obecně týká ochrany termočlánku použitého při procesu zplynování, zejména použití žáruvzdorné cihly pro prodloužení životnosti termočlánků použitých u procesů zplynování.

ío Dosavadní stav techniky

U vysokoteplotních procesů zplynování je horký částečně okysličený plyn vyroben z uhlovodíkových paliv, např. uhlí, olejů, uhlovodíkových odpadů apod. Při těchto procesech se nechají uhlovodíková paliva reagovat s reaktivním plynem obsahujícím kyslík, jako je vzduch i s nebo kyslík, ve zplyňovacím reaktoru, aby se získal horký částečně okysličený plyn.

Výraz „uhlovodíkový“ zde použitý pro popis různých vhodných přiváděných materiálů, které obsahují plynné, kapalné a pevné uhlovodíkové a uhlíkaté materiály, a jejich směsi. Ve skutečnosti v podstatě každý hořlavý organický, uhlík obsahující materiál nebo jeho kaly, může být zahrnut do definice výrazu „uhlovodíkový“. Pevné, plynné a kapalné přiváděné materiály mohou být smíchány a použity současně, a ty mohou zahrnovat, parafinové, olefinové, acetylenové, naftenické a aromatické sloučeniny v jakémkoliv poměru. V definici výrazu „uhlovodíkové“ jsou zahrnuty také okysličené uhlovodíkové organické materiály obsahující, karbohydráty, celulosové materiály, aldehydy, organické kyseliny, odpadní alkoholy, kapaliny a ketony, okysličené palivo25 vé oleje, obsahující okysličené meziprodukty uhlovodíkové z chemických pochodů organické materiály a jejich směsi.

Výraz „kapalný hydrokarbon“ je zde použit k popisu vhodného kapalného přiváděného materiálu, který obsahuje různé materiály jako je zkapalněný topný plyn, ropné destiláty a odpady, benzín, nafta, kerosén, ropa, asfalt, plynový olej, zbytkový olej, dehtový olej, olej z břidlic, olej derivovaný z uhlí, aromatické uhlovodíky (jako frakce benzenu, toluenu, xylenu) , kamenouhelný dehet, cyklický plynový olej z fluidních katalytických krakovacích pochodů, furftiralový extrakt z koksárenského plynového oleje a jejich směsi.

Zde použitý výraz „plynné uhlovodíky“ zahrnuje vhodné plynné přiváděné materiály včetně metanu, etanu, propanu, butanu, pentanu, zemního plynu, koksovacího plynu, rafínérského plynu, acetylenový odpadní plyn, etylénový podřadný plyn a jejich směsi.

Zde uvedený výraz „pevná uhlovodíková paliva“ je použit pro popis vhodných přiváděných materiálů, zahrnujících uhlí ve formě antracitu, živičného, subživičného; lignitu, koksu, zbytků vzniklých ze zkapalňování uhlí; raše líny; naftonosné břidlice; dehtových písků; petrolejového koksu; asfaltu, uhlíku ve formě částic (saze nebo popel), pevný uhlík obsahující odpadní materiály jako jsou splašky, a jejich směsí. Určité typy uhlovodíkových paliv, zejména uhlí a petrolejový koks, produkují vysokou hladinu popele a roztavené strusky.

V reakční zóně zplyňovacího reaktoru, se uhlovodíkové palivo dostává do styku s plynem, obsahujícím volný kyslík, případně za přítomnosti teplotního moderátoru. V reakční zóně, obsah obvykle dosáhne teplot v rozsahu 930 °C (1700 °F) až 1650 ° (3000 °F) a ještě typičtěji v rozsahu 1100 °C (2000 °F) až 1540 °C (2800 °F). Tlak bude obvykle v rozsahu 100 KPa (1 atmosféra) až

25 000 KPa (250 atmosfér) a zejména v rozsahu 1500 KPa (15 atmosfér) až 15 000 KPa (150 atmosfér).

Při obvyklém zplyňovacím procesu bude horký částečně okysličený plyn obvykle obsahovat H₂, CO a alespoň jeden plyn ze skupiny H₂O, CO₂, H₂S, COS, NH3, N₂ a AR. Částicový uhlík, popel a/nebo roztavená struska, obvykle obsahující sloučeniny jako SiO₂, AFOi a oxidy a oxysulfidy kovů jako je Fe a Ca jsou obvykle produkovány dobře známým částečně okysličovacím procesem v reakční zóně vertikální ocelové tlakové nádoby se žáruvzdornou vyzdívkou a s volným tokem, proudícím dolů. Příklad takového pochodu a tlakové nádoby je znázorněn a popsán v patentu US 2 818 326, který je zde zahrnut v odkazech.

Termočlánky se obvykle užívají pro měření teploty v těchto vysoko teplotních pochodech, včetně teploty ve zplyňovacím reaktoru. Termočlánky jsou páry drátů z nestejných kovů, které jsou spojeny na obou koncích. Obsah drátů musí být dostatečně nestejný, aby mezi nimi vznikl rozdíl v elektrickém napětí. S výjimkou připojení na konci termočlánku, jsou oba dráty vzájemně elekio tričky odizolovány v ochranném pouzdru. Elektrická izolace je obvykle tvořena izolačním pláštěm, který je vytvořen z elektricky izolačního materiálu, majícího dva neprotínající se otvory, procházející axiálně částí délky pláště, přičemž dráty termočlánku se vedou otvory a otvory se vzájemně protínají pouze v jednom bodě. Typickými materiály pro ochranná pouzdra zahrnují vysokoteplotní, vysoce čisté keramické materiály, jako je kysličník hlinitý. Otvory mohou být !5 vytvořeny odlitím žáruvzdorného materiálu okolo drátů termočlánku a čidla.

Základ činnosti termočlánku je, že se elektrické napětí, které existuje mezi spojovacími kovy mění s teplotou. Elektrické napětí ve srovnání s napětím skutečného nebo umělého standardu, který representuje stejné kovy při standardní teplotě a rozdíl v teplotě se měří přístrojem pro měření napětí, umístěným v obvodu termočlánku nebo alternativně přístrojem pro měření napětí, do kterého jsou vysílány signály vysílačem, umístěným v obvodu termočlánku. Volba různých kovů, použitých pro termočlánek se bude měnit v závislosti, kromě jiného, na očekávaném měřeném teplotním rozsahu, Např. jeden typ termočlánku běžně používaného pro podmínky, které jsou ve zplyňovacím reaktoru, má jeden drát, který obsahuje platinu a asi 30 % rhodia a druhý drát, který obsahuje platinu a asi 6 % rhodia. Pro zplyftovací reaktor jsou použitelné typ B, typ R a typ S termočlánku platina/rhodium.

Termočlánky mají velmi krátkou životnost v prostředí zplyňovacího procesu, zejména v prostředí, které je ve zplyňovacím reaktoru. Poměrně krátká životnost je dána částečně korozivní atmosférou, která převažuje během činnosti zplyňovacího reaktoru. Nechráněný termočlánek, ponechaný v prostředí je rychle napaden a ztrácí účinnost. Takové napadení může být mnohem horší jakmile se termočlánek dostává do styku s roztavenou struskou, přítomnou v reaktoru. Takový termočlánek se může stát neúčinným v několika minutách.

K odstranění tohoto problému jsou termočlánky obvykle vloženy do žáruvzdorné teploměmé jímky, uložené podél vnější stěny zplyňovacího reaktoru. Žáruvzdorné teploměmé jímky by měly obsahovat přehrady z chrom magnezitu, chrómu nebo podobných strusce odolných materiálů a mohou zahrnovat jiné žáruvzdorné nebo nežáruvzdomé materiály jako AI₂O₃, MgO, safír, molybden a nerezovou ocel. Tyto žáruvzdorné teploměmé jímky neposkytují úplnou tepelnou přehradu atmosféře uvnitř zplyňovacího reaktoru. Žáruvzdorné teploměmé jímky neodolávají tlaku, a neodolávají také napětí. Je to jednoduše pouze polopropustná hmotnostní překážka, která chrání teploměrnou jímkou před struskou, přímým plamenem a některými horkými plyny.

Při použití ve zplyňovacím reaktoru může být termočlánek zaveden tak, že prochází otvorem ve vnější stěně tlakové nádoby reaktoru. Teploměmá jímka může pak procházet odpovídajícím otvorem v žáruvzdorném materiálu nebo několika žáruvzdorných materiálech, obvykle používaných k obezdívání vnitřní plochy tlakové nádoby reaktoru. Teploměmá jímka může procházet do otevřeného prostoru reaktoru a ještě obvykleji může být osazena zpět v malé vzdálenosti od vnitřního prostoru reaktoru.

Naneštěstí, umístění termočlánku uvnitř teploměmé jímky neposkytuje úplné řešení. Po čase roztavená struska prolomí teploměrnou jímku. Prolomení obvykle nastane vlivem účinků eroze a koroze, stejně tak jako vlivem tepelného a/mechanického napětím. Prolomení, zpočátku malé, dovoluje, aby se roztavená struska dostala do teploměmé jímky, kde přichází do styku s termo55 článkem, což má za následek jeho nepoužitelnost.

Bude proto výhodné, vytvořit prostředky, kterými by se zvýšila životnost termočlánků, používaných ve zplyňovacím procesu.

Podstata vynálezu

Vynálezem je uspořádání termočlánku, u kterého termočlánek měří teplotu ve zplyňovacím reaktoru. Podstata termočlánku podle vynálezu spočívá v tom, že je zaveden stěnou zplyňovacího reaktoru tak, aby měřicí prvek byl za nepřetržitou vrstvou z ohnivzdorných obkládaěek. Soustava termočlánku je upevněna v otvoru, vytvořeném ve stěně zplyňovacího reaktoru, izolační cihly a případně části průchodu ohnivzdornou obkládačkou.

Přehled obrázků na výkresech

Příkladné provedení termočlánku podle vynálezu je znázorněno na připojeném výkresu, kde na obr. 1 je řez částí stěny zplyňovacího reaktoru, která je opatřena termočlánkem podle vynálezu, upevněného vně kovového pláště zplyňovacího reaktoru, procházejícího pláštěm zplyňovacího reaktoru, vrstvou nebo vrstvami izolačních cihel a částečně prochází ohnivzdornou obkládačkou.

Příklady provedení vynálezu

Zde použitý výraz „termočlánek“ je zařízení pro snímání teploty, které obsahuje čidlo termo25 článku a dráty a nějakou podpěru, izolaci, ochranu nebo upevňovací prostředky, použité případně s čidly termočlánků a dráty.

Zde použitý výraz „žáruvzdorné cihly“ značí vrstvu nebo vrstvy žáruvzdorného materiálu nebo materiálů sousedících s vnitřním prostorem zplyňovacího reaktoru.

Zde použitý výraz „čidlo termočlánku“ popisuje bod, obvykle na vzdálenějším konci termočlánku, kde jsou nepodobné kovy spojeny a kde vzniká napětí.

Zde použitý výraz „teploměmá jímka“ je ochranný plášť, který poskytuje podstatnou překážku proudění plynu a je schopen odolávat tlaku a těsnit proti tlaku.

Zde použitý výraz „pouzdro“ a „ochranné pouzdro“ se používají vzájemně záměně, aby se popsalo těleso, které poskytuje podpěru, ochranu a elektrickou izolaci alespoň pro jeden drát termočlánku.

Zde použitý výraz „roztavená struska“ zahrnuje popel, kovy, kysličník křemičitý a ostatní nečistoty, které mohou být fluidizovány v podmínkách reaktoru.

Při vysokoteplotních zplyňovacích procesech se z uhlovodíkových paliv, např. uhlí, olejů, uhlo45 vodíkových odpadů apod. vytváří horký částečně okysličený plyn. Při těchto procesech uhlovodíkové palivo reaguje s reaktivním plynem obsahujícím kyslík, jako je vzduch nebo kyslík, ve zplyňovacím reaktoru, aby se získal horký částečně okysličený plyn. Zplynovací reaktory jsou proto specielně konstruované parciální hořáky. V reakční zóně zplyňovacího reaktoru se uhlovodíkové palivo dostává do styku s plynem obsahujícím volný kyslík, případně za přítomnosti teplotního moderátoru. V reakční zóně se dosáhnou obvykle teploty v rozsahu 930 °Č (1700 °F) až 1650°C (3000 °F) a ještě obvykleji 1100 °C (2000 °F) až 1540 °C (2800 °F). Tlak bude obvykle v rozsahu 100 KPa (1 atmosféra) až 25 000 KPa (250 atmosfér) a ještě obvykleji v rozsahu 1500 KPa (15 atmosfér) až 15 000 KPa (150 atmosfér).

U mnoha použití palivo obsahuje podstatné množství popele. Při zplyňovacích teplotách může být popel částečně nebo úplně roztaven. Dává se obvykle přednost tomu, aby se popel udržoval v roztaveném stavu dokud neopustí zplyňovací reaktor. Jinak se může částicová hmota shromažďovat a ucpat reaktor. Avšak tento roztavený popel nebo struska je velmi škodlivý pro plochy, kterých se dotýká. Roztavený popel napadá žáruvzdornou cihlu a tato cihla se musí pravidelně vyměňovat.

Zplyňovací reaktor musí být konstruován tak, aby odolával tlakům, které jsou uvnitř něho. To obvykle vyžaduje kovový plášť }0 z obr. 1. Plášť 10 může být z ocele, molybdenu nebo jiného io vhodného materiálu. Tento plášť musí být schopen odolávat tlakům, vznikajícím ve zplyňovací při nejvyšší teplotě, kterou plášť dosáhne během činnosti. Při teplotách asi 1100 °C (2000 °F), typické pro vnitřní prostor zplyňovače se pevnost ocele silně snižuje.

Proto je mezi zplyňovací zónou a pláštěm vrstva nebo vrstvy izolačních cihel 22. Izolační cihly mohou být asi od 15 cm (6 palců) do asi přes 25 cm (10 palců) tlusté. Cihly jsou obvykle v několika vzájemně se překrývajících vrstvách. Cihla je vyrobena z některého vhodného izolačního materiálu. Je to často kysličník hlinitý, kysličník chromitý, kysličník hořečnatý nebo jejich směsi. Izolační cihla je často odlita jako materiál, který má nižší hustotu než ohnivzdorná obkládačka.

Upevnění termočlánku musí procházet otvorem 32 v plášti zplyňovače a tím také izolační cihlou. Tepelný koeficient roztažnosti kovového pláště a izolační cihly je různý. Proto jak se reaktor ohřívá a ochlazuje, plášť a izolační cihla se obvykle vůči sobě pohybují. Otvor 32 v plášti a izolační cihle, kterým prochází termočlánek, musí mít dostatečný průměr, aby dovoloval vzájemný pohyb pláště, izolační cihly a případně ohnivzdorné obkládačky, aniž by se přestřihl termočlánek.

2S V jednom provedení vynálezu je průměr otvoru mezi asi 1,3 cm (0,5 palce) a asi 15 cm (6 palci).

Průměr otvoru je s výhodou mezi asi (2,5 cm (1 palec) a asi 10 cm (4 palci).

Na vnitřní ploše izolační cihly je jedna nebo více vrstev ohnivzdorných obkládaček. Tato ohnivzdorná obkládačka je často podobného složení jako izolační cihla, i když má podstatně vyšší hustotu než izolační cihla. Tato ohnivzdorná obkládačka je tepelně vodivější než izolační cihla. Tato ohnivzdorná obkládačka je vyrobena z kteréhokoliv vhodného izolačního materiálu, tj, kysličníku hlinitého, kysličníku' chromitého, kysličníku horečnatého nebo jejich směsí. Tato ohnivzdorná obkládačka je vystavena zplyňovací zóně. Pro přiváděnou vsázku, která má podstatné množství strusky, tj. větší než 0,1 procento hmotnostní celkové vsázky, jsou pak ohnivzdorné obkládačky s výhodou vyrobeny z žáruvzdorného materiálu, který více odolává strusce, jako jsou vysokojakostní kysličník chromitý, hořečnatý nebo jejich směsi.

Vrstva nebo vrstvy žáruvzdorných cihel 24 pro tepelné obklady mohou mít tloušťku v rozsahu asi 10 cm (4 palce) až asi 36 cm (14 palců). Výhodná tloušťka cihel pro tepelné obklady je asi 15 cm (6 palců) až 31 cm (12 palců), ještě výhodněji asi 20 cm (8 palců) až asi 25 cm (10 palců).

Termočlánky mají velmi krátkou životnost v prostředí, které se nachází ve zplyňovacím procesu, zejména prostředí ve zplyňovacím reaktoru. Nechráněný termočlánek ponechaný v tomto prostředí je rychle napaden a ztrácí použitelnost. Takové napadení je ještě horší, když přichází ter45 močlánek do styku s roztavenou struskou, nacházející se v reaktoru. Takový termočlánek se může stát neúčinným během několika minut.

Čidlo 30 termočlánku podle předloženého vynálezu je uloženo za vrstvou žáruvzdorných cihel 24. Termočlánek 26, s nebo bez teploměmé jímky, prochází postupně přímo otvorem v ocelovém plášti JO zplyňovače a potom souosým otvorem 32, v žáruvzdorné izolační cihle a potom, případně, část cesty žáruvzdornou cihlou 24.

Odezva na teplotu, tj. doba pro změnu teploty ve zplyňovací, která se má odrazit v odezvě termočlánku, závisí částečně na tloušťce vrstvy ohnivzdorné obkládačky mezi termočlánkem a zplyňo55 vací zónou. Dále menší izolační účinek ohnivzdorné obkládačky bude mít za následek, že odečet

CZ 300761 Bó termočlánku umístěného za ohnivzdornou obkládačkou, bude nízký. Doba prodlevy a teplotní rozdíl jsou výraznější u tlustších vrstev ohnivzdorných obkládaěek mezi čidlem 30 termočlánku a vnitřním prostorem zplyňovače. Tloušťka vrstvy ohni vzdorných obkládaěek mezi čidlem termočlánku a vnitřním prostorem zplyňovače by proto měla být menší než 31 cm (12 palců), s s výhodou menší než 23 cm (9 palců), ještě výhodněji menší než 15 cm (6 palců) a ještě výhodněji menší než 12 cm (4,5 palců). Současně je ohnivzdorná obkládačka napadána roztavenou struskou a atmosférou uvnitř zplyňovače a ohnivzdorné obkládačky se mohou poškodit. Poškození se může urychlit napětím, způsobeným zmenšenou tloušťkou ohnivzdorné obkládačky před termočlánkem. Proto tloušťka ohnivzdorné obkládačky je s výhodou větší než 5 cm (2 palce), io výhodněji větší než 8,9 cm (3,5 palce). Pro uhlovodíkovou vsázku, která vytváří větší množství roztavené strusky, tj. větší než 0,1 procenta hmotnostního vsázky, je tloušťka ohnivzdorné obkládačky s výhodou větší než 8,9 cm (3,5 palce), ještě výhodněji větší než 10 cm (4 palce).

Tyto rozměry se mohou měnit pro různé vsázky. Tloušťka cihly pro tepelný obklad mezi otvorem obsahujícím termočlánek a vnitřním prostorem zplyňovače může být v rozsahu od asi 20 až asi 100 % tloušťky ohnivzdorné obkládačky, s výhodou od asi 30 do asi 66 % a nejlépe od asi 40 do asi 60 % tloušťky ohnivzdorné obkládačky. V tomto rozsahu je tloušťka mezi otvorem a vnitřním prostorem zplyňovače menší než 100 %, a s výhodou otvor prochází plynule od otvoru v izolační cihle. Z ohnivzdorné obkládačky, v pohledu z vnitřního prostoru zplyňovače, nebude s výhodou odstraněno podstatné množství materiálu.

Zejména výhodné provedení vynálezu má průměrnou tloušťku ohnivzdorné obkládačky asi 20 cm (8 palců) až 25 cm (10 palců), a tloušťku ohnivzdorné obkládačky před termočlánkem je mezi asi 8,9 cm (3,5 palce) a asi 12 cm (4,5 palce) a otvor nebo otvor procházející částečně ohni25 vzdornou obkládačkou. Tento otvor by měl být souvislý s otvorem procházejícím pláštěm a izolační cihlou. Tento otvor může být odlit do izolační cihly a ohnivzdorné obkládačky nebo může být obroben v namontované cihle. Otvor by měl mít takovou velikost a žáruvzdorný materiál by měl být tak namontován, aby termočlánek nebyl přestřižen následkem tepelné roztažnosti a pohybu během ohřívání a ochlazování reaktoru.

Při 10 centimetrové (4 palcové) tloušťce ohnivzdorné obkládačky před termočlánkem, s izolační cihlou, vnějším pláštěm a přírubovou soustavou znázorněnou na obr. 1, je asi 20 až 30 sekund prodleva v odezvě termočlánku na teplotní změny uvnitř reaktoru. Termočlánek bude mít také odečet o asi mezi 55 °C (100 °F) a asi 170 °C (300 °F) nižší než běžně montované termočlánky.

Avšak jakmile jeto jednou známé a termočlánek je takto kalibrován, s oběma faktory lze při činnosti a ovládání reaktoru počítat.

Termočlánek by měl být upevněn tak, aby se čidlo 30 termočlánku nemohlo dotýkat žáruvzdorného materiálu cihel 22 a 24. Dává se přednost tomu, aby bylo čidlo termočlánku umístěno mezi asi 0,6 cm (0,25 palce) a asi 8 cm (3 palci), s výhodou mezi asi 1,2 cm (0,5 palce) a asi 2,5 cm (1 palcem) před zadní plochou ohnivzdorné obkládačky mezi čidlem termočlánku a vnitřním prostorem zplyňovače.

Termočlánek 26 je sestaven z páru drátů J_8. Dráty j8 mají rozdílný obsah kovu takový, aby mohl vzniknout mezi nimi rozdíl elektrického napětí, jakmile je termočlánek vystaven tepelnému zdroji. Oba dráty mohou např. obsahovat platinu a rhodium jako své primární složky s tím, že obsah platiny a rhodia je v obou drátech různý. Např. jeden z drátů může být čistá platina a druhý drát může obsahovat 10 % nebo 13 % rhodia. U obou drátů je zbytek hlavně platina,

Obvykle se dává přednost umístění Čidla termočlánku na konec ochranného pouzdra 28. Dráty jsou vzájemně spojeny horkým koncem a studeným koncem (neznázoměný). Výrazy „horký“ a „studený“ jsou použity proto, že při použití k měření teploty zplyňovacího reaktoru, Horký konec je umístěn blíž k tepelnému zdroji. Rozdíl mezi elektrickým napětím obou drátů se měří. Není důležité, jak se rozdíl napětí měří. Ve skutečnosti jsou odborníkům známy různé prostředky pro

měření rozdílů v elektrickém napětí. Každý z těchto způsobů lze použít u předloženého vynálezu. Např. lze do obvodu termočlánku vložit voltmetr.

Jindy a s výhodou, je studený konec opatřen snímačem teploty (neznázoměný). Signál vydávaný snímačem teploty může být potom přenášen do řídícího střediska nebo jiného místa prostředky pro přenos signálu (neznázoměný).

S výjimkou horkého a studeného konce, oba dráty termočlánku jsou vzájemně od sebe odizolovány. I když není důležité jak jsou odizolovány, v tomto provedení je elektrická izolace prove10 děna vysokoteplotní, vysoce čistou keramickou vložkou nebo odlitými samostatnými otvory uvnitř ochranného pouzdra 28.

Jsou dvě provedení tohoto vynálezu. První využívá teploměmou jímku pro provedení další ochrany termočlánku. Termočlánek je zapouzdřen v teploměmé jímce, procházející z příruby. Tato teploměmá jímka by měla tvořit tlakovou (plynovou) přehradu umožňující, že za určitých okolností, může být termočlánek obsluhován s činností zplyňovače. Plynová přehrada nemusí být absolutní. Např. teploměmá jímka paladium/stříbro popsaná v patentu US 5 005 986, zde zahrnutá v odkazu, je propustná pro vodík. Teploměmá jímka nicméně za určitých okolností umožňuje, aby byl termočlánek v podstatě v atmosférickém tlaku. Avšak nedostatek je v tom, že tep20 loměmá jímka prochází do reaktoru a prolomení v ohnivzdorné obkládačce dovolí korozivně erozivní roztavené strusce přímo napadnout tlakovou přehradu. Proto toto není výhodné provedení vynálezu.

Soustava termočlánku a teploměmé jímky se na příslušném místě upevňuje tak, že se teploměmá jímka přišroubuje, připojí svorníky nebo svěrkami k přírubě 14 termočlánku. Použitím dvou samostatných spojení se dosáhne zvýšená účinnost v tom, že termočlánek 26 může být vyměněn, aniž by se musela vyjmout teploměmá jímka.

Jindy mohou být na ochranu termočlánku použita ochranná pouzdra, aniž by se vytvořilo tlakové těsnění. V některém místě musí dráty termočlánku vycházet z tlakové nádoby. Dráty procházejí tlakovou těsnící tvarovkou, která jeve styku s vložkou, která zapadá do odnímatelné příruby 14. Příruba 14 je sdružená s redukční přírubou 12, která lícuje s vnějším ocelovým pláštěm JO tlakové nádoby zplyňovacího reaktoru.

Dává se přednost tomu, aby bylo tlakové těsnění okolo drátů termočlánku vytvořeno v místě, kde je teplota podstatně nižší než teplota ve zplyňovači, tj. nižší než 540 °C (1000 °C) nebo nižší než s výhodou 320 °C (600 °F) a ještě výhodněji nižší než 200 °C (400 °F). Tlakové těsnění nebude tak vystaveno napadení roztavenou struskou v případě popraskání ohnivzdorné obkládačky. Struska ztuhne a nedostane se k tlakovému těsnění. Dále, elastomery nebo jiné tlakové těsnicí konektory mají obvykle delší životnost, kdy nejsou vystaveny teplotám, které jsou ve zplyňovači. Tlakové těsnění Je obvykle vytvořeno poblíž nebo uvnitř příruby 14 termočlánku.

Ochranné pouzdro je obvykle vyrobeno z ně kterého vhodného žáruvzdorného materiálu, tj. kysličníku hlinitého, kysličníku chromitého, kysličníku hořečnatého nebo jejich směsí. Ochranné pouzdro však nebude vystaveno roztavené strusce, a může být proto vyrobeno z méně drahého kysličníku hliníku t když může reaktor obsahovat roztavenou strusku. Ochranné pouzdro obvykle obsahuje izolační vložku mezi dvěma elektrickými konektory. Ve výhodném provedení má ochranné pouzdro otvory, procházející po délce ochranného pouzdra, přičemž dráty termočlánku vedou otvory a otvory se vzájemně neprotínají s výjimkou v bodě, kde se dráty spojují.

Dále k ochrannému pouzdru, může být použito každé jiné ochranné pouzdro obvykle používané nebo později vyvíjené některým z běžných odborníků. Je výhodné také použít další ochranné pouzdro obklopující čidlo termočlánku a ochranné pouzdro. Taková pouzdra mohou obsahovat přepážky z žáruvzdorných a/nebo nežáruvzdomých materiálů jako je A1₂O₃, MgO, chrommagnéCl 300761 B6 zium, vysoce kvalitní chrom, molybden, nerezová ocel nebo jejich směsi nebo kombinace. Kombinací se myslí dva nepodobné materiály v témž pouzdře.

V provedení podle vynálezu, ochranné pouzdro může obsahovat vnitřní ochranné pouzdro a vnější ochranné pouzdro. Vnitřní ochranné pouzdro může být vytvořeno z žáruvzdorného materiálu s vysokou hustotou a nízkou porézností, jako je kysličník hlinitý nebo hořečnatý. Odlévatelný žáruvzdorný materiál, obvykle s vysokou hustotou a nízkou porézností, se pak odlije okolo vnitřního ochranného pouzdra a posadí tak, aby tvořilo vnější ochranné pouzdro okolo celého, ale vnitřního ochranného pouzdra. S výhodou je tímto odlévatelným žáruvzdorným materiálem io s vysokou hustotou a nízkou porézností obsahuje oxid chrómu nebo chrommagnézium.

Ohnivzdorné obkládačky netvoří tlakové těsnění. Proto musí být pro utěsnění tlaku použita příruba nebo příruby 12 a 14 nebo jiná vhodná soustava. Pro tuto soustavu bude výhodné, když bude odnímatelná tak, aby mohl být termočlánek podle potřeby obsluhován. Alespoň jedna příruba je vhodný prostředek pro utěsnění otvoru v pouzdru zplyňovače, aby byl zplyňovaČ plynotěsný, a současně tvoří prostředek pro vyjímání termočlánku pro údržbu. Místo lícujících přírub lze použít kryty opatřené závitem a trysky nebo jiné spojovací prostředky.

Příruba je s výhodou chráněná od sálavého tepla vyzařovaného z horké ohnivzdorné obkládačky a izolační cihly. Jinak by mohla být příruba nadměrně horká. Jeden ze způsobů ochrany je ten, že se příruba připevní směrem ven od pláště zplyňovače a protilehlé příruby, s termočlánkem procházejícím přírubou, a nejméně jednou a s výhodou několika podložkovými uspořádáními 20 uvnitř tělesa příruby, která sledují vnitřní povrch ochranného pouzdra. Tato podložková uspořádání 20, která mohou vypadat jako kroužky, obklopují zevnitř ochranné pouzdro. Je výhodné, aby byly tyto podložky nebo kroužky vyrobeny z poddajného izolačního materiálu. Dává se přednost kroužkům vyrobeným z kaolinové vlny. Tenké poddajné přehrady 32, umístěné mezi těmito kroužky nebo podložkami jsou také výhodné.

Tyto kroužky, podložky a tenké poddajné přehrady těsní otvor od sálavého tepla, vyzařovaného z ohnivzdorné obkládačky. Tato ohnivzdorná obkládačka působí jako černé těleso a může vyzařovat teplo podél dráhy, ve které probíhá ochranné pouzdro. Ochranná pouzdra jsou obvykle rovná. Blokováním tohoto sálavého tepla může být, místo kde ochranné pouzdro prochází tlakovým těsněním a je spojeno s obvyklejším drátem, udržováno pod asi 540 °C (1000 °F) a s výhodou pod asi 200 °C (400 °F). Tyto kroužky, podložky a tenké poddajné přehrady také tvoří částečnou bariéru pro konvekční tepelné proudění.

Použití redukční příruby 12 dovoluje, aby mohl být termočlánek vyjmut a mohla být provedena jeho údržba, s minimálním porušením těchto kroužků, podložek a tenkých poddajných přehrad. Termočlánek jako takový, je v tomto provedení, upevněn na termočlánkové přírubě 14. Vně této termočlánkové příruby 14 může být teplota podstatně snížena tak, aby přívody termočlánku mohly být připojeny k běžným vysoce teplotním drátům, např. svorkovnici 16 uvnitř instalační trubky. Tato instalační trubka může mít plynové těsnění, aby se zabránilo úniku plynu a ohrožení např. řídící místnosti. Tlakové těsnění mezi tlakovým zplyňovacím reaktorem a atmosférickou instalační trubkou je s výhodou vytvořeno v nebo těsně u termočlánkové příruby 14.

Umístění termočlánku za ohnivzdornou obkládačkou podle různých provedení vynálezu, kromě jiných výhod, zvyšuje životnost termočlánku oproti obvyklým termočlánkům zapouzdřeným ve strusce odolných ochranných pouzdrech.

U jiných provedení je více než jeden termočlánek vložen do dutiny 32 za ohnivzdornou cihlou, mající alespoň odpovídající počet vnitřních ochranných pouzder. U takového provedení, vzdálenější konce jednoho nebo více termočlánků jsou s výhodou umístěny v různých místech podél délky ochranného pouzdra nebo ochranných pouzder do různých hloubek. Je výhodné, aby se hloubky ve kterých je umístěno čidlo termočlánku, měnily v rozsahu asi 5 cm (2 palce) nebo dále od čelní stěny ohni vzdorné obkládačky. Např. v provedení, u kterého jsou použity dva termo1 články, struska nejdále pronikající k ochrannému pouzdru obvykle dosáhne nejprve k termočlánku umístěnému nejtěsněji ke špičce. Tento termočlánek se potom poškodí. Potom trvá další dobu než struska dosáhne k druhým termočlánkům a poškodí je. Proto může proces běžet déle a zastavení a zpuštění zplyňovače může být plánováno předem, aniž by bylo potřeba nouzové zastavení. Zatímco přesnost poskytovaná druhým termočlánkem není tak dobrá jako u prvního termočlánku, rozdíl nedělá řízení procesu problém, protože odečítání hodnot z druhého termočlánku může být opravováno na základě dat sebraných před poškození prvního termočlánku.

V jiném provedení vynálezu může být jeden nebo více prostředků pro měření teploty zplyňovače, i o včetně ale ne pouze, tradičních termočlánků v ochranných pouzdrech a případně teploměmých jímek umístěných v otvorech, procházejících ohnivzdornou cihlou, tato pouzdra jsou z jakýchkoliv zmíněných žáruvzdorných materiálů nebo materiálů, u kterých se později zjistí, že jsou vhodné. Sbíhání teplot, zaznamenávaných termočlánkem, umístěným za ohnivzdornou cihlou s teplotou termočlánku více přímo vystaveného prostředí zplyňovače, může být využito ke zhodnocení podmínek ohnivzdorné cihly. Např, jestliže termočlánky za ohnivzdornou cihlou, které normálně mají odečet o 110 °C (200 °F) nižší než termočlánky více úplně vystavené vnitřnímu prostoru zplyňovače se dostávají blíže, např. na odečet o 55 °C (100 °F) nižší než termočlánky více úplně vystavené vnitřku zplyňovače, a to je očividně ztenčením vrstvy ohnivzdorné cihly. Jestliže dvě měření mají stejné hodnoty, je to důkaz o podstatném porušení ohnivzdorné cihly. Konečně, jestliže termočlánek přestane pracovat následkem napadení struskou, Je to důkaz o porušení ohnivzdorné cihly struskou, nejméně do hloubky ohnivzdorné cihly mezi termočlánkem a vnitřním prostorem zplyňovače. Znalost poškození ohnivzdorné cihly dříve než se stane problém akutní, může znamenat pravidelnější zastavení a čas pro přípravu údržby během zastavení.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Uspořádání termočlánku v reaktoru, ve kterém se zplyňují uhlovodíkové materiály a který obsahuje roztavenou strusku a zahrnuje plášť (10), izolační cihlu (22) a žáruvzdornou cihlu (24), kde uspořádáni termočlánku sestává z čidla (30) termočlánku (26) a drátů (18) zapouzdřených

35 v ochranném pouzdru (28), procházející dutinou (32) v plášti (10) zplyňovače a izolační cihlou (22), ale dutina (32) neprochází úplně žáruvzdornou cihlou (24), vyznačující se tím, že čidlo (30) termočlánku (26) je v dutině (32) uloženo bez kontaktu s izolační cihlou (22) nebo žáruvzdornou cihlou (24).

2. Uspořádání termočlánku podle nároku 1, vyznačující se tím, že ochranné pouz40 dro (28) obsahuje kysličník hlinitý, kysličník chromitý, kysličník horečnatý, nebo jejich směsi.

3. Uspořádání termočlánku podle nároku 1, vyznačující se tím, že ochranné pouzdro (28) obsahuje otvory, procházející axiálně částí jeho délky, přičemž dráty (18) termočlánku (26) vedou skrz otvory a tyto otvory se vzájemně protínají pouze v jednom bodě.

4. Uspořádání termočlánku podle nároku 1, vyznačující se tím, že čidlo (30)

45 termočlánku (26) je umístěno ve vzdálenosti mezi asi 0,6 a 8 cm od zadní plochy žáruvzdorné cihly (24) mezi čidlem (30) termočlánku a vnitřním prostorem zplyňovače.

5 mezi asi 5 a 23 cm.

5. Uspořádání termočlánku podle nároku 1, vyznačující se tím, že Čidlo (30) termočlánku (26) je umístěno ve vzdálenosti mezi asi 1,2 a 2,5 cm od zadní plochy žáruvzdorné cihly (24) mezi čidlem (30) termočlánku a vnitřním prostorem zplyňovače.

50

6. Uspořádání termočlánku podle nároku 1, vyznačující se tím, že dutina (32) má průměr mezi asi 2,5 a 10 cm.

7. Uspořádání termočlánku podle nároku 1, vyznačující se tím, že dutina (32) má průměr mezi asi 3,8 a 6,4 cm.

8. Uspořádání termočlánku podle nároku 1, vyznačující se tím, že tloušťka vrstvy žáruvzdorné cihly (24) mezi čidlem (30) termočlánku (26) a vnitřním prostorem zplyňovače je

9. Uspořádání termočlánku podle nároku 1, vyznačující se tím, že tloušťka vrstvy žáruvzdorné cihly (24) mezi čidlem (30) termočlánku (26) a vnitřním prostorem zplyňovače je mezi asi 8,9 a 15 cm.

10. Uspořádání termočlánku podle nároku 1, vyznačující se tím, že hmotnost vyroio bene roztavené strusky je asi 0,1 % hmotn. nebo více hmotností uhlovodíkového materiálu a tloušťka vrstvy žáruvzdorných cihel (24) mezi dutinou (32) a vnitřkem zplyňovače je mezi asi 8,9 a 12 cm.

11. Uspořádání termočlánku podle nároku 1, vyznačující se tím, že dutinou (32) prochází částí žáruvzdorné cihly (24), kde její tloušťka mezi otvorem (32) a vnitřním prostorem

12. Uspořádání termočlánku podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje zapouzdření termočlánku (26) a drátů (18) do ochranných pouzder (28).

13. Uspořádání termočlánku podle nároku 12, vyznačující se tím, že nej vnitřnější ochranné pouzdro (28) je složeno z kysličníku hlinitého, kysličníku horečnatého, chrommagné20 zia, vysoce čistého chrómu, nebo jejich směsí a nejkrajnější ochranné pouzdro (28) je složeno z kysličníku hlinitého, kysličníku hořečnatého, chrommagnézia, vysoce čistého chrómu, molybdenu, nerezavé ocele, nebo jejich směsi, nebo jejich kombinací.

14. Uspořádání termočlánku podle nároku 13, vyznačující se tím, že vnitřní ochranné pouzdro (28) je vytvořeno z kysličníku hlinitého nebo hořečnatého nebo jejich směsi a vnější

25 ochranné pouzdro (28) je složeno z kysličníku chromitého nebo chrommagnézia, odlitého okolo vnitřního ochranného pouzdra.

15. Uspořádání termočlánku podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje termočlánek (26) uzavřený v teploměmé jímce.

15 zplyňovače je asi 8,9 až 15 cm a tloušťka žáruvzdorné cihly (24) je jinak mezi asi 20 a 25 cm.

16. Uspořádání termočlánku podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje

30 redukční přírubu (12) připevněnou směrem ven od pláště (10) zplyňovače a protilehlé příruby (14) s termočlánkem (26) procházejícím přírubou (12, 14) a dále obsahuje nejméně jedno podložkové uspořádání (20) obklopující ochranné pouzdro (28) uvnitř uspořádání.

17. Uspořádáni termočlánku podle nároku 16, vyznačující se tím, že podložkové uspořádání (20) je složeno z kaolinové vlny.

35

18. Uspořádání termočlánku podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále zahrnuje množství čidel (30) termočlánků a drátů (18) zapouzdřených v jednom nebo více ochranných pouzdrech (28), přičemž Čidla (30) termočlánků jsou v předem stanovených vzdálenostech od lícní plochy žáruvzdorné cihly (24) a vzdálenosti se vzájemně liší nejméně o 5 cm.

19. Uspořádání termočlánku podle nároku 1, vyznačující se tím, že tloušťka žáru40 vzdorné cihly (24) mezi dutinou (32) s v něm umístěným termočlánkem (26) a vnitřkem zplyňovače je od asi 20 do 100 % tloušťky žáruvzdorné cihly (24) přilehlé žáruvzdorné cihly (24) mezi otvorem (32) a termočlánkem (26) a vnitřkem zplyňovače.