PL197746B1 - Termopara umieszczana w ścianie reaktora gazyfikacyjnego - Google Patents

Abstract

1. Termopara umieszczona w scianie reak- tora gazyfikacyjnego, którego sciana sk lada si e z p laszcza, warstwy izolacyjnej i wy lo zenia ognio- trwa lego z cegly ogniotrwa lej, zawieraj aca czuj- nik i przewody umieszczone w ochronnej os lo- nie przechodz acej przez otwór ukszta ltowany w p laszczu, w warstwie izolacyjnej i w warstwie ogniotrwa lej, i posiadaj aca ko lnierz zamocowa- ny do niej na zewn atrz p laszcza reaktora gazy- fikacyjnego do mocowania do sciany reaktora gazyfikacyjnego, przy czym termopara prze- chodzi przez ko lnierz redukcyjny usytuowany pomi edzy p laszczem i ko lnierzem termopary, znamienna tym, ze ochronna os lona (28) ter- mopary (26) jest umieszczona w otworze (32) ukszta ltowanym jako nieprzelotowy w warstwie ogniotrwa lej (24), a pomi edzy p laszczem (10) i ko lnierzem redukcyjnym (12) jest umieszczona co najmniej jedna podk ladka (20) otaczaj aca ochronn a os lon e (28) termopary (26). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest termopara umieszczona w ścianie reaktora gazyfikacyjnego. Wynalazek dotyczy zwłaszcza ochrony termopary stosowanej w reaktorze w procesie gazyfikacji paliwa węglowodorowego.

W wysoko temperaturowych procesach gazyfikacji, jest wytwarzany gorący, częściowo utleniony gaz z paliwa węglowodorowego, na przykład węgla, ropy naftowej, odpadów węglowodorowych, i tym podobnych. W tych procesach, paliwa węglowodorowe reagują z reakcyjnym gazem zawierającym tlen, takim jak powietrze lub sam tlen, w reaktorze gazyfikacyjnym w celu otrzymania gorącego, częściowo utlenionego gazu.

Do pomiaru temperatury w tych wysoko temperaturowych procesach, włącznie z temperaturą w reaktorze gazyfikacyjnym, są zwykle stosowane termopary. Termopara zawiera dwa przewody z różnych metali, które są połączone ze sobą na obu końcach. Skład przewodów termopary musi być odpowiednio różny, aby umożliwić wytworzenie różnicy potencjałów elektrycznych pomiędzy nimi. Z wyjątkiem połączenia na końcach termopary, dwa przewody są elektrycznie izolowane od siebie za pomocą ochronnej osłony. Ochronna osłona jest zwykle z materiału izolującego elektrycznie, odpornego na temperaturę i ma dwa oddzielone od siebie przelotowe kanały rozciągające się osiowo na części długości osłony. W tych kanałach są umieszczone przewody termopary, które łączą się ze sobą tylko w jednym punkcie. Typowym materiałem osłony jest wysoko temperaturowa ceramika o wysokiej czystości, taka jak korund. Kanały mogą być ukształtowane poprzez odlewanie materiału ognioodpornego wokół przewodów termopary i czujnika.

Podstawą pracy termopary jest zmiana, wraz z temperaturą, potencjału elektrycznego, który występuje pomiędzy łączącymi się materiałami. Potencjał elektryczny jest porównywany z normą potencjału rzeczywistego lub sztucznego dla tych samych metali w standardowej temperaturze, a różnica temperatury jest mierzona za pomocą urządzenia mierzącego napięcie, umieszczonego w obwodzie termopary lub, alternatywnie, za pomocą mierzącego napięcie przyrządu, który wysyła sygnały za pomocą nadajnika umieszczonego w obwodzie termopary. Wybór różnych metali stosowanych na termoparę zmienia się zależnie od, między innymi, oczekiwanego zakresu temperatur, które mają być mierzone. W reaktorze gazyfikacyjnym zwykle stosuje się termopary platynowo/rodowe.

Termopary mają bardzo krótką trwałość w środowisku występującym w procesie gazyfikacyjnym, zwłaszcza w środowisku występującym w reaktorze gazyfikacyjnym. Stosunkowo mała trwałość jest spowodowana atmosferą korodującą, która przeważa podczas działania reaktora gazyfikacyjnego. Nie chroniona termopara, pozostawiona w tym środowisku, jest szybko atakowana i staje się nieużyteczna. Takie oddziaływanie jest najbardziej agresywne, gdy termopara styka się ze stopionym żużlem obecnym w reaktorze. Taka termopara może stać się niesprawna w ciągu kilku minut.

W celu złagodzenia tego problemu, termopary są zwykle umieszczane w gniazdach termicznych zamontowanych wzdłuż zewnętrznej ściany reaktora gazyfikacyjnego. Gniazda termiczne tworzą osłonę z tlenku chromowego i tlenku magnezowego lub tylko z tlenku chromowego lub podobnych materiałów odpornych na działanie żużla i mogą zawierać inne ognioodporne i nieognioodporne materiały, takie jak AhO3, MgO, szafir, molibden i stal nierdzewna. Gniazda termiczne nie stanowią całkowitej bariery dla atmosfery wewnętrznej reaktora gazyfikacyjnego. Są one po prostu barierą półprzepuszczalną, która zabezpiecza termoparę przed żużlem, bezpośrednim ogniem i pewnymi gazami. Gniazda termiczne nie są jednak wytrzymałe na działanie ciśnienia wytwarzanego wewnątrz reaktora gazyfikacyjnego.

Na przykład z opisu patentowego US 5,005,986 znana jest termopara umieszczona w ścianie reaktora gazyfikacyjnego, którego ściana składa się z płaszcza, warstwy izolacyjnej i wyłożenia ogniotrwałego z cegły ogniotrwałej. Termopara zawiera czujnik i przewody umieszczone w ochronnej osłonie przechodzącej przez otwór ukształtowany w płaszczu, w warstwie izolacyjnej i w warstwie ogniotrwałej, i posiadająca kołnierz zamocowany do niej na zewnątrz płaszcza reaktora gazyfikacyjnego do mocowania do ściany reaktora gazyfikacyjnego. Termopara przechodzi przez kołnierz redukcyjny usytuowany pomiędzy płaszczem i kołnierzem termopary. Termopara w ochronnej osłonie jest umieszczona w gnieździe termicznym z palladu/srebra. Przy zastosowaniu w reaktorze gazyfikacyjnym, gniazdo termiczne jest zamontowane poprzez wsunięcie go do otworu w zewnętrznej ścianie zbiornika ciśnieniowego reaktora. Gniazdo termiczne może następnie być przesunięte przez odpowiedni otwór w materiale ognioodpornym lub kilku warstwach materiałów ognioodpornych, zwykle stosowanych do wyłożenia wewnętrznej powierzchni zbiornika ciśnieniowego reaktora. Gniazdo termiczne może

PL 197 746 B1 wystawać do otwartej przestrzeni reaktora, lub w szczególności może być osadzone jako cofnięte na małą odległość od wnętrza reaktora.

Niestety, umieszczenie termopary wewnątrz tak usytuowanego gniazda termicznego nie zapewnia całkowitego rozwiązania problemu zabezpieczenia termopary. Po pewnym czasie, stopiony żużel przerywa gniazdo termiczne. Wyłom jest zwykle spowodowany wpływem erozji i korozji, jak również naprężeniami termicznymi i mechanicznymi. Wyłom, zwykle początkowo mały, umożliwia penetrację stopionego żużla do wnętrza gniazda termicznego, gdzie może on wchodzić w kontakt z termoparą, czyniąc ją nieprzydatną.

Dlatego jest konieczne zapewnienie rozwiązania pozwalającego na zwiększenie trwałości termopar stosowanych w procesie gazyfikacji.

Według wynalazku, termopara umieszczona w ścianie reaktora gazyfikacyjnego, którego ściana składa się z płaszcza, warstwy izolacyjnej i wyłożenia ogniotrwałego z cegły ogniotrwałej, zawierająca czujnik i przewody umieszczone w ochronnej osłonie przechodzącej przez otwór ukształtowany w płaszczu, w warstwie izolacyjnej i w warstwie ogniotrwałej, i posiadająca kołnierz zamocowany do niej na zewnątrz płaszcza reaktora gazyfikacyjnego do mocowania do ściany reaktora gazyfikacyjnego, przy czym termopara przechodzi przez kołnierz redukcyjny usytuowany pomiędzy płaszczem i kołnierzem termopary, charakteryzuje się tym, że ochronna osłona termopary jest umieszczona w otworze ukształtowanym jako nieprzelotowy w warstwie ogniotrwałej, a pomiędzy płaszczem i kołnierzem redukcyjnym jest umieszczona co najmniej jedna podkładka otaczająca ochronną osłonę termopary.

Ochronna osłona zawiera kanały przechodzące osiowo przez część długości ochronnej osłony, przy czym przewody termopary są umieszczone w kanałach, a kanały przecinają się ze sobą w jednym punkcie.

Termopara jest umieszczona w otworze tak, że czujnik termopary jest usytuowany w odległości od 0,6 cm do 7,6 cm, a korzystnie w odległości od 1,3 cm do 2,5 cm, od tylnej powierzchni cegły warstwy ogniotrwałej znajdującej się pomiędzy czujnikiem termopary i wnętrzem reaktora gazyfikacyjnego.

Otwór ma średnicę od 2,5 cm do 10,2 cm, a korzystnie od 3,7 cm do 6,3 cm.

Grubość warstwy ogniotrwałej pomiędzy czujnikiem termopary i wnętrzem reaktora gazyfikacyjnego jest od 5,1 cm do 22,9 cm, korzystnie od 8,9 cm i do 15,2 cm, a najkorzystniej od 8,9 cm i do

11,4 cm.

W korzystnych wariantach wynalazku grubość warstwy ogniotrwałej pomiędzy otworem i wnętrzem reaktora gazyfikacyjnego może być od 20,3 cm do 25,4 cm, a korzystnie od 8,9 cm do 15,2 cm.

Podkładki w kołnierzu redukcyjnym są korzystnie z wełny kaolinowej.

W otworze może być umieszczonych wiele termopar z czujnikami i przewodami, przy czym są one usytuowane w jednej lub wielu ochronnych osłonach, przy czym czujniki termopary są rozmieszczone w różnych odległościach od powierzchni tylnej warstwy ogniotrwałej, a te odległości różnią się między sobą o co najmniej 5,1 cm.

Grubość warstwy ogniotrwałej pomiędzy otworem, w którym jest umieszczony czujnik termopary, stanowi od około 20% do około 100% grubości warstwy ogniotrwałej w sąsiedztwie otworu.

Usytuowanie termopary za cegłą warstwy ogniotrwałej według wynalazku, między innymi, zwiększa trwałość termopary względem typowych termopar zawartych w ochronnych osłonach odpornych na żużel.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia, w przekroju poprzecznym, fragment ściany reaktora gazyfikacyjnego z termoparą zainstalowaną na zewnątrz jego metalowego płaszcza i przechodzącą przez płaszcz, warstwę izolacyjną i część warstwy ogniotrwałej reaktora.

Jak użyto w niniejszym, termin „termopara” odnosi się do urządzenia czujnikowego temperatury, które zawiera czujnik i przewody oraz środki podpierające, izolujące, osłaniające i montażowe stosowane razem z czujnikami i przewodami termopary.

Jak użyto w niniejszym, termin „cegła ogniotrwała” oznacza warstwę lub warstwy materiału ognioodpornego umieszczone od wnętrza reaktora gazyfikacyjnego.

Jak użyto w niniejszym, termin „czujnik termopary” opisuje punkt, zwykle na dalszym końcu termopary, w którym są połączone różne metale i w którym jest wytwarzany potencjał elektryczny.

Jak użyto w niniejszym, terminy „ochronna osłona” są używane zamiennie do opisania korpusu, który zapewnia podparcie, ochronę i elektryczną izolację dla co najmniej jednego z przewodów termopary.

PL 197 746 B1

Jak użyto w niniejszym, termin „stopiony żużel” określa żużel, popiół, metale, tlenek krzemu i inne zanieczyszczenia, które mogą występować w stanie płynnym we wnętrzu reaktora.

Reaktor gazyfikacyjny, którego fragment ściany jest pokazany na rysunku, jest zaprojektowany do wytrzymywania powstającego wewnątrz niego ciśnienia. W tym celu ściana reaktora posiada metalowy płaszcz 10. Płaszcz 10 może być stalowy, molibdenowy lub z innego odpowiedniego materiału. Płaszcz 10 jest zaprojektowany tak, aby wytrzymywał ciśnienie wytwarzane w reaktorze gazyfikacyjnym w najwyższej temperaturze, którą osiąga płaszcz podczas pracy. Dla temperatur powyżej 1100°C, typowych dla wnętrza reaktora gazyfikacyjnego, wytrzymałość stali jest zadawalająca.

Pomiędzy strefą gazyfikacji reaktora i płaszczem 10 jest usytuowana warstwa izolacyjna 22 składająca się z co najmniej jednej warstwy cegieł izolacyjnych. Warstwa izolacyjna 22 może mieć grubość od około 15 cm do ponad 25 cm. Warstwa izolacyjna 22 zwykle zawiera kilka ułożonych w styku ze sobą warstw cegieł izolacyjnych. Warstwa izolacyjna jest wykonana z dowolnego odpowiedniego materiału ognioodpornego. Może nim być tlenek glinu, tlenek chromu, tlenek magnezu lub ich mieszaniny. Cegła warstwy izolacyjnej jest często formowana z materiału o gęstości mniejszej niż cegła ogniotrwała.

W ścianie reaktora jest zainstalowana co najmniej jedna termopara 26 mająca osłonę 28, która przechodzi przez otwór 32 utworzony w płaszczu 10 i w warstwie izolacyjnej 22 reaktora gazyfikacyjnego. Termiczny współczynnik rozszerzalności jest inny dla metalowego płaszcza 10 i cegły izolacyjnej. Dlatego, gdy reaktor jest ogrzewany i chłodzony, płaszcz 10 i cegła izolacyjna warstwy izolacyjnej zwykle przemieszczają się względem siebie. Otwór 32 w płaszczu 10 i w warstwie izolacyjnej 22, przez który przechodzi termopara, musi mieć odpowiednio dużą średnicę dla umożliwienia ruchu płaszcza 10 i warstwy izolacyjnej 22, a także korzystnie poszczególnych warstw cegły izolacyjnej względem siebie bez ryzyka uszkodzenia termopary 26. W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku, otwór ma średnicę od około 1,3 cm do około 15 cm. Średnica otworu może wynosić też od około 2,5 cm do około 10 cm, a bardziej korzystnie od około 3,8 cm do około 6,4 cm.

Na wewnętrznej względem reaktora powierzchni warstwy izolacyjnej 22 jest umieszczona warstwa ogniotrwała 24 składająca się z co najmniej jednej warstwy cegły ogniotrwałej, która ma ogólnie większą gęstość niż cegła izolacyjna. Cegła ogniotrwała ma większą przewodność cieplną niż cegła izolacyjna. Cegła ogniotrwała jest wykonana z odpowiedniego materiału ognioodpornego, na przykład może to być tlenek glinu, tlenek chromu, tlenek magnezu lub ich mieszaniny. Warstwa ogniotrwała 24 stanowi wyłożenie strefy gazyfikacji. Dla wsadów mających znaczna ilość żużla, to jest większą niż około 0,1% wagowych całkowitego wsadu, cegła ogniotrwała jest korzystnie wykonana z materiału bardziej ognioodpornego, takiego jak tlenek chromu, tlenek magnezu lub ich mieszaniny.

Warstwa ogniotrwała 24 ma grubość w zakresie od około 10 cm do około 36 cm. Korzystna grubość warstwy ogniotrwałej 24 jest od 15 cm do około 31 cm, bardziej korzystnie od około 20 cm do około 25 cm.

Czujnik 30 termopary 26 jest zamontowany według wynalazku w warstwie ogniotrwałej 24 i jest osłonięty warstwą cegły ogniotrwałej od wnętrza reaktora. Termopara 26 jest przesunięta kolejno przez otwór stalowego płaszcza 10 reaktora i następnie przez wzdłużny otwór 32 w warstwie izolacyjnej 22 i jest następnie wsunięta w nieprzelotowy otwór w warstwie ogniotrwałej 24 na odległość stanowiącą część grubości warstwy ogniotrwałej 24.

Czas reakcji na zmianę temperatury, to jest czas na zmianę temperatury reaktora gazyfikującego, która następuje w odpowiedzi na pomiar termopary 26, zależy częściowo od grubości cegły warstwy ogniotrwałej 24 znajdującej się pomiędzy termoparą 26 i strefą gazyfikacji reaktora. Ponadto, nieznaczny efekt izolacyjny cegły ogniotrwałej powoduje niższe odczyty termopary 26 zamontowanej za cegłą ogniotrwałą. Zwłoka czasowa i różnica odczytu temperatury względem temperatury rzeczywistej w strefie gazyfikacji zależą od grubości cegły ogniotrwałej pomiędzy czujnikiem 30 termopary 26 i wnętrzem reaktora. Grubość warstwy cegły ogniotrwałej, pomiędzy czujnikiem 30 termopary 26 i wnętrzem reaktora gazyfikacyjnego powinna być mniejsza niż około 31 cm, korzystnie mniejsza niż cm, bardziej korzystnie mniejsza niż 15 cm, a najkorzystniej mniejsza niż 12 cm. Jednocześnie, cegła ogniotrwała znajduje się pod agresywnym wpływem stopionego żużla i atmosfery strefy gazyfikacji, co powoduje uszkodzenie warstwy ogniotrwałej 24. Uszkodzenia mogą być przyspieszone przez naprężenia spowodowane przez zmniejszoną grubość cegły ogniotrwałej. Dlatego, grubość cegły ogniotrwałej jest korzystnie większa niż około 5 cm, a bardziej korzystnie większa niż około 8,9 cm. Dla wsadu węglowodorowego, który wytwarza większe ilości stopionego żużlu, to jest więcej niż około

PL 197 746 B1

0,1% wagowych żużlu, grubość warstwy cegły ogniotrwałej osłaniającej termoparę 26 jest korzystnie większa niż około 8,9 cm, bardziej korzystnie większa niż około 10 cm.

Te wymiary mogą być różne dla różnych wsadów. Grubość cegły ogniotrwałej pomiędzy otworem 32 mieszczącym termoparę i wnętrzem reaktora gazyfikacyjnego może być w zakresie od około 20% do około 100%, a korzystnie od około 30% do około 66% grubości warstwy ogniotrwałej 24. Dlatego grubość warstwy ogniotrwałej pomiędzy otworem 32 i reaktorem gazyfikacyjnym jest mniejsza niż 100%. Warstwa ogniotrwała 24, widziana od strony wnętrza reaktora, korzystnie nie ma usuniętych znaczących ilości materiału.

W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku, średnia grubość warstwy ogniotrwałej 24 jest około 20 cm do około 25 cm, grubość warstwy cegły ogniotrwałej na końcu otworu 32, usytuowanej przed termoparą 26, jest pomiędzy 8,9 cm i około 11,4 cm, a otwór 32 rozciąga się w części warstwy ogniotrwałej 24. Otwór 32 w warstwie ogniotrwałej 24 stanowi przedłużenie otworu 32 w płaszczu 10 i w warstwie izolacyjnej 22. Te otwory mogą być odlane w cegłach warstwy izolacyjnej 22 i warstwy ogniotrwałej 24 lub mogą być ukształtowane maszynowo w zainstalowanych warstwach. Na całej długości otwór 32 powinien mieć wymiar taki, aby termopara 26 nie była ścinana wskutek termicznej rozszerzalności i względnego ruchu poszczególnych warstw podczas ogrzewania i chłodzenia reaktora.

Dla grubości warstwy cegły ogniotrwałej 11,2 cm przed termoparą 26, przy warstwie izolacyjnej 22, zewnętrznym płaszczu 10 i zespole kołnierza 14 termopary, jak pokazano na rysunku, występuje zwłoka 20 do 30 sekund w odpowiedzi termopary 26 na zmiany temperatury wewnątrz reaktora. Termopara 26 odczytuje także temperatury o 55°C do 170°C niższe niż termopary zamontowane typowo. Jednak, po jednorazowym sprawdzeniu i wykalibrowaniu, oba wskaźniki mogą być obliczane z wyprzedzeniem w celu sterowania reaktorem.

Termopara 30 jest zamontowana tak, że niemożliwy jest styk czujnika 30 z cegłami warstw izolacyjnej 22 i ogniotrwałej 24. Korzystnie, czujnik 30 termopary 26 jest usytuowany w odległości od około 0,6 cm do około 8 cm, a korzystniej od około 1,2 cm do około 2, 5cm, od tylnej powierzchni cegły ogniotrwałej znajdującej się pomiędzy czujnikiem 30 i wnętrzem reaktora gazyfikacyjnego.

Termopara 26 zawiera parę przewodów 18. Przewody 18 są wykonane z różnych stopów metali tak, że może powstać różnica potencjałów pomiędzy nimi, kiedy termopara 26 są poddana działaniu ciepła. Przewody 18, na przykład mogą oba zawierać platynę i rod, jako ich główne składniki o różnej zawartościach platyny i rodu w każdym z przewodów 18. Na przykład, jeden przewód może mieć około 30% rodu, zaś drugi ma około 6% rodu. Alternatywnie, jeden przewód może być wykonany z czystej platyny, a drugi przewód może zawierać 10% lub 13% rodu i jako resztę platynę.

Czujnik 30 termopary 26 jest zwykle zamontowany na końcu osłony 28 termopary 26. Przewody 18 są połączone ze sobą w złączu gorącym, które stanowi czujnik 30 i które jest usytuowane bliżej źródła ciepła, oraz w złączu zimnym (nie pokazane). Pomiar termopary 26 polega na mierzeniu różnicy pomiędzy potencjałami elektrycznymi dwóch przewodów. Nie jest istotne, jak mierzy się różnicę potencjału. W rzeczywistości, dla znawców w tej dziedzinie, znane są różne środki do mierzenia różnicy potencjału elektrycznego. W wynalazku mogą być zastosowane dowolne z tych sposobów. Na przykład, w obwodzie termopary 26 może być umieszczony woltomierz. Alternatywnie, i korzystnie, zimne złącze jest umieszczone w nadajniku temperaturowym (nie pokazany). Sygnał generowany przez nadajnik temperaturowy może być przesyłany do pomieszczenia sterowniczego lub innego miejsca poprzez środki przekazywania sygnałów (nie pokazane).

Z wyjątkiem złączy gorącego i zimnego, dwa przewody 18 termopary 26 są elektrycznie odizolowane od siebie. Chociaż nie jest istotne, jak one są odizolowane, w pokazanym przykładzie wykonania izolacja elektryczna jest zapewniona przez żaroodporną wkładkę ceramiczną o wysokiej czystości umieszczona pomiędzy przewodami 18 lub przez umieszczenie poszczególnych przewodów 18 w oddzielnych kanałach odlanej ochronnej osłony 28 termopary 26.

W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku, dla zapewnienia dodatkowej ochrony termopary 26, termopara 26 może być umieszczona dodatkowo w gnieździe termicznym (nie pokazane), rozciągającym się pomiędzy kołnierzem 14 termopary 26 i wnętrzem reaktora (nie przedstawione na rysunku). To gniazdo termiczne tworzy barierę dla gazu umożliwiającą w pewnych warunkach, obsługę termopary 26 przy pracy reaktora gazyfikacyjnego.

Termopara 26, także umieszczona w gnieździe termicznym, jest utrzymywana w miejscu poprzez skręcenie trzpieniami lub zatrzaśnięcie gniazda termicznego i kołnierza 14 termopary 26. Zastosowanie dwóch oddzielnych połączeń zapewnia wzrost wydajności, ponieważ termopara 26 może być wymieniona bez usuwania gniazda termicznego.

PL 197 746 B1

Alternatywnie, do ochrony termopary 26 może być zastosowana ochronna osłona 28 bez utworzonego uszczelnienia ciśnieniowego. W pewnym punkcie przewodów 18 termopary 26 musi znajdować się zbiornik ciśnieniowy. Przewody 18 przechodzą przez szczelny dla ciśnienia łącznik, który styka się z tuleją osadzoną w ruchomym kołnierzu 14 termopary 26. Kołnierz 14 termopary 26 jest dopasowany do kołnierza redukcyjnego 12, który jest dopasowany do stalowej zewnętrznej ściany 10 zbiornika ciśnieniowego reaktora gazyfikacyjnego.

Jest korzystne, gdy uszczelnienie ciśnieniowe wokół przewodów 18 termopary 26 jest wykonane w miejscu, gdzie temperatura jest znacznie zmniejszona względem temperatury gazyfikacji, to jest mniejsza niż 540°C, korzystnie mniejsza niż 320°C, bardziej korzystnie mniejsza niż około 200°C. Uszczelnienie ciśnieniowe dlatego nie będzie podlegało atakowi stopionego żużla w przypadku wyłomu w cegle ogniotrwałej, ponieważ żużel będzie krzepł i nie dotrze do uszczelnienia ciśnieniowego. Ponadto, elastomery lub inne łączniki uszczelniające ciśnieniowo ogólnie mają większą trwałość, jeżeli nie są wystawione na temperatury, który występują w reaktorze. Uszczelnienie ciśnieniowe jest ogólnie wykonane w pobliżu lub w obrębie kołnierza 14 termopary 26.

Ochronna osłona jest ogólnie wykonana z dowolnego ognioodpornego materiału, na przykład korundu, tlenku chromu, tlenku magnezu lub ich mieszaniny. Ochronna osłona nie jest narażona na stopiony żużel i dlatego może być wykonana z mniej drogiego korundu, chociaż reaktor może zawierać stopiony żużel. Ochronna osłona ogólnie zawiera izolator biegnący pomiędzy dwoma elektrycznymi łącznikami. W korzystnym przykładzie wykonania, ochronna osłona 28 ma wzdłużne kanały, w których są umieszczone przewody 18 termopary 26, przy czym kanały nie przecinają się ze sobą z wyjątkiem punktu, gdzie przewody są połączone.

Jako ochronna osłona przewodów 18 termopary 26, może być zastosowana także inna konstrukcja zwykle stosowana przez znawców w tej dziedzinie. Może być korzystnie zastosowana ochronna osłona składająca się z co najmniej dwóch osłon zewnętrznej i wewnętrznej. W tym przypadku najbardziej wewnętrzna osłona zawiera tlenek aluminium, tlenek magnezu, tlenek chromutlenek magnezu, stale wysoko chromowe, molibdenowe, nierdzewne lub ich mieszaniny i kombinacje. Wewnętrzna osłona jest ukształtowana z tlenku aluminium lub tlenku magnezu lub ich mieszanin, a zewnętrzna osłona zawiera tlenek chromu, lub tlenek chromu-tlenek magnezu odlanego wokół wewnętrznej ochronnej osłony. Poprzez kombinacje rozumie się dwa lub więcej różnych materiałów w tej samej osłonie.

W przykładzie wynalazku, ochronna osłona może składać się z wewnętrznej ochronnej osłony i zewnętrznej ochronnej osłony. Wewnętrzna ochronna osłona może być ukształtowana z materiału ognioodpornego o wysokiej gęstości i małej porowatości, takiego jak tlenek aluminium lub magnez. Materiał ognioodporny dostosowany do odlewania, zwykle o wysokiej gęstości i małej porowatości, jest wylewany wokół wewnętrznej ochronnej osłony i doprowadzony do zakrzepnięcia tworząc zewnętrzną ochronną osłonę wokół całej, oprócz otworu, wewnętrznej ochronnej osłony. Korzystnie, materiał ognioodporny dostosowany do odlewania, zwykle o wysokiej gęstości i małej porowatości zawiera tlenek chromowy lub tlenek chromowy-tlenek magnezowy.

Warstwa ogniotrwała 24 nie tworzy uszczelnienia ciśnieniowego. Dlatego musi być zastosowany kołnierz, lub kołnierze 12,14, lub inne odpowiednie zespoły do uszczelnienia ciśnieniowego. Te zespoły, korzystnie są usuwalne tak, że termopara 26 może być obsługiwana, w razie potrzeby. Co najmniej jeden z kołnierzy 12,14 jest korzystnie elementem uszczelniającym reaktor dla przepływu gazu poprzez uszczelnienie otworu 32 w płaszczu 10 reaktora gazyfikacyjnego, a jednocześnie jest elementem zapewniającym możliwość usuwania termopary 26 do obsługi. Zamiast współpracujących kołnierzy 12,14, mogą być zastosowane nakręcane kołpaki i dysze lub inne środki łączące.

Kołnierz 14 termopary 26 jest korzystnie zabezpieczony przed ciepłem promieniującym z warstwy ogniotrwałej 24 i warstwy izolującej 22. W przeciwnym razie, kołnierz 14 może być nadmiernie gorący. Jednym sposobem ochrony przed ciepłem jest mocowanie kołnierza 12 termopary 26 na zewnątrz płaszcza 10 reaktora gazyfikacyjnego i przeciwlegle do kołnierza redukcyjnego 12. Termopara 26 przechodzi przez kołnierz redukcyjny 12, a w korpusie kołnierza redukcyjnego 12 jest umieszczona co najmniej jedna podkładka 20, a korzystnie kilka, otaczająca ochronną osłonę 28. Te podkładki 20 mogą mieć kształt toroidu. Korzystnie, te podkładki 20 są wykonane z giętkiego materiału izolacyjnego. Szczególnie zalecane są podkładki 20 wykonane z wełny kaolinowej. Pomiędzy tymi podkładkami 20 mogą być usytuowane cienkie giętkie przekładki.

Podkładki 20 i cienkie przekładki uszczelniają otwór 34 w kołnierzu redukcyjnym 12 przed ciepłem promieniującym od warstwy ogniotrwałej 24. Cegła warstwy ogniotrwałej 24 działa jak ciało czarne

PL 197 746 B1 i może promieniować ciepło wzdłuż toru, w którym jest ułożona ochronna osłona 28 termopary 26. Ochronna osłona 26 jest ogólnie proste. Poprzez zblokowanie przekazywania tego promieniowania cieplnego, punkt, w którym ochronna osłona 28 wychodzi z uszczelnienia ciśnieniowego i jest połączona z typowymi przewodami, może być utrzymywany w temperaturze poniżej 540°C, korzystnie poniżej około 200°C. Podkładki 20 i cienkie przekładki także tworzą częściową barierę dla konwekcyjnego przepływu ciepła.

Zastosowanie zmniejszonego kołnierza 14 termopary 26 umożliwia usuwanie termopary 26 i jej obsługę przy minimalnym naruszaniu podkładek 20 i przekładek. Sama termopara 26, w tym przykładzie wykonania, jest zamontowana na kołnierzu 14. Na zewnątrz kołnierza 14 termopary 26 temperatura może być wystarczająco zmniejszona tak, że doprowadzenia termopary 26 mogą być połączone z typowym przewodem wysoko temperaturowym obwodu, na przykład poprzez blok końcowy 16. Ten obwód może mieć uszczelnienie gazowe zapobiegające migracji gazu do, na przykład, pomieszczenia sterowni. Uszczelnienie ciśnieniowe pomiędzy ciśnieniowym reaktorem gazyfikacyjnym i obwodem znajdującym się w atmosferze jest korzystnie wykonane w pobliżu lub w kołnierzu 14 termopary 26.

W innych przykładach wykonania, więcej niż jedna termopara 26, mająca co najmniej odpowiednią liczbę wewnętrznych ochronnych osłon 28, może być umieszczona w otworze 32 za cegłą warstwy ogniotrwałej 24. W takim przykładzie, czujniki 30 tych kilku termopar 26 są korzystnie umieszczone w różnych punktach wzdłuż długości ochronnej osłony 28, lub kilku oddzielnych ochronnych osłon, znajdując się na różnych głębokościach we wnęce w warstwie ogniotrwałej 24. Korzystnie, odległość pomiędzy najgłębiej usytuowanym czujnikiem 30 termopary 26 i cegłą warstwy ogniotrwałej 24 powinna wynosić co najmniej 5 cm. Na przykład, w przykładzie wykonania, gdzie stosuje się dwie termopary, żużel ostatecznie penetrujący ochronną osłonę, najpierw dociera do termopary umieszczonej bliżej cegły warstwy ogniotrwałej 24. Ta termopara wskutek tego zostanie uszkodzona najpierw. Upływa pewien czas, zanim żużel dotrze do drugiej termopary i spowoduje jej uszkodzenie. Tak, więc, proces niszczenia termopar może przebiegać dłużej, a odcięcie i przełączenie reaktora gazyfikacyjnego może być planowane z wyprzedzeniem bez potrzeby natychmiastowego odcinania. Chociaż dokładność pomiaru, zapewniana przez drugą termoparę, bardziej oddaloną od wnętrza reaktora, nie jest tak dobra jak pierwszej termopary, różnica nie stanowi problemu dla sterowania procesem, ponieważ odczyty drugiej termopary mogą być korygowane w oparciu o dane zebrane przed uszkodzeniem pierwszej termopary.

W innym przykładzie wykonania wynalazku, może być zastosowany co najmniej jeden środek pomiaru temperatury reaktora, włącznie, ale bez ograniczania, z tradycyjnymi termoparami w ochronnej osłonie i opcjonalnie w gniazdach termicznych na termopary usytuowanych w otworach przechodzących na wylot przez warstwę ogniotrwałą przy czym osłony są z wymienionych materiałów ogniotrwałych lub z innych odpowiednich materiałów. Zbieżność temperatury zarejestrowanej przez termoparę usytuowaną za cegłą warstwy ogniotrwałej z temperaturą zarejestrowana przez termoparę bardziej bezpośrednio wystawioną do środowiska gazyfikującego może być użyta do oceny stanu cegły warstwy ogniotrwałej. Na przykład, jeżeli termopary znajdujące się za cegłą warstwy ogniotrwałej, które zwykle odczytują temperaturę o 110°C niższą niż termopary bardziej wystawione do wnętrza reaktora, zostaną przesunięte bliżej, zapewniając odczyt na przykład o 55°C niższy niż termopary bardziej odsłonięte od wnętrza reaktora, jest to wskaźnikiem, że nastąpiło zmniejszenie grubości cegły warstwy ogniotrwałej. Jeżeli te dwa pomiary są takie same, jest to dowodem powstania wyłomu w cegle gorącej wymurówki. W końcu, jeżeli termopara przestaje działać z powodu niszczącego działania żużlu, jest to dowodem wyłomu w cegle warstwy ogniotrwałej co najmniej na głębokość cegły gorącej wymurówki, pomiędzy termoparą i wnętrzem reaktora. Wiedza o uszkodzeniu cegły warstwy ogniotrwałej, zanim problem stanie się niebezpieczny, może przyczynić się do bardziej poprawnego wyłączenia reaktora gazyfikującego i zapewnia czas na przygotowanie napraw przed wyłączeniem.

Claims (13)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Termopara umieszczona w ścianie reaktora gazyfikacyjnego, którego ściana składa się z płaszcza, warstwy izolacyjnej i wyłożenia ogniotrwałego z cegły ogniotrwałej, zawierająca czujnik i przewody umieszczone w ochronnej osłonie przechodzącej przez otwór ukształtowany w płaszczu, w warstwie izolacyjnej i w warstwie ogniotrwałej, i posiadająca kołnierz zamocowany do niej na zewnątrz płaszcza reaktora gazyfikacyjnego do mocowania do ściany reaktora gazyfikacyjnego, przy

   PL 197 746 B1 czym termopara przechodzi przez kołnierz redukcyjny usytuowany pomiędzy płaszczem i kołnierzem termopary, znamienna tym, że ochronna osłona (28) termopary (26) jest umieszczona w otworze (32) ukształtowanym jako nieprzelotowy w warstwie ogniotrwałej (24), a pomiędzy płaszczem (10) i kołnierzem redukcyjnym (12) jest umieszczona co najmniej jedna podkładka (20) otaczająca ochronną osłonę (28) termopary (26).
2. 2. Termopara według zastrz. 1, znamienna tym, że ochronna osłona (28) zawiera kanały przechodzące osiowo przez część długości ochronnej osłony (28), przy czym przewody (18) termopary (26) są umieszczone w kanałach, a kanały przecinają się ze sobą w jednym punkcie.
3. 3. Termopara według zastrz. 1, znamienna tym, ż© te^rrmc^p^£^ra((^2^) j est umieszcczna w otworze (32) tak, że czujnik (30) termopary (26) jest usytuowany w odległości od 0,6 cm do 7,6 cm od tylnej powierzchni cegły warstwy ogniotrwałej (24) znajdującej się pomiędzy czujnikiem (30) termopary (26) i wnętrzem reaktora gazyfikacyjnego.
4. 4. Termopara według zastrz. 3, znamienna tym, że 1ermopara(26) ( ess umieszczonaw otworze (32) tak, że czujnik (30) termopary (26) jest usytuowany w odległości od 1,3 cm do 2,5 cm od tylnej powierzchni cegły warstwy ogniotrwałej (24) znajdującej się pomiędzy czujnikiem (30) termopary (26) i wnętrzem reaktora gazyfikacyjnego.
5. 5. Termopara według zastrc. 1, znamienna tym, że otwór (32) ma średnicę od 2,5 cm do 10,2 cm.
6. 6. Termoparawedług zastra. 5, znamjennatym, że otwór maśreenicc ppmięędz onoto 3,7cm do 6,3 cm.
7. 7. Termoparawedług zastra. (, znamiennntym, ze prubońć p/aratwyponicOrwałer (22) ppmiędzy czujnikiem (30) termopary (26) i wnętrzem reaktora gazyfikacyjnego jest od 5,1 cm do 22,9 cm.
8. 8. Termoparawedług zastra. 7, znamiennntym, ze prubońć p/aratwyponicOrwałer ((24 ppmiędzy czujnikiem (30) termopary (26) i wnętrzem reaktora gazyfikacyjnego jest od 8,9 cm i do 15,2 cm.
9. 9. Termoparawedług zastra. (, znamiennatym, ze prubońć p/aratp/yponiptrp/ałer ((24 ppmiędzy otworem (32) termopary (26) i wnętrzem reaktora gazyfikacyjnego jest od 8,9 cm i do 11,4 cm.
10. 10. Termoparap/edług zas^z. 1, znamiennatym, że grubość warstwyogniotrwałer (24) pomiędzy otworem (32) i wnętrzem reaktora gazyfikacyjnego jest od 20,3 cm do 25,4 cm, a korzystnie od 8,9 cm do 15,2 cm.
11. 11. Termopara według zastrz. 1, znameenna tym, że podkładki (20) są z wełny kaolinowej.
12. 12. Termopara według zas^z. 1, znamienna tym, że w otwotze (32) less umieszczonych wiele termopar (26) z czujnikami (30) i przewodami (18), przy czym są one usytuowane w jednej lub wielu ochronnych osłonach (28), przy czym czujniki (30) termopary (26) są rozmieszczone w różnych odległościach od powierzchni tylnej warstwy ogniotrwałej (24), a te odległości różnią się między sobą o co najmniej 5,1 cm.
13. 13. Termopara według zas^z. 1, znamiennatym, że grubość warsswy ogniotrwałer (24) pomiędzy otworem (32), w którym jest umieszczony czujnik (30) termopary (26), stanowi od około 20% do około 100% grubości warstwy ogniotrwałej (24) w sąsiedztwie otworu (32).