[发明专利]一种煤气化炉中熔渣流动性的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种煤气化炉中熔渣流动性检测预警并控制堵渣的方法，尤其涉及的是一种煤气化炉中熔渣流动性的检测方法。

背景技术

堵渣是干粉煤气化工艺中普遍存在的问题之一。以Shell粉煤气化工艺为例，堵渣主要有下渣口堵渣和渣池架渣两种形式。当炉温较低时，熔渣流动能力变差，渣层逐渐在会聚壁及渣口附近积累而变厚甚至固化，从而导致渣口堵渣；当操作条件变化较大时，挂在水冷壁上的渣层有可能会从炉膛内剥落，在下渣口架渣，使得熔渣继续在下渣口附近积累，最终造成渣口堵渣。诱发渣池架渣的大渣块的成因有三个，一是当炉温较高时，排渣量大且渣黏度低，熔渣在渣屏壁面上的沉积量较大，渣屏易结渣，附着在渣屏和渣池壁上的积渣，达到一定厚度并在操作条件发生大的波动时脱落，二是熔渣流动性差，在渣口挂瘤形成乳钟石，挂渣脱落，三是熔渣流动性太好，瞬间流量过大，急冷水来不及淬冷碎裂，在渣池里形成不规则大渣块。

堵渣不仅给装置的安全运行带来严重危害，甚至还会直接导致装置停车，特殊情况下还容易引起设备损坏等安全事故。以Shell粉煤气化工艺为例，其“以渣抗渣”的设计对煤质的稳定及炉温操作窗口要求很苛刻。当煤质发生较大变化或工艺出现较大波动，气化温度跳出操作窗口范围时，容易发生堵渣。检测手段的匮乏给操作带来极大的困难。目前，无法在线检测煤质状况，无法直接测量炉温，无法在线检测排渣状态。因此，迫切需要在检测技术上有所突破，提高操作稳定性，保证煤气化装置的长周期稳定运行。

壳牌、德士古、三菱重工和浙江大学在排渣状态的检测方面做了诸多探索。壳牌在US4988368中提出通过比较渣池上方和气化炉中声压的差异来判断下渣口堵塞程度，在US4963163中提出通过比较气化炉和急冷段声压的差异来判断急冷段的堵塞程度，在US4850001中提出用放射性射线来检测渣口的排渣状态，在US4834778提出通过气化炉和渣池外侧环形空间的压差来检测渣口的堵塞程度。声波法使用传声器来测量声压，但是，在气化炉内高温高压的恶劣环境下传声器极易损坏，难以实现工业应用。放射性法对人体有危害，使用维护不方便。压差法滞后大，不够灵敏。

德士古在EP0800569B1中，基于熔渣中的硫酸盐溶解在渣池水中，使得水的pH值、电导率、硫酸根含量、总的固体含量等参数发生变化的原理，通过监测这些参数的变化，对渣池中渣的含量进行检测，间接地判断排渣状态。类似的，对渣池水温度、渣池液位、破渣机油压、送渣皮带重量变化、收渣时间、捞渣机电流、渣池差压、渣外观、渣池水温与进水温差等关键参数和现象进行监控，也可以实现对排渣过程的监测。但是，此类方法滞后性较大，不够灵敏。德士古在US5554202中提出使用称重传感器检测会聚壁的重量，当会聚壁上发生堵渣或垮渣时，会聚壁的重量会发生变化，据此可以判断是否发生堵渣。但是，会聚比的受力情况非常复杂，导致此种方法的误差较大。

三菱重工在US2010/0207785A1中提出在渣池中设置水听器，通过监听熔渣落入渣池时产生的声音和水汽蒸发产生的声音来判断排渣状态。根据声压级把排渣过程分为连续排渣、间歇排渣和没有排渣等三个状态。间歇排渣的声压最高，连续排渣的声压居中，没有排渣时的声压最低。进一步的在WO2011/034184A1中引入照相机，通过在渣池上方设置两个照相机，分别观测渣口和渣池水面的落渣状况，再结合渣池中水听器的检测结果来综合判断排渣状态。但是，置于渣池内的水听器和置于渣池上方空间内的照相机，均可能与熔渣或渣块发生接触，导致设备损坏，不能满足长期监控的要求。

浙江大学在CN201010588856.7中使用振动传感器和导波杆接收会聚壁上熔渣流动产生的振动信号，实现熔渣临界粘度温度的检测。在CN201010228582.0 中使用同样的检测装置，通过控制振动信号的能量或特征频段的能量分率在目标范围内，实现气化炉的连续稳定运行。但是，气化炉内高温高压的恶劣环境和复杂多变的流场在工程上和技术上带来了诸多问题，离工业化应用还有很大差距。

现有检测渣口堵塞程度或排渣状态的技术往往只有在渣口堵塞到一定程度或排渣状态发生明显改变时才会有明确的反映，而此时大渣块已经形成，反应工况已经恶化，难以采取有效的措施来改善工况。为了提前预警堵渣，一种可行的方法是从检测熔渣的流动性入手，控制熔渣的粘度在操作窗口范围内，即可有效地减少或避免堵渣。在气化炉中来检测熔渣的流动性存在诸多困难，而渣池上方和渣池中的条件相对温和。

发明内容