[发明专利]基于热辐射理论的熔融炉熔融物界面位置检测系统及方法

说明书

本发明属于高温熔融炉内熔融物界面测量领域；对于物位的检测方法分为接触式和非接触式测量，极端条件下多采用非接触式测量，核辐射法一般只用于无人场合，现有的重力法不适用于熔融物界面位置检测，红外辐射检测法检测精度较差，本发明提供一种基于热辐射理论的熔融炉熔融物界面位置检测系统及方法，辐射检测单元检测炉壁特定点和熔融物检测点的辐射，测温部分确定检测点附近的温度，在计算熔融物界面的位置之前对实时消光系数进行了测算，可以克服炉内复杂且时变的环境带来的干扰，提高熔融界面位置检测的准确性。

技术领域

本发明涉及高温熔融炉内熔融物界面测量，更具体的说，涉及一种基于热辐射理论的熔融炉熔融物界面位置检测系统及方法。

背景技术

高温熔融炉是化工领域基础工业设备。炉内熔融物界面位置往往影响炉内反应进程、系统进料系统和炉渣处理系统的控制，对炉内熔融物界面位置的检测是该领域所关注的问题之一。对于不同的炉体，检测方式并没有一个普适性的方法，且对于一些熔融炉的特殊炉内环境，如高温、高压、炉内环境复杂以及空间受限等因素，会造成现有界面检测方式无法实行或者误差较大。其中问题较为突出的高温熔融炉等离子体气化熔融工艺，是目前国际上技术含量最高、效果最为突出的危废处理的方式。其机理为利用等离子炬产生超高温环境以及等离子体环境，将有机成分转化为合成气，无机物转化为熔融玻璃态熔渣沉积在炉底。该等离子体气化熔融炉炉内环境有如下特点：

1、进料颗粒度较小，在气体流动的高温熔融炉内部会产生飞腾；

2、进料在高温环境下的热解和裂解反应产生大量气体，气体的组成与进料的组分以及炉内温度有关；

3、炉内等离子炬产生的大量等离子体；

4、等离子炬产生的超高温环境；

5、熔融物界面在等离子体喷流的影响下的剧烈波动

等离子体气化熔融炉内呈现一种极端复杂的环境，对熔融炉内熔融物界面位置的测量方法和装置带来了很大的挑战。

目前对于物位的检测方法大体分为接触式测量和非接触式测量。由于熔融体的超高温和粘稠的特性，接触式测量如压差法、静压法、探针法等均无法应用。故一般在这种极端条件下考虑非接触式测量，非接触式测量分为主动式和被动式。

物位的主动式测量一般考虑光波、微波和声波三种方式。在王勃等人专利《一种用于检测液态金属液位的激光测量装置》中，利用液态金属界面移动改变激光反射位置，在液态金属储藏箱这种相对平静无干扰的环境中检测精度较高，而运行的熔融炉内物位波动较大，激光接收器可能造成误判断甚至接收不到信号。在熔融炉这种强光环境中光波法里面的结构光法和光学三角法同样并不适用。陈先中的《微波雷达液位测量仪的研究》一文对微波雷达液位测量仪的工作原理及分析进行了叙述，微波具有较强的定向传播的能力，在各种对象上都能很好的反射，经常用来测量液位信息，对于熔融物此类介电常数低的流体，使用雷达液位仪时往往需要使用波导管。但波导管的锈蚀、弯曲和倾斜都会影响到测量，并不适用于熔融炉内高温且有腐蚀性的环境。且对于等离子体气化熔融炉中富含的等离子体，也会对电磁波的传播造成较大的影响。声波法由于其装置简单安装方便，在物位检测方面有大量的应用，声波检测装置一般安装在炉壁外侧，但熔融炉炉壁往往有一层隔热石棉，会阻隔频率较高的声波，且超声波检测法不易用于检测易挥发、含气泡、含悬浮物的液体和含固体颗粒物的液体，而熔融炉内熔融体在工艺过程中不是很完美的熔融态，会对检测造成影响。还有一种不常用的方法“核辐射法”，核辐射法利用不同物质对同位素射线的吸收能力不同，且一般固体最强、液体次之、气体最差的原理进行检测。辐射式液位计既可进行连续测量，也可进行定点发送信号和进行控制；射线不受温度、压力、湿度、电磁场的影响，而且可以穿透各种介质，包括固体，因此能实现完全非接触测量。但在使用时对于剂量需要做好控制，作好防护，以防射线泄漏对人体造成伤害。对于熔融体的检测，核辐射法理论上是很理想的，但是核辐射法设备昂贵，剂量控制不好把握，且射线对人体有害一般只用于无人场合。