[发明专利]一种高温煤气化装置炉衬材料厚度在线监控和预警方法

说明书

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。

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。