基于热传导原理的气化炉内高温测量方法研究

第39卷第10期化学工巷Vol. 39 No. 102011年10月CHEMICAL ENGINEERING( CHINA)0ct. 2011基于热传导原理的气化炉内高温测量方法研究赵蒙，梁钦锋,许建良，刘海峰，龚欣(华东理工大学煤气化教育部重点实验室,上海200237)摘要:受高温熔渣和气流影响,气流床气化炉内的温度测量往往十分困难,需要- -种 简单准确的方法来测量炉内温度。文中基于- =维热传导原理,设计了带吹扫和水冷结构的气流床气化炉内高温测量装置。通过对气化炉壁面传热过程分析,提出了能够估算炉内温度的公式,并利用黑体炉中的实验数据拟合出了公式内的待定常数。在实验室小型水冷壁气化炉内用2种气化燃料进行验证。结果证明此方法能够较准确地估算炉膛温度,适合气化炉内高温测量。关键词:气流床气化炉;温度;测量;热传导中圈分类号:TQ 54文献标识码:A文章编号:005-9954(2011)10-009604Study on gasifier high temperature measurement methodbased on heat conductionZHAO Meng, LIANG Qin-feng, XU Jian-liang, LIU Hai-feng, GONG Xin(Key Laboratory of Coal Gasification of Ministry of Education, East China University ofScience and Technology , Shanghai 200237 , China)Abstract : Because of high temperature molten slag and gas flow , the temperature measurement in an entrained-flowgasifier becomes very difficult. A simple and accurate method to measure the entrained-flow gasifer temperature isrequired in gasification industry. Based on one dimensional heat conduction, a device with gas sweeping and watercooling structure was designed to measure the high temperature in entrained-flow gasifier. Through the analysis ofheat transfer process of the device, the formula was proposed to predict the temperature in gasifier, and the specificconstant in the formula was calibrated by using calibration data in blackbody furmace. The device was used in alaboratory experimental entrained-low gasifier with membrane water wall by using two kinds of gasification fuels.The results show that the device can estimate the experimental gasifier temperature accurately, and the method issuitable for the gasifier temperature measurement.Key words: entrained-flow gasifier; temperature; measurement; heat conduction气流床气化具有较大的煤种与粒度适应性和更确测量的要求“1。特别是针对粉煤气化技术,因气优良的技术性能,是煤基大容量、高效洁净的燃气与化炉操作温度更高,现用于水煤浆气化技术中的高合成气制备的首选技术"。对于液态排渣的气流温热电偶已无法满足要求。床气化炉的操作来说,炉内温度是决定煤气化所得近年来出现了一些新的高温测量方法[-7] ,但因气体组分的最重要因素,并且与灰渣的矿物组成以其受炉内复杂的湍流多相流场的影响导致可靠性不及微观结构关联度最大[23] ,是控制气化工艺指标的佳,也未能大面积推广应用。因此,气化炉的温度测重要参数。然而现实中的-系列原因使得气化炉温量需要一种简便的精确的、能耐高温和熔渣腐蚀的度的测量和控制变得十分困难。热电偶是目前水煤测量方法。浆气化技术中应用最广泛的气化炉内高温测量方为实现这些需要,本文提出了一-种基于导热原理法,但热电偶在直接测量炉内温度时，往往经受不了的间接测温方法,其结构简单投资小，实现较高操作高温下的气流冲刷及熔渣腐蚀,不能满足长时间准温度下的同步测量,最大程度上避免了测温装置与炉收稿日期:201104-19金项目:国家重点基础研究成果刚“973"项目(2010C8227005);国家高技术研究发展中国煤化工:国家自然科学基金资助项目(20906020)作者简介:赵蒙(1986- -) ,男，硬士研究生,研究方向为水冷壁气化炉内高温测t ;刘潍.,:MYH. C NM H 21)6251418,E-mail :hliu@ ecust. edu. cno●98化学工程2011年第39卷第10期到的估算公式为t=[( -3. 9742 +14. 72ts +273. 15)*+3. 06 x 10'0(32-1)].25-273.15 (6)将1r,h2,h3和式(5)估算值以及估算误差列于表1中。表1黑体炉标定结果Table 1 Calibration data in blackbody furmace估算t/Ch/C4:/C估算值/C误差/C1 00063.8999.9-0.11 050149.669. 11 049.4-0.61 100169.877.51 098.31.7图3实验装置1150192.284.21 150.2Fig.3 Experimental equipment1 200218. 1.93. 81 202. 92. 9测温装置用法兰连接在气化炉上,在接近测温装1 250244.3102.31 252.02.0置的地方放置1根热电偶测量炉膛温度ty,用作与估1 300272. 91 301.11 350304.4.126. 81 352.42.4算温度进行比较。实验中采用K型铠装热电偶,短期最高耐用温度为1370 C。在气化炉运行过程中,记1400.335. 4137.21 398.41.6录下tr,t ,与,利用公式(6)估算炉膛温度。在恒温较1 450371.51 448.4好的800s内取tp的真实值,并和估算值比较,如图41 500411.1163. 41500.10.1所示。受火焰脉动影响,测温装置内部的热电偶有滞410.3163.21 499.2-0.8后效应,造成估算温度和实际温度有- -定差别,最大372. 1149.11 448.5误差为-15.5 C,平均偏差为3.3 C。1 400336. 4137.41 399.7-0.31 360305.0 .127.11 353.43.4.密颦温窿272.5113.71 300.4明132243.4103. 21 250.10.安1300wwmmvw~217.193.41 201.01.01280200400 600 800时间/s191.383. 91 148.3图4柴油气化时的炉膛温度( 恒温阶段).1100169.277.11 097.1-2.9Fig.4 Fumace temperature of diesel gasification( constant temperalure)149.01 048.3-1.71000.132. 51 000.6 .0.6炉膛恒温后投人煤粉,温度有所下降,又很快达到新的平衡,此时再记录tr的真实值和估算值,见从标定结果看,测温装置在黑体炉中能够很好图5。其最大误差为-13.0 C,平均偏差为3.2 C。地估算炉膛温度,最大误差为3.4 C。但黑体炉没因此,无论以柴油或者柴油加煤粉,估算温度能够较有烟气和灰渣的冲刷干扰,测温环境没有气化炉内准确地反映实际温度。1 260r...店算温度恶劣。为了检查测温装置能否测量气化炉内的温g 1240度,需要在真实的气化炉中进行验证。12203.2气化炉验证安1200实验在膜式水冷壁气化炉内进行,分别采用柴1180520040000时fl/e油、煤粉(北宿烟煤)加柴油作为气化燃料,其中柴圈5中国煤化工阶段)油通过泵送至喷嘴,煤粉由螺旋给料机送至喷嘴。Fig.5:MYHC N M H Gverized实验装置如图3所示。coal gasification( constant temperature)赵蒙等基于热传 导原理的气化炉内高温测量方法研究.99●4结论[4] 陈程,孙自强.德士古水煤浆气化炉炉温监控系统的(1)基于热传导原理,开发了一种气化炉内高开发[J].自动化仪表,2005 ,26( 10) :44 46.温测量装置。该测温装置带有吹扫和水冷结构，可[5] JIANG Zhiwei, LUO Zixue, ZHOU Huaichun. A simple避免气化炉内高温熔渣干扰和烧蚀。通过在黑体炉measurement method of temperature and emissivity of内进行标定,得到了该装置的温度估算公式。coal-fired flames from visible readiation image and its 即plcation in a CFB boiler fumace[J]. Fuel, 2009, 88(2)在水冷壁气化炉实验装置内进行了测温验证。无论气化燃料时柴油还是柴油和煤粉共同进(6) :980-987.6] LI Yanqin, ZHOU Huaichun. Experimental study on料,该方法都能对气化炉内的温度进行较准确的估acoustic vector tomnography of 2-D flow field in an算,证明该方法是切实可行的,适合于气化炉内experiment-ecale fumace[J]. Flow Measurement and In-使用。.strumentation ,2006 ,17(2) :113-122.[7] SABEL T, UNTERBERGER S, HEIN K R G. Applica-参考文献:tion of quotient pyromety to industrial pulverised coal[1] 于广锁,牛苗任,王亦飞，等.气流床煤气化的技术现combustion [J]. Experimental Thermal and Fluid Sci-状和发展趋势[J].现代化工,2004.24(5) :23-26.ence. ,2002 ,26(2/3/4) :283-289.[2] BARROSO J, BALLESTERJ, FERRERLM, et al.[8] PAIST A, POOBUS A, TIKMA T. 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