基于熱傳導原理的氣化爐內高溫測量方法研究

第39卷第10期化學(xué)工巷Vol. 39 No. 102011年10月CHEMICAL ENGINEERING( CHINA)0ct. 2011基于熱傳導原理的氣化爐內高溫測量方法研究趙蒙，梁欽鋒,許建良，劉海峰，龔欣(華東理工大學(xué)煤氣化教育部重點(diǎn)實(shí)驗室,上海200237)摘要:受高溫熔渣和氣流影響,氣流床氣化爐內的溫度測量往往十分困難,需要- -種 簡(jiǎn)單準確的方法來(lái)測量爐內溫度。文中基于- =維熱傳導原理,設計了帶吹掃和水冷結構的氣流床氣化爐內高溫測量裝置。通過(guò)對氣化爐壁面傳熱過(guò)程分析,提出了能夠估算爐內溫度的公式,并利用黑體爐中的實(shí)驗數據擬合出了公式內的待定常數。在實(shí)驗室小型水冷壁氣化爐內用2種氣化燃料進(jìn)行驗證。結果證明此方法能夠較準確地估算爐膛溫度,適合氣化爐內高溫測量。關(guān)鍵詞:氣流床氣化爐;溫度;測量;熱傳導中圈分類(lèi)號:TQ 54文獻標識碼:A文章編號: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氣流床氣化具有較大的煤種與粒度適應性和更確測量的要求“1。特別是針對粉煤氣化技術(shù),因氣優(yōu)良的技術(shù)性能,是煤基大容量、高效潔凈的燃氣與化爐操作溫度更高,現用于水煤漿氣化技術(shù)中的高合成氣制備的首選技術(shù)"。對于液態(tài)排渣的氣流溫熱電偶已無(wú)法滿(mǎn)足要求。床氣化爐的操作來(lái)說(shuō),爐內溫度是決定煤氣化所得近年來(lái)出現了一些新的高溫測量方法[-7] ,但因氣體組分的最重要因素,并且與灰渣的礦物組成以其受爐內復雜的湍流多相流場(chǎng)的影響導致可靠性不及微觀(guān)結構關(guān)聯(lián)度最大[23] ,是控制氣化工藝指標的佳,也未能大面積推廣應用。因此,氣化爐的溫度測重要參數。然而現實(shí)中的-系列原因使得氣化爐溫量需要一種簡(jiǎn)便的精確的、能耐高溫和熔渣腐蝕的度的測量和控制變得十分困難。熱電偶是目前水煤測量方法。漿氣化技術(shù)中應用最廣泛的氣化爐內高溫測量方為實(shí)現這些需要,本文提出了一-種基于導熱原理法,但熱電偶在直接測量爐內溫度時(shí)，往往經(jīng)受不了的間接測溫方法,其結構簡(jiǎn)單投資小，實(shí)現較高操作高溫下的氣流沖刷及熔渣腐蝕,不能滿(mǎn)足長(cháng)時(shí)間準溫度下的同步測量,最大程度上避免了測溫裝置與爐收稿日期:201104-19金項目:國家重點(diǎn)基礎研究成果剛“973"項目(2010C8227005);國家高技術(shù)研究發(fā)展中國煤化工:國家自然科學(xué)基金資助項目(20906020)作者簡(jiǎn)介:趙蒙(1986- -) ,男，硬士研究生,研究方向為水冷壁氣化爐內高溫測t ;劉濰.,:MYH. C NM H 21)6251418,E-mail :hliu@ ecust. edu. cno●98化學(xué)工程2011年第39卷第10期到的估算公式為t=[( -3. 9742 +14. 72ts +273. 15)*+3. 06 x 10'0(32-1)].25-273.15 (6)將1r,h2,h3和式(5)估算值以及估算誤差列于表1中。表1黑體爐標定結果Table 1 Calibration data in blackbody furmace估算t/Ch/C4:/C估算值/C誤差/C1 00063.8999.9-0.11 050149.669. 11 049.4-0.61 100169.877.51 098.31.7圖3實(shí)驗裝置1150192.284.21 150.2Fig.3 Experimental equipment1 200218. 1.93. 81 202. 92. 9測溫裝置用法蘭連接在氣化爐上,在接近測溫裝1 250244.3102.31 252.02.0置的地方放置1根熱電偶測量爐膛溫度ty,用作與估1 300272. 91 301.11 350304.4.126. 81 352.42.4算溫度進(jìn)行比較。實(shí)驗中采用K型鎧裝熱電偶,短期最高耐用溫度為1370 C。在氣化爐運行過(guò)程中,記1400.335. 4137.21 398.41.6錄下tr,t ,與,利用公式(6)估算爐膛溫度。在恒溫較1 450371.51 448.4好的800s內取tp的真實(shí)值,并和估算值比較,如圖41 500411.1163. 41500.10.1所示。受火焰脈動(dòng)影響,測溫裝置內部的熱電偶有滯410.3163.21 499.2-0.8后效應,造成估算溫度和實(shí)際溫度有- -定差別,最大372. 1149.11 448.5誤差為-15.5 C,平均偏差為3.3 C。1 400336. 4137.41 399.7-0.31 360305.0 .127.11 353.43.4.密顰溫窿272.5113.71 300.4明132243.4103. 21 250.10.安1300wwmmvw~217.193.41 201.01.01280200400 600 800時(shí)間/s191.383. 91 148.3圖4柴油氣化時(shí)的爐膛溫度( 恒溫階段).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爐膛恒溫后投人煤粉,溫度有所下降,又很快達到新的平衡,此時(shí)再記錄tr的真實(shí)值和估算值,見(jiàn)從標定結果看,測溫裝置在黑體爐中能夠很好圖5。其最大誤差為-13.0 C,平均偏差為3.2 C。地估算爐膛溫度,最大誤差為3.4 C。但黑體爐沒(méi)因此,無(wú)論以柴油或者柴油加煤粉,估算溫度能夠較有煙氣和灰渣的沖刷干擾,測溫環(huán)境沒(méi)有氣化爐內準確地反映實(shí)際溫度。1 260r...店算溫度惡劣。為了檢查測溫裝置能否測量氣化爐內的溫g 1240度,需要在真實(shí)的氣化爐中進(jìn)行驗證。12203.2氣化爐驗證安1200實(shí)驗在膜式水冷壁氣化爐內進(jìn)行,分別采用柴1180520040000時(shí)fl/e油、煤粉(北宿煙煤)加柴油作為氣化燃料,其中柴圈5中國煤化工階段)油通過(guò)泵送至噴嘴,煤粉由螺旋給料機送至噴嘴。Fig.5:MYHC N M H Gverized實(shí)驗裝置如圖3所示。coal gasification( constant temperature)趙蒙等基于熱傳 導原理的氣化爐內高溫測量方法研究.99●4結論[4] 陳程,孫自強.德士古水煤漿氣化爐爐溫監控系統的(1)基于熱傳導原理,開(kāi)發(fā)了一種氣化爐內高開(kāi)發(fā)[J].自動(dòng)化儀表,2005 ,26( 10) :44 46.溫測量裝置。該測溫裝置帶有吹掃和水冷結構，可[5] JIANG Zhiwei, LUO Zixue, ZHOU Huaichun. A simple避免氣化爐內高溫熔渣干擾和燒蝕。通過(guò)在黑體爐measurement method of temperature and emissivity of內進(jìn)行標定,得到了該裝置的溫度估算公式。coal-fired flames from visible readiation image and its 即plcation in a CFB boiler fumace[J]. Fuel, 2009, 88(2)在水冷壁氣化爐實(shí)驗裝置內進(jìn)行了測溫驗證。無(wú)論氣化燃料時(shí)柴油還是柴油和煤粉共同進(jìn)(6) :980-987.6] LI Yanqin, ZHOU Huaichun. Experimental study on料,該方法都能對氣化爐內的溫度進(jìn)行較準確的估acoustic vector tomnography of 2-D flow field in an算,證明該方法是切實(shí)可行的,適合于氣化爐內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-參考文獻:tion of quotient pyromety to industrial pulverised coal[1] 于廣鎖,牛苗任,王亦飛，等.氣流床煤氣化的技術(shù)現combustion [J]. Experimental Thermal and Fluid Sci-狀和發(fā)展趨勢[J].現代化工,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. Probes for measuringStuady of coal ash deposition in an entrained-flow reactor:heat transfer pararmeters and fouling intensity in boilersinfluence of coal type, blend composition and operatingconditions[J]. Fuel Procesing Technology, 2006, 87[J]. Fuel ,2002,81(14):1811-1818.(8):737-752.[9] 盛國棟， 黃永生.國外煤粉爐結渣診斷與監控技術(shù)的[3] AINETO M, ACOSTA A, RINCONJ, et al. 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