[發明專利]一種高溫煤氣化裝置爐襯材料厚度在線監控和預警方法

有效

• 申請號: 202110684943.0
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113324507B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 杜一昊;孫紅剛;楊文剛;王剛;馬渭奎;何濤;吳吉光;尚心蓮
• 申請（專利權）人: 中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司
• 主分類號: G01B21/08
• 分類號: G01B21/08;G01K7/04
• 代理公司: 洛陽明律專利代理事務所(普通合伙) 41118
• 代理人: 李娟

本發明屬于煤氣檢測技術領域，涉及一種高溫煤氣化裝置爐襯材料厚度在線監控和預警方法。涉及的一種高溫煤氣化裝置爐襯材料厚度在線監控和預警方法：繪制工作襯材料熱面溫度T1和工作襯材料冷面溫度T2間的溫差ΔT與工作襯材料厚度L1的對應關系曲線，確定氣化裝置的溫度監控區域，在各溫度監控區域設置溫度監控熱電偶組；設置溫度監控規則，繪制溫度?時間曲線；對所繪制的溫度?時間曲線進行分析給出爐襯殘余厚度、爐襯剝落時間、爐襯安全厚度預警。本發明可準確、有效的實現高溫氣化裝置的工作襯材料厚度實時監控功能、工作襯材料剝落狀況實時監控功能和工作襯材料安全服役預警功能。

技術領域

本發明屬于煤氣檢測技術領域，具體涉及一種高溫煤氣化裝置爐襯材料厚度在線監控和預警方法。

背景技術

我國能源的結構特點為“富煤、缺油、少氣”，煤氣化技術成為了煤炭資源清潔、高效利用的重要途徑；煤氣化技術是以煤炭等含碳類礦物燃料為原料，通過一系列物理化學反應將其中的可燃部分轉化為可燃性氣體的技術；氣化爐是煤氣化技術的核心裝置，通常以耐火材料為爐襯； 高溫煤氣化裝置工作襯耐火材料隨著使用時間的延長厚度會逐漸減薄，主要由化學侵蝕、剝落、沖刷等造成。工作襯耐火材料無論以何種形式發生減薄、剝落等損毀后，均會威脅高溫煤氣化裝置的正常運行，可能造成爐壁鋼殼超溫、燒穿，爐內氣密性受損、氣體外泄，熔渣泄露等嚴重安全事故；鑒于氣化裝置高溫高壓的特點，其熱態運行時工作襯耐火材料的厚度日常監控主要憑借操作經驗或借助熔渣組分進行大致判斷；為排除爐襯過薄帶來的安全隱患，氣化爐需定期停爐，冷態檢修，人工測量爐腔直徑推算工作襯殘余厚度，該方式極大的影響了生產連續性，提升了成本，經停爐帶來的溫度驟變會促使材料發生熱震，惡化工作襯材料的服役環境，使材料的服役壽命進一步受到壓縮。實現對于氣化爐工作襯材料厚度的連續在線監控，材料損毀過程的實時判斷以及材料服役末期的及時預警，對氣化爐的長期、穩定、安全運行意義重大。

高溫工業中已實現廣泛應用的爐襯材料厚度在線監控技術主要應用于鋼鐵冶煉窯爐，測厚技術主要分為直接測厚技術和間接測厚技術，其中直接測厚技術主要利用了埋設與爐襯材料等長的傳感器（電阻、電容等）在材料減薄時與材料同步消耗，再經過信號傳輸估算材料實時厚度；間接測厚技術主要利用了光學、傳熱學、聲波技術等，通過與材料厚度具有高度關聯性的可測數據，經關聯模型間接推測材料厚度。目前關于高溫煤氣化裝置爐襯材料厚度的在線監控技術尚未見大量報道，其原因在于：（1）高溫煤氣化裝置屬于壓力容器，要求爐體結構保證嚴格氣密性，直接測厚技術的傳感器埋設對于爐體結構有不良影響，氣密性無法保證；（2）高溫煤氣化裝置屬于密閉容器，無法使用開放式窯爐常用的紅外掃描成像、激光測量等測厚技術；（3）高溫煤氣化裝置的爐襯材料主要為多層材料組合砌筑形式，利用聲波信號振動頻率的發射與收集進行間接測厚的技術會因為聲波傳遞與返回路徑中的材料物理性能差異造成信號誤差較大的缺點，影響測量結果的真實性。

中國專利“轉爐爐襯厚度在線檢測方法及其裝置”（申請號200810124742.X）公開了一種基于溫度監控，并根據溫度-厚度關系函數，反推爐襯材料厚度的方法及其裝置，通過有限元分析軟件對爐襯材料的溫度-厚度關系進行模擬計算，在爐襯材料永久層和轉爐爐底埋設熱電偶測溫裝置，對爐襯材料進行測溫，根據溫度數據結合溫度-厚度參照表，反向計算爐襯厚度，是一種工序簡單，操作準確性高的轉爐爐襯測厚方法。上述發明專利應用于高溫煤氣化裝置爐襯測厚存在如下局限：（1）轉爐煉鋼工藝溫度是相對固定的，該方法是以爐內溫度固定不變為前提的，而氣化爐運行時溫度時波動的，該溫度波動會影響監控數據，僅監控永久襯溫度數據而不考慮爐內運行溫度對監控數據的影響會導致結果誤差偏大；（2）熱量由爐內熱源傳遞至工作襯冷面、永久襯熱面（熱電偶埋設點）過程需要一定時間，轉爐為間歇性工作，轉爐煉鋼周期約為30分鐘，運行過程中爐襯難于達到熱平衡，基于穩態傳熱模型的有限元分析軟件進行厚度計算誤差大，在進行溫度數據實時監控及后續反推材料厚度時，不將時間作為結果影響因素無疑進一步導致了測量誤差增大（3）轉爐屬于常壓運行的開放式窯爐，在進行熱電偶埋設時無需考慮爐襯結構氣密性影響，高溫煤氣化裝置屬于壓力容器，在進行熱電偶埋設時需針對爐體結構的氣密性進行設計。