[发明专利]用于气流床气化炉的高温测试探头及其装置、测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温测试探头，特别是涉及一种用于气流床气化炉的高温测试探头，及包括其的装置和测试方法。

背景技术

气流床的气化技术是指将含碳化合物与气化剂一起并流通过喷嘴，在气化炉内进行火焰型非催化部分氧化反应的工艺过程。气流床的气化通常在高温高压条件下进行，操作压力为3.0～6.5MPa，操作温度为1300～1600℃。

通过气化炉制备的合成气具有重要价值，是液化(直接或间接)制燃料油、合成甲醇、氨和甲醚等的原料，以及整体煤气化联合循环发电系统发电、烯烃生产技术、燃料电池、还原炼铁和炼油等工艺未来发展的关键技术之一。气化炉膛温度是气流床的气化工艺中最重要的控制参数之一，只有气化炉操作温度适宜，才能提高气化效率，延长喷嘴和耐火衬里等相关设备和材料的使用寿命以及顺利液态排渣等。

目前，耐火砖衬里结构的气流床气化炉主要是通过带保护套管的铂铑热电偶直接接触法测量炉膛温度。然而，热电偶在高温下受气流冲刷、熔渣腐蚀以及耐火砖膨胀等因素影响，其工作寿命短且测量精度较差。即使采用不同材质的热电偶丝或保护套管，均未能有效解决其耐受温度低、使用寿命短和测量精度差等问题。此外，由于热电偶安装或使用方法不当也将造成测量温度的不准确，无法实现合理的气化工艺过程控制。

为避免上述热电偶直接接触法测温元件存在的问题，相关的间接测温方法在气流床气化技术邻域也得到了一定运用。比如利用合成气中的甲烷含量，通过相关甲烷温度对应关系模型计算气化炉膛温度。由于测温模型以及气体分析的准确性，利用甲烷含量难以准确获得气化炉膛温度。再比如通过测量探头进出冷却水温差，采用传热原理间接测温、CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)图像处理技术测温以及声学测温等间接测温方法均由于系统较复杂、测量精度较低等原因未能广泛在实际工业装置中使用。

随着气化用原料品质的下降，例如气化用煤中更高的灰分和更高的灰熔点等，采用水冷壁衬里的气流床气化炉正逐步得到运用。由于水冷壁衬里气流床气化炉操作温度一般均高于1400℃，极端温度甚至超过1600℃，因此传统的高温热电偶无法在水冷壁衬里气流床气化炉内使用。

另外，由于水冷壁衬里结构复杂，无法满足间接测量需要开设多个测量孔的要求。而且沉积在测量元件上的熔渣层将极大地影响测量装置的测温精度。因此现在已经运行的水冷壁衬里的气流床气化炉只能通过合成气成分，依据相关温度模型计算气化炉膛温度。但由于气化原料品质的变化和气体分析仪测量精度的影响，计算获得的温度与气化炉膛实际温度相差较大。

由上可知，在气流床气化炉高温和熔渣环境下，现有测量方法还无法实现长周期、在线以及准确测量气化炉膛温度。因此需要一种能耐高温、防止熔渣沉积以及测量准确的测温装置及方法来测量气化炉膛温度，实现气流床气化装置的长周期稳定运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术许用温度较低、测量寿命短和误差大的缺陷，提供一种用于气流床气化炉的高温测试探头及包括其装置、测试方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种用于气流床气化炉的高温测试探头，其特点在于，所述高温测量探头包括一探头主体、一测量内芯、至少一个气体夹层及若干热电偶；

所述探头主体呈中空的筒状，所述测量内芯作为测量面嵌设在所述探头

主体的一端部，所述探头主体内部还设置一位于所述测量内芯后部的冷却腔；

所述至少一个气体夹层设置于所述探头主体的外侧，且所述至少一个气体夹层靠近所述测量内芯的端部为一射流面；

所述若干热电偶的测试端插设于所述测量内芯内，且另一端经过所述冷却腔穿出所述探头主体。

较佳地，所述探头主体为多层套筒结构，且其截面为圆形、椭圆形或方形。

较佳地，所述探头主体的外径为5mm-50mm。

较佳地，所述测量内芯的长度为5mm-100mm。

较佳地，所述冷却腔采用夹套结构。

较佳地，所述夹套结构由一内管和一外管相互叠套形成。

较佳地，所述气体夹层环绕设置在所述探头主体的外侧，且所述气体夹层的宽度为0.5mm-10mm。

较佳地，所述射流面为一向上的斜面，所述斜面与水平面的夹角为锐角。

较佳地，所述若干热电偶沿所述测量内芯内部的轴向间隔布置2-10根。

本发明还提供了一种用于气流床气化炉的高温测试装置，其特点在于，其包括如上所述的用于气流床气化炉的高温测试探头，所述测试装置还包括：