[发明专利]一种基于超声波介质传输特性差异的等离子气化炉熔融物界面监测装置和检测方法

说明书

本发明公开了一种基于超声波介质传输特性差异的等离子气化炉熔融物界面监测装置，监测装置包括有控制系统、信号发射装置和信号接收装置，控制系统用于控制信号发射装置发射超声波信号，同时对信号接收装置的数据进行采集，获取每路采集信号中炉内传输信号的接收时间；信号发射装置安装在等离子气化炉的炉底外侧壁上，用于接收控制系统的发送指令，并发射超声波脉冲信号；信号接收装置安装在等离子气化炉的外侧壁上，与信号发射装置沿径向相对，用于接收信号发射装置发射的超声波信号。本发明可以实时检测等离子气化炉炉内熔融物距离等离子气化炉内底部的高度位置，以便及时对入料和排料的速度进行控制，极大地提高了垃圾飞灰燃烧的效率。

技术领域

本发明涉及高温熔融炉熔融界面位置检测技术领域，尤其涉及一种基于超声波介质传输特性差异的等离子气化炉熔融物界面监测装置和检测方法。

背景技术

高温熔融炉是化工领域基础工业设备。炉内熔融物界面位置往往影响炉内反应进程、系统进料系统和炉渣处理系统的控制，对炉内熔融物界面位置的检测是该领域所关注的问题之一。对于不同的炉体，检测方式并没有一个普适性的方法，且对于一些熔融炉的特殊炉内环境，如高温、高压、炉内环境复杂以及空间受限等因素，会造成现有界面检测方式无法实行或者误差较大。

等离子气化熔融工艺是新一代的危废处理手段，是目前国际上技术含量最高、效果最为突出的危废处理方式。在利用等离子气化熔融处置过程中，从炉本体顶部给料系统加入的混合物料被等离子体炬产生的 5000～80℃的高温迅速熔融，其中有机成分转化为合成气从炉上部的出气口排出，无机物转化为熔融玻璃态熔浆沉积在炉底。等离子气化炉在工作时，需要实时对炉底部的熔融界面位置进行检测。

等离子气化熔融炉的炉内环境具有如下特点：等离子炬导致超高温和高亮的炉内环境；炉内空间受限，炉内上方有物料进口和烟气出口，中部有等离子炬；落料和排烟造成炉内大气环境中包含许多灰尘颗粒；熔融物界面在等离子体喷射的影响下会产生波动。

物位检测方法从形式上主要分为接触式和非接触式，考虑到熔融体的超高温和粘稠的特性，接触式测量如压差法、静压法、探针法等均无法应用，只能采用非接触式检测方法，常用包括雷达法、超声回波法、图像法和激光法等。

雷达法的工作原理是利用雷达发出微波通过介质到达被测物表面，然后反射到雷达接收装置，以及微波在介质中的传播速度来计算物位高度。但是由于炉内落料和灰尘的干扰，容易引起虚假反射，导致检测误差；传感器的轴线和物位表面应保持垂直，但是熔融物界面在等离子体喷射的影响下存在波动，难以达到垂直的安装条件；安装需要对炉顶进行开孔并对检测设备外加耐高温处理，程序繁琐。基于上述原因雷达法不适用于等离子气化炉熔融界面位置的检测。

超声回波法的工作原理是利用超声波发射装置发出超声波脉冲通过传播介质到达物面，然后反射到超声波接收装置，计算从发出脉冲到接收到返回脉冲的时间，同时知道超声波脉冲在介质中的传播速度，就可以得到超声波装置距离物位表面的距离，也就知道了物位高度。但是超声波回波法不适用于高温高压场合，超声波传播的声速C受传播介质的温度、压力变化影响较大，即使增加温度补偿机制，但是熔融炉内上下各部分温度存在较大差异且不易测量，而且温度补偿只能在一定范围内进行，超出温度补偿范围将严重影响测量的准确性；且熔融炉内空间受限，炉壁的发射会造成误判；存在和上述雷达法一样的问题。基于上述原因超声回波法不适用于等离子气化炉熔融界面位置的检测。

图像法的工作原理是利用CCD摄像头等图像采集装置采集物位图像，利用图像处理技术来处理物位图像，得到物位信息，然后通过计算得到物位高度。但是由于等离子体炬的高亮射流以及超高温熔浆形成炉内高亮的环境，存在物位图像分割方面的困难以及物位线提取的困难，所以图像法不适用于等离子气化炉熔融界面位置的检测。