气化炉又称煤气化炉(gas producer),是煤气化的主要设备。根据煤的性质和对煤气产品的要求有多种气化炉型式。分为固定床移动床、沸腾床和气流床等形式。煤在煤气化炉内会发生一系列复杂的物理变化和化学变化,主要有:煤的干燥、煤的干馏和煤的气化反应。其中干燥指煤中水分的挥发,是一个简单的物理过程,而干馏和气化反应都是复杂的热化学过程,受煤种、温度、压力、加热速率和气化炉形式等多种因素的影响,和生产操作密切相关,是需要特别重视的。
格物优信M系列红外热像仪气化炉检测方案示意图
气化炉中的气化反应,是一个极其复杂的体系。由于煤炭的“分子”结构很复杂,其中含有碳、氢、氧和其它元素,因而在讨论气化反应时总是以如下假定为基础,即仅考虑煤炭中的主要元素碳,且气化反应前发生煤的干馏和热解。这样一来,气化反应主要是指煤中的碳和气化剂中的氧气、水蒸气和氢气的反应,也包括碳与反应物以及反应产物之间进行的反应。
气化炉结构图
如图1,气化炉主要分为上部的燃烧室和下部的激冷室,上球形封头、燃烧室筒体、筒体锻件材料为耐热钢,激冷室腐蚀比较严重,所以内部堆焊。故气化炉激冷室筒体采用复合钢板。燃烧室气化压力在在2.7~ 8.5MPa,预热时温度高达1300℃,操作时温度在1000~1700℃,燃烧室炉内内衬耐火砖在高温时会熔蚀,在受热气体和炉渣的冲刷下会逐渐变薄,甚至产生裂缝或者脱落,高温气体会透过耐火材料直接接触炉壁,使得炉壁温度异常升高,因此需要对气化炉炉壁温度进行有效监测。
红外热像仪显示下气化炉磨损热像图
传统的气化炉温度监测方式有表面热电偶和表面温度电缆,表面热电偶需要事先在炉壁上感兴趣点焊接热电偶固件,获取测温点温度信息,表面温度电缆是沿着炉壁进行缠绕,需要焊接电缆固定螺栓,可获取电缆路径上温度信息。这两种测温方式都只能获取部分炉壁的温度信息,不能获取全部炉壁的温度信息,而红外热像仪可以做到这点。
红外热像仪采用非接触测温方式,可以远距离获取测温对象的全局温度信息,并具有不受可见光影响、全天候、实时、精准测温等优势,可以安装到气化炉周围的钢梁、铁栏杆等位置。由于气化炉是圆柱体,因此想全面检测炉壁表面,至少需要三台热像仪进行检测。红外热像仪一般工作温度在-10~50℃,如果周围环境超出工作温度范围,需要加装降温装置。