基于电容测量的生物质固体燃料灰渣高温熔融监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于电容测量的生物质固体燃料灰渣高温熔融监测装置，其包括电容极板组，所述电容极板组由两个相对放置的电容极板组成，该电容极板组之间设置一高温熔融区；灰渣置于所述高温熔融区内，作为电容极板组的电介质；电容测试仪，所述电容测试仪与电容极板组电性连接，用于实时监测电容极板组的电容值，并根据灰渣熔融前后介电常数发生变化而确定灰渣发生熔融的时间。本发明专利技术通过灰渣作为电容极板组的电介质，灰渣发生熔融前后介电常数变化引起电容极板组电容值随之变化，实时监测该电容极板组电容值即可对灰渣熔融发生和发展的情况及时、准确的掌握和防治。

【技术实现步骤摘要】
基于电容测量的生物质固体燃料灰渣高温熔融监测装置
本专利技术涉及一种基于电容测量的生物质固体燃料灰渣高温熔融监测装置，尤其是对生物质在固定床气化炉内气化燃烧时发生灰渣熔融过程与状态的监测。
技术介绍
生物质作为重要的可再生能源，在气化燃烧等能源化利用方面已经得到广泛的应用。生物质固体燃料含有一定量的灰分，是由多种矿物质组成的混合物，在高温下具有变形、软化和熔融特性。由于生物质灰分中的钾、钠等碱金属含量高，导致其灰熔点低，灰熔融问题已经成为制约生物质气化燃烧利用的主要问题之一。生物质在固定床气化炉内气化燃烧，当炉内的温度达到或超过其灰分的熔点时，炉底容易出现灰渣熔融烧结现象，引起炉底排渣堵塞，严重时需停炉清渣，影响设备的正常生产和运行。因此，及时发现炉内灰渣熔融的发生，并即时采取振动排渣、控温等措施破坏灰渣熔融过程的进一步发展，对降低灰渣熔融的不利影响、保证设备的稳定运行具有重要作用。目前炉内灰渣熔融判断的常用方法有：1)灰熔点测试(GB219–2008)。在灰熔点测试仪中通过观察升温过程中灰锥的变形情况得到灰渣熔融温度，根据炉内测量的温度与灰熔点比较进行判断。该方法忽略了生物质灰中K、Na等碱金属在缓慢升温过程中的挥发，测试过程中灰锥变形有明显滞后，测得的灰熔点一般比实际灰渣熔融温度高100-200℃。2)估算方法。按照元素成分和经验估算灰熔点，或者利用热力学方法推算灰渣的相平衡与熔融性质，但一般只能模拟5种以下化合物的熔融情况，与实际结渣情况有一定偏差。3)直接观察法。观察炉渣排出情况，根据排渣速度、排出炉渣的结块大小等情况判断。由于灰渣的部分挥发和熔融后的分离异化反应，排渣往往不是连续稳定的过程，发现排渣异常时，炉内结渣通常已经比较严重，只能通过停炉检修解决。上述方法难以及时、准确地监测到生物质在气化燃烧过程中灰渣熔融的发生和发展过程，因而难以及时采取防治措施。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于电容测量的生物质固体燃料灰渣高温熔融监测装置，其将灰渣设置于两电容极板之间，根据灰渣发生熔融后电容极板组的电容值发生的突变而实时监测灰渣高温熔融情况。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种基于电容测量的生物质固体燃料灰渣高温熔融监测装置，其包括：电容极板组，所述电容极板组由两个相对放置的电容极板组成，该电容极板组之间设置一高温熔融区；灰渣置于所述高温熔融区内，用于作为电容极板组的电介质；电容测试仪，所述电容测试仪与电容极板组电性连接，用于实时监测电容极板组的电容值，并根据灰渣熔融前后介电常数发生变化而确定灰渣发生熔融的时间。作为本专利技术的一种实施方式，所述灰渣装入一放置在电加热套中的灰熔融容器内，所述电容极板组安装于灰熔融容器相对的两侧，在所述灰熔融容器中插入一热电偶，用于对灰熔融容器内的温度进行测量，从而得到温度和电容值之间的关系曲线。作为本专利技术的另一种实施方式，直接将该生物质固体燃料灰渣高温熔融监测装置应用于固定床气化炉中。生物质原料由炉顶进入固定床气化炉，气化反应后产生的含碳灰渣集中在炉底部，从炉底进入的空气与碳发生氧化反应放热，在炉底部形成灰渣高温熔融区。在灰渣高温熔融区采用两块正对的金属板作为电容极板组，灰渣高温熔融区处于金属板之间，即含碳灰渣成为该电容极板组间的电介质。实时监测该区域灰渣熔融过程中电容极板组电容值的变化。根据电容计算公式:C＝ε*S/4πkd(S：电容极板的正对面积，d：极板之间的距离，ε：极板之间电介质的介电常数，k：静电力常数)，当炉内温度达到生物质灰的熔点后，灰渣内部的固态物质发生熔化，灰渣内部出现离子导电，熔融部分相当于导体，使熔融灰渣的介电常数ε增大，因而电容值C增大。灰渣熔融越明显，ε越大，C也越大。因此，通过在气化炉灰渣熔融区域，通常在炉底部区域，实时监测电容值的变化可以及时、准确地发现和判断灰渣熔融的发生和发展情况，即时采取振动排渣、控温等措施破坏灰渣熔融过程的进一步发展，保证设备的稳定运行。优选地，所述电容极板组置于固定床气化炉内的耐火层和保温层之间，所述保温层贴于固定床气化炉壳体的内壁上。优选地，所述电容测试仪置于固定床气化炉外侧，电容测试仪和电容极板组之间的引线与固定床气化炉的壳体绝缘。按灰渣熔融区域具体监测要求，可设置多个电容极板组，所述多个电容极板组将高温熔融区划分成多个监测区域，以确定灰渣发生熔融的位置。该多个电容极板组之间的监测区域可重叠。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、通过灰渣作为电容极板组的电介质，灰渣发生熔融前后介电常数变化引起电容极板组电容值随之变化，实时监测该电容极板组电容值即可对灰渣熔融发生和发展的情况及时、准确的掌握，结构简单，操作方便；2、通过设置多个电容极板组对监测区域进行多个监测分区，根据一个或多个电容极板组的电容值发生变化判断具体的监测分区或者监测分区之间的重叠区域发生灰渣熔融，从而确定灰渣熔融发生的准确位置，从而及时对该位置采取防治措施。附图说明图1是本专利技术一种基于电容测量的生物质固体燃料灰渣高温熔融监测装置实施例一的结构示意图；图2是图1中电容测试仪的测试结果图；图3是本专利技术一种基于电容测量的生物质固体燃料灰渣高温熔融监测装置实施例二的结构示意图；图4是图3的横向截面图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的内容做进一步详细说明。实施例1图1所示为灰熔融电容测试实验装置结构示意图，主要由一对电容极板1和2、刚玉材质的灰熔融容器3、电加热套4组成，电容极板1和2连接电容测试仪5。为测量方便与提高精度，熔融前后电容的变化量设计为大于10PF量级，参考平行板电容计算方法，介电常数参考数值为2～10。在灰熔融容器3内装入生物质灰样6(即灰渣)并把灰熔融容器3放入电加热套4中，通过电加热程序控制升温使灰熔融容器3内的温度达到灰样的熔点，灰熔融容器3的温度通过热电偶7进行测量。本实例中电容极板面积为10*1cm2，电容测量频率采用800Hz。图2为生物质灰样熔融电容测试的结果。生物质灰样6常温下放入灰熔融容器3内，在程序控制升温下温度由常温升至1000℃。在600℃前的低温段，电容值基本稳定在20PF；700℃-850℃，电容值缓慢增加到30PF；900℃附近电容值开始急剧上升，当温度升至1000℃时，电容值迅速升高达到700PF左右。据此可判断该生物质灰样6在900℃开始发生熔融，到1000℃时基本熔融完全。实施例2图3为以工业推广应用比较广的固定床气化炉为例的生物质气化燃烧过程中生物质灰渣熔融实时电容监测装置结构图。生物质原料由炉顶进入固定床气化炉，气化反应后产生的含碳灰渣集中在炉底部，从炉底进入的空气与碳发生氧化反应放热，在炉底部形成高温熔融区。由于固定床温度分布不均匀的特点，即使总体温度控制在生物质灰熔点以下，局部温度仍容易达到并超过灰熔点，使局部发生灰渣熔融烧结，如果没有及时发现并采取振动排渣、控温等措施，熔融渣块得以生长，熔融区域进一步扩大，引起炉底排渣堵塞，严重时需停炉清渣，影响设备的正常生产和运行。在灰渣高温熔融区布置多对电容极板(本例针对圆筒型气化炉结构，沿圆周均匀布置四对柱状板式电容，分别为1′-1′，2′-2′，3′-3′和4′-4′，其它形状的气化炉与之类似)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电容测量的生物质固体燃料灰渣高温熔融监测装置，其特征在于，其包括：电容极板组，所述电容极板组由两个相对放置的电容极板组成，该电容极板组之间设置一高温熔融区；灰渣置于所述高温熔融区内，用于作为电容极板组的电介质；电容测试仪，所述电容测试仪与电容极板组电性连接，用于实时监测电容极板组的电容值，并根据灰渣熔融前后介电常数发生变化而确定灰渣发生熔融的时间。

【技术特征摘要】
1.一种基于电容测量的生物质固体燃料灰渣高温熔融监测装置，其特征在于，其包括：电容极板组，所述电容极板组由两个相对放置的电容极板组成，该电容极板组之间设置一高温熔融区；灰渣置于所述高温熔融区内，用于作为电容极板组的电介质；电容测试仪，所述电容测试仪与电容极板组电性连接，用于实时监测电容极板组的电容值，并根据灰渣熔融前后介电常数发生变化而确定灰渣发生熔融的时间。2.根据权利要求1所述的基于电容测量的生物质固体燃料灰渣高温熔融监测装置，其特征在于，所述灰渣装入一放置在电加热套中的灰熔融容器内，所述电容极板组安装于灰熔融容器相对的两侧。3.根据权利要求2所述的基于电容测量的生物质固体燃料灰渣高温熔融监测装置，其特征在于，所述灰熔融容器中插入一热电偶，用于对灰熔融容器内的温度进行测量。4.根据权利要求2所述的基于电容测量的生物质固体燃料灰渣高温熔融监测装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：阴秀丽，赖喜锐，周肇秋，袁洪友，吴创之，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44