气化炉进氧量控制装置以及煤气化系统的制作方法

1.本公开涉及煤气化技术领域，尤其涉及一种气化炉进氧量控制装置以及煤气化系统。


背景技术：

2.世界各地的石油供应量预计将达到顶峰，然后会迅速下降。诸如中国和印度的人口大国在经济、科技和工业上的迅速发展增加了这方面的需求，这使得对替代能源的需求更为紧迫。为了满足这种日益增长的需求，将煤炭转化成更为实用和易于运输的形式就成为必然。
3.其中，煤气化技术是洁净高效利用煤的一种重要方式。具体地，煤与氧气在气化炉中进行气化反应，得到粗煤气及转化后灰渣，灰渣由气化炉的排渣口排出，粗煤气由气化炉的气体出口排出。在气化过程中，若气化炉进氧量过多会出现许多结渣结焦，若气化炉缺氧则会导致粉煤燃烧不完全。
4.现有技术一般是操作者根据自身经验，通过人工调节阀门的方式调节进氧量，如此导致进氧量误差较大。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种气化炉进氧量控制装置以及煤气化系统。
6.第一方面，本公开提供了一种气化炉进氧量控制装置，包括粉煤体积测量模块、气化炉进氧量检测模块、气化炉进氧量调控模块以及数据处理模块；粉煤体积测量模块、气化炉进氧量检测模块和气化炉进氧量调控模块分别与数据处理模块电连接；
7.粉煤体积测量模块设置在给料机的给料斗上，粉煤体积测量模块用于测量给料斗中的粉煤的体积，数据处理模块用于根据粉煤的密度和粉煤体积测量模块测量出的体积得出气化炉在单位时间内的进煤量，并根据单位时间内的进煤量确定单位时间内的预设目标进氧量；
8.气化炉进氧量检测模块设置在气化炉的氧气输送管上，气化炉进氧量检测模块用于检测气化炉在单位时间内的实际进氧量；数据处理模块还用于将气化炉进氧量检测模块检测到的实际进氧量与预设目标进氧量进行比较，并在实际进氧量与预设目标进氧量不同时，控制气化炉进氧量调控模块对在单位时间内进入至气化炉的氧气量进行调节，以使气化炉在单位时间内的实际进氧量达到预设目标进氧量。
9.可选的，粉煤体积测量模块包括三维扫描仪，三维扫描仪与数据处理模块电连接；
10.三维扫描仪位于给料斗的最大料位的上方，且避开给料斗顶部的进煤口；三维扫描仪用于测量给料斗中粉煤的料位参数，以根据料位参数得出给料斗中粉煤的体积。
11.可选的，气化炉进氧量控制装置还包括充气管道；
12.充气管道设置在给料斗的外部，充气管道的出气口与给料斗的内腔连通，以向给
料斗中送气。
13.可选的，充气管道的出气口与三维扫描仪位于进煤口的同侧，且出气口朝向三维扫描仪的收发端，以使出气口流出的气体对收发端进行吹扫。
14.可选的，三维扫描仪竖直设置在给料斗的顶部，且三维扫描仪与给料斗的侧壁之间的间距不小于预设间距；
15.充气管道为水平设置的直管，充气管道的中轴线与三维扫描仪的中轴线垂直相交。
16.可选的，充气管道上沿气流方向依次设置有用于控制进气的第一控制阀以及第一单向阀；第一单向阀和第一控制阀均与数据处理模块电连接。
17.可选的，气化炉进氧量调控模块包括进氧量调节阀；
18.进氧量调节阀设置在氧气输送管上，且与数据处理模块电连接；数据处理模块具体用于在气化炉进氧量检测模块检测到的实际进氧量与预设目标进氧量不同时，调整进氧量调节阀的开度，以使气化炉在单位时间内的实际进氧量达到预设目标进氧量。
19.可选的，进氧量调节阀与氧气输送管的出口端之间还设置有第二单向阀，第二单向阀与数据处理模块电连接。
20.第二方面，本公开提供了一种煤气化系统，包括气化炉、给料机以及如上的气化炉进氧量控制装置；
21.给料机的出煤口与气化炉的进料口连通，以向气化炉中供应粉煤。
22.可选的，煤气化系统还包括吹气装置；
23.吹气装置通过输送管与进料口连通，输送管上设置有与出煤口连通的粉煤入口；吹气装置用于向输送管中吹入输送气，以将由粉煤入口进入至输送管中的粉煤输送至气化炉中。
24.可选的，输送管为向下倾斜设置的斜管，输送管的中轴线与粉煤入口的中轴线之间的夹角等于给料斗内粉煤安息角的补角。
25.本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
26.本公开提供的气化炉进氧量控制装置及煤气化系统，通过设置粉煤体积测量模块、气化炉进氧量检测模块、气化炉进氧量调控模块和数据处理模块，将粉煤体积测量模块设置在给料机的给料斗上，将气化炉进氧量检测模块设置在气化炉的氧气输送管上，利用粉煤体积测量模块测量进行给料斗中粉煤体积的测量，数据处理模块根据已知的粉煤自身密度和测量到的体积得出气化炉在单位时间内的进煤量，并根据单位时间内的进煤量确定单位时间内的预设目标进氧量，即确定准确的氧气设定值；利用气化炉进氧量检测模块检测气化炉在单位时间内的实际进氧量，数据处理模块将检测到的实际进氧量和预设目标进氧量进行比较，在实际进氧量与预设目标进氧量不同时，控制气化炉进氧量调控模块对气化炉单位时间内的进氧量进行调节，使实际进氧量达到预设目标进氧量，从而实现对气化炉进氧量的准确控制，在一定程度上避免气化过程产生较多的结渣结焦、粉煤燃烧不完全的情况出现，提高了气化效率。
附图说明
27.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施
例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
28.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本公开实施例所述的气化炉进氧量控制装置的结构框图；
30.图2为本公开实施例所述的煤气化系统的结构示意图。
31.其中，10、数据处理模块；20、粉煤体积测量模块；201、三维扫描仪；30、气化炉进氧量检测模块；40、气化炉进氧量调控模块；401、进氧量调节阀；1、气化炉；11、进料口；12、氧气输送管；121、第二单向阀；2、给料机；21、给料斗；211、进煤口；212、第二控制阀；213、竖直缩管；3、充气管道；31、第一控制阀；32、第一单向阀；4、吹气装置；5、输送管；51、粉煤入口；52、第三控制阀；53、第三单向阀；54、第四控制阀。
具体实施方式
32.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
33.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
34.煤气化即煤与氧气在气化炉中发生气化反应，得到粗煤气的过程。在煤气化过程中，若气化炉中进氧量过多会出现许多结渣结焦，若气化炉中缺氧则会导致粉煤燃烧不完全。可见，气化炉的进氧量直接影响到气化效率。基于此，本实施例提供一种气化炉进氧量控制装置以及煤气化系统，能够实现对气化炉进氧量的准确控制。
35.实施例一
36.参照图1和图2所示，本实施例提供一种气化炉进氧量控制装置，包括：粉煤体积测量模块20、气化炉进氧量检测模块30、气化炉进氧量调控模块40以及数据处理模块10。
37.粉煤体积测量模块20、气化炉进氧量检测模块30和气化炉进氧量调控模块40分别与数据处理模块10电连接。
38.其中，粉煤体积测量模块20设置在给料机2的给料斗21上，粉煤体积测量模块20用于测量给料斗21中的粉煤的体积。其中，给料机2的出煤口与气化炉1的进料口11连通。数据处理模块10用于根据粉煤的密度和粉煤体积测量模块20测量出的体积得出气化炉1在单位时间内的进煤量，并根据单位时间内的进煤量确定单位时间内的预设目标进氧量。
39.可以理解的是，粉煤的密度为已知密度，即当粉煤的种类确定后，该粉煤的自身密度也就确定了。比如，在使用该气化炉进氧量控制装置之前，可预先通过质量体积法，测量出进入至给料斗中的粉煤的密度。
40.具体地，粉煤体积测量模块20实时测量给料斗21中粉煤的体积，由于粉煤体积测量模块20与数据处理模块10电连接，粉煤体积测量模块20将测量到的体积数据传输至数据处理模块10，或者数据处理模块10从粉煤体积测量模块20上实时采集测量到的体积数据。
41.需要说明的是，数据处理模块10用于根据粉煤的密度和粉煤体积测量模块20测量
出的体积得出气化炉1在单位时间内的进煤量具体为：
42.数据处理模块10首先根据粉煤体积测量模块20实时测得的粉煤的体积，计算在单位时间内给料斗21中粉煤的体积变化量，然后根据粉煤的密度和单位时间内粉煤的体积变化量得出给料斗21中单位时间内粉煤的质量变化值。由于粉煤由给料斗21中向气化炉1中流动，因此，此处得到的单位时间内粉煤的质量变化值就是气化炉1在单位时间内的进煤量。数据处理模块10再根据气化炉1在单位时间内的进煤量确定单位时间内的预设目标进氧量，即确定最佳的进氧量。也就是说，气化炉1在单位时间内的进煤量与气化炉在单位时间内的预设目标进氧量具有映射关系，即，当单位时间内的进煤量确定时，单位时间内的预设目标进氧量即得以确定。该映射关系是经过多次试验总结得出的理论映射关系，可以预先存储在数据处理模块10中。
43.示例性的，粉煤体积测量模块20在t1时刻测量到的给料斗21中粉煤的体积为v1，在t2时刻测量到的给料斗21中粉煤的体积为v2，上述的单位时间可以理解为t2-t1，比如单位时间为5s。数据处理模块10在接收到t1时刻和t2时刻给料斗21中粉煤的体积后，计算该单位时间t2-t1内给料斗21中粉煤的体积变化量v1-v2。然后结合粉煤的密度a得出从t1时刻到t2时刻的进煤质量a*(v1-v2)，则单位时间内的进煤量为a*(v1-v2)/(t2-t1)。
44.其中，气化炉进氧量检测模块30设置在气化炉的氧气输送管12上，氧气输送管12用于向气化炉1内输送氧气。气化炉进氧量检测模块30用于检测气化炉在单位时间内的实际进氧量。数据处理模块10还用于将气化炉进氧量检测模块30检测到的实际进氧量与上述预设目标进氧量进行比较，并在实际进氧量与预设目标进氧量不同时，控制气化炉进氧量调控模块40对在单位时间内进入至气化炉1的氧气量进行调节，以使气化炉1在单位时间内的实际进氧量达到预设目标进氧量。
45.比如，当检测到的实际进氧量大于预设目标进氧量时，此时数据处理模块10控制气化炉进氧量调控模块40，使单位时间内的进氧量减小，使实际进氧量趋向预设目标进氧量；当检测到的实际进氧量小于预设目标进氧量时，此时数据处理模块10控制气化炉进氧量调控模块40，使单位时间内的进氧量增大，使实际进氧量趋向预设目标进氧量。
46.本实施例提供的气化炉进氧量控制装置，通过设置粉煤体积测量模块20、气化炉进氧量检测模块30、气化炉进氧量调控模块40和数据处理模块10，将粉煤体积测量模块20设置在给料机2的给料斗21上，将气化炉进氧量检测模块30设置在气化炉的氧气输送管12上，利用粉煤体积测量模块20测量进行给料斗21中粉煤体积的测量，数据处理模块10根据已知的粉煤自身密度和测量到的体积得出气化炉在单位时间内的进煤量，并根据单位时间内的进煤量确定单位时间内的预设目标进氧量，即确定准确的氧气设定值；利用气化炉进氧量检测模块30检测气化炉1在单位时间内的实际进氧量，数据处理模块10将检测到的实际进氧量和预设目标进氧量进行比较，在实际进氧量与预设目标进氧量不同时，控制气化炉进氧量调控模块40对气化炉单位时间内的进氧量进行调节，使实际进氧量达到预设目标进氧量，从而实现对气化炉进氧量的准确控制，在一定程度上避免气化过程产生较多的结渣结焦、粉煤燃烧不完全的情况出现，提高了气化效率。
47.其中，粉煤体积测量模块20具体可包括：三维扫描仪201。三维扫描仪201与数据处理模块10电连接。三维扫描仪201位于给料斗21的最大料位的上方，且避开给料斗21顶部的进煤口211。三维扫描仪201用于测量给料斗21中粉煤的料位参数，以根据料位参数得出给
料斗21中粉煤的体积。
48.三维扫描仪201利用非接触式测量原理，是一种主动式的时差测距的扫描仪，其使用激光探测目标物表面到三维扫描仪201之间的距离，是测定三维扫描仪201所发出的激光脉冲往返一趟的时间换算而得。即三维扫描仪201发射一个激光脉冲，激光打到粉煤表面后反射，再由三维扫描仪201接收信号，并记录时间，由于光速为一已知条件，光信号往返一趟的时间即可换算为信号所行走的距离，也即光信号往返一趟的时间，则三维扫描仪201到粉煤表面的距离等于光速与三维扫描仪201发射信号到接受信号的时间一半的乘积。很显然每个激光点可以测量一点的距离，当三维扫描仪201在其内部旋转镜的快速带动下，就可以使每个激光信号以不同的角度发射，就可以涵盖到给料斗21内的整个粉煤表面。目前可以达到一秒十万个激光点。将测量粉煤表面的这些点连接起来，就可以得到粉煤的料位参数，即粉煤表面的形状，其与给料斗21之间的体积就是此时刻的粉煤体积。
49.具体实现时，数据处理模块10可以包括显示单元，显示单元比如可以显示粉煤体积测量模块20测量到的体积、粉煤的密度、时间、实际进氧量、预设目标进氧量等参数。
50.进一步地，该气化炉进氧量控制装置还可以包括充气管道3。充气管道3设置在给料斗21的外部，充气管道3的出气口与给料斗21的内腔连通，以向给料斗21中送气。充气管道3向给料斗21中送入的气体比如可以为氮气、二氧化碳等洁净气体，本实施例对该气体的种类不作具体限定，只要是不会与粉煤发生反应或引起不安全事故的洁净气体即可。
51.具体地，充气管道3的出气口与三维扫描仪201位于进煤口211的同侧，且出气口朝向三维扫描仪201的收发端，以使出气口流出的气体对收发端进行吹扫。通过充气管道3向给料斗21中充气，使得进入至给料斗21中的气体能够吹扫三维扫描仪201收发端的粉尘颗粒，使得粉尘颗粒不会覆盖收发区域，最大限度的保证三维扫描仪201下面保持相对干净的环境，同时也避免积尘。此外，通过充气管道3向给料斗21中送气，还起到对给料斗21充压的作用，使给料斗21保持一个稍大于气化炉1的压力，以便于在给料机2转动时能更好的使粉煤往下流动。
52.为了使三维扫描仪201发出的信号能覆盖较大的区域，三维扫描仪201要以一定角度向外发射信号和遇到粉煤表面(即给料斗21中粉煤形成的上顶面)后接收返回的信号，较为优选的，三维扫描仪201竖直设置在给料斗21的顶部，三维扫描仪201远离给料斗21的进煤口211，且三维扫描仪201与给料斗21的侧壁之间的间距不小于预设间距，比如，该预设间距具体为300mm。该预设间距具体可根据实际需求进行适应性设定。此处的给料斗21的侧壁指的是图2中给料斗21的右侧壁。这样设置使得三维扫描仪201发射和接收的信号不易受到给料斗21侧壁的反射影响，同时远离给料斗21顶部的进煤口211，以避免粉煤运动产生静电聚集在三维扫描仪201收发端，从而能够进一步提高测量的准确性。
53.参照图2所示，充气管道3具体可以为水平设置的直管，充气管道3的中轴线与三维扫描仪201的中轴线垂直相交。这样设置使得充气管道3输送的气体能够更好的对三维扫描仪201的收发端进行吹扫，且不会对给料斗21中承载的粉煤造成影响。
54.进一步地，充气管道3上沿气流方向依次设置有用于控制进气的第一控制阀31以及第一单向阀32。第一单向阀32和第一控制阀31均与数据处理模块10电连接。其中，第一控制阀31比如可以是阀后取压的自力式调节阀。通过设置第一控制阀31使得气体的输送得以较好的控制，比如，在不需要对三维扫描仪201的收发端进行吹扫时，或者不需要向给料斗
21中充压时，可以使数据处理模块10控制第一控制阀31关闭。在需要吹扫或者需要向给料斗21中充压时，使数据处理模块10控制第一控制阀31开启，此外，数据处理模块10具体可控制第一控制阀31的开度。通过设置第一单向阀32，可防止给料斗21中的粉煤倒流进充气管道3而出现堵塞的情况发生。
55.其中，气化炉进氧量检测模块30具体可包括质量流量计，通过质量流量计检测单位时间内进入至气化炉的实际进氧量。具体地，质量流量计的一端接氧气输送管12，质量流量计的另一端接压力高于气化炉1的氧气供给源。当然，也可以通过其他检测装置对进氧量进行检测，本实施例并不限于此。
56.其中，气化炉进氧量调控模块40包括进氧量调节阀401。进氧量调节阀401设置在氧气输送管12上，且与数据处理模块10电连接。氧气输送管12具体可以为经过脱脂处理的管道。数据处理模块10具体用于在气化炉进氧量检测模块30检测到的实际进氧量与预设目标进氧量不同时，调整进氧量调节阀401的开度，以使气化炉1的实际进氧量达到预设目标进氧量。具体地，可以在进氧量调节阀401与氧气输送管12的出口端之间设置有第二单向阀121，第二单向阀121与数据处理模块10电连接。通过设置第二单向阀121，可防止给料斗21中的粉煤流入至氧气输送管12中而堵塞管道的情况发生。
57.实施例二
58.参照图1和图2所示，本实施例提供一种煤气化系统，包括气化炉1、给料机2以及气化炉进氧量控制装置。该气化炉1具体可以为中高压气化炉。
59.其中，给料机2具有给料斗21，给料斗21具有进煤管道，进煤管道的出口即形成为给料斗21的进煤口211。进煤管道上设置有第二控制阀212，以控制进入给料斗21中的进煤速度和进煤量。给料斗21用于向给料机2中供煤，给料机2的出煤口与气化炉的进料口11连通，以向气化炉1中供应粉煤。给料机2具体可以为变速给料机，在保证给料斗21压力大于气化炉1压力的情况下，粉煤能够或快或慢的流动至气化炉1中，达到控制粉煤流量的目的。
60.本实施例中的气化炉进氧量控制装置与实施例一提供的气化炉进氧量控制装置的结构和实现原理相同，并能带来相同或者类似的技术效果，在此不再一一赘述，具体可参照实施例一的描述。
61.在本实施例中，煤气化系统还包括吹气装置4。吹气装置4通过输送管5与进料口11连通，输送管5上设置有与出煤口连通的粉煤入口51。吹气装置4用于向输送管5中吹入输送气，以将由粉煤入口51进入至输送管5中的粉煤输送至气化炉1中。具体地，吹气装置4的压力大于气化炉1的压力。该输送气比如可以是氮气、二氧化碳或者合成气等。
62.其中，在沿输送气流动的方向上，输送管5上依次设置有第三控制阀52、第三单向阀53和第四控制阀54。其中，第三控制阀52和第三单向阀53位于吹气装置4与粉煤入口51之间。第四控制阀54位于粉煤入口51与气化炉的进料口11之间。通过设置第三控制阀52和第三单向阀53，能使输送气带着粉煤单向流入气化炉1，而气化炉1内的高温高压气体不能反窜。第四控制阀54相当于输送管5的根部阀，能同时截断输送气和其携带的粉煤的流动。
63.较为优选的，输送管5具体可以为向下倾斜设置的斜管，参照图2所示，此处的向下倾斜即图2中的向右下方倾斜，即输送管5的进气端所在的高度高于气化炉的进料口11所在的高度。具体可使输送管5的中轴线与粉煤入口51的中轴线之间的夹角(图2中的钝角)等于给料斗21内粉煤安息角的补角。给料机2的出煤口与输送管5的粉煤入口51之间具体通过竖
直缩管213连接。因此，输送管5的中轴线与粉煤入口51的中轴线之间的夹角即为，输送管5的中轴线与竖直缩管213的中轴线之间的钝角。这样设置使得粉煤能够更好的流动的同时，也能兼顾给料斗21与气化炉1在竖直方向上的布置。
64.其他技术特征与实施例一相同，在此不再一一赘述，具体可参照实施例一的描述。
65.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
66.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。