气化器监视和控制系统

摘要

本发明涉及气化器监视和控制系统，具体而言，涉及一种系统，其包括：气化器，该气化器包括限定腔室、进口、出口和端口的壁；与进口联接的组合给料喷射器，其中，该组合给料喷射器构造成将第一燃料和空气或氧气喷入腔室以预热气化器，并且该组合给料喷射器构造成在预热之后将第二燃料和氧气喷入气化器以使第二燃料气化；与端口联接的光学器件；与光学器件联接的传感器；以及与传感器联接的监视系统，其中所述监视系统构造成从传感器获取数据，处理该数据，并基于数据提供代表气化器的状态的输出。

权利要求

1. 一种系统，包括：

气化器监视器，所述气化器监视器配置成从连接到指向气化器的腔室中的光学器件的传感器获取代表所述气化器的一部分的图像数据、处理所述图像数据、比较所述图像数据与所述气化器的基线图像数据、并基于所述图像数据与所述基线图像数据的比较而提供代表所述气化器的状态的输出，其中所述图像数据指示出口的尺寸相对于所述基线图像的变化，并且尺寸的变化指示磨损状态或炉渣状态；以及对来自所述气化器监视器的输出作出响应的气化器控制器，其中所述气化器控制器配置成响应于所述输出而调节进入所述气化器中的燃料流或氧气流或空气流中的至少一者。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光学器件包括中空体、设置在所述中空体内部的多个镜头、设置在所述中空体周围的流体冷却护套、和保护气体端口。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气化器监视器配置成处理所述图像数据以获得代表所述腔室内的温度等级的光强度或颜色或波长中的至少一者的变化的分析，并且所述气化器监视器配置成利用所述分析来确定磨损或炉渣堆积。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气化器监视器配置成提供代表所述腔室内的温度、火焰、操作模式和喉部状态的输出。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像数据代表所述腔室内的磨损状态或炉渣状态中的至少一者，并且所述气化器控制器配置成调节所述燃料流或所述氧气流或所述空气流中的至少一者，以便至少减少所述磨损状态或所述炉渣状态的进行。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气化控制器配置成控制第一燃料和空气或氧气向所述腔室内的注射以便预热所述气化器，所述气化控制器配置成在预热之后控制第二燃料和空气向所述气化器内的注射以便使所述第二燃料气化，并且所述气化控制器对来自所述气化器监视器的输出作出响应以便响应于所述输出而调节所述第一燃料、所述第二燃料、所述氧气、所述空气或其组合的流量。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述气化器与所述气化器监视器和所述气化器控制器联接。

8. 一种方法，包括：

获得气化器的腔室的图像；以及

相对于基线图像分析所述图像以确定所述腔室内部的磨损状态或炉渣状态，其中所述图像指示出口的尺寸相对于所述基线图像的变化。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于包括响应于所述磨损状态或炉渣状态来控制所述气化器的运行。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，分析包括基于代表所述腔室内的温度等级的光强度或颜色或波长中的至少一者的变化来确定所述腔室的内部边界。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于包括响应于代表所述磨损状态或炉渣状态的输出而调节到所述气化器内的燃料流或氧气流或空气流中的至少一者。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于包括：

控制第一燃料和空气或氧气向所述腔室内的注射以便预热所述气化器；

在预热之后控制第二燃料和空气向所述气化器内的注射以便使所述第二燃料气化；并且响应于代表所述磨损状态或炉渣状态的输出而调节所述第一燃料、所述第二燃料、所述氧气、所述空气或其组合的流量。

说明书

气化器监视和控制系统

[0001] 本申请是2011年10月8日提交的申请号为201110315777.3、发明名称为“气化器监视和控制系统”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

[0002] 本文公开的主题涉及气化器，且更具体地涉及气化器传感器和监视器。

背景技术

[0003] IGCC动力设备能够相对清洁和有效地从诸如煤或天然气之类的各种含碳给料生成能量。IGCC技术可通过使含碳给料在气化器中与氧气和蒸汽反应而将其转化为一氧化碳(CO)和氢气(H2)的气态混合物，即合成气。气化器内的反应可产生称为炉渣的副产品。炉渣通常顺着气化器的内壁流下并最终离开气化器。炉渣有时可能不会从气化器流出并且可能代之以聚集在气化器喉部。为了确定炉渣是否堵住气化器喉部，操作员可能需要使气化器停机，移除给料喷射器，并人工检查气化器内部。不幸的是，人工检查引起气化器的高成本停机时间，并由于它基于操作员的经验而在一定程度上是主观的。

发明内容

[0004] 下面概述了范围与原始主张权利的发明相称的特定实施例。这些实施例并非旨在限制要求保护的发明的范围，相反，这些实施例仅旨在提供本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包含与以下阐述的实施例相似或不同的各种形式。

[0005] 在第一实施例中，一种系统包括：包括限定腔室、进口、出口和端口的壁的气化器；与进口联接的组合给料喷射器，其中该组合给料喷射器构造成将第一燃料和空气喷入腔室以预热气化器，并且该组合给料喷射器构造成在预热后将第二燃料和氧气喷入气化器以使第二燃料气化；与端口联接的光学传感器；以及与该光学传感器联接的监视系统，其中该监视系统配置成从光学传感器获取数据、处理该数据并基于该数据而提供代表气化器的状态的输出。

[0006] 在第二实施例中，一种系统包括：气化器监视器，该监视器配置成从指向气化器的腔室中的光学传感器获取图像数据、处理该图像数据并基于该图像数据而提供代表气化器的状态的输出；以及对来自气化器监视器的输出作出响应的气化器控制器，其中该气化器控制器配置成响应于该输出来调节进入气化器的燃料流或氧气或空气流中的至少一者。

[0007] 在第三实施例中，一种方法包括：获得气化器的腔室的图像；以及相对于基线在空间上分析该图像以确定腔室内部的磨损状态或炉渣状态。

附图说明

[0008] 当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，全部附图中相似的附图标记代表相似的零件，其中：

[0009] 图1是可采用用于气化器的内部监视器和控制系统的IGCC动力设备的一个实施例的方框图；

[0010] 图2是带有用于在内部监视和控制气化器的系统的气化器的一个实施例的截面图；

[0011] 图3是示出了用于在从预热模式过渡到气化模式期间在内部监视和控制气化器的过程的一个实施例的流程图；

[0012] 图4是示出了用于基于为了确定气化器内部的一个或更多个状态而分析的图像数据而在内部监视和控制气化器的过程的一个实施例的流程图；

[0013] 图5是代表气化器内部的图像数据的一个实施例的示例性的视图；

[0014] 图6是代表气化器内部的经处理的图像数据的一个实施例的示例性的视图；

[0015] 图7是用于在气化器运行期间在内部监视气化器的光学器件的一个实施例的截面图；以及

[0016] 图8是用于在气化器的停机时间期间在内部检查气化器的光学器件的一个实施例的截面图。

[0017] 零部件列表

[0018] 100  IGCC系统

[0019] 102  燃料源

[0020] 104  给料制备单元

[0021] 106  气化器

[0022] 108  炉渣

[0023] 110  气体净化器

[0024] 111  硫

[0025] 112  硫处理装置

[0026] 113  可分离盐

[0027] 114  水处理单元

[0028] 116  碳捕获系统

[0029] 120  燃烧器

[0030] 118  燃气涡轮发动机

[0031] 122  ASU

[0032] 123  补充空气压缩机

[0033] 124  DGAN压缩机

[0034] 130  涡轮

[0035] 131  驱动轴

[0036] 132  压缩机

[0037] 134  负载

[0038] 136  蒸汽涡轮发动机

[0039] 138  HRSG系统

[0040] 140  第二负载

[0041] 142  冷凝器

[0042] 128  冷却塔

[0043] 150  系统

[0044] 152  气化器

[0045] 154  组合给料喷射器

[0046] 156  光学器件

[0047] 158  传感器

[0048] 160  气化器监视器

[0049] 162  气化器控制器

[0050] 164  第一层

[0051] 166  第二层

[0052] 168  内部燃烧室

[0053] 170  入口

[0054] 172  出口部分

[0055] 174  监视端口

[0056] 176  圆顶形部分

[0057] 178  燃料

[0058] 180  燃料

[0059] 181  空气

[0060] 182  氧气

[0061] 184  圆锥形部分

[0062] 186  喉部

[0063] 188  耐火壁

[0064] 175  视图

[0065] 190  逻辑

[0066] 192  电路/逻辑

[0067] 194  电路/逻辑

[0068] 196  显示

[0069] 198  用户输入装置

[0070] 200  预热控制

[0071] 201  空气控制

[0072] 202  氧气控制

[0073] 204  第一燃料控制

[0074] 206  第二燃料控制

[0075] 210  处理

[0076] 212  方框

[0077] 214  方框

[0078] 216  方框

[0079] 218  方框

[0080] 220  方框

[0081] 222  方框

[0082] 224  方框

[0083] 226  方框

[0084] 240  处理

[0085] 242  方框

[0086] 244  方框

[0087] 246  方框

[0088] 250  图像

[0089] 252  区域

[0090] 254  区域

[0091] 256  区域

[0092] 258  区域

[0093] 260  经处理的图像

[0094] 270  光管部分

[0095] 272  冷却/安装系统

[0096] 274  密闭/安全系统

[0097] 276  分束器部分

[0098] 277  中空体

[0099] 278  针孔末端

[0100] 280  转移镜头

[0101] 282  壳体

[0102] 284  分束器

[0103] 283  轴线

[0104] 286  冷却护套

[0105] 288  安装部分

[0106] 290  冷却路径

[0107] 292  离开路径

[0108] 291  冷却流体

[0109] 294  端部

[0110] 296  冷却流体入口

[0111] 298  冷却流体出口

[0112] 300  气体入口

[0113] 301  允许保护气体

[0114] 302  安装环

[0115] 304  气化器喷嘴凸缘

[0116] 306  仪器盖板

[0117] 308  突出体

[0118] 310  顶侧

[0119] 312  底侧

[0120] 314  第一视镜

[0121] 316  第二视镜

[0122] 318  安全阀

[0123] 320  加压气体腔室。

具体实施方式

[0124] 下面将描述本发明的一个或更多特定实施例。为了致力于提供这些实施例的简明描述，说明书中可能未描述实际实施方案的所有特征。应当理解的是，在任何此类实际实施方案的开发过程中，与任何工程或设计方案一样，必须做出许多实施方案特定的决定以实现开发者的既定目标，例如服从可能因实施方案而异的系统相关和商业相关的约束。此外，应当理解的是，此类开发努力可能是复杂和耗时的，但对于受益于本公开内容的普通技术人员来说却是一项常规的设计、装配和制造工作。

[0125] 当介绍本发明各种实施例的元件时，用词“一”、“一个”、“该”和“所述的”意指存在一个或更多此类元件。用语“包含”、“包括”和“具有”旨在作为包括性的且意味着可能存在有别于所列元件的其它元件。

[0126] 本公开内容针对使用与进口或给料喷射器位置分开安装在气化器上的光学器件而在内部监视和控制气化器。例如，光学器件可获得气化器的内部如上游或下游部分的图像数据。该图像数据可包括UV数据、IR数据、可见光谱数据等。然后，监视和控制系统可分析该图像以评估气化器的内部状态。例如，该系统可通过解读来自光学器件的图像数据来判断气化器中是否存在炉渣堆积或耐火材料磨损。该系统还可判断气化器内的其它内部状态。此外，该系统可基于对图像数据的分析来控制气化过程。例如，该系统可使用该图像数据来改善从预热模式到气化模式的过渡。在某些实施例中，光学器件可在气化器运行期间安装在气化器的壁上，以实现气化器的连续监视和控制。在其它实施例中，光学器件以可移除的方式设置在气化器的壁中的端口中，使得当例如在停机时间期间需要图像数据来分析气化器时仅使用光学器件。在任意构造中，光学器件使得系统能够提供用于分析气化器的内部状态的客观和可重复的标准而不仅依赖于操作员经验和人工检查。

[0127] 图1是可包括用于气化器的内部监视和控制系统的整体气化联合循环(IGCC)系统100的一个实施例的图。如图1中所示，IGCC系统100构造成使给料或燃料源102气化，驱动蒸汽轮机和燃气轮机，并发电。燃料源102可包括各种固体或液体形式的诸如煤之类的含碳燃料或碳氢化合物。可包括给料制备单元104以例如通过研磨、切碎和粉碎固体形式的燃料源
102而制备用于气化的燃料。然而，如果燃料源102呈液体形式，则可以省略给料制备单元
104。

[0128] 可将给料从给料制备单元104传给气化器106。气化器106可将给料转化为合成气，例如一氧化碳(CO)和氢气的混合物。此合成气体可称为未经处理的合成气，因为它包括例如H2S。气化器106也可生成副产品材料，例如炉渣108，其可为湿灰材料。气体净化器110可用于清洁未经处理的合成气。气体净化器110可洗涤未经处理的合成气以从该未经处理的合成气去除HCl、HF、COS、HCN和H2S，此净化可包括硫处理器112中的硫111的分离。此外，气体净化器110可经由水处理单元114使盐113与未经处理的合成气分离，该水处理单元114可利用水净化技术来从未经处理的合成气生成可用的盐113。随后，来自气体净化器110的气体可包括带有痕量的其它化学品例如NH3(氨)和CH4(甲烷)的经处理的合成气(例如，已从合成气去除硫111)。

[0129] 在一些实施例中，碳捕集系统116可去除并处理合成气中所包括的含碳气体(例如，体积纯度为大约80-100%或90-100%的二氧化碳)。碳捕集系统116也可包括压缩机、净化器、供应用于隔离或增强的油回收的CO2的管线、CO2储罐或其任何结合。然后，已去除其含硫成分和其大部分二氧化碳的经处理的合成气可被传输到燃气涡轮发动机118的燃烧器120如燃烧室作为可燃燃料。

[0130] IGCC系统100还可包括空气分离单元(ASU)122。ASU 122可操作以通过例如蒸馏技术来将空气分离成成分气体。ASU 122可将氧气与从补充空气压缩机123供应给它的空气分离，并且ASU 122可将分离后的氧气转移到气化器106。另外，ASU 122可将分离后的氮气传输到稀释氮气(DGAN)压缩机124。

[0131] DGAN压缩机124可将从ASU 122接收的氮气压缩到至少与燃烧器120中的压力水平相等的压力水平，以便不会与合成气的正确燃烧发生干涉。因此，一旦DGAN压缩机124已将氮气充分压缩到适当水平，DGAN压缩机124便可将经压缩的氮气传输到燃气涡轮发动机118的燃烧器120。例如，可使用氮气作为稀释剂以有利于排放控制。

[0132] 如前文所述，经压缩的氮气可从DGAN压缩机124传输到燃气涡轮发动机118的燃烧器120。燃气涡轮发动机118可包括涡轮130、驱动轴131和压缩机132，以及燃烧器120。燃烧器120可接收可从燃料喷嘴加压喷射的燃料，例如合成气。该燃料可与压缩空气及来自DGAN压缩机124的压缩氮气混合，并在燃烧器120内燃烧。此燃烧可形成热加压排气。

[0133] 燃烧器120可将排气引向涡轮130的排气出口。随着来自燃烧器120的排气经过涡轮130，排气迫使涡轮130中的涡轮叶片使驱动轴131沿着燃气涡轮发动机118的轴线旋转。驱动轴131可将涡轮130与压缩机132连接以形成转子。压缩机132可包括与驱动轴131联接的叶片。因此，涡轮130中的涡轮叶片的旋转可使将涡轮130与压缩机132连接的驱动轴131旋转压缩机132内的叶片。压缩机132中的叶片的这种旋转使压缩机132压缩经由压缩机132中的进气道接收的空气。然后，压缩空气可被输送到燃烧器120并与燃料和压缩氮气混合以允许更高效的燃烧。驱动轴131也可与动力设备中的负载134连接，该负载可为静止负载，例如用于发电的发电机。实际上，负载134可为由气涡轮发动机118的旋转输出驱动的任何适当的装置。

[0134] IGCC系统100也可包括蒸汽涡轮发动机136和热回收蒸汽发生(HRSG)系统138。蒸汽涡轮发动机136可驱动第二负载140。第二负载140也可为用于发电的发电机。但是，第一负载134和第二负载140两者均可为能够由燃气涡轮发动机118和蒸汽涡轮发动机136驱动的其它类型的负载。另外，尽管燃气涡轮发动机118和蒸汽涡轮发动机136可驱动单独的负载134和140，如图示的实施例中所示，但燃气涡轮发动机118和蒸汽涡轮发动机136也可串列地用于经由单个轴驱动单个负载。蒸汽涡轮发动机136及燃气涡轮发动机118的特定构造可为实施方案特定的并且可包括任何区段组合。

[0135] 系统100也可包括HRSG 138。来自燃气涡轮发动机118的经加热的排气可被传输到HRSG 138中并用于加热水且产生用于驱动蒸汽涡轮发动机136的蒸汽。来自例如蒸汽涡轮发动机136的低压区段的排气可被引入冷凝器142。冷凝器142可利用冷却塔128来用加热水交换冷却水。冷却塔128用于向冷凝器142提供冷水以协助冷凝从蒸汽涡轮发动机136传输到冷凝器142的蒸汽。来自冷凝器142的冷凝物142又可被引入HRSG 138。同样，来自燃气涡轮发动机118的排气也可被引入HRSG 138以加热来自冷凝器142的水并产生蒸汽。

[0136] 在联合循环系统如IGCC系统100中，热排气可从燃气涡轮发动机118流动并传给HRSG 138，此处它可用于生成高压、高温蒸汽。然后，HRSG 138产生的蒸汽可经过蒸汽涡轮发动机136以用于发电。另外，所产生的蒸汽也可被供应给其中可使用蒸汽的任何其它过程，例如气化器106。燃气涡轮发动机118发电循环常称为“至顶循环”，而蒸汽涡轮发动机136发电循环通常称为“及底循环”。通过如图1中所示组合这两个循环，IGCC系统100可在两个循环中达到更大的效率。特别地，来自至顶循环的排热可被捕获并用于生成用于及底循环中的蒸汽。

[0137] 图2是根据一个实施例的用于在内部监视和控制气化器152的系统150的截面图。系统150可包括组合给料喷射器154、光学器件156、传感器158、气化器监视器160和气化器控制器162。组合给料喷射器154包括预热燃烧器和过程给料喷射器。组合给料喷射器154在预热模式期间使用预热燃烧器来使气化器152中的温度升高到用于气化的适当水平。一旦温度足够高，组合给料喷射器154便从预热燃烧器过渡到在气化器152的气化模式期间使用的过程给料喷射器。因此，组合给料喷射器154在预热和气化两种模式期间保持与气化器
152联接。遗憾的是，气化器152内部的人工检查将需要移除组合给料喷射器154，这抵销了将预热燃烧器和过程给料喷射器组合为单个单元154的优点。在图示的实施例中，光学器件
156和传感器158互相配合以在不移除组合给料喷射器154的情况下获得气化器152内部的图像数据。传感器158可为UV传感器、IR传感器、可见光传感器等或其组合。然后，监视器160可解读来自传感器158的数据以确定气化器152的运行状态、炉渣堆积、耐火材料磨损和其它参数。监视器160可基于感测到的气化器152的状态向控制器162发送信号，控制器162然后控制组合给料喷射器154。例如，控制器162可调节组合给料喷射器154以改善预热模式，改善气化模式，减少或防止炉渣堆积，减少或防止耐火材料磨损，等等。

[0138] 气化器152限定第一层164和第二层166。可将第一层164描述为气化器152的外层或包含压力的外壳。可将第二层166描述为内层或隔热衬层。第二层166典型由耐火材料(例如，陶瓷)制成。第二层166限定内燃烧室168以有利于气化过程。此外，第一层164和第二层166共同限定进口170、出口部分172、观察或监视端口174和圆顶形部分176。

[0139] 进口170允许组合给料喷射器154将燃料178、燃料180、空气181和氧气182喷入燃烧室168。取决于实施例，进口170可包括多个开口或单个开口。燃料178可与燃料180相同或不同。在一些实施例中，燃料178可为清洁燃烧燃料(例如，天然气)。该清洁燃烧燃料可由预热燃烧器用于在气化操作以前升高腔室168内的温度或在连续的气化操作之间维持腔室168内的温度。在气化操作期间，进口170可允许燃料180和氧气182进入腔室168。例如，燃料
180可为含碳给料，例如煤。

[0140] 出口部分172允许合成气和其它副产品如炉渣108离开气化器反应室168。出口部分172可限定圆锥形部分184和喉部186。燃料180的气化可在燃烧室168内形成炉渣108。通常，炉渣108将粘附在耐火材料壁188上并顺着壁188流下并经喉部186离开。离开喉部186的炉渣可在位于出口172下方但在图2中未示出的气化器激冷室中冷却，然后由也未示出的闸斗仓收集，以便于从气化器定期排放。不幸的是，气化器152中的某些状态可能由于不足的炉渣流量而导致炉渣聚集在喉部186中。最终，如果气化器152运行状况保持不变，则炉渣可能大体或完全堵住喉部186。如果喉部186不能在气化器热时被除渣，则需要机械工具来清理喉部186。机械工具的使用可意味着将气化器152冷却到环境温度，此后又使用机械钻具或类似装置来从喉部186去除炉渣。使用机械工具除渣在损失的时间和生产方面会是极为昂贵的。

[0141] 为了防止这些类型的除渣操作，所公开的系统150在不移除组合给料喷射器154的情况下检测炉渣堆积和其它气化器状态。端口174通过允许在不移除组合给料喷射器154的情况下视觉监视气化器腔室168而有利于此。端口174的尺寸设置为足以接纳光学器件156。端口174可位于气化器152的圆顶形部分176上或独立于进口170和组合给料喷射器154的其它位置。圆顶形部分176上的光学器件156的安放可提供气化器出口部分172的适当角度和视野。例如，光学器件156可实现大约20-90度的视野175。光学器件156将气化器152的内部的光学视图传输到传感器158，传感器158然后将该光学视图转换为由气化器监视器160收集的图像数据。

[0142] 光学器件156可允许在预热和气化两种模式期间连续观察燃烧室168。这可允许传感器158感测到腔室168和喉部186内的状态，从而允许气化器的实时控制以改善运行并减少不希望有的状态(例如，炉渣堆积和耐火材料磨损)。在图示的实施例中，传感器158感测电磁辐射。例如，传感器158可包括在电磁谱的红外、可见和/或紫外区域中运行的器件。此外，传感器158中包括的器件可为照相机、高温计或简单检测装置。

[0143] 气化器监视器160使用数据获取电路或逻辑190从传感器158接收图像数据。数据获取电路/逻辑190将该信息传送到数据处理电路/逻辑192以处理该数据。在处理数据之后，继而可将数据传输到图形显示电路/逻辑194以便于在显示器196上观看并由技术人员解读。然后，技术人员在解读数据后可判断是否使用用户输入装置198来改变气化器中的状态。如果技术人员决定由于气化器152内的状态而需要改变，则可将用户输入传送到气化器控制器162。在一些实施例中，气化器监视器160可将所获取的、经处理的图像数据传送到控制器162，控制器162可通过或不通过用户输入而自动控制气化器152的运行。改变可包括调节预热控制200、空气控制201、氧气控制202、第一燃料控制204和/或第二燃料控制206。例如，如果该图像数据表明炉渣堆积或耐火材料磨损，则控制器162可采用预热控制装置200来调节气化器152中的预热模式，采用空气控制201来控制空气181的流量，采用氧气控制202来控制氧气182的流量，采用第一燃料控制204来控制燃料178的流量，和/或采用第二燃料控制206来控制燃料180的流量。各种调节可改变燃料-氧气或燃料-空气比率、燃烧温度(在预热模式的情况下)、气化温度、气化副产品和可增加或减少炉渣堆积或耐火材料磨损的其它参数。因此，响应于代表气化器152中的内部状态的监视到的图像数据，控制器162可迅速对不希望有的状态做出响应并在气化器152没有任何停机时间的情况下提供纠正动作。

[0144] 图3是示出了用于使用图2的系统150在从预热模式过渡到气化模式期间在内部监视和控制气化器152的过程210的一个实施例的流程图。过程210可始于运行组合给料喷射器154以预热气化器152的步骤(方框212)。如上所述，可使用天然气火焰来预热气化器152使得常规气化燃料可在进入燃烧室168后立即燃烧。接下来，传感器158(例如IR传感器)然后可开始获得气化器152内部在预热模式期间的红外线图像数据(方框214)。然后可分析红外线图像数据以确定气化器内部在预热模式期间的一个或更多个状态(方框216)。例如，红外线图像可指示气化器152中的温度分布、耐火壁状态、喉部状态和平均温度。接下来的步骤包括响应于所确定的状态来控制气化器152的运行(方框218)。例如，如果红外线图像数据表明耐火材料还没有达到适当的温度，则预热燃烧器将保持工作直到达到足够的温度。备选地，UV传感器数据可指示预热燃烧器火焰未运行。这种情况下，控制器218可重新起动预热燃烧器或输出警报以通知技术人员。在预热模式期间，可重复步骤214、216和218以连续监视和控制预热操作。

[0145] 当温度对于于正常气化器运行足够高时，过程210继续进行以操作组合给料喷射器154从预热模式过渡到气化模式(方框220)。例如，过渡220可从空气181和预热燃料178(例如，天然气)切换到氧气182和常规气化燃料180(例如，煤)或其它含碳给料。如可以理解的，在预热模式期间使用的燃料178未经历气化，而在气化模式期间使用的燃料180经历气化反应而产生合成气。在过渡以后，过程210获得气化器152内部在气化模式期间的传感器/图像数据(方框222)。然后，可分析传感器/图像数据以确定气化器152内部在气化模式期间的状态(方框224)。例如，图像的不同区域中的光强度或颜色可指示这些区域中更高或更低的温度。这又可指示耐火材料磨损、炉渣堆积或正常状态。在某些实施例中，可将图像数据与基线图像数据比较以有利于不期望状态的检测。再例如，可分析传感器/图像数据以确定气化反应是否最佳，或状态是否未达到最佳。传感器/图像数据可代表温度分布，该温度分布可指示燃料/氧气混合、反应的完成，等等。基于该传感器/图像数据，可响应于所确定的状态来控制气化器152(方框226)。例如，可增加或降低燃料/空气或燃料/氧气的量以纠正或调节该状态。这些调节可减少或防止炉渣堆积、耐火材料磨损或其它不希望有的状态。这些调节也可改善气化反应的效率以增加合成气输出或优化合成气组分。应理解，可重复气化模式步骤222、224和226以连续监视和控制气化操作。

[0146] 图4是示出了用于基于为了确定气化器152内部的一个或更多个状态而分析的图像数据而在内部监视和控制气化器152的过程240的一个实施例的流程图。过程240包括获取气化器152的腔室168(例如，出口/喉部)的图像数据(方框242)。例如，过程240可获取气化器152的腔室168的图像数据以获得基线。基线图像数据可代表气化器152的新状态或刷新状态。过程240也可在气化器152运行之后或期间获得腔室168的图像数据。例如，过程240可在预热模式和气化模式期间连续监视气化器152的内部腔室168。然后，过程240在空间上相对于基线分析图像数据以确定气化器152中的变化，例如喉部186(方框244)。例如，基线与当前图像数据之间的空间分析比较244可指示气化器152的腔室168内部的耐火材料磨损、炉渣堆积或其它几何形状的变化。特别地，空间分析比较244可指示喉部186中的耐火材料磨损或炉渣堆积。然后，过程240响应于通过空间分析比较确定的磨损状态或炉渣状态而控制气化器152的运行(方框246)。例如，气化器控制246可调节空气流量、氧气流量、燃料流量、燃料/空气比率、燃料/氧气比率、蒸汽流量或其它运行参数，以减少或消除所确定的状态。具体而言，气化器控制246可通过经由降低从预热燃烧器输入的热量降低气化器温度或通过降低到预热燃烧器的空气/燃料或氧气/燃料比率减小氧气浓度而减少或限制炉渣堆积。与上述相似，可重复步骤242、244和246以连续监视和控制气化操作。

[0147] 图5是对应于气化器152的内部腔室168如通过光学器件156和传感器156看到的部分的视觉图像(例如，图像250)的示例性视图，也就是说，图像250代表光学器件156和传感器158的视野。在图示的实施例中，图像250代表内部腔室168的四个区域252、254、256和258。区域252对应于气化器壁188的一部分，区域254对应于锥形底部184，区域256对应于锥形底部184最接近气化器后部186的区域，而区域258对应于气化器喉部186和气化器出口
172的可从光学器件156的有利点通过气化器喉部186看见的部分。区域的不同阴影示出了温差。例如，区域252和区域254的大部分将由于气化器152的壁188和锥形底部184所承受的较高温度而具有较亮的阴影。区域258将具有比区域252和254明显更低的温度，因为区域
258与喉部186下方未通过气化反应直接加热的材料对应，并且结果具有暗得多的阴影。区域256相应地具有中度阴影，因为它是两个不同热区域(即，气化器腔室168的高温和位于气化器152下方的激冷室的较低温度)的结合部。区域256和258之间的边界总体限定喉部186。

[0148] 图6是在由图2的气化器监视器160的数据处理电路/逻辑192处理图5的图像250之后的经处理的图像数据(例如，经处理的图像260)的一个实施例的示例性视图。如图6中所示，图像260包括图5的相同区域252、254、256和258，但图像260呈数字形式，使得数字图像260的每个单独的像素代表图像250的小的对应部分。与每个像素相关的入射辐射的波长(或颜色)和强度可由数据处理电路/逻辑192转换成腔室168中与图像250对应的空间温度分布的映射图。如上所述，监视器160可获得气化器152的新的或刷新的状态的基线图像
260，然后获得气化器152的实时操作图像260以在运行期间评估腔室160中的任何变化。例如，监视器160能够在空间上分析基线和运行图像260并判断喉部186的直径是否已扩大或缩小尺寸。 例如，在耐火材料磨损的情况下，喉部186的直径将扩大尺寸。喉部186的这种尺寸扩大将引起温区258的尺寸扩大和温区254的尺寸缩小。相反，在炉渣开始堵塞喉部186的情况下，温区258的尺寸将缩小尺寸并且温区256的尺寸将扩大尺寸。当监视器160比较基线和运行图像260并确定指示磨损或炉渣堆积的空间差异时，控制器162可自动调节气化器
152的运行参数以减小、移除或防止所确定的状态的进行。控制器162也可发出警报(例如，听觉、视觉或两者)以提醒技术人员所确定的状态，并允许技术人员选择合适的补救动作。
虽然在本实施例中仅示出四个区域，但应理解，另外的实施例可包括多于或少于四个可用于确定气化器152的状态的温区。

[0149] 图7是用于在气化器152运行期间在内部监视气化器152的光学器件156的一个实施例的截面图。光学器件156可经端口174安装在气化器152上。这允许传感器158(例如，摄影机、UV照相机、IR照相机等)通过光学器件156检测气化器152的腔室168。光学器件156可包括光管部分270、冷却/安装系统272、压力密闭/安全系统274和分束器部分276。

[0150] 光管部分270限定中空体277、针孔末端278和转移镜头280。转移镜头280装配在光管部分280的中空体277内并通过光管部分270将气化器152的图像转移到分束器部分276。虽然在本实施例中示出了九个转移镜头，但其它实施例可包括多于或少于九个图7中所示的转移镜头。同样，所示的转移镜头的形状和定向出于说明的目的，而其它实施例可包括其它形状和定向的镜头，以及光纤构件。

[0151] 分束器部分276包括壳体282和分束器284。分束器284相对于轴线283以一定角度在壳体276内保持就位。分束器284形成气化器152腔室186的多个图像，从而允许传感器158接收气化器152的图像。例如，分束器284可将图像发送到IR传感器、UV传感器和/或视觉光传感器。虽然在本实施例中示出了两个分束器，但其它实施例可包括多于或少于两个分束器(例如，1到10个)。

[0152] 提供冷却/安装系统272以保护光学器件免受气化器152的内部温度和压力影响。冷却/安装系统272包括包围光管部分270和安装部分288的冷却护套286。冷却护套限定冷却通路290和离开通路292。冷却通路290将光管部分270周围的冷却流体291(例如，水、冷却液等)引导到冷却护套286的端部294。冷却护套286的端部294将冷却路径290过渡到离开路径292中。安装部分288限定冷却流体进口296和冷却流体出口298。这允许冷却流体进入和离开冷却护套286。冷却流体进口296和冷却流体出口298可与储器连接，该储器供应冷却流体，并收集离开冷却护套286后的冷却流体。冷却剂也可由冷却系统致冷，例如冷却塔、制冷循环或热交换器。

[0153] 安装部分288也可限定允许保护气体301进入光管部分270的气体入口300。该气体入口300可允许保护气体(例如，氮气)进入光管部分270，并在中空体277中流向针孔278。在到达针孔278以后，气体301离开光管部分270并进入气化器152。这样，保护气体301确保针孔278保持清除灰烬、碎屑、炉渣等。通过在气化期间和气化之后保持针孔278清除堵塞物，可在不需要移除光学器件156以便清洁的情况下将光学图像转移到传感器158。

[0154] 为了将光学器件156安装在气化器152上，安装部分288可包括垂直于光管部分270的安装环302。环302的形状可呈环形并完全缠绕在光管部分270周围。环302设计成装配在气化器喷嘴凸缘304与仪器盖板306之间。当可为常规的螺栓式凸缘的凸缘304和306栓接在一起时，光学器件156可被固定在气化器152上。在某些实施例中，可以以密封方式在端口174处将光学器件156焊接、栓接或紧固在气化器152上。在一些实施例中，安装环302可包括从顶侧310和底侧312延伸的突出体308(例如，环状的)。这些突出体308可阻止横向运动并当使用凸缘304和凸缘306附接在气化器152上时密封光学器件156。

[0155] 压力密闭/安全系统274构造成提供透光装置以在气化操作期间容纳气化器152内的压力并在压力密闭失效的情况下阻止反应剂从气化器152逸散。在本实施例中，安全系统274包括第一视镜(sight glass)314、第二视镜316、安全阀318和加压气体腔室320。视镜
314和316提供双密封机构，该双密封机构允许光学图像从镜头280传给分束器284。如果视镜314或316中的一个失效，则安全系统274设计成关闭安全阀318。系统通过感测腔室320中的加压气体的压力损失而操作。如果安全镜314或316中的一个或两个破裂，则腔室320中的加压气体能够逸散而导致压力损失。然后，控制器162可感测到压力损失，控制器162随即切断安全阀318，从而防止热量和气化器反应剂通过光学器件156逸散。如可以理解的，图7的光学器件156构造成在气化器152的任何运行阶段期间安装在气化器152的端口174中。同样，应理解，并非在实践上实现光学器件156所需的所有细节都在图7中示出。

[0156] 在再其它实施例中，可能优选具有可移除的光学器件。图8是可以可移除地安装在气化器152上的光学器件156的一个实施例的截面图。图8的可移除的光学器件156共享许多与图7的永久安装的光学器件156相同的特征。例如，所示的光学器件156可包括光管部分270、包围光管部分270的冷却/安装系统272以及分束器部分276。与图7的光学器件156不同，所示的光学器件156可以不包括压力密闭/安全系统274或使用保护气体来清除针孔278的堵塞物。例如，所示的光学器件156可仅当预热燃烧器运行时插入然后当气化启动时移除。如上所述，预热燃烧器可使用诸如天然气火焰的清洁火焰。当光学器件156暴露于清洁火焰时，可能不需要保持清除针孔278清除堵塞物。此外，可能不需要压力密闭/安全装置，因为光学器件156在气化操作的更高压力特征占优势之前被移除。

[0157] 所公开的实施例的技术效果包括在使用组合给料喷射器的同时监视气化腔室内部的能力，组合给料喷射器即将预热燃烧器和过程给料喷射器的功能结合在一个单元中的给料喷射器。如上所述，组合给料喷射器或类似装置妨碍了直接观察气化器腔室，因为喷射器保持安装在气化器的顶部中。所公开的实施例能在不必移除组合给料喷射器的情况下实现气化器的内部腔室的视觉监视。结果，可在气化器运行期间监视内部腔室，以确定气化器内部的炉渣堆积、耐火材料磨损和运行状态。特别地，所公开的实施例将基线图像与气化器的内部腔室的操作图像进行比较，以确定指示磨损或炉渣堆积的空间变化。反过来，所公开的实施例可基于图像比较提供对所确定的状态做出响应的控制功能。这样，所公开的实施例延长了气化器的寿命，提高了气化器性能，并减少了气化器停机时间。

[0158] 此书面描述使用了包括最佳模式在内的实例来公开本发明，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并利用任何装置或系统并且执行任何所结合的方法。本发明可取得专利权的范围通过权利要求来限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例没有不同于权利要求的文字语言所描述的结构元件，或者它们包括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它实例包含在权利要求的保护范围内。