DD252889A1 - PROCESS FOR DETERMINING THE ASH CONTENT OF COAL - Google Patents
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Abstract
Die Aufgabe der Erfindung, ein eichfreies Verfahren zur Aschegehaltsbestimmung von Kohle unter Beruecksichtigung des Eisen- und Calciumgehaltes auf der Grundlage der Roentgenfluoreszenzanalyse anzugeben, wird geloest, indem die mit Roentgenstrahlung im Energiebereich von 15 bis 25 keV angeregte charakteristische Roentgenstrahlung des Eisens und des Calciums sowie die Intensitaet der rueckgestreuten Anregungsstrahlung gemessen und die Messwerte mit berechneten Werten verglichen werden. Die Daten, mit denen die letzteren Werte berechnet wurden, werden so lange variiert, bis eine ausreichende Uebereinstimmung der gemessenen und der berechneten Intensitaeten erreicht ist.The object of the invention to provide an oak-free method for determining the ash content of coal, taking into account the iron and calcium content based on the X-ray fluorescence analysis, is solved by the X-ray characteristic of the iron and calcium stimulated by X-rays in the energy range of 15 to 25 keV Intensity of the backscattered excitation radiation measured and the measured values are compared with calculated values. The data used to calculate the latter values are varied until sufficient agreement of the measured and calculated intensities is achieved.
Description
Verfahren zur Bestimmung des Aschegehaltes von Kohle Anwendungsgebiet der ErfindungMethod for determining the ash content of coal Field of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Aschegehaltes von Kohle unter Berücksichtigung des Eisen- und Galciumgehaltes auf der Grundlage der Röntgenfluoreszenzanalyse·The invention relates to a method for determining the ash content of coal taking into account the iron and galium content on the basis of the X-ray fluorescence analysis
Das klassische Verfahren zur Bestimmung des Aschegehaltes von Kohle - vollständige Verbrennung einer abgewogenen Kohleprobe und Analyse dea Verbrennungsrückstandes - ist arbeits- und zeitaufwendig und eignet sich deshalb in der Regel nicht für eine Prozeßsteuerung· Es wurde deshalb vorgeschlagen (GB 965 303)» den Aschegehalt mittels Röntgenstrahlenrückstreuung zu messen.» Damit werden die Ergebnisse zwar wesentlich schneller erhalten, doch ist ihre Genauigkeit selbst für Steinkohle - unzureichend· Außerdem ist für Kohleproben unterschiedlicher Herkunft jeweils eine aufwendige Ueukalibrierung der Meßvorrichtung erforderlich· Die Festlegung des Zeitpunktes, wann eine solche ÜFeukalibrierung notwendig ist, kann nur über die Analyse von Vergleichsmessungen im Labor erfolgen·The classic method for determining the ash content of coal - complete combustion of a weighed coal sample and analysis of combustion residue - is laborious and time consuming and therefore is not usually suitable for process control · It was therefore proposed (GB 965 303) "the ash content means X-ray backscattering. "Although the results are obtained much faster, but their accuracy even for hard coal - insufficient · In addition, a costly Ueukalibrierung of the measuring device is required for coal samples from different sources · The determination of the time when such ÜFeukalibrierung is necessary can only be done via the analysis of comparative measurements in the laboratory ·
Um den Einfluß schwankender Eisengehalte auf das Meßergebnis, den Aschegehalt, auszuschließen, wurde vorgeschlagen (GB 2.056e668), Röntgenstrahlung mit zwei verschiedenen Energien zur Anregung der Röntgenfluoreszenz des Eisens zu verwenden und sowohl die Intensität dieser Eisenfluoreszenzstrahlung als auch die Intensität der rückgestreuten Röntgenstrahlung zu messen· Aber auch das reicht noch nicht in allen Fällen aus, um ausreichend genaue Ergebnisse zu erzielen·In order to exclude the influence of varying iron contents on the measurement result, the ash content, it was proposed (GB 2,056 e 668) to use X-radiation with two different energies to excite the X-ray fluorescence of the iron and to increase both the intensity of this iron fluorescence radiation and the intensity of the backscattered X-radiation But even that is not enough in all cases to achieve sufficiently accurate results.
18 9.86- 374453 18 9.86-374453
Ein weiterer Vorschlag (DE-OS 3 306 464) sieht vor, mindestens die Intensitäten der Röntgenfluoreszenzstrahlung von Aluminium, Calcium, Silisium und Eisen, die eine Kohleprobe bei der Bestrahlung mit Röntgenstrahlung (Energiebereich 1-40 keV) aussendet sowie die Intensität der im Energiebereich von 12 bis 14 keV rückgestreuten Röntgenstrahlung zu ermitteln und diese Werte zu einem korrigierten Wert der Aschekonzentration zu verarbeiten· Dabei kommt folgende Gleichung zum Einsatz:Another proposal (DE-OS 3 306 464) envisages at least the intensities of the X-ray fluorescence radiation of aluminum, calcium, sili- cis and iron, which emits a carbon sample upon irradiation with X-radiation (energy range 1-40 keV) and the intensity of the energy range from 12 to 14 keV backscattered X-radiation and to process these values to a corrected value of the ash concentration · The following equation is used:
GAsche Ao + A1 · ln | G ash A o + A 1 · ln |
CAsche " die errec&Be>fce Aschekonzentration, AQ, A1 - Konstanten, C ash " the reach & B e> fce ash concentration, A Q , A 1 - constants,
I. , - die Intensität der rückgestreuten Strahlung, K - Konstanten,I., - the intensity of the backscattered radiation, K - constants,
c - die Konzentration der Elemente Al, Si, Ga, Pe bedeuten·c - the concentration of the elements Al, Si, Ga, Pe mean
Die Konstanten werden aus Vergleichen mit den Ergebnissen chemischer Analysen von Kohleproben ermittelt. Eine andere^Möglichkeit besteht darin, eine lineare Regressionsgleichung durch Verwenddung eines Programms abzuleiten, in dem die durch chemische Analyse erhaltenen Ergebnisse systematisch mit Variablen (Zählimpulse, vektorielle Produkte von Zählimpulsen und Inversen von Zählimpulsen) verglichen werden, wobei die Variablen solange verändert werden, bis ein großer Korrelationskoeffizient erreicht worden ist· Zur. Durchführung dieser Häherungslösung ist es zunächst erforderlich, eine große Anzahl von Proben sowohl mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens als auch chemisch zu analysieren, wobei die Gleichungen umso genauer werden, de größer die Anzahl der analysierten Proben ist· Die Probenvorbereitung erfordert ein feines Aufmahlen (<200raij) und Pressen (^309 MPa) der Kohle.The constants are determined from comparisons with the results of chemical analyzes of coal samples. Another possibility is to derive a linear regression equation by using a program in which the results obtained by chemical analysis are systematically compared with variables (counts, vector products of counts and counts of counts), the variables being changed until a large correlation coefficient has been achieved · Zur. By performing this hooting solution, it is first necessary to analyze a large number of samples both by means of the method according to the invention and chemically, the more accurate the equations the larger the number of samples analyzed. The sample preparation requires a fine grinding (<200 bar) ) and pressing (^ 309 MPa) of the coal.
Das Ziel der Erfindung ist eine Verminderung des Aufwandes bei der Aschegehaltsbestimmung von Kohle mittels Röntgenfluoreszenzanalyse»The object of the invention is a reduction of the effort in determining the ash content of coal by means of X-ray fluorescence analysis »
3 Darlegung des Wesens der Erfindung 3 Presentation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eichfreies Verfahren zur Aschegehaltsbstixnmung von Kohle auf der Grundlage der Röntgen- fluoreszenzanalyse anzugeben. . .The object of the invention is to specify an oak-free process for the ash content reduction of coal on the basis of the X-ray fluorescence analysis. , ,
Das .erfindungsgemäße Verfahren besteht in der Bestrahlung der Kohleproben mit Röntgenstrahlung einer Energie vorzugsweise im Bereich von 15 bis 25 keV und Messen charakteristischer Röntgenstrahlung in den Proben enthaltener chemischer Elemente sowie der rückgestreuten Röntgenstrahlung und ist dadurch charakterisiert, daß die Intensitäten der Röntgenfluoreszenzstrahlung des Calciums- und des Eisens ermittelt und diese Intensitäten sowie die Intensität der rückgestreuten Röntgenstrahlung mit intensitätsproportionalen Werten, die mit Daten über die mittlere chemische Zusammensetzung des brennbaren Anteils und der Asche der Kohle unter Berücksichtigung der physikalischen Wechselwirkungsmechanismen baechnet wurden, verglichen und die Startwerte für diese Rechnungen so lange verändert werden, bis eine ausreichende Übereinstimmung mit den gemessenen Werte©. erreicht wird·The inventive method consists in the irradiation of the coal samples with X-rays of an energy preferably in the range of 15 to 25 keV and measuring characteristic X-rays in the samples contained chemical elements and the backscattered X-radiation and is characterized in that the intensities of the X-ray fluorescence of the calcium and and comparing these intensities and the intensity of the backscattered X-ray radiation with intensity-proportional values, which were calculated using the average chemical composition of the combustible fraction and the ash of the coal, taking into account the physical interaction mechanisms, and changed the starting values for these calculations so long until sufficient agreement with the measured values ©. is achieved
Das Verfahren betrachtet die Kohle als ein aus den vier KomponentenThe process considers coal as one of the four components
- brennbarer Anteil- combustible fraction
- Calciumoxid- Calcium oxide
- Eisenoxid und- Iron oxide and
- Asche ohne Calciumoxid und Eisenoxid ("Ascherest") bestehendes Stoffsystem· Der Aschegehalt und die Gehalte an Calcium und Eisen werden durch Vergleich der gemessenen Intensitäten mit den Ergebnissen einer Modellrechnung bestimmt, wobei die variablen Parameter des Modells zur Bestimmung der entsprechenden Intensitätswerte, nämlich die Calcium- und Eisenkonzentration sowie der Aschegehalt, so lange variiert werden, bis eine geforderte oder gewünschte Anpassung erzielt wird«, Die Werte der Parameter, mit denen diese Übereinstimmung erreicht wird, stellen das gesuchte Ergebnis dar· Der große Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die in das Modell eingehenden Daten zur mittleren chemischen Zusammensetzung des brennbaren Anteils und des Ascherestes beliebig geändert werden können· Zweckmäßigerweise werden diese Y/erte aus vorhandenen Erkun-Ash and calcium oxide and iron content are determined by comparing the measured intensities with the results of a model calculation using the variable parameters of the model to determine the corresponding intensity values, namely Calcium and iron concentration as well as the ash content, are varied until a required or desired adaptation is achieved. "The values of the parameters with which this agreement is achieved represent the result sought. The great advantage of this method is that the data on the average chemical composition of the combustible fraction and the ash residue coming into the model can be changed as desired. Conveniently, these values are taken from existing investigations.
dungsdaten und anderen bereits für das zu untersuchende Fördergebiet vorliegenden Analysendaten berechnet und ständig aktualisiert.calculation data and other analytical data already available for the eligible
Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung benötigt, die eine Strahlungsquelle (vorzugsweise im Energiebereich von 15 bis 25 keV) zum Bestrahlen einer Materialprobe, mindestens einen Detektor zum Ermitteln der Röntgenfluoreszenzintensitäten der Elemente Calcium und Eisen sowie der rückgestreuten Röntgenstrahlung und eine Auswerteeinheit (z.B. einen Mikrocomputer) zum Verarbeiten der ermittelten Intensitäten und zum Vergleich mit den Ergebnissen der Modellberechnung enthält· Dazu gehört ferner eine Einrichtung zur Anzeige oder Aufzeichnung der Ergebnisseg Es eignen sich sowohl simultane als auch sequenzielle Spektrometer, also solche, bei denen die genannten Intensitäten gleichzeitig oder nacheinander ermittelt werden« Außerdem eignen sich Mikrocomputer, die mit einem Analog-Digital-Umsetzer ausgerüstet sind und mit einer entsprechenden Software die Punktion eines Spektrometers übernehmen können und gleichzeitig die Weiterverarbeitung der Meßdaten ermöglichen·To carry out the method, a device is required which has a radiation source (preferably in the energy range of 15 to 25 keV) for irradiating a material sample, at least one detector for determining the x-ray fluorescence intensities of the elements calcium and iron and the backscattered x-ray radiation and an evaluation unit (eg a microcomputer In addition, a device for displaying or recording the results is suitable. Both simultaneous and sequential spectrometers are suitable, ie those in which the intensities mentioned are determined simultaneously or successively "Also suitable are microcomputers that are equipped with an analog-to-digital converter and can take over the puncture of a spectrometer with the appropriate software and at the same time enable further processing of the measured data n ·
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch Kohlen recht unterschiedlicher Zusammensetzung, z.B. im Bereich der Lagerstättenerkundung analysiert werden· Da beliebige Zusammensetzungen des brennbaren Anteils und des Ascherestes eingegeben werden können, sind für den Fall, daß Erfahrungswerte oder dergleichen über die ungefähre Zusammensetzung der Kohle vorliegen, durchaus schnelle und für eine Sichtung auch ausreichend genaue Analysen von Kohlen unterschiedlicher Zusammensetzung möglich.Coals of quite different composition, e.g. In the field of reservoir exploration are analyzed. Since any compositions of the combustible fraction and the Asherestes can be entered, are in the event that empirical values or the like on the approximate composition of the coal present, quite fast and for a sighting also sufficiently accurate analysis of coal different Composition possible.
Zur Bestimmung des Calcium-, Eisen- und Aschegehalts von Braunkohle wird ein Spektrometer eingesetzt, das als Strahlungsquelle eine Pu-238-Isotopenquelle und als Detektor ein Argon-Proportionalzählrohr enthalte Die Kohleproben werden in Probengefäßen aus Kunststoff mit einem Strahleintritts- und Strahlaustrittsfenster aus dünner Mylar-To determine the calcium, iron and ash content of lignite, a spectrometer is used which contains a Pu-238 isotope source as the radiation source and an argon proportional counter as a detector. The carbon samples are placed in plastic sample vessels with a thin Mylar beam entry and exit window -
folie in das Spektrometer eingesetzt. Die Verarbeitung der Daten erfolgt mit einem Mikrocomputer, der einerseits mit dem Datenausgang des Spektrometers und andererseits mit einem Drucker bzw. einer Bildschirmanzeige verbunden,ist.foil used in the spectrometer. The processing of the data is carried out with a microcomputer, which is connected on the one hand to the data output of the spectrometer and on the other hand to a printer or a screen display.
In den Rechner werden, aus bereits vorhandenen Analysendaten berechnet,, eine mittlere chemische Zusammensetzung des brennbaren Anteils der zu untersuchenden Kohlequalität sowie des Ascherestes (Aschegehalt abzüglich der Calciumoxid- und Eisenoxidkonzentration) eingegeben und gespeichert« Im Rechner werden gemäß einem Programm, dem ein Modell über die Zusammensetzung der Kohle aus den vier oben genannten Komponenten sowie die physikalischen Vorgänge bei der Entstehung von Pluoreszenzstrahlung, der Streuung von Röntgenstrahlung sowie der Wechselwirkung dieser Strahlung mit Materie zugrunde liegt, die theoretischen Intensitäten Yq»' YPe UOld YRS a^"s ^1^"" tionen der mittleren chemischen Zusammensetzung des brennbaren: Teils x-o und des Ascherestes der Kohle xD sowie der Calciumoxid-( Gn n) und Eisenoxidkonzentration ( θπ,Λ n ) und des AschegehaltesIn the calculator, calculated from existing analysis data, a mean chemical composition of the combustible portion of the coal quality to be examined and the ash residue (ash content minus the calcium oxide and iron oxide concentration) entered and stored in the computer according to a program that a model over the composition of the coal from the four components above and the physical processes in the development of Pluoreszenzstrahlung, the scattering of X-radiation as well as the interaction of these radiation with matter is based on the theoretical intensities Yq '' Y Pe UOld Y RS a ^ "s ^ 1 ^ "" functions of the mean chemical composition of the combustible: xo portion and the ash residue of coal x D and the calcium oxide (G n s) and iron oxide concentration (θπ, Λ n), and the ash content
j WaU JJ Βρύοj WaU JJ Βρύο
A berechnet: ^ A calculates: ^
YCa = fCa^°Ca0, 0Pe0O3, A ' XB' XB? Y Ca = f Ca ° Ca0, 0 Pe 0 O 3 , A ' X B' X B?
YPe = fPe(°Ca0' 0PeO' A X X^ Y Pe = f Pe ( ° Ca0 ' 0 PeO' AXX ^
YRS = fRS(cGa0' 0Pe3O3* A » XB' Y RS = f RS (c Ga 0 ' 0 Pe 3 O 3 * A » X B'
Diese Modellgleichungen berücksichtigen jedoch den Geometriefaktor, die'Detektorausbeute, die Intensität der anregenden Strahlung und den Strahlungsuntergrund nicht. Zur Bestimmung dieser nur vom Meßsystem abhängigen Koeffizienten wird eine Anzahl N von Standardproben benötigt, d.h· von Proben, deren Zusammensetzung Z0B0 auf chemischem Wege möglichst genau bestimmt worden ist· Mit den Analysendaten werden für jede Standardprobe i die Modellwerte Y^ ,However, these model equations do not take into account the geometry factor, the detector yield, the intensity of the stimulating radiation, and the radiation background. To determine these coefficients, which depend only on the measuring system, a number N of standard samples is required, ie of samples whose composition Z 0 B 0 has been determined as precisely as possible by chemical means. The model data Y 1 for each standard sample i
ss Ype und Yßg berechnet un/d die Korrelation dieser Ergebnisse mitss Yp e and Yβg calculate the correlation of these results
den gemessenen Intensitäten Iq3, l|e und I^g dieser Standardproben untersucht:the measured intensities Iq 3 , l | e and I ^ g of these standard samples examined:
^ <YCa' Υ5β· YRS' 1W für i = 1 ... Ii^ < Y Ca ' Υ 5β · Y RS' 1 W for i = 1 ... Ii
FeFe
1RS = sRS(YCa» Y?e' Y 1 RS = s RS (Y Ca » Y ? E ' Y
für i = 1 ...for i = 1 ...
Die Koeffizienten KCa, K?e und. KRS können zo B0 nach der Methode der kleinsten Quadrate bestimmt werden<> Ein umfassend und genau analysierter Standardprobensatz kann für alle Kohlequalitäten Verwendung finden«»The coefficients K Ca , K e and. K RS can be determined z o B 0 according to the least squares method <> A comprehensive and precisely analyzed standard sample set can be used for all coal qualities «»
Die Analyse einer Kohleprobe wird wie folgt durchgeführt: Die bis zu einem Körnungsdurchmesser von maximal 0,5 mm aufgemahlene grube»- feuchte oder getrocknete Kohle (der durchschnittliche Wassergehalt ist über die Analysendaten im Rechner gespeichert und wird damit berücksichtigt) wird in ein Probengefäß gebracht und dieses in den Meßkopf des Spektrometers eingesetzt· Die Probe wird 100 Sekunden bestrahlt, und die Intensitäten der Calcium- und Eisenfluoreszenzstrahlung sowie der rückgestreuten Röntgenstrahlung %nai "'"Fe* ^RS bestimmt« Diese Werte gelangen automatisch in den Rechner, lach Wahl der Startwerte für die Calcium-, Eisen- und Aschekonzentration und Eingabe in den Rechner wird mit Hilfe des SIMPLEX-Verfahrens ein Ausdruck der FormThe analysis of a coal sample is carried out as follows: The pit - wet or dried coal (the average water content is stored in the computer over the analytical data in the calculator) and ground up to a maximum grain size of 0.5 mm is placed in a sample vessel and this used in the measuring head of the spectrometer · the sample 100 is irradiated seconds, and the intensities of the calcium and iron fluorescence radiation, as well as the back-scattered X-ray radiation% n a i "'" Fe * ^ RS determines "These values are automatically directed to the computer, laughing choice The starting values for the calcium, iron and ash concentration and entry into the computer is an expression of the form using the SIMPLEX method
(gCa> gpe» gRS - Wichtungsfaktoren)(g Ca > gp e »g RS - weighting factors)
minimiert, indem die Startwerte für die Calcium- Eisen- und Aschekonzentration variiert werden· Die Y/erte für diese drei Größen, mit denen die beste Anpassung erhalten wird, sind das Ergebnis der Analyse und werden ausgegeben·minimized by varying the starting values for the calcium iron and the ash concentration. The values for these three quantities, with which the best fit is obtained, are the result of the analysis and are output.
Die Rechenzeit hängt maßgeblich von der Schnelligkeit des Rechners, aber auch stark davon ab, wie "gut" die gewählten Startwerte sinde In der Regel beträgt die Analysendauer jedoch nur wenige Minuten< > Wir- d Kohle ähnlicher Qualität über einen bestiünmten Zeitraum gemessen, dann werden die Startwerte aus dem Bereich der bereits analysierten Proben gewählt und dem Rechner automatisch zugeführt. Ändert sich die Kohlequalität, so brauchen lediglich die Angaben über die mittlere chemische Zusammensetzung der Kohle geändert zu werden.The computation time largely depends on the speed of the computer, but also strongly on how "good" the selected starting values are. E Usually, however, the analysis duration is only a few minutes. <> We measured coal of similar quality over a certain period, then the starting values from the range of already analyzed samples are selected and automatically fed to the computer. If the coal quality changes, only the information on the average chemical composition of the coal needs to be changed.
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DD29451286A DD252889A1 (en) | 1986-09-18 | 1986-09-18 | PROCESS FOR DETERMINING THE ASH CONTENT OF COAL |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007075722A1 (en) * | 2005-12-27 | 2007-07-05 | Honeywell International Inc. | Measurement of ash composition using scanning high voltage x-ray sensor |
-
1986
- 1986-09-18 DD DD29451286A patent/DD252889A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007075722A1 (en) * | 2005-12-27 | 2007-07-05 | Honeywell International Inc. | Measurement of ash composition using scanning high voltage x-ray sensor |
US7376215B2 (en) | 2005-12-27 | 2008-05-20 | Honeywell International Inc. | Measurement of ash composition using scanning high voltage X-ray sensor |
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