DE3490211T1

DE3490211T1 - Verfahren und Vorrichtung für die Kohleanalyse und die Durchflussmessung

Info

Publication number: DE3490211T1
Application number: DE19843490211
Authority: DE
Inventors: James Derwin San Antonio Tex. King; William L. Rollwitz
Original assignee: Southwest Research Institute, San Antonio, Tex.
Priority date: 1983-05-05
Filing date: 1984-05-04
Publication date: 1985-08-08
Also published as: GB2152677B; EP0147427A1; US4531093A; GB8432201D0; CH670315A5; EP0147427A4; CA1211505A; NL8420126A; GB2152677A; WO1984004398A1; EP0147427B1

Description

WO 84/04398 PCT/TJS84/OÖ67S

1 VERFAHREN UND VORRICHTUNG FÜR DIE

KOHLEANALYSE UND DIE DURCHFLUSSMESSUNG

Technisches Sachgebiet

Die Erfindung betrifft die Messung der Menge und ausgewählter Eigenschaften von Materialien, die als Fließstrom transportiert werden, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Fließeigenschaften von Kohle.

Diese Offenbarung richtet sich auf ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Bestimmung des Wärmeflusses in einem Kohleschlamm oder in einer anderen Kohle führenden Leitung. Diese Vorrichtung läßt sich insbesondere einsetzen in Zusammenhang mit einer Pipeline, die gemahlene Kohle in Wasser, Luft oder einer anderen Trägersubstanz führt. Es sind auch andere
Leitungsanordnungen zulässig und lassen sich mit Hilfe der
vorliegenden Apparatur messen, einschließlich einer Schlamm-Pipeline, die Kohle relativ großer Teilchengröße in Wasser
führt. Eine andere Art Kohle führender Leitung ist ein Fördersystem, worin die Kohleteilchen entweder in Rinnen oder auf
Förderbändern transportiert werden. Wie auch immer der Fall
sein mag, die vorliegende Erfingun ist insbesondere zur Messung des Kohleflusses geeignet. Dieser Fluß kann als Gewicht angegeben werden, zum Beispiel in Pfund oder Kilogramm. Noch besser kann der Kohlefluß angegeben werden in Form des Wärmeinhaltes als BTU (British Thermal Unit) pro Pfund oder Kalorien pro Kilogramm, oder er kann umgerechnet werden in einen Fluß von BTUs oder Kalorien pro Zeiteinheit. Andere erhältliche Daten sind die Fließgeschwindigkeit, die Fließdichte, die Mengenstromrate, der Prozentgehalt an Feuchtigkeit in der Kohle, der Prozentgehalt an Wasserstoff und der Prozentgehalt an Kohlenstoff in den brennbaren Anteilen der Kohle.

Offenbarung der Erfindung

Diese Vorrichtung und dieses Verfahren .liefern Kohlefließdaten in einer reellen Zeit, wenn sie in der Nähe eines Stroms fließender Kohle angebracht sind. Üblicherweise wird die Kohle

³ 3A90211

mit Hilfe eines Fördersystems transportiert oder durch ein Rohr geliefert, in dem die Kohle entweder getragen oder in Form eines Kohleflusses in Wasser, Luft oder einem anderen Fluid fortbewegt wird. Es werden Daten der Fließrate in einer reellen Zeit geliefert, wodurch die Notwendigkeit entfällt, längere Zeit zu warten, bis Daten über die Zusammensetzung und den Feuchtigkeitsgehalt anfallen. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, einzelne Proben zu entnehmen und diese mit Hilfe verschiedener analytischer Vorrichtungen zu analysieren, wodurch langatmige Laboratoriumsuntersuchungen entfallen. Die Daten, die den brennbaren Anteil der Kohle betreffen, werden vielmehr in einer reellen Zeit geliefert, so daß sie in Anlagen, die mit Kohle gefeuert werden, eine optimale Verbrennung ermöglichen. Man vergegenwärtige sich zum Beispiel ein großes Dampfkraftwerk, wo Kohle rund um die Uhr verbrannt wird. Wenn sich der Wärmeinhalt der verbrannten Kohle ändert, ändert sich auch der Dampfausstoß. Es ist notwendig, diese Änderung zu kompensiern. Sine Möglichkeit der Kompensation besteht darin, überschußdampf bei seiner Produktion abzublasen. Das ist jedoch unwirtschaftlich. Eine andere Möglichkeit der Kompensation besteht darin, den Ofen zu dämpfen. Das ist ebenfalls unwirtschaftlich und etwas langsam. Für einen geregelten Dampfausstoß ist es besser, eine geregelte Brennstoffzufuhr zum Ofen aufrechtzuerhalten. Die vorliegende Vorrichtung ermöglicht es insbesondere, die Kohle schneller oder langsamer zuzuführen und damit die Wärmezufuhr zu modifizieren, um Extravaganzen hinsichtlich der Kohlequalität und des Anlagenbetriebes auszuschalten. Wenn der Wärmeinhalt über einen Zeitraum hinweg variiert, kann die Zufuhrrate der Kohle variiert werden. Eine solche Regelung erfordert eine augenblickliche Anzeige der Tatsache, daß sich der Wärmeinhalt der dem Ofen zugeführten Kohle geändert hat.

Ein weiteres wesentliches Merkmal dieser Vorrichtung und dieser Methode ist die Tatsache, daß Daten erhältlich sind, ohne daß es notwendig ist, Proben zu entnehmen oder in die Strombahn einzugreifen. Es sind keine Proben notwendig. Darüber

hinaus wird der Stromfluß von der Vorrichtung nicht unterbrochen. Vielmehr'bleibt der Stromfluß unberührt, weshalb es keine Gelegenheit für unerwartete Hindernisse oder ein Hängenbleiben im Fließstrom gibt. In der Tat werden die Daten aus der in einem Fließstrom fließenden Kohle im wesentlichen ohne einen Eingriff in denselben erhalten. An den Fließweg werden magnetische und elektromagnetische Felder angelegt, aber dies beeinflußt sicherlich nicht den Fließweg.

Diese Vorrichtung und dieses Verfahren arbeiten sehr gut mit Kohle, die relativ fein gemahlen ist. Sie arbeiten auch recht gut mit Kohle in größeren Teilchen. Dies enthebt der Notwendigkeit, die Kohle lediglich zur Gewinnung von Testdaten zu pulverisieren.

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Es wurde festgestellt, daß magnetische Felder bestimmter Intensität an nicht metallische Produktleitungen angelegt werden können. Dies setzt die fließende Kohle einem stetigen Magnetfeld und auch einem Hochfrequenz-Magnetfeld aus. Die gegenseitige Beeinflussung zwischen dem Magnetfeld und dem Hochfrequenz-Magnetfeld erzeugt die Art Antwort, die man erhält, indem man Datensignale erzeugt, um Konzentrationen von Wasserstoff und ungepaarten Elektronen für eine nachfolgende Verarbeitung codiert.

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Diese Vorrichtung macht von der elektronenmagnetischen Resonanz Gebrauch. Sie benutzt auch die kernmagnetische Resonanz. Es wurde festgestellt, daß die elektronenmagnetische Resonanz (EMR) insbesondere für Messungen an Kohle brauchbar ist, da Kohle ziemlich bedeutende Konzentrationen an freien oder ungepaarten Elektronen enthält. Kohle ist primär ein Kohlenwasserstoff. Die Kohlenstoffmoleküle in der Kohle besitzen eine relativ hohe Anzahl von ungepaarten Elektronen, was es erlaubt, ein Signal zu bilden, da sich auf die Gesamtheit des Kohlenstoffs im Material bezieht. Daneben wird die kernmagnetische Resonanz (NMR) dazu verwendet, die Wasserstoff tragenden Bestandteile der Kohle zu bestimmen. Man erhält drei Wasser- ■

stoff-Antworten. Eine NMR-Antwort stellt einen Hinweis auf Wasserstoff im Wasser in der Kohle dar. Dieses Wasser ist zu unterscheiden von dem Wasser (eine zweite NMR-Antwort), das als Schlammpipeline-Transportfluid verwendet wird. Eine andere Antwort kommt von dem Wasserstoff inden flüchtigen Komponenten der Kohle. Da der Ursprung der Kohle üblicherweise bekannt ist,'ist es möglich, zu Anfang ein Kohleprofil zu bestimmen, das die relativen Verhältnisse des Wasserstoffs und des Kohlenstoffs in der Kohle wiedergibt. Aus diesem Profil können auch nicht ansprechende chemische Verbindungen einschließlich der Aschebestandteile bestimmt werden. Dementsprechend ermög+· lichen es diese Messungen,< die die relativen Konzentrationen des Wasserstoffs in den flüchtigen Komponenten der Kohle und den Kohlenstoff angeben, den BTU-Fluß zu bestimmen.

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Allgemein gesprochen sind die hierin beschriebenen beiden Meßmethoden sehr nah miteinander verwandt. NMR ermittelt die Kerne eines ausgewählten Elementes innerhalb der Proben. EMR ermittelt die freien Elektronen im Material. Beide Methoden setzen voraus, daß die interessierende Probe einem relativ statischen Magnetfeld ausgesetzt wird. Den Nachweis erhält man in beiden Fällen, indem man die gegenseitige Beeinflussung des angelegten Magnetfeldes und des magnetischen Momentes der interessierendem Teilchen ermittelt, und zwar der freien Elektronen im Fall der EMR und der Wasserstoffkerne im Falle der NMR. Doe Wechselwirkung zwischen dem angelegten Feld und dem magntischen Moment der interessierenden subatomaren Teilchen bewirkt eine Änderung der aus dem angelegten Hochfrequenz-Magnetfeld absorbierten Energie, wobei die absorbierte Energie anschließend emittiert wird. Die nach der Absorption emittierte Energie erzeugt ein Ausgangssignal oder Echo, das erfaßt werden kann. Dieses Ausgangssignal ist proportional zur Gesamtheit der interessierenden subatomaren Kernen oder freien Elektronen.

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Es wurde festgestellt, daß die Frequenz des angelegten Elek-

tromagnetfeldes mit der Resonanzfrequenz der-im Meßgebiet vorhandenen Teilchen übereinstimmen sollte. Die Resonanzfrequenz ist proportional zur Intensität des Magnetfeldes. Für Elektronen ergibt sich die Resonanzfrequenz aus Gleichung (1):

⁵ (1) f₀ = 2,7994 H₀.

In dieser Beziehung werden die Resonanzfrequenz in Megahertz und die Magnetfeldintensität in Gauss gemessen. Diese Beziehung herrscht bei freien Elektronen vor und stellt deshalb die Beziehung dar, die es zu erreichen gilt, um EMR-Messungen zu erhalten.

Um NMR-Messungen zu erhalten, sei die Resonanzfrequenz durch Gleichung (2) wiedergegeben:
<2) f₀ = M χ H₀.

In der vorstehenden Gleichung ist die Proportionalitätskonstante M für besonders interessierende Atomkernarten verschieden.
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Es muß angenommen werden, daß jedes Ziel verschiedene Atomkerne ausfweist, die von Interesse sein könnten. Durch eine Einstellung der Magnetfeldintensität ist es möglich, lediglich Wasserstoffkerne zu erfassen. Mit anaeren Worten, es wird ""■ durch eine NMR-Antwort nur von Wasserstoffkernen innerhalb der Masse des den Feldern ausgesetzten Materials ein Signal erzeugt, die benötigt werden, ein NMR zu initiieren, wonach dann ein Maß für die Wasserstoffbestandteile in der Kohle erhalten werden kann. Für Wasserstoffkerne (im wesentlichen nur ein

Proton) ergibt sich die Resonanzfrequenz durch Gleichung (3):

(3) f_Q = 4,2577 χ H_Q in Kilohertz, wenn H_Q in

Gauss angegben ist.

Bei einer Betrachtung der Gleichungen (1) und (3) stellt man fest, daß im allgemeinen Die Magnetfeldintensität die interessierende Variable ist. Mit steigender Magnetfeldintensität

— &■'■ — ■ ■ ■ -..■".

steigt auch die Empfindlichkeit beider NMR- und EMR-Antworten. So wurden beispielsweise Signale geeigneter Größe für eine leichte Handhabung bei einer Frequenz von etwa 10 Megahertz erhalten, indem eine Probe einem Feld von 234 6 Gauss ausgesetzt wurde. Eine geeignete EMR-Antwort bei einer Frequenz von etwa 2 Kilohertz wurde mit einem Feld von 714 Gauss erhalten. Es ist offensichtlich, daß, wenn die Skalenfaktoren sich um einen wesentlichen Faktor (zwei oder drei Größenordnungen) vergrößern, eine geeignete NMR-Frequenz, wie zum Beispiel 2,5 Megahertz mit Hilfe eines Magnetfeldes von 587 Gauss erhalten werden kann. Wenn man die Feldintensität als Skalenfaktor benutzt, dann sind die Ansprüche an den Magneten relativ bescheiden und praktisch. Während sich unter Laborverhältnissen hohe Feldintensitäten erreichen lassen, ist es ein Merkmal dieser Erfindung, ein System bereitzustellen, das im Feld installiert werden kann und über lange Zeiträume hinweg ohne Bedienung arbeitet. Dies wird durch die Verwendung von Magnetfeldern relativ geringer Intensität erreicht.

Eines der wichtigen Merkmale dieser Offenbarung ist die Fähigkeit, die Wa s s er stoff-Antwort auf die NIvR-Abfrage zu analysieren und getrennte Daten für mindestens drei Komponenten zu erhalten. Das heißt, es werden drei Komponenten des NMR-Signals erhalten, die auf Wasserstoff hinweisen. Ein Wasserstoff befindet sich im freien Wasser oder in-anderen Flüssigkeiten, die in der Kohle anwesend seir können. Das kann das Medium sein, das den Kohleschlamm trägt. Für den Wärmeinhalt ist das nicht besonders wichtig. Eine andere Kompnoente ist das vorliegende gebundene Wasser. Dies ist das Wasser, das mit dem Gefüge der Kohle verbunden ist. Eine dritte Komponente ist der Wasserstoff, der in dem flüchtigen Anteil der Kohle chemisch gebunden ist. Durch Aussortieren der drei Konstituententeile des Wasserstoffsignals können aus den NMR-Messungen wesentliche Daten gewonnen werden, nämlich ein Hinweis auf die gesamte Feuchtigkeit (unter Bezugnahme auf die Feuchtigkeit in der Kohle), der Wasserstoff in den flüchtigen Bestandteilen und infolgedessen eine Quantifizierung des Gesamtkohlenflusses

Ein Vorteil dieser Offenbarung ist die Fähigkeit, den Kohlefluß der Schlammpipeline zu bestimmen. Der Kohlefluß wird durch NMR- und EMR-Abfragung gemessen. Die Größe der NMR- und EMR-Signale wird beständig überprüft, um ein kontinuierliches Maß der Dichte zu erhalten. DUrch eine gesonderte Messung ergeben sich die Geschwindigkeiten. Bei gegebener Geschwindigkeit und Dichte kann dann der Gesamt., massenfluß ermittelt werden. Dies erlaubt es, die durch NMR oder EMR aufgefundene Gesamt masse der Bestandteile zu bestimmen. Da die Masse pro Zeiteinheit bestimmt werden kann und die relative Gesamtheit des Kohlenstoffs und des Wasserstoffs in der Masse auch bestimmt werden, läßt sich der BTU-Gehalt ermitteln. Der BTU-Gehalt wird ermittelt, indem die NMR- und EMR-Antworten gemessen und damit die Anwesenheit von Kohlenstoff und-Wasser-IS stoff ermittelt wird, worauf diese Daten mit dem Profil der Kohlesorte verglichen wird, die durch die Schlammleitung fließt.

Um mehrere Parameter verschiedener Kohlesorten zu bestimmen, wurden Kohleproben untersucht. Bei der Prüfung einer Anzahl verschiedener Kohlen aus mehreren Teilen der Vereinigten Staaten wurden Profile der verschiedenen Kohlesorten aufgestellt, einschließlich des Wärmewertes und der relativen Prozentgehalte von Kohlenstoff, Asche, Feuchtigkeit und flüchtigen Komponenten. Es wurden über 20 Kohlesorten untersucht. Teilweise ergaben die Untersuchungen eine Bestätigung der NMR- und EMR-Antworten. Die verschiedenen Kohlesorten beinhalten Verbindungen, die nicht auf NMR- und EMR-Abfragen ansprechen, wie es von der vorliegenden Erfindung erwartet wird. So ist es zum Beispiel bekannt, daß Schwefel und andere Bestandteile, die gewöhnlich die Asche ausmachen, vorhanden sind, daß sie aber als Beitrag zum BTU-Gehalt nicht wesentlich sind. Die Aschenbestandteile beeinflussen die durch diese Erfindung erhaltenen Daten nicht sonderlich. Folglich wurden die Korrelationen zwischen den EMR- und den. NMR-Signalen und den Kohleparametern bestimmt und auf verschiedene Kohleeigenschaften einschließlich den Aschegehalt bezogen. Durch Vielfachuntersu- ^:

chung von Partien verschiedener Kohlesorten zur Bestimmung derartiger Koeffizienten wurde die Genauigkeit der Kohleparameter beträchtlich erhöht. Wie aus Tabelle 1 unten hervorgeht, wurden derartige Parameter tabellarisch von maximalen Heizwert bis zum minimalen Wärmeinhalt aufgelistet. Andere Parameter können wie gewünscht bestimmt werden; Schwefel und andere vorhandene Elemente (obgleich nicht gemessen) ändern den BTU-Wert nicht und können in der Tat entsprechend der durch das System fließenden Kohlesorte entsprechend ihrem Anteil bestimmt werden.

Es ist nützlich, die Art des Signals zu definieren, das sich aus der EMR-Abfrage ergibt. Glücklicherweise hat Kohle eine wesentliche Anzahl von ungepaarten Elektronen, um relativ starke und stabile Signale zu liefern. Der EMR-Meßwert ist vorzugsweise definiert als das gesamte relative EMR-Signal oder als das Produkt der Amplitude des EMR-Signals multipliziert mit der Linienbreite. Das Produkt aus Amplitude und Linienbreite stellt die gesäte Energieabsorption dar. Dementsprechend sind die maximale Amplitude und die gesamte Energieabsorption nützliche Meßwerts für den Kohlenstoffgehalt der Kohle.

In ähnlicher Weise sollte die NMR-Signalantwort in Betracht gezogen werden. Für Definitionszwecke sei die Spingitter-Relaxationszeitkonstante T,. Bei den meisten Kohlen liegt sie zwischen etwa 0,001 und etwa 0,040 Sekunden. Die Spin-Spin-Relaxationszeit ist T_. Sie beträgt üblicherweise etwa 40 Mikrosekunden oder weniger. T₂ wird in drei Bereichen notiert, einer für das gebundene Wasser, einer für das freie Wasser und einer für den Wasserstoff in den flüchtigen Anteilen. Die Relaxationszeiten T, und T_ sind ein Indiz für die Art der Kohle, die in der Pipeline fließt. Darüber hinaus gibt die Amplitude der NMR-Antwort ein ziemlich genaues Bild des relativen Anteils von Wasserstoff in der Kohle (Aussortieren von Wasser von T--Diskriminierung). Da es ein Kohlenstoff-EMR-Signal gibt, erlaubt ein Wasserstoff: Kohlenstoffe-Verhältnis mit relativ

groben Gewichtskoeffizienten bestimmt für die verschiedenen Kohlesorten (einschließlich derjenigen, die zufällig durch die Schlammleitung fließt) eine relativ genaue Berechnung des Heizwertes der fließenden Kohle mit einer ziemlich hohen Genauigkeit , vielleicht innerhalb 200 BTU. Die Genauigkeit kann verbessert werden, indem man eine bessere Korrelation für die Kohlesorte ermittelt, einschließlich Angleichungen für die bekannten Werte für Schwefel und Sauerstoff in der Kohle, welche Elemente den BTU-Gehalt verändern. Solche Veränderungen sind relativ gering.

Viele andere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind wert festgehalten zu werden. Sie ist insbesondere geeignet für die Einrichtung einer Analyse eines kontinuierlichen Flusses von Kohle in einer Kohlenschlammleitung oder dergleichen in einer reellen Zeit und ist außerdem imstande, kontinuierlich Daten zur Bewertung fließender oder lagernder Kohle zu liefern. Die genaue Art der Bewertung kann variiert werden und kann BTU-Einheiten pro Pfund, den Prozentgehalt an Feuchtigkeit, den Prozentgehalt an Wasserstoff, den Prozentgehalt an Kohlenstoff, die Fließdichte und andere bestimmte Variable- einschließen. Dies vor Augen, läßt sich diese Vorrichtung zusammenfassen als ein Kohlendurchflußmeßsystem, das \n der Lage ist, Messungen an Kohle vorzunehmen, die über einen Punkt hinausfließt, an dem die Einrichtung installiert ist, und die in reeller Zeit die Natur des Flusses angibt und diesen mißt. Die Vorrichtung untersucht die Kohle auf Kohlenstoffhäufigkeit in Antwort auf eine EMR-Abfrage.. Der Wasserstoff wird bestimmt durch eine NMR-Abfrage unter Aussotierung von Wasser-Wasserstoff durch T_ "rane"-Diskriminierung. Die Signale werden ausgewertet, und der Gesamtfluß der Kohle ergibt sich aus einer linearen Gleichung, die den gesamten Heizwertfluß oder -massenfluß in Abhängigkeit von Konstanten in der Gleichung als Funktion dieser zhwei Meßwerte angibt. Daneben wird die NMR-Antwort getrennt und gibt, isoliert voneinander, den Wasserstoff in den flüchtigen Komponenten und den Wasserstoff im Wasser an.

1Λ

Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform hervor, wobei diese den dieser Beschreibung beigefügten Zeichnungen zugeordnet ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Um die Art, in der die oben aufgeführten Merkmale, Vorteile und Aufgaben der vorliegenden Erfindung erreicht werden, noch besser im Detail zu verstehen, sei die oben kurz zusammengefaßte Erfindung noch einmal im besonderen unter Bezugnahme auf die in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben.

Es"muß jedoch festgestellt werden, daß die beigefügten Zeichnungen nur typische Ausführungsformen dieser Erfindung darstellen und demzufolge ihren Umfang nicht., begrenzen, da die Erfindung auch andere gleichermaßen effektive Ausführungsformen umschließt.

Figur 1 ist ein schematisches Blockdiagramm der vorliegenden Vorrichtung, die eine Kohleleitung zeigt, die sich in der Nähe von Magneten und Sensoren zur Ermittlung von Daten aus der fließenden Kohle befindet.

Die beste Art zur Ausführung der Erfindung

Die Aufmerksamkeit sei zunächst auf Figur 1 gerichtet. Hier ist mit 10 eine Kohleschlammleitung bezeichnet. Sie fördert granulierte oder teilchenförmige Kohle, die in Wasser, Luft oder einem anderen Fluid fließt. Auch andere Typen von Leitungen können verwendet werden. So kanu Kohle zum Beispiel zu feinem Staub zermahlen werden oder es können größere Partikel im Wasser oder ohne Wasser fließen. Die Kohle kann in einer Leitung wie in einer Pipeline von geeignetem Durchmesser fließen. Alternativ kann sie durch einen Gummiförderer fließen oder sich in einem bewegenden Trog befinden. Die Vielzahl der Anordnun-

gen ist durch die präzise Darstellung einer runden Röhre, die Kohle in Wasser führt, nicht beschränkt.

Die Kohle passiert durch einen EMR-Magneten 12. Der Magnet befindet sich außerhalb der Pipeline. Zu diesem Zweck muß die Röhre, mindestens in der Nähe des Magneten 12, aus einem nicht magnetischen Material bestehen. Da normalerweise nur niedrige Drücke angewendet werden, genügt eine Kunststoffröhre. Es wird ein erstes magnetisches Feld aufgebaut. Das erste magnetische Feld trifft auf. die durch die Pipeline 10 fließende Kohle. Es bildet sich ein relativ einheitliches Feld aus mit einer Feldintensität, die weiter unten erörtert wird. Das einheitliche Feld wirkt über eine beträchtliche Länge der Röhre, wodurch sichergestellt wird, daß der Kohlenstoff in der Kohle abgefragt wird, um eine EMR-Antwort zu erhalten. Außerdem ist ein EMR-Sensor vorhanden, der mit 14 bezeichnet ist. Kurz, durch den Magneten 12 wird ein statisches Magnetfeld angelegt. Auf das durch die Pipeline fließende Material wirkt ein Hochfrequenzsignal. Das Hochfrequenzfeld (RF) ist rechtwinklig angeordnet. Das heißt, daß durch den Sensor 14 angelegte Feld befindet sich in rechten Winkeln zum Magnetfeld. Eine Technik, mit der dies erreicht werden kann, besteht darin, um die Röhre 10 eine Spule anzuordnen und in der Spule koaxial zur Röhre 10 ein Hochfrequenzfeld aufzubauen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen Hochfrequenzeignalgenerator, wie zum Beispiel ein Klystron in einer solchen Position anzubringen, daß das vom Klystron und zugeordneten Wellenleitern aufgebaute Feld senkrecht auf dem Magnetfeld steht. In jedem Fall wird ein solches Feld in rechten Winkeln aufgebaut.

Der in Figur 1 gezeigte Sensor 14 antwortet auf dieses Proben-EMR-Signal. Der EMR-Sensor enthält eine Spule, die sowohl als Umformer als auch als Empfänger dient. Sie ist ein Umformer des auf die Materialprobe wirkenden Hochfrequenzfeldes und ein Empfänger für das zurückkehrende EMR-Signal. Das EMR-Ausgangssignal wird vom Sensor abgegeben und, wie in Figur 1 gezeigt, zum Detektor und Prozessor 22 weitergeleitet. Im üblichen Fall

hat das Ausgangssignal am Detektor 22 eine relative Amplitude und Breite, und der Ausgang beinhaltet beide Aspekte. Das heißt, das Ausgangssignal des Detektors 22 enthält sowohl EMR-

Amplituden- und Linienbreitendaten. 5

In Figur 1 ist weiterhin ein zweiter Magnet dargestellt, der mit 24 bezeichnet ist. Er bildet ein separates Magnetfeld für die in der Leitung oder Röhre 10 fließende Kohle. Er arbeitet mit einem NMR-Sensor 26 zusammen. Zwischen den Magnetpolstükken werden Magnetlinien gebildet. Sie stehen senkrecht auf* dem vom NMR-Sensor aufgebauten Hochfrequenzfeld. Dieses Feld und seine Frequenz stehen zueinander in einer Beziehung, die durch die obige Gleichung (3) charakterisiert ist. üblicherweise liegt die Frequenz im Bereich von einigen wenigen bis zu mehreren 10 Megahertz, üblicherweise liegt das Magnetfeld im Bereich bis zu vielleicht 1000 oder 2000 Gauss. Die NMR-Antwort ist als ein RF-Signal codiert, das vom NMR-Sensor 26 erfaßt wird. Dieser Sensor dient als Eingang für den NMR-Detektor und Prozessor 28. Dieser formt ein Signal, das als Eingang für den Regler und die datenverarbeitende Maschine 30 dient. Die datenverarbeitende Maschine 30 empfängt Signale von den Detektoren 22 und 28. Der EMR-Meßwert ist ein Maß für die Gesamtheit der freien Elektronen und demzufolge proportional zum Kohlenstoffgehalt. Das schon vorher beschriebene NMR-Signal

²* stellt ein Maß für den Wasserstoffgehalt dar, wobei der Wasserstoff gehalt in drei verschiedene Signale aufgetrennt wird, die freies Wasser, gebundenes Wasser oder Feuchtigkeit in der Kohle und Wasserstoff in den flüchtigen Verbindungen der Kohle,

die verbrannt wird, bedeuten. 30

Die Parameter der fraglichen Kohle werden in die datenverarbeitende Maschine 30 eingegeben. Die Tabelle 1 gibt bestimmte Parameter wieder. Diese wurden durch Versuche und Beobachtungen gewonnen und beschreiben verschiedene Kohlesorten. Für eine gegebene Kohlesorte stellen solche Daten ein Parameterprofil dar, das die besondere Art der Kohle beschreibt. Diese

- ys -41

Parameter werden als Skalenfaktoren verwendet, um die Antworten aus den NMR- und EMR-Beobachtungen zu eichen, so daß die Vorrichtung geeicht werden kann. So läßt sich zum Beispiel ein Profil einer bestimmten Kohlesorte erhalten. Die dann erhaltenen Emr- und NMR- Signale dienen zur Identifizierung der spezifizierten fließenden Kohle. Die Signale werden gegen die Standardmeßwerte geeicht, so daß das System für verschiedene Konzentrationen ausgewählter Kohlen voll geeicht werden kann.

¹^ Um nun" weiter fortzufahren, werden Daten mit Hilfe eines Wählers 34 einem Meßwertschreiber 32 übermittelt. Die verschiedenen Ausgangssignale der datenverarbeitenden Maschine werden durch Bewertung der Eingangssignale erhalten. So gibt zum Beispiel Gleichung (4) ein bewrtetes Signal in Form von BTU-Ein- ^ heiten oder Kalorien bei statischen Bedingungen für eine Kohle im Sensor wieder:

(4) Q= (A χ H) + (B χ C) +D, wobei Q = BTU-Einheiten oder Kalorien;

A, B und D = Konstanten;

H= Amplitude der NMR-Komponente des Wasser

stoffs in den flüchtigen Bestandteilen der Kohle; und

C = Amplitude des EMR-Signals mal Linienbreite des Signals.

Dieser Gleichung ähnliche Gleichungen können verwendet werden, um andere Ausgangsinformationen, wie zum Beispiel das Gewicht, zu erhalten. Wie man weiterhin feststellt, ist der Zeitratenintegrator 36 selektiv an verschiedene Ausgänge und an einen Meßwertschreiber 38 angeschlossen, um das Integral des Flusses entweder in Massen-Einheiten oder BTU-Einheiten über ein festgelegtes Zeitintervall aufzuzeichnen.

Wie oben erwähnt, stammt die NMR-Komponente vom Wasserstoff; Wasserstoff liegt in drei verschiedenen Formen vor, einer ist der in den flüchtigen Bestandteilen der Kohle gebundene Wasserstoff, ein anderer der, der in gebundenem Wasser vorliegt, und

der Dritte der im freien Wasser. Alle drei Wasserstoffkerne geben verschiedene T_-Antworten. Dementsprechend macht Gleichung (4) oben Gebrauch von der Wasserstoff-Antwort des gebundenen Wasserstoffs in der Kohle und nicht des mit dem Wasser verbundenen Wasserstoffs. Trotzdem kann das Wasser schnell gemessen werden, da die T.-Antwort des in den flüchtigen Bestandteilen der Kohle vorhanden esn Wasserstoffs in einem Bereich liegt, der verschieden ist von dem Bereich der T_-Ant-

wort für freies oder gebundenes Wasser. 10

In Tabelle 2 unten sind bestimmte Daten für Proben aufgelistet. Diese Daten sind repräsentativ für die Art Daten, die sich bei der Untersuchung von Kohle ergeben. Die Tabelle gibt weiterhin

besondere Kohlesorten von verschiedenen örtlichkeiten wieder. 15

Die Tabelle 2 ist ein repräsentativer Datensatz für einen willkürlichen Satz von Proben. Zuerst gibt Tabelle 2 die EMR-Antwort (genormt zu 100 willkürlichen Einheiten) für die Proben Nummer 10. Es sei in Zusammenhang mit Gleichung (4) daran erinnert, daß dieses EMR-Signal in Wirklichkeit die Fläche unter der Kurve darstellt, die angenähert durch die Amplitude des EMR-Signals, multipliziert mit der Linienbreite, gebildet ■ wird. Diese Kurve ist mehr oder weniger angenähert eine Gauss-Kurve. Dieser Meßwert liefert eine angenäherte Zählung der freien Elektronen; die freien Elektronen sind proportional zum Kohlenstoffgehalt der Kohle. Es sei daran erinnert, daß die Khole zusammengesetzt ist aus Kohlenstoff, der für die Verbrennung zur Verfügung steht," und anderen Bestandteilen, die zur Hitzeentwicklung nicht beitragen. Das in Tabelle 2 aufgelistete EMR-Signal für ausgewählte Proben codiert somit die Kohlenstoffzählungen der Probe.

In Tabelle 2 wurde außerdem die NMR-Antwort für eine Maximalmenge der ersten Probe, die in der Tabelle aufgeführt ist, genormt. Die NMR-Antwort ist das Signal für die Dämpfung der freien Induktion. Tabelle enthält ferner in willkürlichen Zeit-

einheiten T₂, wobei die erste Eintragung eine Kolonne ist für den in den flüchtigen Bestandteilen"der Kohle gebundenen Wasserstoff. Daher ist der Wert von T₂ der statische oder kleinere Wert, während der zweite Wert von T_ der Maximalwert ist, der für Wasser beobachtet wird. Er kann auch kleiner sein. Es sei nochmals betont, daß die Eintragungen für T_ des Wasserstoffs in willkürlichen Einheiten angegeben sind.

Noch einmal zurück zu Gleichung (4). Diese Gleichung ergibt den Wärmeinhalt entweder in BTU-Einheiten oder in Kalorien. Die Konstanten können variiert werden, um Änderungen der Skalenfaktoren zu brücksichtignen. Die Bedingungen, unter denen diese Gleichung erfolgreich angewendet wird, sollten notiert

werden.
15

Zunächst ist angenommen, daß der Abstand der magnetischen Polarisation und der Rf-Abfrage (sowohl für die EMR- als auch für die NMR-Antwort) physikalisch festgelegt ist; das heißt, das Volumen der Rörhre ist relativ zur Untersuchungseinrichtung fixiert. Es wird ferner angenommen, daß die Röhre oder das Förderband hinreichend gefüllt sind, daß die EMR- und NMR-Signale nicht so schwach sind, daß sie durch Apparategeräusqhe ernsthaft, in ihrer Qualität beeinträchtigt werden. Die Einrichtung arbeitet ziemlich gut (nach Eichung) mit oder ohne ein relativ aufgefülltes Probenvolumen. Dieses Volumen wird von der Röhre oder dem Fördersystem begrenzt, aber die Menge der Kohle wird durch Verwendung der NMR- und EMR-Signalamplituden gemessen, und eine .volle Röhre ist nicht unbedingt für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Vorrichtung notwendig.

30

Die Röhre oder Fördereinrichtung führt üblicherweise Kohle, die nach der Prüfeinrichtung mit festgelegter Geschwindigkeit weiterfließt. Diese Bewegungsrate ist im Gegensatz zu der Geschwindigkeit des hier beschriebenen Untersuchungsverfahrens ganz langsam. Dementsprechnd enthält'·: Gleichung (4) keinen, volumetrischen Faktor. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der

^ηΐ~

Test im wesentlichen augenblicklich erfolgt. Sogar wenn der Test wiederholt werden muß, ist die relative Bewegung der > fließenden Kohle so klein (im Gegensatz zu der Zeit, die nötig ist, um die Untersuchung zu vervollständigen), daß der Test als augenblicklich angesehen werden kann. Gleichung (4) enthält überdies keinen Geschwindigkeitsfaktor. Gleichung (4) kann als erfolgversprechend angesehen werden sowohl für statische als auch für dynamische Kohlenmeßsysterne. Der Begriff "dynamisch" bezieht sich auf ein System, wo die Kohle auch nach Passieren der Untersuchungseinrichtung weiterfließt mit einer Fließge:schwindigkeit, die bei kommerziellen Anwendungen üblich ist ; sogar in diesen Fällen ist die Fließgeschwindigkeit noch hinreichend klein, so daß die zu untersuchende Kohle für praktische Zwecke als statisch oder stationär, "angesehen werden kann. Im Lichte dieser Tatsachen ist die Einrichtung im Prinzip die meiste Zeit abgestellt, sogar, wenn die Fließgeschwindigkeit der Kohle in einer großen Anlage kontrolliert werden soll.

Es sei als Beispiel angenommen, daß die Spulen, die die Röhre umgeben, so dimensioniert sind, daß sie um eine Röhre mit einem Innendurchmesser von 1-5,24 'cm passen, durch die teilchenförmige Kohle mit Hilfe von Luft durchgeblasen wird. Fs sei ferner angenommen, daß die Röhre mit einer Kohlequelle verbunden ist, in der Kohle zu kleineren Teilchen vermählen ist, einschließlich Teilchen feiner als 220 Maschen und Teilchen größeren Ausmaßes. Es sei ferner angenommen, daß der Fluß kontinuierlich erfolgt mit hinreichend viel Luft, die die Kohle durchdringt, und sie von der Quelle in Richtung auf den Ofen befördert. Weiterhin sei angenommen, daß die Röhre im wesentlichen gfeüllt ist. Sogar dann erfolgt ein Abfall des Füllfaktors aufgrund der Durchdringung der Kohle durch Luft (oder jedes andere Treibmittel), aber da die Amplituden der NMR- und der EMR-Signale proprtional zu der Dichte der Kohle in den Probehvolumina ist, erfolgt eine genaue Messung der tatsächlichen Kohlemenge, wenn das System zweckmäßig geeicht ist.

Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sieht vor, daß die Kohle periodisch untersucht wird. Es sei angenommen, daß diese Untersuchung vorgenommen wird mit EMR- und NMR-Ausrüstungen, die separate Magnetsysteme für die Emr- und die NMR-Untersuchung besitzen. Es sei ferner angenommen, daß eine einzige Kohlesorte zugeführt wird, wie zum Beispiel die Probe Nummer aus Tabelle Nummer 1. Für diese Besondere Probe können Daten derart, wie sie in Tabelle 2 gezeigt sind, aus Laboruntersuchungen gewonnen und gespeichert werden. Es sei weiterhin angenommen, daß dieKohle an den zwei Sets der Testeinrichtung (nämlich der EMR- und der NMR-Einrichtung) vorbeifließt und jede Einrichtung in einem Intervall von einer Sekunde Daten sammelt. Für eine Periode von einer Minute erhält man so 60 Datenpunkte für die Amplitude für die NMR-Komponente aus dem Wasserstoff in der Kohle. Das ist die Größe H in Gleichung (4). In gleicher Weise erhält die EMR-Signalantwort 60 Datenpunkte. Dieser Meßwert ist der Wert für die Größe C in Gleichung (4) und ergibt sich aus der EMR-Signalamplitude multipliziert mit der Signallinienbreite. Wenn gewünscht, können 60 Datenpunkte für beide Werte genommen und daraus ein Mittelwert gebildet werden ; die Mittelwerte können dann in Gleichung (4) benutzt werden. Alternativ kann Gleichung (4) mit deb Daten jeder Sekunde ausgerechnet werden und so wiederholte Berechnungen der BTU liefern. Es muß jedoch wiederum festgestellt werden, daß Skalenfaktoren eingesetzt werden, die in BTU-Einheiten oder Kalorien umgerechnet werden, und diese können wiederum in Fließgeschwindigkeiten ausgedrückt werden.

Es sollte festgehalten werden, daß aus praktischen Gründen ein gewisser Abstand von den EMR- und den NMR-Magneten notwendig ist. Dies schafft jedoch kein besonderes Problem im Hinblick auf die Dynamik des Kohleflusses. In einem gegebenen Moment werden die für die Größe H erhaltenen Daten nicht genau mit den Daten koinzidieren, die für die Größe C in Gleichung (4) gewonnen wurden. Das heißt, ,,daß die Kohle, die sich innerhalb der NMR-Testspule befindet, nicht genau dieselbe ist, wie die

Kohle, die sich genau in der EMR-Testspule befindet. Dies ist jedoch kein größeres Problem; der Datenfluß von der einen zu der anderen Einrichtung kann verzögert werden, so daß die beiden Datensätze aufeinander abgestimmt werden können, um den Zeitverzug zu berücksichtigen, der von der Kohle benötigt wird, um von einer Testspule zur andern zu wandern. Insofern, als Kohle von derselben Art oder Partie (siehe Tabelle 1) stammt, ergeben sich keine größeren Unbequemlichkeiten aus der Tatsache, daß die beiden Datenfolgen hinsichtlich ihrer Zeit nicht relativ zueinander verschoben sind, um Koinzidenz zu erzielen, und damit die Verzögerung der Übergangszeit in der Röhre zu vermeiden.

Die Geschwindigkeit der Kohle in der Röhre kann hilfreich sein bei der Verschiebung der H- und C-Datenfolgen, die aus der Testeinrichtung kommen, und ist wesentlich bei der Messung der Kohlefließrate. Durch Kenntnis der Dichte der fließenden Kohle wie sie sich aus der Verwendung der NMR- und der EMR-Daten und der Fließgeschwindigkeit ergibt, kann die Fließrate als Produkt beider - Dichte und Geschwindigkeit - ermittelt werden. Die Geschwindigkeit läßt sich mit Hilfe von NMR und anderen bekannten Methoden ermitteln. Verbesserte Geschwindigkeitsmessungen können jedoch mit Hilfe der Vorrichtung vorgenommen werden, die in der anhängigen Anmeldung Serial Number beschrieben ist, die am selben Tag wie die vorliegende Anmeldung eingereicht wurde. Diese Offenbarung enthält ein System zur Messung der Geschwindigkeit des Kohleflusses. Darüber hinaus enthält sie ein System zur Messung des Füllfaktors oder der Dichte. Es ist mehr oder weniger genau, wenn man sagt, daß die Röhre, die durch die Testeinrichtung durchführt, gefüllt ist; in Wirklichkeit kann hier ein fließendes Fluid (Luft oder Wasser) vorliegen, das die Röhre füllt, aber dieses Fluid ist für die in Rede stehende Messung ohne Bedeutung. Das untersuchte Volumen der Röhre besteht nicht vollständig aus Kohle, weshalb dieser Faktor der Füllfaktor oder die Dichte genannt wird. Die gleiche Offenbarung befaßt sich mit einem Verfahren

und einer Vorrichtung zur Bestimmung des Füllfaktors oder
der Dichte.

Wärmeinhaltsmessungen Q stellen ein Maß dar für den Wärmeinhalt der Kohle innerhalb des Sensorvolumens. Dieses Signal
kann in BTU-Einheiten pro Pfund oder in BTU-Einheiten pro
Stunde umgewandelt werden, indem die Fließgeschwindigkeit und
die aus den NMR- und den EMR-Daten gemessenen Dichten in Rechnung gestellt werden. DieFließdaten in BTU-Einheiten pro Stunde können über ein gewisses Zeitintervall integriert werden
und ergeben ein Indiz für den Gesamtgehalt an BTU in der Kohle, die innerhalb dieser Zeit durch den Fließstrom geliefert wurde. Dies ist in den Zeichnungen angedeutet, wo der Ausgang mit einem Zeitratenintegrator verbunden ist.

15

Das Vorstehende bezieht sich auf eine bevorzugte Ausführungsform, der Schutzumfang ergibt sich aus den nachfolgenden Ansprüchen.

20

30 35

	U O	85	Staat- Scheinbare	AN	Tabelle 1	Heiz wert	cn	_t O	Flüchtige	cn
			Kohlen- Sorte formation	HVA	Feuchtig	14761			7,39
Probe	Pennsylania·^ Pottsville	Med.Vol.	keit (Gew.%)	14474	Annähernde Analyse	48,83	(trocken)
Nr.	West Virginia- Allegheny	HVC	1,29	1404 8	Asche	28,50	Gebundener Kohlenstoff
1	West Virginia- Pottsville	HVA	• 0,58	11501	5,80	40,64	86,81
2	Illinois- Kewanee		1,27	10243	9,39	31,97	41,79
3	Ohio- Μα noga he la		15,90	8,69	62,81
4	3,57	11,06	48,30
5		29,26	38,77

-fr-CD

1	Elektronen EMR	Tabelle 2	■^T2	T₂H₂O
Probe 5 Nummer	100	Wasserstoff NMR	70	40
10	75	100	50	40
11	39	88	55	40
12	37	70	60	40
η 13	64

Claims

1 Patentansprüche

ty. Verfahren zur Messung des Wärme inhaltes von Kohle, umfassend die Schritte:

(a) Messung der kernmagnetischen Resonanzantwort (NMR) des Wasserstoffs in der Kohle;

(b) Messung der elektronenmagnetischen Resonanz (EMR) der freien Elektronen in der Kohle; und

(c) Bestimmung des Wärmeinhaltes der Kohle als Funktion der Wasserstoff-NMR und der EMR-Messungen.

2. Verfahren nach Anspruch , worin der Schritt der Bestimmung des Wärmeinhaltes die Schritte des Vergleichs der gemessenen Wasserstoff-Werte in der Kohle mit Werten, die von der Kohlesorte abhängen, und der Bestimmung des sich daraus anteilig ergebenden Wärmeinhaltes.

3. Verfahren nach Anspruch 1, einschließend den Schritt wiederholt vorgenommener Messungen aus kontinuierlich fließender Kohle, die ein magnetisches Feld spezifizierter "Intensität passiert.

4. Verfahren nach AN^pruch 1, einschließend den Schritt der Anlegung separater erster und zweiter Magnetfelder an die Koh-

25 le..

5. Verfahren nach Anspruch 1, einschließend den Schritt der Anlegung eines Magnetfeldes spezifizierter Intensität an die Kohle und anschließender. Abfragung der Kohle mit einem Hoch-

30 frequenz (RF)-FeId;

Erfassung eines RF-Signals aus der Kohle im Magnetfeld und im RF-FeId; und Gewinnung eines Ausgangssignals aus dem erfaßten RF-Signal, das eine Messung codiert enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 5, worin freie Elektronen aus der Kohle das erfaßte RF-Signal bilden und das Signal die Ge-

1 samtheit der freien Elektronen in einem Ausgangssignal codiert. ι

7. Verfahren nach Anspruch 6, einschließend den Schritt der

5 Umwandlung des Ausgangssignals durch Multiplikation der Resonanzlinienbreite mit der Amplitude und Verwendung des sich ergebenden Produktes.

8. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Wärmeinhalt gegeben 10 ist durch

D = (A x H) + (B χ C) + D, wobei D = Wärmeinhalt;

H = Amplitude des NMR-Signals aus dem Wasserstoff

in der Kohle;
15 c= EMR-Signalamplitude mal Resonanzlinienbreite

des EMR-Signals aus der Kohle; und A, B und D = Konstanten.

9. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt der auf Wasser-20· stoff bezogenen Messung einschließt die Messung der Dämpfung der freien Induktion des Wasserstoffs in flüchtigen Verbindungen in der Kohle.

10. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt der Messung 25 der freien Elektronen folgende Schritte umfaßt:

(a) Aufbringung eines Magnetfeldes auf die Kohle, wobei das Feld eine festgelegte Intensität hat;

(b) Ausbildung eines RF-Feldes in rechtem Winkel zum Magnetfeld mit einer Frequenz, die mit der Intensität des

30 Magnetfeldes in Beziehung steht, wobei das RF-FeId eine

spezifizierte Dauer hat; und

fc) Erfassung einer elektronenmagnetischen Resonanzantwort aus den freien Elektronen mit Hilfe einer RF-Spule, wobei die Antwort proportional zur Gesamtheit der 35 freien Elektronen ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, ferner einschließend den Schritt der Ermittlung des Logarithmus des Integrals der freien Elektronenantwort.

12. Verfahren nach Anspruch 11, einschließend den weiteren Schritt der Multiplikation des Logarithmus mit einer Konstante, um den Kohlenstoffgehalt der Kohle zu definieren.

13. Verfahren nach Anspruch 1, einschließend den Schritt der Multiplikation des so erhaltenen Wärmeinhaltes mit der Fließgeschwindigkeit der Kohle, um die Zeitrate zu definieren, mit der der Heizwert in einem Kohlefließsystem geliefert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1, einschließend den Schritt der Multiplikation des Wärmeinhaltes pro Gewichtseinheit mit der Dichte der Kohle, um die Fließrate der Kohle in einem Kohlefließsystem zu definieren.

15. Verfahren nach Anspruch 1, einschließend den Schritt der Einrichtung einer Leitung, mit einem nicht magnetischen Teil zur Begrenzung eines Kohlefließstroms; Plazierung eines ersten Magneten neben der Leitung, um ein spezifiziertes Magnetfeld über der Leitung aufzubauen,

25 und

Einrichtung eines RF-Feldes in der Leitung im rechten Winkel hierzu, wobei das RF-FeId und das Magnetfeld in einer Resonanzbeziehung stehen, um ein RF-Signal zu emittieren, das ein Indiz für den Elementenbestand in den beeinfluß-

30 ten Feldern ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, einschließend den Schritt der Messung der Amplitude des RF-Signals.

17. Verfahren nach Anspruch 15, einschließend den Schritt der Einrichtung eines zweiten Magneten in Nachbarschaft zu der

Leitung, um ein zweites Magnetfeld über der Leitung zu errichten, und Aufbau eines zweiten RF-Feldes in der Leitung in einem rechten Winkel zum zweiten Magnetfeld; Veranlassung des zweiten RF-Feldes mit dem zweiten Magnetfeld in eine Resonanzbeziehung zu treten, um ein RF-Signal zu emittieren, das ein Indiz für den Elementenbestand ist; und

worin besagtes erstes RF-Signal ein Indiz ist für dn Bestand an freien Elektronen in der Kohle und das zweite RF-Signal ein Indiz ist für deji Bestand an Wasserstoff in den flüchtigen Verbindungen der Kohle.

18. Vorrichtung zur Messung des Wärmeinhaltes von Kohle, umfassend:

(a) Magnetmittel zur Bildung eines Magnetfeldes spezifizierter Intensität zur Einwirkung auf eine Kohleprobe; (b) erste, ein RF-FeId bildende Mittel, die so angeordnet sind, daß das RF-FeId einen rechten Winkel'⁸ zum Magnetfeld bildet;

(c) zweite, ein RF-FeId bildende Mittel, die so angeordnet sind, daß das RF-FeId einen rechten Winkel zum Magnetfeld bildet;

(d) Detektormittel, die auf von der Kohle emittierte RF-Ausgangssignale ansprechen, wobei von der Kohle erste

25 und zweite RF-Signale emittiert werden ; und

(e) Ausgangsmittel, die.auf besagte erste und zweite RF-Signale ansprechen und ein Wärmeausgangssignal für die Kohle bilden.

19. Verfahren nach Anspruch 13, einschließend einen Zeitratenintegrator, um den gesamten Wärmeinhalt der Kohle, die während eines bestimmten Zeitraumes fließt, anzuzeigen. .

20. Verfahren zur Messung der Dichte der primären Verbrennungsbestandteile der Kohle in einer Leitung, umfassend die Schritte:

(a) Messung der NMR-Antwort des Wasserstoffs in der Kohle;

(b) Messung des EMR der freien Elektronen in der Kohle-; und

(c) Bestimmung der Konzentration der Kohle als Funktion des Wasserstoff-NMR- und EMR-Verbesserungen.

21. Verfahren nach Anspruch 20, einschließend den Schritt der Multiplikation der so erhaltenen Kohledichte mit der Fließgeschwindigkeit der Kohle, um die Fließrate der primären

10 verbrennbaren Bestandteile der Kohle zu definieren.

22. Verfahren nach Anpsruch 20, einschließend den Schritt der Hinzufügung eines Maßes der Dichte der Kohlebestandteile, die nicht von Wasserstoff-NMR- oder -EMR-Messungen erfaßt sind, wie Asche und Schwefel, um einen Hinweis auf die Gesamtdiphte der Kohle innerhalb des überprüften Bereichs der Leitung zu gewinnen.

23. Verfahren nach Anspruch 21, worin die Fließgeschwindigkeit durch die NMR- oder EMR-Messungen gewonnen wird.

24. Verfahren nach Snspruch 21, worin die so gewonnene Fließrate über die Zeit integriert wird, um ein Maß für den gesamten Massenfluß der primären verbrennbaren Bestandtei-Ie der Kohle über eine gewisse Zeitperiode zu gewinnen.

25. Verfahren nach Anspruch 20, worin das Wasserstoff-NMR-Signal aufgetrennt wird in Komponenten, die auf T, und T_- Abklingzeiten basieren, um proportionale Anteile von Wasserstoff in den flüchtigen Teilen der Kohle und in dem Wasser der Kohle separat zu messen.

26. Verfahren anch Anspruch 25, worin die so gemessene Menge Wasserstoff in den flüchtigen Bestandteilen der Kohle mit einem Faktor multipliziert wird, um ein Maß für die flüchtigen Bestandteile der Kohle zu gewinnen.

- z1 -

27. Verfahren nach Anspruch 25, worin die Menge des so gemessenen Wasserstoffs im Wasser in der Kohle dazu verwendet wird, um ein Maß für den Feuchtigkeitsgehalt der Kohle abzugeben.

28. Verfahren nach Anspruch 20, worin da so gemessene EMR-Signal aus den freien Elektronen in der Kohle mit einem Faktor multipliziert wird, um ein Maß für den Kohlenstoffgehalt der Kohle zu gewinnen.

29. Vorrichtung zur Messung der Dichte der Kohle in einer Leitung umfassend:

(a) Magnetmittel zur Bildung eines Magnetfeldes spezifizierter Intensität zur Einwirkung auf eine Kohleprobe; ¹^ (b) erste, ein RF-FeId bildende Mittel, die so angeordnet sind, daß das RF-FeId einen rechten Winkel zum Magnetfeld bildet;
(c)zweite, ein RF-FeId bildende Mittel, die so angeordnet sind, daß das FR-FeId einen rechten Winkel zum Magnetfeld bildet;

(d) Detektormittel, die auf von der Kohle emittierte Rl?- Ausgangssignale ansprechen, wobei von der Kohle erste und zweite RF-Signale emittiert werden; und

(e) Ausgangsmittel, die auf die ersten und zweiten RF-

²^ Signale des besagten Detektors ansprechen, um ein Maß für die Dichte der Kohle in den besagten RF-Feldbereichen der Leitung zu bilden.
3

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, worin die ersten und zweiten besagten RF-F'elder dem Wasserstoff in der Kohle ein NMR-Signal und den vollen Elektronen in den Kohle ein EMR-Signal entlocken.

31. Vorrichtung nach Anspruch 18, worin die ersten und zweiten besagten RF-Felder dem Wasserstoff in der Kohle ein NMR-Signal und den vollen Elektronen in der Kohle ein EMR-Sig-

1 nal entlocken.

32. Vorrichtung nach Anspruch 29, einschließend Mittel zur Multiplikation der so erhaltenen Kohledichte mit der Fließgeschwindigkeit der Kohle, um die Fließrate der primären verbrennbaren Bestandteile der Kohle zu definieren.

33. Vorrichtung nach Anspruch 29, einschließend Mittel zur Multiplikation der so erhaltenen Kohledichte mit der Fließgeschwindigkeit der Kohle, um die Fließrate der primären verbrennbaren Bestandteile der Kohle zu definieren.

34. Vorrichtung nach Anspruch 32, einschließend Mittel zur Gewinnung der Fließgeschwindigkeit durch Verwendung der NMR-

15 oder EMR-Messungen.

35. Vorrichtung nach Anspruch 32, einschließend Zeitintegratormittel, um einen Ausgang zu erzeugen, der ein Maß für den Gesamtmassenfluß der primären verbrennbaren Bestandteile der Kohle über eine bestimmte Zeitperiode darstellt.

36. Vorrichtung nach Anspruch 30, einschließend Mittel mit deren Hilfe es möglich ist, das Wasserstoff-KMR-Signal in Komponenten aufzutrennen, die auf T, und T_?-Abklingzeiten basieren, um die proportionalen Anteile des Wasserstoffs in den flüchtigen Bestandteilen der Kohle und im Wasser in der Kohle separat zu messen.

37. Vorrichtung nach Anspruch 36, einschließend Mittel, um das so aus dsn flüchtigen Bestandteilen gemessene Wasserstoff-Signal auf den Gehalt der Kohle an flüchtigen Bestandteilen zu beziehen.

38. Vorrichtung nach Anspruch 36, einschließend Mittel, um das so aus dem Wasser gemessene Wasserstoff-Signal auf den

Feuchtigkeitsgehalt der Kohle zu beziehen.

39. Vorrichtung nach Anspruch 3O_f einschließend Mittel, um das so gemessene EMR-Signal auf den Kohlenstoffgehalt der Kohle zu beziehen.

10 15 20 25 30 35