PL209880B1 - Sposób i urządzenie do pomiaru podstawowych parametrów jakościowych paliw stałych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru podstawowych parametrów jakościowych paliw stałych, zwłaszcza zawartości popiołu, wilgoci i wartości opałowej oraz urządzenie do realizacji tego sposobu w warunkach laboratoryjnych.

Znany z polskiego zgłoszenia patentowego P.363297 sposób oznaczania zawartości popiołu w węglu polega w pierwszej wersji na pomiarze naturalnego promieniowania gamma wę gla w całym zakresie Nt jego promieniowania i w wybranym zakresie Nk, najkorzystniej promieniowania izotopu K-40 oraz wyliczeniu zawartości popiołu dla różnych podzakresów zakresu Nk lub Nt natężenia z równania regresji A= a0 + a1 · Nt + a2 · Nk. W drugiej wersji sposobu mierzy się dodatkowo natężenie przechodzącego przez węgiel promieniowania gamma o średniej energii w zakresie Nc obejmującym fotopik, najkorzystniej ze źródła Cs-137 oraz wylicza zawartość popiołu dla różnych podzakresów zakresu Nc natężenia z równania regresji A= a0 + a1 · Nt + a2 · Nc lub A = b0 + b1 · Nt + b2 · Nk + b3 · Nc. W trzeciej wersji sposobu, oprócz pomiarów dokonywanych w poprzednich wersjach mierzy się natężenie przechodzącego przez węgiel promieniowania gamma w zakresie Na o niskiej energii, a także łącznie natężenie przechodzącego przez węgiel promieniowania gamma w zakresie Nac o średniej i niskiej energii oraz wylicza się zawartość popiołu dla różnych podzakresów zakresu Nc natężenia z równania regresji:

A = a0 + a1 · Nt + a2 · Nc + a3 · Na + a4 · Nac lub A = b0 + b1 · Nt + b2 · Nk + b3 · Nc + b4 · Na + b5 · Nac.

Współczynniki: a0, a1, a2, a3, a4, b0, b1, b2, b3, b4 i b5 są wyznaczone w procesie kalibracji.

Znany jest także z polskiego opisu patentowego nr 168083 sposób pomiaru parametrów fizyko-chemicznych kopalin, zwłaszcza zawartości popiołu i wilgoci w węglu kamiennym lub brunatnym polegający na wstępnym zmieleniu próbki kopaliny i jej prześwietleniu jednocześnie promieniowaniem jonizującym i mikrofalowym, przy czym promieniowanie jonizujące emituje się w postaci dwóch oddzielnych wiązek niskoenergetycznego promieniowania gamma lub X. Jedna z tych wiązek jest o energii kwantów z przedziału energii 20-30 keV, a druga o energii kwantów z przedziału energii 5060 keV. Po przejściu promieniowania, przez badaną próbkę poddaną ruchowi obrotowemu, wykonuje się pomiar osłabienia tych wiązek, a następnie znając wielkość osłabienia promieniowania mikrofalowego i jonizującego określa się wartość parametrów jakościowych i masę próbki z pomocą komputerowego układu elektronicznego obliczającego, w oparciu o odpowiedni program, wymienione parametry badanej próbki.

Znane z polskiego opisu patentowego nr 168083 urządzenie do pomiaru parametrów fizykochemicznych kopalin składa się z dwóch źródeł promieniowania, to jest jonizującego i mikrofalowego oraz z przynależnych do nich dwóch układów detektorów jako odbiorników promieniowania. Pomiędzy tymi odbiornikami jest umieszczona próbka badanej kopaliny w płaskim cylindrycznym naczyniu, które znajduje się na obrotowym elemencie. Źródło promieniowania jonizującego ma dwie niskoenergetyczne wiązki promieniowania skierowane prostopadle do dna naczynia, przy czym energia kwantów jednej wiązki znajduje się w przedziale energii 20-30 keV, a energia drugiej wiązki w przedziale energii 50-60 keV. Wyjścia obydwóch detektorów są załączone do komputerowego układu elektronicznego, w którym przetwarza się, w oparciu o odpowiedni program, uzyskane sygnały na wynikowe wartości fizyko-chemiczne kopaliny.

Sposób pomiaru podstawowych parametrów jakościowych paliw stałych polegający na pomiarze tłumienia promieniowania mikrofalowego przechodzącego przez próbkę paliwa stałego oraz na pomiarze promieniowania jonizującego, według wynalazku polega na równoczesnym pomiarze intensywności naturalnego promieniowania gamma badanej próbki, tłumienia promieniowania mikrofalowego przechodzącego przez tą próbkę i jej masy, po czym według doświadczalnie ustalonych wzorów wylicza się zawartość popiołu, wilgoci, wartość opałową i inne parametry tej próbki.

Urządzenie do pomiaru podstawowych parametrów jakościowych paliw stałych składające się z układu zabezpieczają co-zasilają cego połączonego z komputerem panelowym, absorpcyjnym wilgotnościomierzem mikrofalowym, elektronicznym układem kontrolno-pomiarowym zawierającym analizator widma oraz z detektora pomiaru naturalnego promieniowania gamma i z naczynia na próbkę paliwa stałego, według wynalazku posiada osłonną komorę pomiarową wykonaną z materiału zabezpieczającego próbkę od zewnętrznego promieniowania jonizującego, korzystnie z ołowiu. Komora ta mieści detektor pomiaru tłumienia promieniowania mikrofalowego w postaci anteny nadawczej i odbiorczej, połączony z układem elektronicznym absorpcyjnego wilgotnościomierza. Pomiędzy antenaPL 209 880 B1 mi: nadawczą i odbiorczą, znajduje się specjalne naczynie na próbkę paliwa. Naczynie to ma wnękę, korzystnie cylindryczną, w którą wchodzi detektor pomiaru naturalnego promieniowania gamma w postaci sondy scyntylacyjnej połączonej z analizatorem widma. Komora posiada również tensometryczny czujnik do automatycznego pomiaru masy próbki paliwa połączony z elektronicznym układem kontrolno-pomiarowym.

Sposób i urządzenie według wynalazku zapewniają szybki, niezawodny pomiar zawartości popiołu i wilgoci, nieobciążony wpływem masy próbki. Ponadto wynalazek nie wymaga uciążliwego przygotowania próbki do pomiarów polegających między innymi na suszeniu, kruszeniu, ważeniu, co daje znaczny komfort pracy. Zastosowanie osłonnej komory pomiarowej izolującej próbkę paliwa od promieniowania jonizującego otoczenia oraz tensometryczny czujnik do automatycznego pomiaru masy próbki mają istotny wpływ na wysoką dokładność ustalenia parametrów jakościowych paliw stałych. Brak zaś sztucznego izotopu promieniowania gamma, istniejącego w znanych urządzeniach, czyni stosowanie wynalazku bezpiecznym dla środowiska i obsługi urządzenia, nie narażając jej na promieniowanie jonizujące wytwarzane przez takie izotopy promieniotwórcze. Z tego też względu nie ma problemu z utylizacją urządzenia, według wynalazku. Specjalne naczynie z wnęką i wpuszczoną do niej sondą daje natomiast lepszy pomiar intensywności naturalnego promieniowania gamma.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schemat blokowy urządzenia.

Dla oznaczenia zawartości popiołu i wilgoci w próbce węgla dokonuje się równoczesnego pomiaru intensywności (N) naturalnego promieniowania gamma tej próbki węgla, tłumienia (W) promieniowania mikrofalowego przechodzącego przez tą próbkę oraz pomiaru jej masy (M).

Zawartość popiołu i wilgoci wylicza się z algorytmów:

Awyl = 9,128 - 0,05 · M + 0,002922 · N · N + 0,1190N · N/M Awyl = 14,7874 - 0,01366 · W + 0,01665 · M

W tabeli podano dla wybranych próbek wę gla, oznaczone chemicznie, zawartość popioł u A^r i zawartość wilgoci W^t, zmierzone wielkoś ci N,W,M oraz wyliczone, z podanych algorytmów, zawartość popiołu A_wyl i zawartość wilgoci W_wyl oraz różnice między tymi oznaczeniami ΔΑ^Γ i ΔW^t.

T a b e l a. Wejściowe dane i wyniki wyliczeń zawartości popiołu i wilgoci.

Np.	Ar %	Wt %	N Imp/sek	W działka	M działka	Awyl %	AAr %	Wwyl %	ΔWt %
1	6,9	5,1	83,7	1233	478	7,44	0,54	5,90	-0,80
2	9,4	8,54	85,9	1090	480	8,52	0,88	7,89	0,65
3	30,3	7,5	121,4	1171	503	30,53	0,23	7,17	0,33
4	18,4	9,5	102,1	981	466	18,95	0,55	9,15	0,35
5	8,4	6,2	87,9	1123	491	9,03	0,63	7,62	-1,42
6	21,0	7,9	105,9	1154	491	20,07	0,93	7,20	0,70
7	16,7	9,2	102,3	953	494	17,53	0,83	9,99	-0,79
8	26,5	8,9	115,0	1120	497	26,09	0,41	7,76	1,14
9	24,2	7,0	114,0	1175	507	24,80	0,60	7,18	-0,18
10	11,5	8,9	93,2	1028	503	11,41	0,09	9,12	-0,22

Różnice między oznaczeniami chemicznymi zawartości popiołu i wilgoci oraz wyliczonymi są małe, a błąd standardowy estymacji dla oznaczeń zawartości popiołu wynosi s=0,79% A^r, natomiast dla oznaczeń zawartości wilgoci s=0,98% W^t.

Urządzenie do pomiaru zawartości podstawowych parametrów jakościowych paliw stałych zawiera osłonną komorę pomiarową 1 wykonaną z ołowiu szczelnie zabezpieczającą próbkę paliwa 2 od zewnętrznego promieniowania jonizującego. Komora 1 mieści układ pomiaru tłumienia promieniowania mikrofalowego w postaci anteny nadawczej 3 i anteny odbiorczej 4, specjalne naczynie 5 na prób4

PL 209 880 B1 kę paliwa 2 znajdujące się pomiędzy wymienionymi antenami 3 i 4, detektor pomiaru naturalnego promieniowania gamma w postaci sondy scyntylacyjnej 6, wchodzącej częściowo w specjalne naczynie 5 i tensometryczny czujnik 7 pomiaru masy próbki paliwa 2. Wyjście sygnał owe anteny odbiorczej 4 w układzie pomiaru tł umienia promieniowania mikrofalowego jest podłączone do ukł adu absorpcyjnego wilgotnościomierza 8, natomiast wyjścia sygnałowe: detektora pomiaru promieniowania gamma w postaci sondy 6 i tensometrycznego czujnika 7 pomiaru masy próbki paliwa 2 są podłączone drugostronnie do elektronicznego układu kontrolno-pomiarowego 9 zawierającego analizator widma 10. Z elektronicznym układem kontrolno-pomiarowym 9 jest również połączony absorpcyjny wilgotnościomierz 8 i komputer panelowy 11. Elektroniczny układ kontrolno-pomiarowy 9 i komputer panelowy 11 są zasilane z układu zabezpieczająco-zasilającego 12. Po umieszczeniu specjalnego naczynia 5 z próbką wę gla 2 w szczelnej komorze pomiarowej 1 i jej zamknię ciu, naturalne promieniowanie gamma tej próbki 2 jest rejestrowane sondą 6. Jednocześnie absorpcyjny wilgotnościomierz 8 generuje sygnał mikrofalowy i przesyła go do anteny nadawczej 3 układu pomiaru tłumienia promieniowania mikrofalowego, skąd kierowany jest na próbkę węgla 2. Sygnał ten, po przejściu przez próbkę węgla 2 jest rejestrowany anteną odbiorczą 4 i przesyłany powrotnie do absorpcyjnego wilgotnościomierza 8. Przeliczony w wilgotnościomierzu 8 sygnał, proporcjonalny do zawartości wilgoci w próbce węgla 2, jest transmitowany do elektronicznego układu kontrolno-pomiarowego 9. Przez cały czas równoczesnej rejestracji promieniowania gamma i tłumienia promieniowania mikrofalowego, próbka węgla 2 jest ważona przy pomocy tensometrycznego czujnika 7 pomiaru masy. Sygnały z tensometrycznego czujnika 7 pomiaru masy są również przesyłane do elektronicznego układu kontrolno-pomiarowego 9. Obrobione i zsynchronizowane sygnały z elektronicznego układu kontrolno-pomiarowego 9 są przesyłane do komputera panelowego 11, w którym następuje, według ustalonych wzorów, wyliczenie parametrów jakości badanego węgla.

Claims (2)

1. Sposób pomiaru zawartości podstawowych parametrów jakościowych paliw stałych polegający na pomiarze tłumienia promieniowania mikrofalowego przechodzącego przez próbkę paliwa stałego oraz na pomiarze promieniowania jonizującego, znamienny tym, że mierzy się równocześnie intensywność naturalnego promieniowania gamma, emitowanego przez próbkę paliwa stałego, tłumienie promieniowania mikrofalowego po przejściu przez tę próbkę i jej masę, korzystnie ważoną automatycznie, po czym, według doświadczalnie ustalonych wzorów wylicza się zawartość popiołu, wilgoci, wartość opałową i inne parametry tej próbki paliwa.

2. Urządzenie do pomiaru podstawowych parametrów jakościowych paliw stałych składające się z układu zabezpieczająco-zasilającego połączonego z komputerem panelowym, z absorpcyjnym wilgotnościomierzem mikrofalowym, elektronicznym układem kontrolno-pomiarowym zawierającym analizator widma oraz z detektora pomiaru naturalnego promieniowania gamma i z naczynia na próbkę paliwa stałego, znamienne tym, że posiada osłonną komorę pomiarową (1) wykonaną z materiału zabezpieczającego próbkę (2) paliwa od zewnętrznego promieniowania jonizującego, korzystnie z ołowiu, mieszcząc ą układ pomiaru tłumienia promieniowania mikrofalowego w postaci anteny nadawczej (3) i odbiorczej (4), połączony z układem elektronicznym absorpcyjnego wilgotnościomierza (8), pomiędzy którymi znajduje się specjalne naczynie (5) z wnęką, korzystnie cylindryczną, na detektor pomiaru naturalnego promieniowania gamma w postaci sondy scyntylacyjnej (6) połączonej z analizatorem widma (10) i tensometryczny czujnik (7) do automatycznego pomiaru masy próbki paliwa (2) połączony z elektronicznym układem kontrolno-pomiarowym (9).