PL68422Y1 - Urządzenie do wyznaczania wartości opałowej różnych gatunków kopalin węgla - Google Patents

Description

Opis wzoru

Przedmiotem wzoru użytkowego jest urządzenie do wyznaczania wartości opałowej różnych kopalin, w szczególności węgla w postaci paliwa roboczego, przeznaczonego dla kotłowni centralnego ogrzewania powszechnie stosowanych, metodą porównawczą.

Pod pojęciem paliwa roboczego rozumie się paliwo w takiej postaci, w jakiej podawane jest do kotła opałowego.

Paliwo robocze składa się z masy palnej zawierającej pierwiastki czystego węgla, związki chemiczne węgla z wodorem, tlenem, azotem i siarką oraz tak zwanego balastu. Pod pojęciem balastu rozumie się popiół (niepalna substancja mineralna zawarta w paliwie - popioły lotne, żużle i szlaki) i wodę.

Zawartość czystego węgla w paliwie decyduje o cieple spalania rozumianego, jako ilości ciepła wydzielającego się podczas całkowitego spalania jednostki masy paliwa i schłodzeniu produktów spalania do temperatury otoczenia. W cieple spalania zawarte jest również ciepło wydzielone podczas kondensacji pary wodnej przy ochłodzeniu spalin do temperatury otoczenia.

Zawartość wodoru w paliwie decyduje o łatwości zapłonu danego paliwa ze względu na wysokie jego ciepło spalania.

Wilgoć w paliwach stałych jest związana z tak zwaną wilgotnością zewnętrzną (przemijającą-można ją usunąć susząc węgiel w temperaturze pokojowej) i wilgotnością higroskopijną (wyparowuje w temperaturze powyżej 100°C). Duża wilgotność paliwa utrudnia zapłon, obniża wartość opałową jak również jest przyczyną powstawania kwasów.

Pod pojęciem wartości opałowej paliwa rozumie się wartość ciepła spalania pomniejszonego 0 ciepło parowania wody wydzielonej i powstałej podczas spalania próbki paliwa.

Wyznaczanie ciepła spalania związków stałych w warunkach stałej objętości przeprowadza się metodą kalorymetryczną w tak zwanej bombie kalorymetrycznej na przykład za pomocą metody według PN EN ISO 1716: 2001. Rzadziej, kiedy pomiary kalorymetryczne są trudne lub niemożliwe do przeprowadzenia, wyznaczanie ciepła odbywa się w oparciu o prawo Hessa lub w oparciu o analizę widma promieniowania płomienia.

Analiza techniczna paliwa stałego polega na oznaczeniu zawartości w nim wilgoci, popiołu, części lotnych, siarki, ciepła spalania i wartości opałowej. Spalany w kotłowniach węgiel jest klasyfikowany według wartości opałowej, zawartości popiołu i zawartości siarki.

Proces spalania pojedynczej cząstki węgla jest następujący: > nagrzewanie się cząstki węgla w przedziale czasu, w którym nastąpi wzrost temperatury cząstki od temperatury otoczenia do temperatury zapłonu - jest to tak zwany czas indukcji zapłonu, w którym następuje oddawanie wody i zapoczątkowanie pirolizy - rozkład termiczny węgla, > zapłon części lotnych - jest to moment, w którym temperatura próbki paliwa zaczyna gwałtownie rosnąć i przyjmuje się, że temperatura zapłonu jest równa temperaturze ścianki naczynia, w której znajduje się próbka, > wydzielenie i spalenie części lotnych, > zapłon pozostałości koksowej, > spalanie pozostałości koksowej, > zupełne spalenie, powstanie popiołu.

Czas potrzebny na osiągnięcie temperatury zapłonu zależy od: > masy cząstki i średnicy cząstki (im mniejsza masa i średnica, tym czas indukcji zapłonu krótszy), > temperatury otoczenia (im wyższa, tym czas indukcji zapłonu krótszy), > udziału wody w węglu (im więcej wody, tym dłuższy czas indukcji zapłonu).

Istotą wzoru użytkowego według zgłoszenia jest urządzenie do wyznaczania wartości opałowej różnych gatunków kopalin, węgla opałowego metodą porównawczą, które wykonane jest w postaci pojemnika składającego się z dwóch części połączonych ze sobą w sposób rozłączny za pomocą nakrętki samouszczelniającej. Ścianki każdej z części wykonane są ze stali w postaci dwóch płaszczy przedzielonych warstwą materiału termoizolacyjnego i warstwą próżni. W górnej części urządzenia (element A) zamontowany jest zawór ciśnieniowy nastawny umożliwiający wylot spalin. W zaworze ciśnieniowym zamontowany jest termoelement służący do pomiaru temperatury gazów spalinowych 1 temperatury wewnątrz urządzenia. Ponadto w górnej części urządzenia zamontowany jest wieszak, w którym umieszczony jest materiał testowy pochłaniający ciepło spalania badanej próbki paliwa, a w nim umieszczony jest termoelement mierzący rozkład zmian temperatury podczas procesu spala- nia badanej próbki paliwa. Na wewnętrznej ściance płaszcza zewnętrznego elementu A urządzenia zamontowany jest termoelement służący do pomiaru temperatury otoczenia. W dolnej części urządzenia (element B) umieszczony jest tygiel, w którym spalana jest próbka paliwa. W górnej części ścianki bocznej tygla umieszczony jest termoelement mierzący rozkład zmian temperatury w czasie umożliwiającym określenie czasu indukcji i temperatury zapłonu próbki paliwa. W dolnej części ścianki tygla wykonany jest przepust, przez który wprowadzony jest termoelement mierzący temperaturę próbki paliwa.

Pod tyglem umieszczona jest grzałka elektryczna służąca do rozpalania próbki paliwa. W podstawie urządzenia znajduje się kanał powietrzny, w którym umieszczona jest pompa powietrza z przepływomierzem.

Zaletą urządzenia według zgłoszonego wzoru użytkowego jest możliwość wyznaczania wartości opałowej paliwa w oparciu o bezpośrednie porównanie własności badanej próbki paliwa z własnościami wzorcowych próbek paliwa to znaczy próbek, których ciepło spalania zostało określone za pomocą metody kalorymetrycznej w identycznych warunkach i zapisanych w pamięci urządzenia, a dokonanych w oparciu o poniżej wymienione pomiary możliwe do przeprowadzenia za pomocą urządzenia: 1. Pomiar czasu indukcji zapłonu i temperatury zapłonu, 2. Pomiar charakterystyki zmian temperatury materiału badawczego pochłaniającego i akumulu-jącego ciepło podczas spalania badanej próbki i próbki wzorcowej paliwa, 3. Pomiar objętości powietrza dostarczanego do urządzenia w jednostce czasu i temperatury spalin - pary wodnej, 4. Pomiar ilości otrzymywanego popiołu po całkowitym spaleniu próbki paliwa i ostudzeniu urządzenia do temperatury pokojowej.

Ponad to zaletą urządzenia jest to, że pomiary są przeprowadzane w warunkach zbliżonych do tych, jakie występują przy spalaniu paliwa roboczego w kotłach opałowych centralnego ogrzewania powszechnie stosowanych.

Przedmiot wzoru użytkowego pokazano na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do wyznaczania wartości opałowej różnych gatunków kopalin węgla metodą porównawczą w przekroju poprzecznym, pionowym.

Urządzenie w stanie złożonym składa się z dwóch części elementu A i B połączonych ze sobą w sposób rozłączny za pomocą nakrętki 1 pierścieniowej samouszczelniającej, która dociska część A urządzenia do części B poprzez gumowy pierścień uszczelniający 2. Część A urządzenia wykonana jest z metalowego płaszcza zewnętrznego 3 i płaszcza wewnętrznego 4. Przestrzeń pomiędzy płaszczami 3 i 4 jest w części wypełniona materiałem termoizolacyjnym 5, a częściowo stanowi próżnię 6. Taka konstrukcja urządzenia zapobiega wymianie cieplnej z otoczeniem zewnętrznym, a tym samym zwiększa dokładność pomiarów wartości opałowej paliwa uniezależniając ich wyniki od temperatury otoczenia. W środkowej górnej części elementu A urządzenia zamontowany jest zawór ciśnieniowy 7 nastawny połączony przewodem 8 z układem sterowania i pomiarów 9. Sterowanie zaworem 7 umożliwia wylot spalin wytwarzających się podczas czasu indukcji paliwa, utrzymanie stałego ciśnienia w urządzeniu podczas procesu spalania próbki paliwa oraz pozwala na spełnienie wymagań bezpieczeństwa przy dokonywaniu pomiarów wartości opałowej paliwa. W środku grzybka zaworu 7 ciśnieniowego zamontowany jest termoelement 10 mierzący temperaturę uchodzących spalin a po zamknięciu temperaturę wewnątrz urządzenia. Termoelement 10 połączony jest za pomocą przewodu 11 z układem sterowania i pomiarów 9. Od wewnętrznej strony płaszcza zewnętrznego 3 zamontowany jest termoelement 12 mierzący temperaturę otoczenia i połączony za pomocą przewodu 13 z urządzeniem sterowania i pomiarów 9. Do górnej powierzchni płaszcza wewnętrznego 4 zamocowany jest wieszak 14 z uchwytami, w których umieszczony jest materiał 15 testowy pochłaniający ciepło, wykonany z walca stalowego o znanym cieple spalania i zamkniętego w puszce wykonanej z blachy. Wewnątrz materiału testowego 15 umieszczony jest termoelement 16 służący do pomiaru temperatury materiału testowego w procesie spalania badanej próbki. Termoelement 16 jest połączony przewodem 17 umieszczonym w osłonie ceramicznej przechodzącym poprzez przepust 18 z układem sterowania i pomiarów 9.

Część B urządzenia, wykonana jest podobnie jak część A z metalowego płaszcza zewnętrznego 19 i płaszcza wewnętrznego 20 ze stali. Przestrzeń pomiędzy płaszczami jest w części wypełniona materiałem termoizolacyjnym 21, a częściowo stanowi próżnię 22. Wewnątrz części B urządzenia umieszczony jest tygiel 23 do spalania próbki paliwa, wykonany ze stali z otworami 24 w dnie pełniącymi funkcję rusztu stałego. Tygiel 23 jest umieszczony na grzałce elektrycznej 25 służącej do rozpalania próbki paliwa 26 umieszczonej w tyglu. Grzałka 25 jest zasilana z układu sterowania i pomiarów 9,

Claims (1)

1. z którym jest połączona przewodem zasilającym 27 przechodzącym przez przepust ceramiczny 28. Po zapłonie próbki paliwa grzałka elektryczna 25 jest wyłączana przez układ sterowania i pomiarów 9. W górnej bocznej części ścianki tygla 23 znajduje się termoelement 29, mierzący temperaturę ścianki tygla pozwalającej na określenie czasu indukcji i temperatury zapłonu próbki 26 badanej, połączony przewodem pomiarowym 30, umieszczonym w osłonie 31, z układem sterowania i pomiarów 9. W dolnej bocznej części ścianki tygla 23 wykonane jest gniazdo do umocowania w nim termoelementu 32, mierzącego temperaturę próbki paliwa 26 pozwalającej na określenie jej czasu indukcji i temperatury zapłonu, połączonego przewodem pomiarowym 33, umieszczonym w osłonie 34, z układem sterowania i pomiarów 9. W podstawie urządzenia 35 znajduje się kanał powietrzny 36, w którym umieszczona jest pompa powietrza z przepływomierzem 37 połączona z układem sterowania i pomiarów 9 przewodem 38. Zadaniem pompy jest wytworzenie ciągu powietrza o określonej wielkości przepływu, który ułatwia zapłon badanej próbki paliwa 26. Po czasie indukcji zapłonu, pompa powietrza 37 jest wyłączona a wlot powietrza zamknięty. Układ sterowania i pomiarów 9, którego zadaniem jest sterowanie, nadzorowanie i dokonywanie pomiarów jest połączony magistralą z procesorem 39 CPU, którego zadaniem jest dokonywanie analizy przesyłanych ze sterownika 9 wyników pomiaru i parametrów sterowania i porównanie ich z wzorcowymi parametrami próbek paliwa zapisanymi w pamięci 40 RAM. Procesor 39 CPU jest połączony z wyświetlaczem 41 wyświetlającym stan aktualnych badań i informuje o bieżącej pracy urządzenia oraz o wynikach pomiarów wartości opałowej badanej próbki paliwa. Wyznaczenie wartości opałowej różnych gatunków kopalin węgla metodą porównawczą za pomocą urządzenia według wzoru użytkowego polega na całkowitym spaleniu w atmosferze powietrza próbki 26 ściśle określonej ilości paliwa przygotowanego zgodnie z wytycznymi, pomiarze temperatur próbki 26, pomiarze temperatury ścianki bocznej tygla 23, pomiarze temperatury materiału badawczego 15 pochłaniającego ciepło, pomiarze temperatury płaszcza 3 zewnętrznego urządzenia, pomiarze temperatury spalin, pomiarze objętości wytworzonych w procesie spalania spalin, przy czym proces spalania odbywa się w dwóch etapach. W etapie pierwszym, podczas którego włączony jest grzejnik 25 podgrzewający tygiel, określany jest czas indukcji i temperatury zapłonu. W etapie drugim, głównym, zapoczątkowanym spalaniem się części lotnych próbki paliwa 26, podczas, którego wyłączony jest grzejnik 25 podgrzewający tygiel 23, określane są charakterystyki przyrostu temperatur materiału 15 badawczego i kończy się on w momencie, kiedy kolejny pomiar temperatury materiału badawczego wykaże, że ma on wartość mniejszą niż poprzednia. Na podstawie otrzymanych wyników i charakterystyk procesor 39 CPU zgodnie z zapisanym w jego pamięci 40 programem wyznacza wartość opałową badanej próbki. W swoich obliczeniach procesor uwzględnia między innymi poprawkę związaną z pochłanianiem ciepła przez część badawczą urządzenia, określoną w procesie pomiaru równoważnika cieplnego rozumianego, jako ilość ciepła potrzebnego do ogrzania całego urządzenia o jeden stopień Celsjusza obliczonego z przyrostu temperatury, a spowodowanego spaleniem odpowiedniej ilości wzorcowej próbki testowej o dokładnie znanym cieple spalania, mierzonego za pomocą termoelementu 12, ciepło oddawane przez grzałkę 25 oraz w ocenie wyników pomiaru uwzględnia temperaturę otoczenia mierzoną za pomocą termoelementu 12 przed przystąpieniem do badań. Dodatkową informacją, o jakości spalonej próbki paliwa 26, jest otrzymana na podstawie pomiaru ilości popiołu otrzymanego w wyniku całkowitego spalenia badanej próbki paliwa. Urządzenie nie wymaga wykorzystania bomby kalorymetrycznej, płaszczy wodnych, mieszadła, układu do napełniania wnętrza urządzenia tlenem. Zastrzeżenie ochronne Urządzenie do wyznaczania wartości opałowej różnych gatunków kopalin węgla, znamienne tym, że wykonane jest z w postaci pojemnika składającego się z rozłącznych części elementu A i elementu B połączonych ze sobą za pomocą nakrętki (1), przy czym ścianki każdej z części wykonane są ze stali w postaci płaszcza zewnętrznego (3) i wewnętrznego (4) przedzielone warstwą materiału termoizolacyjnego (5) i warstwą próżni (6), w górnej części urządzenia (element A) zamontowany jest zawór ciśnieniowy (7) nastawny, w zaworze ciśnieniowym (7) zamontowany jest termoelement (10) i wieszak (14), w którym umieszczony jest materiał testowy (15) z umieszczonym w nim termoelemen-tem (16), na wewnętrznej ściance płaszcza zewnętrznego (3) zamontowany jest termoelement (12),