PL192035B1 - Sposób optycznego pomiaru ilości wyróżniającego się barwą składnika pyłu unoszonego w strumieniu gazu oraz optyczny analizator ilości składnika pyłu unoszonego w strumieniu gazu - Google Patents

Abstract

1. Sposób optycznego pomiaru ilosci wyrózniajacego sie barwa skladnika pylu unoszonego w strumieniu gazu, zwlaszcza pozostalosci wegla w popiele emitowanym w ga- zach spalinowych z pieca opalanego pylem weglowym, polegajacy na pobieraniu próbki pylu przez podcisnieniowe zasysanie do cyklonowego separatora czesci strumienia zapylonego gazu i grawitacyjne doprowadza nie wydzielo- nego pylu do komory osadczej z przezroczysta scianka wziernika, pomiarze przez przezroczysta scianke wziernika natezenia swiatla odbitego od przylegajacej z drugiej strony próbki pylu oraz na podstawie uzyskanego wyniku ustaleniu ilosci skladnika przez porównanie z wzorcem wyznaczonym uprzednio przez analize chemiczna gatunkowo takiej samej próbki, znamienny tym, ze wynik dla danej próbki okre- sla sie jako wartosc srednia z co najmniej dwóch pomia- rów, z których kazdy nastepny wykonany jest po fluidyzacyj- nym przemieszaniu próbki w komorze osadczej analizatora. 2. Optyczny analizator ilosci wyrózniajacego sie barwa skladnika pylu unoszonego w strumieniu gazu, zwlaszcza pozostalosci wegla w popiele emitowanym w gazach spali- nowych z pieca opalanego pylem weglowym, posiadajacy: - zespól pobierania próbki, wyposazony w cyklon wla- czony równolegle w kanal emisyjny gazu przez stycz- ny kanal wlotowy i srodkowy kanal wylotowy, z zabu- dowanym w kanale wylotowym zródlem podcisnienia, zwlaszcza w postaci zwezki iniekcyjnej zamocowanej na - wprowadzonym do kanalu emisyjnego ……...…... PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób optycznego pomiaru ilości wyróżniającego się barwą składnika pyłu unoszonego w strumieniu gazu oraz optyczny analizator ilości składnika pyłu unoszonego w strumieniu gazu. Rozwiązania stosowane są do pomiarów technologicznych ilości składnika pyłu pochłaniającego światło, przykładowo pozostałości węgla w popiele emitowanym w gazach spalinowych z pieca opalanego pyłem węglowym.

Pomimo niższej - w porównaniu z analizą chemiczną - dokładności, optyczne sposoby pomiaru ilości wyróżniającego się barwą składnika pyłu unoszonego w strumieniu gazu, są z uwagi na prostotę i szybkość otrzymania wyniku często stosowane w przemysłowych instalacjach do kontroli i regulacji urządzeń emitujących gazy technologiczne. W znanych analizatorach optycznych pyłu wynik pomiaru ustalany jest na podstawie sygnału pomiarowego natężenia światła bezpośrednio odbitego od powierzchni próbki, przylegającej z drugiej strony do przeźroczystego wziernika powierzchni, która w pomiarze reflektometrycznym definiuje ilość wyróżniającego się barwą składnika. Próbka pobierana jest przez podciśnieniowe zasysanie do cyklonowego separatora części strumienia zapylonego gazu i grawitacyjne doprowadzenie wydzielonego pyłu do komory osadczej z przeźroczystą ścianką wziernika. Pomiar reflektometryczny próbki pyłu dokonywany jest w przekroju wyznaczonym powierzchnią przylegania pyłu do przeźroczystego wziernika głowicy pomiarowej. Przyjętym założeniem dla tej metody pomiarowej jest reprezentatywność tej powierzchni dla próbki, uznanie że błąd losowego układu i rozkładu cząsteczek jest uśredniony parametrem natężenia światła odbitego od całej powierzchni. Pomiar reflektometryczny wykonywany jest w jednym przekroju, uzyskanym w warunkach grawitacyjnego ułożenia niejednorodnych cząsteczek pyłu. Na podstawie uzyskanego wyniku ilość składnika ustalana jest przez porównanie z wzorcem wyznaczonym uprzednio na drodze analizy chemicznej dla gatunkowo takiej samej próbki, wydzielonej dla takich samych warunków technologicznych.

Znany analizator przedstawiony w polskim opisie patentowym 182 474 składa się z trzech zasadniczych zespołów: pobierania próbki, zespołu pomiarowego i zespołu sterowania i sygnalizacji. Zespół pobierania próbki wyposażony jest w cyklon włączony równolegle w kanał emisyjny gazu przez styczny kanał wlotowy i środkowy kanał wylotowy. Kanał wylotowy połączony jest ze źródłem podciśnienia, zwłaszcza w postaci zwężki iniekcyjnej zamocowanej na - wprowadzonym do kanału emisyjnego - końcu kanału wylotowego. Kanał dolny cyklonu połączony jest z kanałem osypowym wprowadzonym do komory osadczej korpusu. Dolny koniec kanału osypowego przesłonięty jest płaskim, pochylonym względem poziomu pod kątem większym od kąta osypowego pyłu - wziernikiem zespołu pomiarowego. W najniższym punkcie komory osadczej wprowadzona jest dysza czyszcząca, połączona przez sterowany elektromagnetycznie zawór odcinający ze stacją przygotowania sprężonego powietrza: osuszania i podgrzewania. Płaszczyzna wziernika pochylona jest względem poziomu pod kątem większym od kąta osypowego pyłu, co powoduje że pozostała w cyklonie część z poprzednio wydmuchanej próbki osuwa się w naroże, poza strefę pomiarową, nie powodując zakłamania parametrów następnej próbki. Zespół pomiarowy, o budowie reflektometru optycznego, posiada głowicę pomiarową ze źródłem światła w postaci diod laserowych oraz fotoelementami światła odbitego, połączone z blokiem elektroniki pomiarowej. Zespół pomiarowy połączony jest z korpusem zespołu pobierania próbki przez szybkozłącze.

Dokładność pomiaru analizatora wymaga sprawdzania i korekty nastaw zespołu pomiarowego przeciętnie co dwie doby, oraz przy każdej zmianie gatunku surowca. Przykładowo, zmiana gatunku węgla spalanego w kotłach elektrociepłowni powoduje zmianę barwy popiołu - czyli tła dla analizowanej optycznie ilości cząsteczek niespalonego węgla. W opisanym powyżej analizatorze według opisu 182 474 zabieg ten wymaga odpięcia korpusu zawierającego kanał osypowy i komorę osadczą wraz z podczepionym zespołem pomiarowym. Próbka wysypana z komory osadczej poddawana jest następnie analizie chemicznej, której wynik stanowi korygującą wartość nastawy dla zespołu pomiarowego. Czynności te oprócz uciążliwej obsługi źle wpływają na stan techniczny układów optoelektronicznych zainstalowanych w zespole pomiarowym.

Istota sposobu optycznego pomiaru według niniejszego wynalazku polega na tym, że wynik dla danej próbki określa się jako wartość średnią z co najmniej dwóch pomiarów natężenia światła odbitego od powierzchni próbki pyłu, przy czym każdy następny pomiar wykonany jest po fluidyzacyjnym przemieszaniu próbki w komorze osadczej analizatora. Pomiar tej samej próbki prowadzony jest więc kilka razy; po każdym fluidyzacyjnym mieszaniu występuje różne ułożenie cząsteczek pyłu na wzierniku. Wynik średni pomiarów jest bardzo bliski wartości rzeczywistej, ustalonej analizą chemiczną.

PL 192 035 B1

W warunkach, gdy korekta regulacyjna pracy urządzenia emitującego zapylone gazy powinna być możliwie bardzo szybka a cykl pomiaru wynika z względnie długiego czasu wydzielania próbki pyłu

- dokładność pomiaru powinna być odpowiednio wysoka.

Analizator według wynalazku posiada podobnie jak w powyżej opisanym rozwiązaniu: zespół pobierania próbki -z cyklonem, korpusem, komorą osadczą przesłoniętą pochyłym wziernikiem i z dyszą czyszczącą, zespół pomiarowy -z głowicą i blokiem elektroniki pomiarowej, oraz procesorowy zespół sterowania i sygnalizacji. Istota wynalazku polega na tym, że przewód połączony z dyszą czyszczącą zasilany jest równolegle przez dwie gałęzie, z których każda ma sterowany elektromagnetycznie zawór odcinający i regulator ciśnienia sprężonego powietrza, a ponadto analizator wyposażony jest w zespół pobierania kontrolnej próbki. Rozwiązanie takie umożliwia zasilanie dyszy czyszczącej sprężonym powietrzem o ciśnieniu wybranym z dwóch, ustawionych na regulatorach. Jeden regulator ma nastawę wywołującą jedynie fluidyzacyjne mieszanie próbki pyłu w komorze osadczej, a drugi ustawiony jest na wartość ciśnienia wymaganego do wyrzucenia próbki pyłu do kanału emisyjnego. Program roboczy zespołu sterowania dla każdej próbki pyłu inicjuje kilka pomiarów, każdorazowo przedzielonych fluidyzacyjnym mieszaniem próbki. Zespół pobierania kontrolnej próbki złożony jest z kontrolnego cyklonu, połączonego stycznym kanałem wlotowym z kanałem skośnym, stanowiącym skierowane do góry odgałęzienie od kanału osypowego. Środkowy kanał wylotowy połączony jest ze źródłem podciśnienia, zwłaszcza w postaci zwężki infekcyjnej zasilanej sprężonym powietrzem przez sterowany elektromagnetycznie zawór odcinający. Pod otworem wysypowym kontrolnego cyklonu znajduje się przyłącze i wymienne naczynie kontrolnej próbki. Rozwiązanie umożliwia -po określeniu wyniku w zespole pomiarowym - zassanie tej samej próbki pyłu przez kanał skośny do naczynia próbki kontrolnej. Proces zasysania kontrolnej próbki bardzo korzystnie wspomaga praca dyszy czyszczącej, zasilanej ciśnieniem mieszania próbki. Pobieranie naczynia z kontrolną próbką i zamocowanie w jego miejsce pod kontrolnym cyklonem naczynia pustego, wykonywane jest bez przerywania pracy analizatora.

Kolejne rozwinięcie istoty wynalazku polega na tym, że w ściance kanału skośnego, w pobliżu kanału osypowego zabudowana jest poprzeczna dysza, połączona przez sterowany elektromagnetycznie zawór odcinający ze stacją przygotowania sprężonego powietrza. Podczas pneumatycznego wyrzucania pyłu z komory osadczej przez cyklon zespołu pobierania próbki, sygnał z zespołu sterowania jednocześnie otwiera zawór odcinający poprzecznej dyszy. Powietrze wypływające z poprzecznej dyszy spełnia funkcję kurtyny powietrznej, zapobiegającej przedostawaniu się pyłu próbki eksploatacyjnej, nie będącej próbką kontrolną, do kanału skośnego -co powodowałoby zniekształcenie identyczności próbki kontrolnej w jej składzie z komory osadczej i z naczynia pod kontrolnym cyklonem.

Korzystnym rozwiązaniem jest gdy między środkowym kanałem wylotowym kontrolnego cyklonu a źródłem podciśnienia zabudowany jest filtr, eliminujący zapylanie strefy zabudowy analizatora podczas fazy pobierania kontrolnej próbki, oraz bez konieczności ujmowania powietrza wypływającego ze zwężki infekcyjnej do dodatkowego kanału wprowadzanego do kanału emisyjnego.

Następne usprawnienie wynalazku polega na zabudowaniu między filtrem a źródłem podciśnienia samoczynnego zaworu zwrotnego, skierowanego przepływem w stronę źródła podciśnienia. Zawór zwrotny odcina podczas faz wyczekiwania przestrzeń wewnętrzną zespołu pobierania kontrolnej próbki od otoczenia, eliminując zakłócenia przepływów w analizatorze oraz ewentualne zawilgocenie ścianek wewnętrznych.

Przedstawione rozwiązanie zapewnia wysoką dokładność pomiaru, zdecydowanie łatwiejszą obsługę, brak ruchomych elementów mechanicznych w warunkach środowiska pyłu stanowi o dużej niezawodności urządzenia.

Analizator według wynalazku przedstawiony jest przykładowym wykonaniem pokazanym w ujęciu schematycznym na rysunku. Sposób pomiaru ilości składnika pyłu wyjaśniony jest na tle opisu działania analizatora.

Analizator składa się z czterech zasadniczych zespołów: zespołu pobierania próbki A, zespołu pomiarowego B, zespołu sterowania i sygnalizacji C oraz zespołu pobierania kontrolnej próbki D. Zespół pobierania próbki A posiada cyklon 1, połączony równolegle przez styczny kanał wlotowy 3 i górny kanał wylotowy 4 z kanałem emisyjnym 2 zapylonego gazu. Przepływ gazu przez cyklon 1 inicjowany jest podciśnieniem w kanale emisyjnym 2 wspomaganym źródłem podciśnienia 5, które stanowi zwężka inifekcyjna zabudowana na kanale wylotowym 4 a wprowadzona do kanału emisyjnego 2. Cyklon 1 zamocowany jest poprzez kołnierzowe szybkozłącze 16 na korpusie 9. Kanał dolny 6 cyklonu 1 łączy się z wykonanym w korpusie 9 kanałem osypowym 7, który dolnym końcem doprowadzony jest do komory osadczej 8. Dolna powierzchnia korpusu 9, do której przylega zespół pomiarowy B, ścięta

PL 192 035 B1 jest pod kątem 45°. Komora osadcza 8 zamknięta jest od dołu wziernikiem 17 zespołu pomiarowego B. W strefę najniższego punktu komory osadczej 8 doprowadzona jest dysza czyszcząca 10, zasilana równolegle przez dwie gałęzie ze stacji przygotowania sprężonego powietrza 15. Na każdej z tych gałęzi zabudowane są: sterowany elektromagnetycznie zawór odcinający 11 i 13 oraz regulator ciśnienia 12 i 14 sprężonego powietrza. W stacji przygotowania sprężonego powietrza 15 powietrze jest dokładnie oczyszczane i podgrzewane do temperatury około 85°. Zespół pomiarowy B ma układ reflektometru optycznego, dokonującego pomiaru ilości składnika w pyle poprzez przeźroczysty wziernik 17. Współosiowo pod wziernikiem 17 zamocowana jest głowica pomiarowa 18 z laserowymi diodami oraz blok elektroniki pomiarowej 19. W korpusie 9 wykonany jest kanał skośny 20, stanowiący skierowane do góry odgałęzienie od kanału osypowego 7. Z kanałem tym połączony jest kanał wlotowy 21 włączony stycznie do kontrolnego cyklonu 22, który jest podstawowym elementem zespołu pobierania kontrolnej próbki D. W przyłączu pod otworem wysypowym kontrolnego cyklonu 22 zamocowane jest wymienne naczynie kontrolnej próbki 23. Środkowy kanał wylotowy 24 kontrolnego cyklonu 22 połączony jest przez filtr 25 i samoczynny zawór zwrotny 26 ze źródłem podciśnienia 27, w postaci zwężki iniekcyjnej. Współosiowo w otwór zwężki skierowana jest dysza, zasilana sprężonym powietrzem przez sterowany elektromagnetycznie zawór odcinający 28. W korpusie 9, w ściance kanału skośnego 20 zabudowana jest dysza 29, połączona przez sterowany elektromagnetycznie zawór odcinający 30 ze stacją przygotowania sprężonego powietrza 15.

Po wyseparowaniu w komorze osadczej 8 wymaganej objętości próbki pyłu, sygnał z zespołu sterowania i sygnalizacji C inicjuje pracę zespołu pomiarowego B, który dokonuje pomiaru światła odbitego od powierzchni pyłu. Następnie program sterujący wyzwala sygnał otwarcia zaworu odcinającego 11, co powoduje przepływ przez przewód zasilający dyszę czyszczącą 10 sprężonego powietrza o ciśnieniu 2,2 bar, które ustawione jest reduktorem ciśnienia 12. Prowadzone przez około 5 sek fluidalne mieszanie próbki pyłu stwarza inne ułożenie cząsteczek pyłu na wzierniku 17. Dokonuje się kolejny pomiar światła odbitego. Algorytm programu sterującego trzykrotnie powtarza opisane czynności mieszania i pomiaru a następnie oblicza średnią wartość stanowiącą wynik pomiaru dla danej próbki. Kolejną czynnością jest pneumatyczne wyrzucenie próbki do kanału emisyjnego 2, przez kanał wlotowy 3 i wylotowy 4. W tym celu do dyszy czyszczącej 10 zostaje doprowadzone sprężone powietrze przez otwarty zawór odcinający 13, zainstalowany na gałęzi z reduktorem ciśnienia 14 ustawionym na wartość 8 bar. Jednocześnie z otwarciem zaworu odcinającego 13 zostaje otwarty zawór odcinający 30, co powoduje, że powietrze wypływające z dyszy 29 uniemożliwia przenikanie pyłu do kanału skośnego 20.

W ustalonym okresie, przykładowo co dwie doby, oraz zawsze przy zmianie warunków procesu - którego ubocznym produktem jest zapylony gaz przepływający kanałem emisyjnym 2, próbka pyłu po zakończeniu pomiarów nie zostaje wyrzucona z komory osadczej 8 do kanału emisyjnego 2 - lecz zostaje skierowana przez kanał skośny 20 do zespołu pobierania kontrolnej próbki D. W tym celu zostają otwarte zawory odcinające 28 i 11. Podciśnienie wywołane przepływem sprężonego powietrza przez zwężkę iniekcyjną 27 powoduje otwarcie zaworu zwrotnego 26 i zasysanie sfluidyzowanego w komorze osadczej 8 pyłu przez kanał skośny 20 do kontrolnego cyklonu 22. Po odseparowaniu pyłu zawory odcinające 28 i 11 zostają zamknięte, a naczynie kontrolnej próbki 23 wymienione na puste. Naczynie kontrolnej próbki 23 zawierające próbkę przekazuje się do laboratorium, gdzie pył poddaje się analizie chemicznej ustalającej zawartość mierzonego składnika. Różnica w wynikach uzyskanych z analizy chemicznej i z pomiaru optycznego stanowi podstawę wprowadzenia nastaw korekcyjnych do bloku elektroniki pomiarowej 19.

Claims (5)

1. Sposób optycznego pomiaru ilości wyróżniającego się barwą składnika pyłu unoszonego w strumieniu gazu, zwłaszcza pozostałości węgla w popiele emitowanym w gazach spalinowych z pieca opalanego pyłem węglowym, polegający na pobieraniu próbki pyłu przez podciśnieniowe zasysanie do cyklonowego separatora części strumienia zapylonego gazu i grawitacyjne doprowadza nie wydzielonego pyłu do komory osadczej z przeźroczystą ścianką wziernika, pomiarze przez przeźroczystą ściankę wziernika natężenia światła odbitego od przylegającej z drugiej strony próbki pyłu oraz na podstawie uzyskanego wyniku ustaleniu ilości składnika przez porównanie z wzorcem wyznaczonym uprzednio przez analizę chemiczną gatunkowo takiej samej próbki, znamienny tym, że wynik

PL 192 035 B1 dla danej próbki określa się jako wartość średnią z co najmniej dwóch pomiarów, z których każdy następny wykonany jest po fluidyzacyjnym przemieszaniu próbki w komorze osadczej analizatora.

2. Optyczny analizator ilości wyróżniającego się barwą składnika pyłu unoszonego w strumieniu gazu, zwłaszcza pozostałości węgla w popiele emitowanym w gazach spalinowych z pieca opalanego pyłem węglowym, posiadający:

- zespół pobierania próbki, wyposażony w cyklon włączony równolegle w kanał emisyjny gazu przez styczny kanał wlotowy i środkowy kanał wylotowy, z zabudowanym w kanale wylotowym źródłem podciśnienia, zwłaszcza w postaci zwężki iniekcyjnej zamocowanej na - wprowadzonym do kanału emisyjnego - końcu kanału wylotowego, ponadto w którym to zespole kanał dolny cyklonu połączony jest z kanałem osypowym wprowadzonym do komory osadczej korpusu, której dno stanowi - płaski i pochylony względem poziomu pod kątem większym od kąta osypowego pyłu - wziernik zespołu pomiarowego, a w strefie najniższego punktu komory osadczej wprowadzona jest dysza czyszcząca, połączona przewodem przez sterowany elektromagnetycznie zawór odcinający ze stacją przygotowania sprężonego powietrza,

- zespół pomiarowy, o budowie reflektometra optycznego, posiadający wziernik, głowicę pomiarową zamocowaną prostopadle pod wziernikiem i blok elektroniki pomiarowej, oraz

- procesorowy zespół sterowania i sygnalizacji, znamienny tym, że przewód połączony z dyszą czyszczącą (10) zasilany jest równolegle przez dwie gałęzie, z których każda ma sterowany elektromagnetycznie zawór odcinający (11,13) i regulator ciśnienia (12,14) sprężonego powietrza, ponadto że wyposażony jest w zespół pobierania kontrolnej próbki (D), zawierający kontrolny cyklon (22), którego styczny kanał wlotowy (21) połączony jest z kanałem skośnym (20), wykonanym jako skierowane do góry odgałęzienie od kanału osypowego (7) w korpusie (9) zespołu pobierania próbki (A), środkowy kanał wylotowy (24) kontrolnego cyklonu (22) połączony jest ze źródłem podciśnienia (27), zwłaszcza w postaci zwężki infekcyjnej zasilanej sprężonym powietrzem przez sterowany elektromagnetycznie zawór odcinający (28), natomiast pod otworem wysypowym kontrolnego cyklonu (22) posiadający przyłącze i wymienne naczynie kontrolnej próbki (23).

3. Analizator według zastrz. 2 znamienny tym, że w ściance kanału skośnego (20), w pobliżu kanału osypowego (7) zabudowana jest poprzeczna dysza (29), połączona przez sterowany elektromagnetycznie zawór odcinający (30) ze stacją przygotowania sprężonego powietrza (15).

4. Analizator według zastrz. 2 znamienny tym, że między środkowym kanałem wylotowym (24) kontrolnego cyklonu (22) a źródłem podciśnienia (27) zabudowany jest filtr (25).

5. Analizator według zastrz. 4 znamienny tym, że między filtrem (25) a źródłem podciśnienia (27) zabudowany jest samoczynny zawór zwrotny (26), skierowany przepływem w stronę źródła podciśnienia (27).