RZECZPO SPO LITA PO LSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 178781 (13) B3 (21) Numer zgłoszenia: 312340 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 15.01.1996 (61) Patent dodatkowy do patentu: 176920 16.06.1995 (51) IntCl6: G01N 21/25 G01N 21/05 G01N 1/22 Reflektometryczny analizator pyłu unoszonego w strumieniu gazu, (54) zwłaszcza pozostałości węgla w popiele emitowanym w gazach odlotowych z urządzeń grzewczych opalanych węgiem kamiennym ( 4 3 ) Zgłoszenie ogłoszono: 21.07.1997 BUP 15/97 (7 3 ) Uprawniony z patentu: Zakład Aparatury Pomiarowej "KWANT" Sp. z o.o., Kraków, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.06.2000 WUP 06/00 (7 2 ) Twórcy wynalazku: Henryk Jankowski, Kraków, PL Cezary Worek, Kraków, PL Bogdan Niewczas, Kraków, PL Stefan Wydziałkiewicz, Kraków, PL PL 178781 B3 (57) 1 Reflektometryczny analizator pyłu unoszonego w strumieniu gazu, zwłaszcza pozostałości węgla w popiele emitowanym w gazach odlotowych z urządzeń grzewczych opalanych węglem kamiennym, posiadający zespół pobierania próbki, którego korpus ma komorę osadcząpyłów, włączoną równolegle przez kanał wlotowy i wylotowy do kanału emisyjnego, w kanale wylotowym zabudowane ma źródło podciśnienia, inicjujące przepływ gazów przez komorę osadczą, zwłaszcza w postaci zwężki miekcyjnej zamocowanej na wprowadzonym do kanału emisyjnego końca kanału wylotowego, w komorze osadczej strefę próbki pyłów ograniczoną powierzchnią wziernika optycznego, okresowo zdmuchiwanego strumieniem powietrza z dysz czyszczących połączonych przez sterowany elektromagnetycznie zawór odcinający ze stacją przygotowania sprężonego powietrza, ponad to posiadający zespół pomiarowy, o rozwiązaniu reflektometra z zabudowanym za wziernikiem blokiem optycznym i procesorowy zespół sterowania i sygnalizacji, w którym to analizatorze w zespole pobierania próbki kanał wlotowy wprowadzony jest do komory osadczej pionowo od góry, a wziernik optyczny o płaskiej, poziomej powierzchni przylgowej ustalonyjest w dnie komory osadczej pod kanałem wlotowym, przy czym kanał wylotowy usytuowany jest równolegle do powierzchni wziernika z zachowaniem odstępu od jego osi, a dysze czyszczące utworzone w ściance przeciwległej do kanału wylotowego usytuowane są równolegle do powierzchni wziernika 1 skierowane w stronę kanału wylotowego, według patentu nr 176 920, znamienny tym, że pionowy, końcowy odcinek kanału wlotowego ponad wziernikiem (8) tworzą, cyklon (6) i połączona z jego dolnym króćcem wysypowym przezroczysta rurka (7), na zewnątrz której zabudowanyjest zespół czujników poziomu pyłu (D), złożony z co najmniej jednej bramki F i g 1
Reflektometryczny analizator pyłu unoszonego w strumieniu gazu, zwłaszcza pozostałości węgla w popiele emitowanym w gazach odlotowych z urządzeń grzewczych opalanych węglem kamiennym Zastrzeżenia patentowe 1. Reflektometryczny analizator pyłu unoszonego w strumieniu gazu, zwłaszcza pozostałości węgla w popiele emitowanym w gazach odlotowych z urządzeń.grzewczych opalanych węglem kamiennym, posiadający zespół pobierania próbki, którego korpus ma komorę osadczą pyłów, włączoną równolegle przez kanał wlotowy i wylotowy do kanału emisyjnego, w kanale wylotowym zabudowane ma źródło podciśnienia, inicjujące przepływ gazów przez komorę osadczą, zwłaszcza w postaci zwężki iniekcyjnej zamocowanej na wprowadzonym do kanału emisyjnego końca kanału wylotowego, w komorze osadczej strefę próbki pyłów ograniczonąpowierzchnią wziernika optycznego, okresowo zdmuchiwanego strumieniem powietrza z dysz czyszczących połączonych przez sterowany elektromagnetycznie zawór odcinający ze stacją przygotowania sprężonego powietrza, ponad to posiadający zespół pomiarowy, o rozwiązaniu reflektometra z zabudowanym za wziernikiem blokiem optycznym i procesorowy zespół sterowania i sygnalizacji, w którym to analizatorze w zespole pobierania próbki kanał wlotowy wprowadzony jest do komory osadczej pionowo od góry, a wziernik optyczny o płaskiej, poziomej powierzchni przylgowej ustalony jest w dnie komory osadczej pod kanałem wlotowym, przy czym kanał wylotowy usytuowany jest równolegle do powierzchni wziernika z zachowaniem odstępu od jego osi, a dysze czyszczące utworzone w ściance przeciwległej do kanału wylotowego usytuowane są równolegle do powierzchni wziernika i skierowane w stronę kanału wylotowego, według patentu nr 176 920, znamienny tym, że pionowy, końcowy odcinek kanału wlotowego ponad wziernikiem (8) tworzą cyklon (6) i połączona z jego dolnym króćcem wysypowym przezroczysta rurka (7), na zewnątrz której zabudowany jest zespół czujników poziomu pyłu (B), złożony z co najmniej jednej bramki optoelektronicznej, oświetlacza (16) i odbiornika (17), zwłaszcza diod laserowych, połączonych z procesorowym zespołem sterowania i sygnalizacji (C), natomiast początkowy odcinek kanału wlotowego (5) wprowadzony jest poziomo do cyklonu (6), a górny koniec gazowy cyklonu (6) połączony jest przez inżektor (23) z końcówką odlotową (24) zabudowaną w kanale emisyjnym (4). 2. Analizator według zastrz. 1, znamienny tym, że króciec wysypowy cyklonu (6) wprowadzony jest w rurkę (7) ze szczeliną obwodową a strefa ta objęta jest komorą (9) połączoną przez sterowany elektromagnetycznie zawór odcinający (10) ze stacją przygotowania sprężonego powietrza (11). 3. Analizator według zastrz. 1, znamienny tym, że na zewnątrz rurki (7) zabudowany jest zespół kontroli zabrudzenia (E), o rozwiązaniu reflektometra optycznego, połączony z procesorowym zespołem sterowania i sygnalizacji (C). 4. Analizator według zastrz. 3, znamienny tym, że zespół kontroli zabrudzenia (E) ma w osi optycznej, po drugiej stronie rurki (7), dodatkowy odbiornik (21) światła przechodzącego. 5. Analizator według zastrz. 1, znamienny tym, że rurka (7) zamocowana jest sprężyście w korpusie (1) oraz połączona z wibratorem (12) sterowanym z zespołu sterowania i sygnalizacji (C). 6. Analizator według zastrz. 1, znamienny tym, że rurka (7) wykonana ze szkła o właściwościach przewodzenia elektrycznego połączona jest z blokiem polaryzacji (14): * * * Przedmiotem wynalazku jest reflektometryczny analizator pyłu unoszonego w strumieniu gazu, zwłaszcza pozostałości węgla w popiele emitowanym w gazach odlotowych z urządzeń
178 781 3 grzewczych opalanych węglem kamiennym, stanowiący rozwinięcie wynalazku według patentu nr 176 920. Rozwiązanie stosowane jest w układach kontroli i sterowania rożnych procesów technologicznych, przykładowo w przemyśle spożywczym, chemicznym, metalurgicznym, energetycznym. Szczególnie znaczącym zastosowaniem -z uwagi na ekonomię procesu oraz ochronę środowiska naturalnego-jest użycie analizatora do określania pozostałości węgla w popiele emitowanym w gazach spalinowych z pieców elektrowni lub elektrociepłowni, opalanych węglem kamiennym. Analizator przedstawiony polskim opisem patentowym nr 176 920 składa się z trzech zasadniczych zespołów: pobierania próbki, pomiaru, oraz sterowania i sygnalizacji. Zespół pobierania próbki ma korpus zawierający komorę osadczą pyłów, włączoną równolegle przez kanał wlotowy i wylotowy do kanału emisyjnego. W kanale wylotowym zabudowane ma źródło podciśnienie - inicjujące przepływ gazów przez komorę osadczą, zwłaszcza w postaci zwężki iniekcyjnej zamocowanej na wprowadzonym do kanału emisyjnego końcu kanału wylotowego. W komorze osadczej strefę próbki pyłów ogranicza powierzchnia wziernika optycznego, okresowo zdmuchiwana strumieniem powietrza z dysz czyszczących połączonych przez sterowany elektromagnetycznie zawór odcinający ze stacją przygotowania sprężonego powietrza. Kanał wlotowy wprowadzony j est do komory osadczej pionowo od góry, a wziernik optyczny - o płaskiej, poziomej powierzchni przylgowej - ustalony jest w dnie komory osadczej pod kanałem wlotowym. Kanał wylotowy usytuowany jest równolegle do powierzchni wziernika z zachowaniem odstępu od jego osi, a dysze czyszczące - utworzone w ściance przeciwległej do kanału wylotowego - usytuowane są równolegle do powierzchni wziernika i skierowane w stronę kanału wylotowego. Zespół pomiarowy ma rozwiązanie reflektometra z zabudowanym za wziernikiem blokiem optycznym, analizującym natężenie światła pochłoniętego na powierzchni pyłów przylegających do wziernika. Ilość składnika wyróżniającego się barwą ustalana jest - dla danego rodzaju pyłu - w oparciu o wzorzec zależności pochłaniania światła i zawartości składnika. Określony w bloku elektroniki pomiarowej wynik natężenia światła odbitego od powierzchni próbki przekazywany jest do procesorowego zespołu sterowania i sygnalizacji. Program zapewnia automatyczną realizację wszystkich czynności w powtarzających się cyklach obejmujących: kontrolę prawidłowości warunków, pomiar, analizę wyniku, sygnalizacę wizualną, rejestrację i generowanie odpowiednich sygnałów w celu korekty procesu technologicznego. Pomiar dokonywany od dołu, przez poziomy wziernik optyczny, stwarza korzystne warunki dla prawidłowości wyniku, zwłaszcza przy skutecznym oczyszczaniu płaskiego wziernika po każdym cyklu pomiarowym. Dokładność prowadzonego pomiaru - szczególnie w warunkach dużego zróżnicowania wyników cząsteczek poszczególnych składników - istotnie zależy od grubości warstwy pyłu, wpływającej na stopień zagęszczenia, a tym samym na właściwości optyczne badanej powierzchni pyłu. Rozwiązanie według wynalazku, wyróżnia się tym, że pionowy, końcowy odcinek kanału wlotowego ponad wziernikiem utworzony jest z cyklonu i przezroczystej rurki połączonej z jego dolnym króćcem wysypowym. Na zewnątrz rurki zabudowany jest zespół czujników poziomu pyłu, złożony z co najmniej jednej bramki optoelektronicznej, zwłaszcza diod laserowych, które połączone są z procesorowym zespołem sterowania i sygnalizacji. Początkowy odcinek kanału wlotowego wprowadzony jest poziomo do cyklonu, a górny króciec gazowy cyklonu połączony jest przez inżektor z końcówką odlotową wbudowaną w kanał emisyjny. Korzystnym jest, gdy króciec wysypowy cyklonu wprowadzony jest w rurkę z niewielką szczeliną obwodową, a strefa ta objęta jest komorą połączoną przez sterowany elektromagnetycznie zawór odcinający ze stacjąprzygotowania sprężonego powietrza. Po zakończeniu każdego cyklu pomiarowego rurka przedmuchiwana jest strumieniem powietrza, a skojarzenie na powierzchni wziernika oddziaływań dwóch wzajemnie prostopadłych strumieni istotnie zwiększa skuteczność oczyszczania. Korzystnym jest również, gdy na zewnątrz rurki zabudowany jest zespół kontroli zabrudzenia, o rozwiązaniu reflektometra optycznego, którego sygnał porównywany jest - z zakresem określonym jako dopuszczalny - w procesorowym zespole sterowania i sygnalizacji.
4 178 781 Korzystnym jest, gdy zespół kontroli zabrudzenia ma dodatkowy odbiornik światła przechodzącego, ustalony w osi optycznej po drugiej stronie rurki. Dodatkowy sygnał zwiększa skuteczność kontroli zabrudzenia, a ponad to może być wykorzystany w programie pracy analizatora jako sygnał poziomu pyłu. Korzystnym jest, gdy rurka zamocowana jest sprężyście w korpusie oraz połączona z wibratorem sterowanym z zespołu sterowania i sygnalizacji. Wprowadzenie rurki w drgania skutecznie wspomaga oczyszczanie jej przedmuchem powietrza. Korzystnym jest, gdy rurka wykonana jest ze szkła o właściwościach przewodzenia elektrycznego i połączona jest z blokiem polaryzacji. Blok polaryzacji nadaje rurce potencjał elektryczny tego samego znaku jaki uzyskał pył w wyniku operacji technologicznych, co. Dalsze rozwinięcie wynalazku polega na wykorzystaniu wyniku zachodzącego zjawiska odpychania się jednoimiennych ładunków elektrycznych zmniejsza warunki jej zabrudzenia. Korzystnym jest również, gdy na kanale wylotowym zabudowany jest zawór odcinający, sterowany z zespołu sterowania i sygnalizacji. Analizator, według wynalazku, zapewnia wysoką dokładność pomiaru w powtarzalnych, ściśle kontrolowanych warunkach. Ustalony - dla pyłu o znanej ilości składnika wyróżniającego się barwą- wzorzec zmiany mierzonego reflektometrem światła odbitego w funkcji grubości warstwy, stanowi zestaw danych do korekty wyników pomiaru. Dokładny wynik pomiaru uzyskuje się dopiero przy odpowiednim dla danego pyłu stopniu zagęszczenia, wywołanym parciem słupa pyłu zgromadzonego w rurce. Odseparowany w cyklonie pył opada rurką na wziernik, sygnał osiągnięcia wysokości pierwszej bramki optoelektronicznej inicjuje pomiar. W celu uzyskania wysokiej dokładności pomiaru, wprowadzane są kolejne, usytuowane na wyższych poziomach bramki optoelektroniczne, z których sygnały korygują w zespole sterowania - zgodnie ze wzorcem - wyniki pomiaru. Sygnał wysokości słupa pyłu z poziomu najwyższej bramki, usytuowanej dla wysokości ponad którą nie występuj e już zmiana wartości sygnału światła odbitego kończy cykl pomiarowy danej próbki. Rozwiązanie analizatora według wynalazku jest ulepszone przez kilka usprawnień mających na celu zabezpieczenie i kontrolę czystości wewnętrznej powierzchni rurki, a w wyniku prawidłowości odczytu poziomu pyłu. Przedmiot wynalazku, w przykładzie wykonania, uwidoczniony jest na rysunku, którego fig. 1 przedstawia analizator w ujęciu schematycznym z przekrojem przez zespół pobierania próbki, a fig. 2 - fragment rurki i wziernika z zespołem czujników poziomu pyłu, zespołem kontroli zabrudzenia oraz zespołem pomiaru składnika. Analizator składa się z trzech zasadniczych zespołów: zespołu pobierania próbki A, zespołu pomiarowego B oraz zespołu sterowania i sygnalizacji C. Zespół pobierania próbki A posiada korpus 1, wewnątrz którego znajduje się komora osadcza 2 pyłu. Przestrzeń komory osadczej 2 połączona jest przez kanały wlotowy i wylotowy 3 z kanałem emisyjnym 4 zapylonego gazu. Kanał wlotowy tworzą dwa odcinki: początkowy 5, jednym końcem ustalony w kanale emisyjnym 4 a drugim wprowadzony poziomo do cyklonu 6, oraz pionowy odcinek końcowy, którego przestrzeń wyznaczają korpus cyklonu 6 i połączona z jego dolnym króćcem wysypowym przezroczysta rurka 7. Dolny koniec rurki 7 usytuowany jest ponad poziomą, płaskąpłytką szklaną- stanowiącą wziernik 8 dla zabudowanego poniżej zespołu pomiarowego B. Zespół pomiarowy B ma układ reflektometra optycznego, zawierającego diody laserowe połączone odpowiednio z blokiem zasilacza 17 i detektorem zawartości składnika 19. Górny koniec rurki 7 obejmuje z obwodową szczelinąkróciec wysypowy cyklonu 6, a strefa tego połączenia zamknięta jest komorą 9 zasilaną przez sterowany elektromagnetycznie zawór odcinający 10 ze stacji przygotowania 11. Dostarczone powietrze jest bardzo dokładnie oczyszczone oraz podgrzane do temperatury około 85C. Rurka 7 zamocowana jest sprężyście względem korpusu 1, co umożliwia na wprowadzanie jej w pionowe drgania od ustalonego na jej górnym końcu wibratora 12. Zasilacz 13 uruchamia wibrator 12 podczas oczyszczania, inicjowany sygnałem z zespołu sterowania i sygnalizacji C. Rurka 7, wykonana ze szkła o właściwościach przewodzenia elektrycznego,
178 781 5 połączona jest z blokiem polaryzacji 14. Na odcinku między komorą 9a korpusem 1 rurka7objęta jest bramkami optoelektronicznymi zespołu czujników poziomu D pyłu. Bramki zawierają diody laserowe pełniące funkcje oświetlaczy 15 i odbiorników 16, połączone odpowiednio z blokiem zasilacza 17 i detektorem poziomu pyłu 18. Ponadto, w strefie tej zamocowany jest zespól kontroli zabrudzenia E, o układzie refelektometra optycznego, którego laserowe diody połączone s ą z blokiem zasilacza 17 oraz detektorem kontroli zabrudzenia 19. Zespół kontroli zabrudzenia E dokonuje pomiaru światła odbitego oraz światła przechodzącego, którego natężenie ustalane jest przy pomocy dodatkowego odbiornika 21 laserowego, zabudowanego po drugiej stronie rurki 7. Otwór kanału wylotowego 3 z komory osadczej 2 usytuowany jest równolegle do powierzchni wziernika 8. W ściance przeciwległej do kanału wylotowego 3 zabudowane są dysze czyszczące 22, połączone przez sterowany elektromagnetycznie zawór odcinający 10 ze stacją przy gotowania 11 sprężonego powietrza. Dysze czyszczące 22 skierowane są stycznie w szczelinie między wziernikiem 8 a końcem rurki 7 oraz w kierunku kanału wylotowego 3. Górny króciec gazowy cyklonu 6 połączony jest przez inżektor 23 z końcówką odlotową 24 wprowadzoną do kanału emisyjnego 4. fig.2
178 781 fig.1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.