DE10211410B4 - Verfahren zur Ascheschnellbestimmung an Steinkohlen - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Bestimmung des Aschegehalts an Steinkohlenproben, bei welchem die einem Produktstrom oder einer Produktmenge als Probe entnommenen Steinkohlenpartikel über eine die Partikel vereinzelnde Zuteileinrichtung in freiem Fall eine Meßstrecke durchlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Meßstrecke eine Bilderfassungseinrichtung (14) und eine die Partikel (12) von der Bilderfassungseinrichtung (14) her anstrahlende Lichtquelle (15) gerichtet sind, und dass die unter Zugrundelegen einer konstanten Fallzeit von den Partikeln (12) zurückgelegte Wegstrecke, die Korngrößenverteilung der Partikel (12) und deren durch die Reflektion des aufgestrahlten Lichts bestimmter Grauwert in einer Recheneinheit erfaßt und die vorgenannten Parameter in den Aschegehalt der Partikel (12) umgerechnet werden.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Aschegehalts an einer Steinkohlenprobe.
• Zur Bestimmung des Aschegehalts sind radiometrisch arbeitende Ascheschnellbestimmungsgeräte in der Steinkohlenaufbereitung bekannt. Dabei wird im Rahmen des sogenannten Transmissionsverfahrens eine mit einer Schichtdicke auf einem Meßband liegende Probe durchstrahlt und aus der Massenschwächung einer oder zwei verschiedener Strahlungsquellen auf den Aschegehalt zurückgerechnet. Beim sogenannten Rückstreuverfahren wird durch eine oder mehrere Strahlungsquellen in der Probe Sekundärstrahlung mit charakteristischer Wellenlänge und Energieverteilung erzeugt, die über Detektoren erfaßt und ausgewertet wird.
• Beide bekannte Verfahren summieren ein gewonnenes Meßsignal über eine definierte, der Probenmasse entsprechende Meßzeit. Die Verfahren reagieren dabei insbesondere empfindlich auf den Eisengehalt in den zu untersuchenden Proben, da Eisen wegen seines hohen Atomgewichts einen hohen Massenschwächungskoeffizienten für die Strahlung aufweist. Eine Veränderung des Meßsignals kann bei konstanter Elementzusammensetzung der Asche durch die Höhe des Aschegehalts hervorgerufen werden, oder bei konstantem Aschegehalt durch eine Veränderung der Elementzusammensetzung, insbesondere beim Eisengehalt. In der Praxis treten beide Einflüsse auf. Die Kalibrierungsfaktoren für die durchschnittlichen Gehalte der besonders schwankenden Ascheelemente Eisen und Kalzium müssen in der Praxis häufig angepaßt werden, um verlässliche Ergebnisse zu erhalten. Trotzdem sind große Abweichungen zwischen den Ergebnissen der Ascheschnellbestimmung und der Aschebestimmung nach DIN zu verzeichnen.
• Aus der zur Bildung der Gattung herangezogenen DE 89 13 238 U1 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem die einem Produktstrom oder einer Produktmenge als Probe entnommenen Steinkohlenpartikel über eine Zuteileinrichtung eine Meßstrecke durchlaufen, auf die Gammastrahlungsquellen ausgerichtet sind, denen auf der gegenüberliegenden Seite der Meßstrecke Gammastrahlungsdetektoren zugeordnet sind.
• In der WO 1992/008965 A1 ist weiterhin ein Verfahren zur Bestimmung des Anteils an Kohlenstoffpartikeln in Asche aus Verbrennungseinrichtungen aufgezeigt, bei welchem die einem Produktstrom oder einer Produktmenge als Probe entnommenen Aschepartikel in freiem Fall auf eine die Partikel vereinzelnde Zuteileinrichtung gelangen und dort eine Meßstrecke durchlaufen, auf die eine Bilderfassungseinrichtung und eine die Partikel anstrahlende Lichtquelle gerichtet sind. Hierbei werden die Form und die Farbe der Partikel in einer Recheneinheit erfasst und die als sphärisch oder nicht sphärisch erfasste Form und die durch Vergleich mit einem bestimmten Grauwert bestimmte Farbe in den Kohlenstoffgehalt der Asche umgerechnet.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein genauer arbeitendes Verfahren für eine Schnellbestimmung des Aschegehalts zur Verfügung zu stellen.
• Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Anspruch 1; vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken ein Verfahren vor, bei welchem auf die Meßstrecke eine Bilderfassungseinrichtung und eine die Partikel von der Bilderfassungseinrichtung her anstrahlende Lichtquelle gerichtet sind, und dass die unter Zugrundelegen
  einer konstanten Fallzeit von den Partikeln zurückgelegte Wegstrecke, die Korngrößenverteilung der Partikel und deren durch die Reflektion des aufgestrahlten Lichts bestimmter Grauwert in einer Recheneinheit erfaßt und die vorgenannten Parameter in den Aschegehalt der Partikel umgerechnet werden.
• Die Erfindung bezieht dabei das beispielsweise in der DE 198 02 141 C1 beschriebene Verfahren zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung und zur Charakterisierung der Partikelformen eines Partikelgemischs mittels elektrooptischer Abtastung des Partikelstroms längs einer durch eine Lichtquelle und eine Bilderfassungseinrichtung gebildeten optoeleketronischen Meßstrecke ein. Dabei basiert das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Aschegehalts auf einer Kombination der Auswertung der Partikelgeschwindigkeitsverteilung, der Partikelgrößenanalyse und der durch die Reflektion des aufgestrahlen Lichts bestimmten Grauwertverteilung. In erster Linie ist dabei die von einem Partikel in einer bekannten, konstanten Fallzeit zurückgelegte Wegstrecke in Verbindung mit der zugeordneten, festgestellten Partikelgröße direkt proportional der Dichte eines Steinkohlenpartikels und damit proportional dessen Aschegehalt. Ergänzend sollte der Grauwert eine Proportionalität zum Aschegehalt zeigen, da das von den Kohlepartikeln mit einem unterschiedlichen Aschegehalt rückgestreute Licht als Meßsignal für die Klassifizierung der Partikel nach Grauwertstufen herangezogen werden kann. Im Unterschied zu dem aus der DE 198 02 141 C1 bekannten Verfahren wird mit Blick auf die Grauwertbestimmung das auf den Partikelstrom gerichteten Licht als Auflicht von der Seite der Bilderfassungseinrichtung, d. h. einer CCD-Kamera her aufgebracht.
• Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, daß aufgrund der Erfassung einer Vielzahl von einzelnen Kohlepartikeln die gesamte Schwankungsbreite des Aschegehalts über die Probemenge erfaßt wird, so daß auf den durchschnittlichen Aschegehalt des mit der Probe bemusterten Produktstroms bzw. der größeren Produktmenge mit entsprechender Genauigkeit rückgeschlossen werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei unempfindlich insbesondere gegen Schwankungen in der Aschezusammensetzung; auch ist eine Kalibrierung der Parameter nicht erforderlich.
• Soweit nach Ausführungsbeispielen der Erfindung als zusätzliche Parameter die Partikelform und/oder die Homogenität der Grauwertverteilung innerhalb des Partikelstroms erfaßt und in die Berechnung des Aschegehalts einbezogen werden, ist eine weitere Differenzierung der Ergebnisse der Bilderfassung möglich.
• Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß bei der Auswertung der Bildsignale die erfaßten Partikel in Klassen mit gleichem Wegstreckenbereich eingeordnet werden und innerhalb jeder Wegstreckenklasse eine Korngrößenverteilung mit einzelnen Korngrößenklassen gebildet wird und für jede einzelne Korngrößenklasse einer festgelegten Wegstreckenklasse die Dichte der in der Korngrößenklasse erfaßten Partikel bestimmt wird, wobei der durchschnittliche Aschegehalt der Probe aus den Massenanteilen der zu den einzelnen Korngrößenklassen erfaßten Partikel und deren ermitteltem Aschegehalt zu bestimmen ist.
• Nach Ausführungsbeispielen der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Lichtquelle ein weißes, ein monochromatisches oder ein polarisiertes Licht auf den Partikelstrom aufstrahlt.
• Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, in welcher zeigen:
• 1 eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung in einer schematischen Darstellung,
• 2 das Auswerteprinzip der ermittelten Bilddaten in einer schematischen grafischen Darstellung.
• Wie sich aus 1 ergibt, wird die Probe von Steinkohlenpartikeln über einen Trichter 10 auf eine Zuteilrinne 11 aufgegeben, auf der die Partikel derart. vereinzelt werden, daß die Partikel möglichst in einer Einkornschicht über die Abwurfkante der Zuteilrinne 11 fallen. Die einzelnen Partikel 12 fallen dabei in freiem Fall durch ein Bildfenster 13, welches von einer CCD-Kamera 14 erfaßt und von wenigstens einer Lichtquelle 15 angestrahlt wird; bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Lichtquellen 15 vorgesehen.
• Im Rahmen der Auswertung erfolgt entsprechend der Darstellung in 2 die Bildung geeigneter Verteilungsklassen W₁ – W_n für die von den Partikeln der Probe jeweils zurückgelegte Wegstrecke, innerhalb der Partikel mit gleicher Fallgeschwindigkeit, jedoch mit unterschiedlicher Korngröße zusammengefaßt sind; daher erfolgt innerhalb jeder einzelnen Wegstreckenklasse, beispielsweise der in 2 bezeichneten Wegstreckenklasse W₉, die Bildung von Korngrößenklassen K₁ – K_m. Auf Grundlage der Parameter Korngröße, Masse und Fallgeschwindigkeit ist eine Berechnung der Dichte und damit des Aschegehalts für die in jeder Wegstrecken/Korngrößenklasse, beispielsweise W₉; K₅, eingeordneten Partikel durchzuführen. Der durchschnittliche Aschegehalt ergibt sich danach aus den an einer Vielzahl von Wegstrecken/Korngrößenklassen ermittelten Massenanteilen mit den zugeordneten Aschegehalten.
• Im Korngrößenbereich 5 bis 1 mm müssen bei der Zuordnung der Aschegehalte zu den einzelnen Wegstrecken/Korngrößenklassen die Grauwert-, Kornform- und Homogenitätsparameter berücksichtigt werden, da in diesem Korngrößenbereich die Aschegehaltszuordnung ausschließlich nach der Dichteberechnung entsprechend der Fallgeschwindigkeit zu ungenau wird. Daher wird der Grauwert jedes Partikels mitbestimmt, so daß in den einzelnen Wegstrecken/Korngrößenklassen zusätzlich eine Grauwertverteilung und eine darauf bezogene Homogenitätsverteilung zu erfassen ist. Damit können Materialeigenschaften der unterschiedlichen Partikel als Gefügebestandteile unterschiedlicher Kohlen wie Glanzkohle, Streifenkohle oder Mattkohle Berücksichtigung finden.
• Für Korngrößen < 1 mm steigt der Aufschlußgrad der Partikel, und daher ist die Berechnung der Dichte aufgrund der Fallgeschwindigkeit genauer; entsprechend schwieriger ist es, den Grauwert, die Kornform und den Homogenitätsparameter genau zu ermitteln, weswegen in dem Korngrößenbereich < 1 mm eine entsprechende Korrektur unterbleiben kann.

Claims (8)

1. Verfahren zur Bestimmung des Aschegehalts an Steinkohlenproben, bei welchem die einem Produktstrom oder einer Produktmenge als Probe entnommenen Steinkohlenpartikel über eine die Partikel vereinzelnde Zuteileinrichtung in freiem Fall eine Meßstrecke durchlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Meßstrecke eine Bilderfassungseinrichtung (14) und eine die Partikel (12) von der Bilderfassungseinrichtung (14) her anstrahlende Lichtquelle (15) gerichtet sind, und dass die unter Zugrundelegen einer konstanten Fallzeit von den Partikeln (12) zurückgelegte Wegstrecke, die Korngrößenverteilung der Partikel (12) und deren durch die Reflektion des aufgestrahlten Lichts bestimmter Grauwert in einer Recheneinheit erfaßt und die vorgenannten Parameter in den Aschegehalt der Partikel (12) umgerechnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzlicher Parameter die Partikelform erfaßt und in die Berechnung des Aschegehalts einbezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzlicher Parameter die Homogenität der Grauwertverteilung innerhalb eines ausgewählten Partikelspektrums erfaßt und in die Berechnung des Aschegehalts einbezogen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Auswertung der Bildsignale die erfaßten Partikel (12) in Klassen mit gleichem Wegstreckenbereich eingeordnet werden und innerhalb jeder Wegstreckenklasse eine Korngrößenverteilung mit einzelnen Korngrößenklassen gebildet wird und für jede einzelne Korngrößenklasse einer festgelegten Wegstreckenklasse die Dichte der in der Korngrößenklasse erfaßten Partikel bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durchschnittliche Aschegehalt der Probe aus den Massenanteilen der zu den einzelnen Korngrößenklassen erfaßten Partikel (12) und deren ermitteltem Aschegehalt bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (15) ein weißes Licht auf den Partikelstrom aufstrahlt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (15) ein monochromatisches Licht auf dem Partikelstrom aufstrahlt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (15) ein polarisiertes Licht auf den Partikelstrom aufstrahlt.