Способ бесконтактного измерения зольности водоугольного топлива Российский патент 2024 года по МПК G01N27/72 

Изобретение относится к способу измерения зольности водоугольного топлива (ВУТ) по данным замеров вихревых токов в углесодержащем сырье на высоких частотах и может быть использовано в сфере энергетики.

Известные способы измерения зольности ВУТ, которое перемещается по трубопроводу и содержит как пустую породу, так и углесодержащий компонент, основаны на измерении его электрических свойств, таких как удельное электрическое сопротивление и измерение уровня электрокинетического потенциала. Определение параметров ВУТ при использовании данных способов сводится к погружению измерительных электродов в исследуемый образец.

Недостатками известных способов измерения электрических свойств ВУТ является низкая точность измерений и неоднозначность результатов из-за сложных механизмов формирования электропроводности водоугольных суспензий [1], к которым относятся явления поляризации, связанные с наличием подвижных носителей зарядов и развитием во времени процессов концентрационной поляризации, а также из-за неоднородности свойств водоугольного топлива по сечении трубопровода и влияния эффекта абразивного износа измерительных электродов.

Предлагается бесконтактный способ определения зольности ВУТ, которое перемещается по трубопроводу и содержит как пустую породу, так и углесодержащий компонент, отличается тем, что обработка водоугольного сырья осуществляется электромагнитным полем, путем пускания среды сквозь проходной вихретоковый датчик, который выполненный в виде двух катушек индуктивности с первичной и вторичной обмотками. Первичная обмотка генерирует электромагнитное поле в середине соленоидальной катушки, а вторичная – формирует электрический сигнал. Через первую измерительную катушку с первичной и вторичной обмотками, проходит трубопровод из диэлектрического материала, вторая катушка с первичной и вторичной обмотками являются компенсационной и водоугольное сырье через не проходит. Дифференциальное включение вторичных обмоток катушек позволяет регистрировать изменение электромагнитного поля, во время попадания в измерительную катушку электропроводного материала, которое будет пропорционально концентрации в ВУТ электропроводящего компонента. Установив зависимость между уровнем сигнала, полученного с вихретоковых датчиков и зольностью водоугольных суспензий, определенную классическим методом и внесения всех данных в блок обработки сигнала, можно будет непрерывно контролировать зольность ВУТ, что позволит повысить эффективность используемых энергетических установок.

В основу предложенного способа определения зольности ВУТ лежит особенность угольной компоненты сырья, как её электропроводность, которая полностью отсутствует или очень низкая у зольной компоненты сырья. Общеизвестно, что в электромагнитном поле происходят изменения, если в нем поместить электропроводящий материал.

Такие изменения в электромагнитном поле происходят благодаря возникновению в электропроводящем материале вихревых токов и из-за его магнитной проницаемости, которая практически достигает единицы (µ≈1 для всех углеводородов независимо от влажности и типа угля).

Изменения электромагнитного поля внутри соленоидальной катушки, неизбежно приводят к изменению электрических параметров во вторичной обмотке, в частности, напряжения. Такие изменения во вторичной обмотке возникают лишь при попадании в соленоид угля, а при попадании породы изменений не происходит. Это позволяет со вторичных обмоток получать дифференциальный сигнал для дальнейшей его обработки. Уровень сигнала позволяет определять марку ВУТ по его электропроводности, а также после его обработки и учета скорости движения жидкости по трубопроводу, можно определить количественный и качественный состав водоугольной суспензии.

Следовательно, осуществление электромагнитного контроля ВУТ с помощью сквозного соленоида (продольный проходной вихретоковый датчик) позволяет четко определить какой компонент сырья (уголь или порода) попал в электромагнитное поле. Определение электропроводности угольного компонента дает возможность повысить точность определения зольности ВУТ в потоке.

За счет магнитной проницаемости угля (угольное вещество не является ферромагнитным) предложенным способом можно с успехом измерять зольность, как крупных фракций ВУТ, так и мелких.

Таким образом, использование предложенного принципа определения зольности ВУТ, основанного на свойствах электропроводности угля и возникновению в нем вихревых токов, изменяющих напряженность электромагнитного поля, обеспечивает качественное определение состава водоугольных суспензий, подаваемых в энергетические установки.

Дальнейшая сущность предложенного технического решения поясняется иллюстративным материалом, на котором изображена схема реализации предлагаемого способа определения зольности ВУТ (фиг. 1).

Исходная водоугольная суспензия 1, зольность которого требуется определить, подается по трубопроводу 2. Электрический ток переменного напряжения ~U подается на первичную обмотку 3 и 4 соленоидальных катушек 5 и 6. Уровень дифференциального сигнала ∆U с измерительных обмоток 7 и 8 будет пропорционален количеству попавшего в измерительную катушку электропроводного материала.

Если в соленоидальную катушку 5 по трубопроводу 2 попала водоугольная суспензия с низким содержанием угольного компонента, то изменение электромагнитного поля не происходит, а значит, во вторичной обмотке 7 уровень сигнала уменьшится, как и уровень дифференциального сигнала ∆U.

Существенное отличие предложенного технического решения от ранее известных, заключается в использовании вихретокового принципа определения зольности ВУТ в электромагнитном поле, с учетом различий свойств марок угля по электропроводности. Указанное отличие обеспечивает получение точного и качественного бесконтактного процесса определения зольности ВУТ, в котором снижаются требования к состоянию сырья.

Источники информации

1. Пинчук В.А., Должанский А.М. Исследование электрических свойств водоугольных суспензий // Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. 2013. №5. С.171-180.

Использование: для измерения зольности водоугольного топлива (ВУТ). Сущность изобретения заключается в том, что водоугольное сырье пропускают сквозь проходной вихретоковый датчик, который выполнен в виде двух катушек индуктивности с первичной и вторичной обмотками, причем первичная обмотка генерирует электромагнитное поле в середине соленоидальной катушки, а вторичная формирует электрический сигнал, при этом через первую измерительную катушку с первичной и вторичной обмотками проходит трубопровод из диэлектрического материала, а вторая катушка с первичной и вторичной обмотками является компенсационной и водоугольное сырье через нее не проходит, регистрируют изменение электромагнитного поля посредством дифференциально включенных обмоток катушек во время попадания в измерительную катушку электропроводного материала, которое пропорционально концентрации в ВУТ электропроводящего компонента, устанавливают зависимость между уровнем сигнала, полученного с вихретоковых датчиков, и зольностью водоугольных суспензий, по которой непрерывно измеряют зольность ВУТ. Технический результат: повышение точности измерений и качества результатов определения зольности водоугольного топлива. 1 ил.

Способ измерения зольности водоугольного топлива (ВУТ), перемещаемого по трубопроводу и содержащего как пустую породу, так и углесодержащий компонент, отличающийся тем, что водоугольное сырье пропускают сквозь проходной вихретоковый датчик, который выполнен в виде двух катушек индуктивности с первичной и вторичной обмотками, причем первичная обмотка генерирует электромагнитное поле в середине соленоидальной катушки, а вторичная формирует электрический сигнал, при этом через первую измерительную катушку с первичной и вторичной обмотками проходит трубопровод из диэлектрического материала, а вторая катушка с первичной и вторичной обмотками является компенсационной и водоугольное сырье через нее не проходит, регистрируют изменение электромагнитного поля посредством дифференциально включенных обмоток катушек во время попадания в измерительную катушку электропроводного материала, которое пропорционально концентрации в ВУТ электропроводящего компонента, устанавливают зависимость между уровнем сигнала, полученного с вихретоковых датчиков, и зольностью водоугольных суспензий, по которой непрерывно измеряют зольность ВУТ.