System IPS BP do ciągłego pomiaru uziarnienia w rurze transportowej. 

ABSTRAKT

Opisany poniżej system umożliwia ciągły pomiar uziarnienia na skalę przemysłową od 0,5 µm do 2000 µm węgla, popiołu, cementu i innych sproszkowanych substancji, bez ograniczeń wydatku w punkcie pomiarowym. Opracowany pomiar dla jednego punktu można zwielokrotnić, stosując badanie uziarnienia na każdej rurze wychodzącej z młyna. Cel transportu może być różny, to jest kocioł energetyczny, silosy na różne rodzaje popiołów lub cementu, maszyny w dalszym procesie produkcyjnym.

POBIERZ ARTYKUŁ

AUTORZY

Stanisław Kamiński, Dorota Kamińska, KAMIKA Instruments

DZIEDZINA

Pomiar uziarnienia on-line 

PRZYRZĄD

IPS BP

SŁOWA KLUCZOWE

uziarnienie, pomiar on-line, pomiar w rurze, analiza sitowa, by-pass, kontrola pordukcji, IPS BP

ŹRÓDŁO

Powder&Bulk nr 1(45), syczeń - luty 2016, str. 44-46, ISSN 1899-2021

ARTYKUŁ

WSTĘP 

Opisany  poniżej  system  umożliwia  ciągły  pomiar  uziarnienia na skalę przemysłową od  2 µm do 2000 µm węgla, popiołu, cementu i innych sproszkowanych substancji, bez ograniczeń wydatku w punkcie pomiarowym. Opracowany pomiar dla jednego punktu można zwielokrotnić, stosując badanie uziarnienia na każdej rurze wychodzącej z młyna. Cel transportu może być różny, to jest kocioł energetyczny, silosy na różne rodzaje popiołów lub cementu, maszyny w dalszym procesie produkcyjnym. 

OPIS SYSTEMU 

Ogólny schemat  Systemu IPS BP przedstawiony jest na Rys.1 Gdzie:    

• Zespół czujników do pomiaru granulacji popiołu zawieszona na każdym pyłoprzewodzie

• Sieć ethernetowa pomiędzy czujnikiem cząstek o skrzynką rozdzielacza [3]

• Skrzynka rozdzielacza umożliwiająca sprawny wielopunktowy pomiar

• Sieć ethernetowa umożliwiająca wielonapięciowe zasilanie elektroniki czujników pomiarowych

• Sieć ethernetowa do przesłania danych pomiarowych do komputera 

• Sieć ethernetowa do przesłania odczytu z automatyki elektrofiltra [10] do układu sterującego

• Układ sterujący ustawia według określonego algorytmu wprowadzonego do komputera [9] pracę młynów

• Sieć ethernetowa 

• Komputer 

• Automatyka kotła

• Automatyka młyna

    Rys.1. Ogólny schemat  Systemu IPS BP

Elektroniczny układ pomiarowy IPS BP przedstawiony na Rys. 1. składa się z zespołu czujników [1] umiejscowionych na rurach pyłowych połączonych dowolnie długimi wielożyłowymi kablami ze skrzynką rozdzielczą, tzw. blokiem [3]. Blok [3] zasila każdy czujnik pomiarowy [1] i odbiera informacje o wynikach pomiarów granulacji na przykład węgla czy popiołu, które przez sieć ethernetową są przesyłane do komputera [9]. Program pomiarowy w komputerze może wyliczyć rozkłady granulacji cząstek według kalibracji sferycznej lub inaczej zgodnie ze sposobem symulującym analizę sitową. Oprogramowanie również uwzględnia porównanie metod granulacji. 

Celem przedsięwzięcia jest pomiar dowolnie szerokich rozkładów wielkości ziaren, szczególnie największych ziaren w próbce, bez penetrowania przekroju pomiarowego rury sondą. Dla uśrednienia wyniku kolejnych pomiarów wykorzystano zjawisko fizyczne, które umożliwia wyłapywanie największych cząstek w zbiorze, a pomiar wielkości reprezentatywnych cząstek odbywa się w sposób automatyczny przy pomocy optycznego czujnika. Wykorzystano tu opis przepływu przedstawiony w publikacji I. E. Idelczyk Sprawocznik po gidrawliczewskim soprotiwlieniu. Na rys. 2, 3, 4 przedstawione są rozkłady prędkości w rurach za kolanem. 

Rys. 2 Profil prędkości w okrągłym kolanie 90º 

Rys. 3 Profil prędkości w prostokątnym kolanie 45º

Rys. 4 Kierunki prędkości w przekrojach poprzecznych kolana 30º  R/D = 1

Do poboru uziarnienia wykorzystuje się siłę odśrodkową powstałą w rurze przy przepływie materiału sypkiego przez kolano rury. Podczas przepływu na zewnętrznej części zagiętej rury zachodzi prawie całkowita koncentracja cząstek przez działanie siły odśrodkowej. Bardzo mała część najmniejszych cząstek zostaje w strefie środkowej przekroju, a w strefie wewnętrznej przepływa czyste powietrze i to w kierunku powrotnym. Na zewnętrznej części końca kolana wystarczy wykonać upust uziarnienia na zewnątrz rury, aby otrzymać wypływający reprezentatywny zbiór ziaren do pomiarów ich wielkości.

Na podstawie pomiarów wielkości cząstek można wyprowadzić niezależne sygnały [8]  elektronicznego bloku pomiarowego [7], które będą sterować automatyką młyna

OPIS KONSTRUKCJI 

Przedmiotem poniższego projektu jest zbudowanie układów pomiarowych do ciągłego pomiaru popiołu.

Czujnik układu pomiarowego pracującego w systemie on-line musi być zamocowany na konstrukcji „by-pass” przedstawionej na Rys. 5., która podłączona będzie do rury pyłowej transportującej cząstki.

Przepływające przez kolano (1) uziarnienie wpada do otworu (2) z dużą koncentracją cząstek. Za otworem (2) znajduje się zawór odcinający (3) sterowany automatycznie. Przepływające przez rurkę (5) cząstki mieszane są z powietrzem atmosferycznym wpływającym przez kanały (4) i następnie wpadającym do dyfuzora (6). W dyfuzorze (6) następuje dekoncentracja cząstek, żeby przez dyszę wlotową (8) pobrać taką koncentrację cząstek, która umożliwia bez nadmiernej koincydencji (poniżej 1%) pomierzyć pojedynczo cząstki przez czujnik optyczno-elektroniczny (9). Dyfuzor (6) połączony jest przez kolano (7) ze zwężką (10), do której połączony jest wylot z czujnika (9) w strefie największego podciśnienia. Wylot ze zwężki (10) połączony jest ze strumienicą (11), która indukuje przepływ przez zawór (16) podłączony do rurociągu (1). Dla osłony optyki w czujniku (9) stosuje się filtr (14), przez który doprowadza się ‘czyste’ powietrze do czujnika (9). Czujniki (9) wysyłają wyniki pomiarów siecią ethernetową [5] do komputera, gdzie są rejestrowane. Układ pomiarowy jest typowym podwójnym „by pass”, gdzie pobieranie cząstek przez otwór (2) jest w pewnym stopniu izokinetyczne, dekoncentracja cząstek w dyfuzorze (6) automatyczna, zaś pomiar w przekroju pomiarowym dyfuzora, gdzie jest wlot dyszy (8) pobierającej cząstki w pełni regulowany dla różnych średnic rurociągów i koncentracji sproszkowanych substancji sypkich. Przy przypadkowych depozycjach cząstek w miejscu otworu (2) można, odpowiednio ustawiając zawór (3), zamknąć przepływ pomiarowy i otworzyć przepływ sprężonego powietrza, które przedmucha otwór (2). 

Rys. 5 Schemat konstrukcyjny IPS BP

Na Rys. 6. przedstawione jest zdjęcie IPS BP ze stosunkowo cienką rurą transportową Φ 80 i małym kolanem o promieniu 300 mm. 

Rys. 6. Widok IPS BP 

SPOSÓB POMIARU

Dla wykonania pomiaru „on-line” należy uruchomić „by-pass” otwierając zawory (3, 16, 17) , aby cząstki przepływały wraz z powietrzem przez optyczno-elektroniczny czujnik [9]  i elektroniczny system pomiarowy. Wszystkie zawory (3, 16, 17) są sterowane elektrycznie.

Czujnik optyczno-elektroniczny przedstawiono na Rys. 7., który zbudowany jest ze źródła energii świetlnej- fotodiody emitującej światło w zakresie bliskiej podczerwieni (1), układu soczewek i przesłon (A) i (B) wyznaczających powierzchnię pomiarową (2) oraz detektora fotodiodowego (3) z zespołem elektronicznym (4) wstępnego przetwarzania sygnału.

Przestrzeń pomiarowa ukształtowana jest przez zespół optyczny w taki sposób, że jej powierzchnia jest znaczna w stosunku do wielkości mierzonych cząstek. Takie ukształtowanie oraz równomierna czułość w obszarze całej powierzchni zapewnia całkowitą eliminację błędów krawędziowych i jednakowe wykrywanie każdej cząstki.

Uwzględniając charakterystykę przetworzenia strumienia świetlnego na sygnał elektryczny w zespole elektronicznym uzyskuje się charakterystykę pomiarową w jednostkach fizycznych (mikrometrach).

Przy opracowaniu nowych metod pomiarowych, które mogą być dokładniejsze, szybsze, mierzące w szerszym zakresie musi być zwrócona uwaga na kompatybilność wyników pomiędzy starymi metodami i nowymi. Nowa metoda pomiaru musi być zawsze porównywalna ze starą jeśli pomiar wykonywany starą metodą jest poprawny. Wyniki pomiarów zbioru cząstek otrzymywane przy pomocy optyczno-elektronicznych metod powinny symulować obecnie stosowane pomiary według sit mechanicznych, zgodnie z Patentem KAMIKI nr 205738 

Rys 7. Sposób pomiaru cząstek. 

System pomiarowy pracuje z częstotliwością 12MHz w pętli pomiarowej 256 kHz i w ciągu 1 sekundy system wykonuje 48 pętli pomiarowych. W jednej pętli można zmierzyć do 5 000 ziaren, co oznacza, że w ciągu sekundy można zmierzyć 240 tysięcy cząstek. Jedna sekunda całkowicie wystarcza do określenia składu ziarnowego w rurze transportowej. 

Wszelkie sterowanie systemem odbywa się przez klawiaturę komputera.Dla sprawdzenia poprawności działania systemu IPS BP powinno się systematycznie wykonywać pomiary kontrolne na laboratoryjnym analizatorze uziarnienia IPS U.Odpowiednio udokumentowane pomiary popiołu  mogą być certyfikatami popiołu lub dla pomiaru uziarnienia węgla można zamontować podobną aparaturę.

WYNIKI POMIARÓW

Typowe wyniki pomiarów przedstawione na Rys. 8 są podobne dla wszystkich naszych systemów pomiarowych i obejmują:

• Różne wartości parametrów rozkładu uziarnienia.

• Analizę sitową na dowolnych 11 sitach, zgodną z analizą sit mechanicznych z dokładnością +/- 1% co jest najważniejsze, bo wiąże się z normami w których są wymagania dla uziarnienia określone dla sit mechanicznych .

Wyniki pomiarów, na przykład co 15 minut, są opracowywane przez komputer i archiwizowane. 

Rys. 8 Wyniki pomiarów

Rys. 9 Gabaryty urządzenia  

Na Rys. 9. przedstawione są typowe gabaryty IPS BP niezależne od średnicy rury.

Przedsiębiorca uzyskał subwencję finansową w ramach programu rządowego "Tarcza Finansowa 2.0 Polskiego Funduszu Rozwoju dla Mikro, Małych i Średnich Firm"' udzieloną przez PFR S.A

Wszelkie prawa zastrzeżone KAMIKA 2024, Projekt strony internetowej JL

+48 (22) 666 93 32
+48 (22) 666 85 68

ul. A. Kocjana 15
01-473 Warszawa