Wilgotność Paliw Stałych: Definicja, Pomiar i Metody
- Szczegóły
Dobór odpowiedniej metody pomiarowej materiałów sypkich nie jest prostą kwestią. Każda z nich, w określeniu wilgotności, wykorzystuje bowiem inne zjawiska fizyczne, różnią się sposobem montażu czy złożonością układu.
Termiczna Analiza Grawimetryczna
Termiczna analiza grawimetryczna opiera się na określeniu zmian masy badanej próbki ogrzewanej w funkcji zadanej temperatury lub w funkcji czasu. Analizatory termograwimetryczne TGA 701 i MAC 500 firmy LECO służą do oznaczania zawartości wilgoci w próbce analitycznej, popiołu i części lotnych w materiałach stałych. Analiza jest szybka i dokładna.
Badania parametrów jakościowych (zawartości wilgoci w próbce analitycznej, popiołu i części lotnych) w paliwach stałych, biopaliwach stałych, stałych paliwach wtórnych, mieszankach paliwa stałego z biopaliwem stałym lub stałym paliwem wtórnym, odpadach paleniskowych oraz innych materiałach stałych.
Termiczna analiza grawimetryczna pozwala dodatkowo badać ubytek masy analizowanego substratu, przemian substancji organicznej oraz mineralnej w zależności od zadanych warunków temperaturowych, środowiskowych i przy różnym czasie analizy.
Pomiar Metodą Kontaktową
Pomiar kontaktowymi czujnikami pojemnościowymi odbywa się w ruchu w czasie rzeczywistym. Materiał przesuwa się po czujniku lub odwrotnie.
Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu
Sygnał pomiarowy jest dostępny natychmiast, nawet gdy materiał transportowany jest z bardzo dużą szybkością. W zależności od rodzaju materiału i jego właściwości, głębokość pomiaru kształtuje się od około 100 mm do 150 mm w głąb materiału.
Czujniki są bardzo wytrzymałe - wykonane z wysokiej jakości stali i ceramiki, dzięki czemu zastosowanie znajdują w najtrudniejszych miejscach pomiarowych. Wykazują odporność na uderzenia wodne oraz silne wibracje, pomiar jest niewrażliwy na zmiany barwy czy pH materiału, zawarte w nim minerały lub też zawartość soli. Ponadto, czujniki są bardzo proste i bezproblemowe w obsłudze.
Pomiar metodą kontaktową zapewnia jednocześnie wysoką jakość produktu finalnego, oszczędności płynące z optymalizacji procesu suszenia oraz zmniejszania zużycia wody.
Na Co Zwrócić Uwagę Przy Pomiarze Kontaktowym?
Należy również pamiętać, że bardzo ważnym zagadnieniem dotyczącym czujników kontaktowych jest sposób i miejsce montażu. Ich prawidłowe umiejscowienie daje niemalże gwarancję bezproblemowej pracy. Nawet najlepsze urządzenie będzie bezużyteczne, jeśli zostanie zainstalowane w niewłaściwym miejscu.
Ograniczenia Czujników Pojemnościowych
Mimo licznych zalet stosowania czujników pojemnościowych wspomnieć także o ich ograniczeniach:
Przeczytaj także: Wakacje w Bodrum
- zakres temperatury 4 ... 100°C (brak pomiaru gdy w mierzonym materiale znajdują się kryształki lodu),
- maksymalna granulacja materiału do 8 mm,
- materiał nie może wykazywać tendencji do oklejania czujnika,
- warstwa nasypowa materiału na taśmociągu to minimum 5 cm (lub możliwość zastosowania kryzy spiętrzającej).
Inne Metody i Stanowiska Pomiarowe
W skład stanowiska wchodzą kalorymetry: AC-350 i AC-600 firmy LECO oraz C5000 firmy IKA, w których wykonuje się oznaczenie ciepła spalania. Zasada metody polega na całkowitym spaleniu odważki paliwa w atmosferze tlenu pod ciśnieniem w bombie kalorymetrycznej (przy stałej objętości) i pomiarze przyrostu temperatury wody w naczyniu kalorymetrycznym. Analiza może być prowadzona, w układzie izotermicznym lub adiabatycznym.
Stanowisko służy do oznaczania gęstości rzeczywistej w oparciu o masy i objętości badanych próbek węgla kamiennego, brunatnego, brykietów z węgla kamiennego i brunatnego oraz magnetytów, przez zważenie ich w powietrzu i w cieczy piknometrycznej. Metoda polega na oznaczeniu gęstości rzeczywistej badanych próbek, bez uwzględniania porowatości cząsteczek oraz pustych przestrzeni w badanym materiale. Zestaw pomiarowy jest wyposażony w nowoczesny eksykator próżniowy z manometrem i pompą próżniową.
Stanowisko umożliwia charakteryzowanie względnej podatności przemiałowej węgla kamiennego. Metoda pozwala ocenić skłonność węgla do rozdrabniania podczas transportu, załadunku, przeładunku oraz pozwala określić stopień trudności podczas mielenia węgla do danej klasy ziarnowej. Stanowisko jest wyposażone w nowoczesny młynek Hardgrove’a i urządzenie do automatycznego zatrzymywania młynka po 60 obrotach, licznik obrotów, laboratoryjną wstrząsarkę sitową z zestawem ochronnym dla sit i elektroniczną wagę laboratoryjną.
Do oznaczania charakterystycznych temperatur topliwości popiołu służą nowoczesne wysokotemperaturowe mikroskopy firmy ITR. Analiza obrazu z kamery wizyjnej wysoko temperaturowego mikroskopu daje możliwość wyznaczenia czterech charakterystycznych temperatur przemian fazowych. Oznaczenie charakterystycznych temperatur topliwości popiołu dostarcza informacji o zachowaniu się popiołu w kotłach energetyka. Parametr topliwości popiołu może służyć do zapobiegania zjawisku szlakowania powierzchni grzewczych.
Stanowisko służy do oznaczania maksymalnej zdolności chłonienia wilgoci przez węgiel kamienny (metodą zwykłą z klimatyzacją próbki węgla przy obniżonym ciśnieniu). Oznaczenie to wyraża wskaźnik stopnia uwęglenia węgla. Metoda polega na oznaczaniu metodą suszarkową zawartości wilgoci w węglu kamiennym, który po dokładnym wymyciu zostaje doprowadzony do umownego stanu nasycenia wilgocią w warunkach odpowiadających 96 % wilgotności względnej, w temperaturze 30 oC, przy obniżonym ciśnieniu. Stanowisko jest wyposażone w eksykator próżniowy z manometrem i pompą próżniową.
Przeczytaj także: Poradnik pomiaru wilgotności
W skład stanowiska wchodzą urządzenia: ACS-40/1500 firmy ITR, Truspec CHNS oraz CHNS628 firmy LECO, w których wykonuje się analizę zawartości węgla całkowitego, wodoru całkowitego oraz azotu. Proces spalania naważki paliwa przebiega w temperaturze 1350 ºC dla analizatora ACS-40/1500 oraz w temperaturze 950 ºC dla analizatorów Truspec CHNS i CHNS628, w atmosferze tlenu. Zasada oznaczenia węgla całkowitego oraz wodoru całkowitego polega na wysokotemperaturowym spalaniu próbki oraz pomiarze zawartości tych pierwiastków z wykorzystaniem detekcji w IR. W przypadku oznaczania azotu, przed detekcją następuje redukcja NOx do azotu cząsteczkowego. Do tego celu urządzenie wykorzystuje miedź katalityczną. Wysoce precyzyjna aparatura pozwala na detekcję składu elementarnego w paliwach stałych, biopaliwach stałych, stałych paliwach wtórnych, mieszankach paliwa stałego z biopaliwaem stałym lub stałym paliwaem wtórnym, odpadach paleniskowych oraz innych stałych materiałach.
Służy do oznaczania zawartości siarki pirytowej w węglu kamiennym i brunatnym z zastosowaniem tradycyjnej analizy chemicznej. Zasada działania polega na analizie kulometrycznej, po termicznym rozkładzie próbki w rurze kwarcowej. Próbki, które mają być poddane badaniu, są wprowadzane do komory spalania w kwarcowej łódeczce poprzez otwarty wlot gazu. Analiza temperaturowa może zachodzić na dwa sposoby, w zależności od rodzaju próbki. Jedna możliwość, to bezpośrednie spalanie w strumieniu tlenu. Druga możliwość, to piroliza próbki w strumieniu gazu obojętnego (argonu), w temperaturze między 300 a 600°C, w przedniej części pieca, a produkty pirolizy są po niewielkim opóźnieniu całkowicie spalane w strumieniu tlenu, w tylnej części pieca, w temperaturze 1100°C. Tę ostatnią metodę zaleca się dla substancji organicznych, które mogą się wybuchowo palić w środowisku tlenowym.
Analiza prowadzona przy użyciu automatycznego analizatora Multi EA 4000 służy do określania zawartości ilości chloru w próbkach ciał stałych metodą kulometryczną. Proporcjonalnie HCl określa się za pomocą analizy kulometrycznej po wysuszeniu gazu do analizy (kwasem siarkowym). Jony chloru reagują całkowicie z jonami srebra, powstałymi za pomocą elektrolizy i otrzymujemy chlorek srebra. Posługując się prawem Faradaya, można obliczyć ilość chloru z ładunku potrzebnego do wyprodukowania jonów srebra. Cały cykl analityczny, prowadzony przy użyciu automatycznego analizatora Multi EA 4000, jest sterowany komputerowo, od momentu naważenia próbki do badań, do momentu uzyskania wyników w formie wydruku. Ocena kulometryczna Cl to metoda analizy dająca rezultaty w wartościach absolutnych. Nie przeprowadza się kalibracji.
Służy do oznaczania zawartości chloru w paliwach stałych. Stosowaną w pracowni analiz chemicznych jest metoda Volharda, w której próbkę o znanej masie, będącą w bezpośrednim kontakcie z mieszaniną Eschki, spala się w atmosferze utleniającej, w celu usunięcia substancji palnej i przeprowadzenia chloru w chlorki alkaliczne. Jest to metoda znormalizowana, przeznaczona dla węgla kamiennego, węgla brunatnego (lignitu), koksu biopaliwa stałych i stałych paliwa wtórnych.
Badanie frakcji biodegradowalnej wykonywane jest w pracowni analiz chemicznych metodą selektywnego rozpuszczania. Metoda ta pozwala na przeprowadzenie rozkładu biomasy w podobny sposób jak podczas procesu degradacji z udziałem mikroorganizmów (biodegradacji), tzn. jej rozkładu z wydzieleniem wody, dwutlenku węgla oraz prostych nietoksycznych związków chemicznych. Oznaczenie polega na rozkładzie zawartej w badanej próbce biomasy pod wpływem stężonego kwasu siarkowego (hydroliza kwasowa). Produkty hydrolizy kwasowej frakcji biodegradowalnej ulegają utlenieniu pod wpływem skoncentrowanego roztworu nadtlenku wodoru z wydzieleniem dwutlenku węgla i wody. Stanowisko służy do oznaczania zawartości frakcji biodegradowalnej w stałych paliwach wtórnych i biopaliwach stałych.
Techniki mikroskopii optycznej wykorzystywane do badań węgla kamiennego i substancji organicznej w stałych odpadach paleniskowych dostarczają informacji o przebiegu procesów termicznych. Wyposażenie mikroskopu Axio Imager D1.m w fotopowielacz pozwala badać refleksyjność macerałów grupy witrynitu. Wartości tego parametru odpowiadają stopniu uwęglenia węgla kamiennego. Jest to niezastąpiona analiza w badaniach klasyfikujących węgiel do różnych zastosowań. Dodatkowo nowoczesny mikroskop Axio Imager D1.m jest wyposażony w zestaw do epifluorescencji, gdzie źródłem światła jest lampa rtęciowa typu HBO. Pozwala to prowadzić badania substancji organicznej w paliwach stałych i odpadach paleniskowych z użyciem fluorescencji. Taka technika mikroskopii fluorescencyjnej, w połączeniu z analizą petrograficzną w świetle białym, pozwala uzyskać obszerniejszą informację na temat właściwości badanego paliwa stałego.
Wskaźnik spiekalności oznaczany metodą Rogi (RI) to jeden z najważniejszych parametrów jakościowych węgla kamiennego, będący miernikiem zdolności węgla do tworzenia spieków koksowych. Parametr ten jest stosowany w systemie klasyfikacji węgla według typów, zgodnie z normą PN-82/G-97002. Zasada metody polega na szybkim odgazowaniu pod stałym ciśnieniem mieszanki węgla i antracytu wzorcowego, a następnie poddaniu nielotnej pozostałości próbie wytrzymałościowej. Wskaźnik spiekalności metodą Rogi jest wykorzystywany do rozróżnienia węgli kamiennych stosowanych w energetyce i ciepłownictwie od tych używanych w przemyśle koksowniczym. Parametr ten służy do wyznaczania, zgodnie z normą PN-82/G-97002, typu węgla.
Metoda oznaczania typu koksu metodą Gray-Kinga pozwala określić zdolność węgla do tworzenia koksu, poprzez jego porównanie ze skalą wzorców i zaklasyfikowanie do jednego z typów (od A do Gx), zgodnie z wymaganiami normy PN-84/G-04519. Stanowisko umożliwia badanie mieszanek wsadowych do produkcji koksu. Analiza prowadzona przy użyciu analizatora do otrzymywania koksu połączonego z systemem wizyjnym umożliwia oznaczanie typu koksu metodą Gray-Kinga i określenie właściwości koksotwórczych węgla kamiennego.
Do oznaczania wskaźników dylatometrycznych metodą Audiberta-Arnu służą dwa nowoczesne piece dylatometryczne firmy RMI typu AA 04/4. Każdy z nich jest przystosowany do wykonywania jednoczesnego oznaczenia w 4 retortach dylatometrycznych. Zasada metody polega na powolnym ogrzewaniu pod stałym ciśnieniem, w retorcie dylatometrycznej, słupka uformowanego z badanego węgla i pomiarze zmian jego długości pod wpływem wzrostu temperatury. Wynikiem analizy jest wskaźnik dylatacji i kontrakcji oraz temperatura mięknienia, kontrakcji i dylatacji. Analizy są rejestrowane i kontrolowane przez program komputerowy zainstalowany na wbudowanym w system pomiarowy komputerze. Z poziomu programu komputerowego jest nadzorowany przebieg analizy. Analiza służy do określania wskaźnika dylatacji i kontrakcji oraz temperatur mięknienia, kontrakcji i dylatacji węgla kamiennego zgodnie z normą PN-81/G-04517.
Nowoczesny analizator skonstruowany przez firmę ITR składa się z elektrycznego piecyka do otrzymywania koksików oraz komputerowego analizatora do oznaczania wskaźnika wolnego wydymania, zgodnie z wymaganiami normy PN-ISO 501:2003. Zasada metody polega na odgazowaniu odważki węgla kamiennego w zamkniętym tyglu przez określony czas w temperaturze 820 ºC ± 5 ºC i na porównaniu zarysu powstałego koksika z zarysami profili wzorcowych. Analizator komputerowy jest wyposażony w program do automatycznego porównywania kształtów koksiku z kształtami wzorcowymi. Analizator umożliwia pomiar wskaźników stanu plastycznego węgla kamiennego mięknącego podczas ogrzewania w znormalizowanych warunkach. Jest to jedyny aparat umożliwiający pomiar wskaźnika maksimum plastyczności w stopniach kątowych na minutę. W trakcie oznaczenia próbka węgla jest ogrzewana w plastomerze. Podczas tego procesu, w odstępach 1-minutowych, odczytuje się położenie wskazówki na tarczy plastomeru.
Analizator plastometryczny PF-22 firmy Dasfor służy do badania lepkości węgla przy stałym momencie obrotowym. Końcowym wynikiem oznaczenia są: temperatura początku plastyczności, temperatura maksimum plastyczności, końcowa temperatura plastyczności, obszar plastyczności oraz wskaźnik maksimum plastyczności. Przebieg procesu jest całkowicie zautomatyzowany. Plastometr umożliwia wizualizację przebiegu: plastyczności wobec temperatury w retorcie, plastyczności i temperatury w retorcie wobec czasu, regulacji temperatury wobec czasu oraz napięcia, ogrzewania i mocy doprowadzanej wobec czasu. Analizator służy do pomiaru ciśnienia rozprężania węgla kamiennego zgodnie z normą PN-G-04522:1973.
Analizator wykonany przez firmę Ekolab służy do badania laboratoryjnego właściwości plastometrycznych węgla kamiennego metodą Sapożnikowa. W trakcie pomiaru określa się grubość warstwy plastycznej „y”, skurcz plastometryczny „x” oraz krzywą plastometryczną. W urządzeniu całkowicie zautomatyzowano proces pomiaru skurczu plastometrycznego. Wyniki są wizualizowane i archiwizowane komputerowo. Blok zasilania, regulacji analizatora i rejestracji wyników, zapewnia doskonałą kontrolę temperatury według zadanej krzywej. Część mechaniczna urządzenia posiada dźwignię główną z podziałką milimetrową i elementy zawieszenia obciążników z precyzyjnymi regulatorami.
Analizator typu CR-001 firmy ITR służy do oznaczania ciśnienia rozprężania węgla kamiennego z możliwością analizy obrazu oraz z wykorzystaniem czujnika siły. W skład urządzenia wchodzi: piec z układem pomiaru ciśnienia, zestaw komputerowy z oprogramowaniem systemowym i operatorskim, oprzyrządowanie (tygle, termoelement, przyrządy do formowania próbki węgla w tyglu, zestaw do kalibracji urządzenia). Precyzyjny układ tensometryczny zapewnia prawidłowe działanie czujnika siły.
Oznaczenie wilgoci destylacyjnej jest prowadzone w nowoczesnej bezodpływowej komorze filtracyjnej. Analiza ta polega na wydzieleniu z badanego materiału zawartej w nim wody poprzez jej odparowanie, a następnie skroplenie w odbieralniku. Badany materiał jest podgrzewany z rozpuszczalnikiem. Rozpuszczalnik ulega odparowaniu wraz z wodą z próbki, ale nie miesza się z nią. Woda gromadzi się w dolnej, skalowanej części odbieralnika.
Stanowisko służy do wyznaczenia wydajności produktów wytlewania, tj. określenia udziału półkoksu, smoły, wody rozkładowej oraz obliczenia wydajności gazu otrzymanego podczas oznaczenia. Stanowisko służy do oznaczania wydajności produktów wytlewania w węglu kamiennym i brunatnym. Metoda polega na rozdziale próbki na klasy zawierające ziarna o różniej wielkości, poprzez przesiewanie materiału na zestawie sit o różnym rozmiarze. W wyniku ręcznego lub mechanicznego przesiewania, wykonywanego na mokro lub na sucho, ziarna o odpowiednich średnicach pozostają na kolejnych sitach (o coraz mniejszych oczkach). Metoda służy do określenia rozkładu klas ziarnowych materiału. Wykonywana jest dla próbek węgla kamiennego, koksu i biomasy.
Pomiar Biogazu
Stały lub okresowy pomiar biogazu jest niezbędny do tego, aby biogazownia działała prawidłowo. Jest to jeden z niezwykle ważnych elementów monitorowania pracy komór fermentacji na składowiskach odpadów, oczyszczalniach ścieków, a także w instalacjach rolniczych i badawczych. Pomiar składu biogazu pozwala określić między innymi zawartość metanu, dwutlenku węgla i wody. Jeśli ich wartości są w normie, proces produkcji przebiega prawidłowo.
Proces produkcji biogazu w komorze fermentacyjnej można podzielić na cztery etapy. Jest to hydroliza, kwasogeneza, acetogeneza oraz metanogeneza. W każdym z nich udział biorą różnorodne grupy bakterii. Szczególnie istotne dla ostatecznej wydajności biogazu są dwa ostatnie etapy procesu jego produkcji. Podczas acetogenezy sfermentowane produkty zostają utlenione do prostszych form (np. kwasu octowego, wodoru i dwutlenku węgla).
Jednym z urządzeń, z którego pomocą można wykonać wartościowy pomiar biogazu, jest nowoczesny przetwornik. Dlaczego to tak istotne? Chodzi tu przede wszystkim o filtry węglowe wyłapujące zanieczyszczenia biogazowe (np. siarkowody lub siloksany). Z kolei nadmierna ilość wody w biogazie może doprowadzić do zbyt szybkiego zużycia filtrów węglowych, co oczywiście generuje dodatkowe koszty.
Jak działa nowoczesny przetwornik umożliwiający pomiar biogazu? Zasada pomiaru oparta została w tym przypadku o system optyczny, który mierzy stopień pochłaniania promieniowania podczerwonego. Pod uwagę brane są przy tym długości fal charakterystyczne dla konkretnego gazu. Dobrej klasy przetwornik biogazu pozwala otrzymywać stałe odczyty wilgotności, dwutlenku węgla oraz metanu wprost z rurociągu procesowego dla biogazu. Takie urządzenia mają też zastosowanie w zróżnicowanych procesach produkcji biogazu.
tags: #wilgotność #paliw #stałych #definicja #pomiar #metody
