Ash-Monitor

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RGI Software

Egal,  ob zur Konfiguration von Messsystemen oder zur Auswertung von Messdaten oder zur Wartung von Komponenten: die Software von RGI ist direkt auf die jeweilige Anwendung ausgelegt.

Produktspezifikation

Software für die kontinuierliche Bestimmung von Asche in Kohle

Beschreibung

Diese  Software ist Bestandteil eines komplettes Messystem zur Ermittlung und Berechnung des Aschegehaltes in Kohle bestehend aus zwei Messlinien mit jeweils einer Strahlungsquelle, den dazugehörigen Detektoren und einem Industrie-PC mit der Software ASH-MONITOR



ABS80
Container mit Strahlungsquelle
Edelstahlgehäuse, Abschirmung Blei
siehe auch >>>

AD50
Strahlendetektor für Aschemessung 
Szintillator: NaJ/TI
siehe auch >>>

Messprinzip

Elektromagnetische  Wellen wie Röntgen- oder Gammastrahlen werden auf unterschiedliche Weise im Material absorbiert.

Daher  hängt es von der Energie der Strahlung und vom Material selbst ab, auf welche Weise sie absorbiert wird.

Hochenergetische  Wellen und niedrige Atomzahlen werden entsprechend der Dichte (oder Schüttdichte) des Materials absorbiert.

Selbstverständlich  ist die Absorption auch von der Schichtdicke abhängig, was bedeutet, dass die Absorption vom Gewicht des Materials abhängt, durch das die Strahlung hindurchgegangen ist (Das Gewicht nimmt zu, wenn der Weg länger wird oder wenn die Dichte höher wird). 

RGI

Messprinzip

Dichte und Dicke können mit Hilfe von Strahlung gemessen werden: Wenn eine konstant ist, kann die andere berechnet werden.

Niedrigere Energiestrahlung und höhere Atomzahlen werden auf die gleiche Weise absorbiert, jedoch zusätzlich entsprechend dem Atomgewicht: je höher das Atomgewicht und je niedriger die Energie, desto höher die Absorption.

Für Analysezwecke wird eine schwache Energie benötigt, um die atomare Zusammensetzung zu bestimmen.

Da aber auch das Gewicht die Dämpfung beeinflusst. muss also auch eine energiereichere Strahlung angelegt werden, um ein Signal zu erhalten, das nur vom Gewicht, nicht aber von der atomaren Zusammensetzung beeinflusst wird.

Beide Signale können mathematisch verwendet werden, um die Zusammensetzung zu bestimmen.

Anwendung

Eine  Strahlungsquelle mit Cäsium-137 ist ein Strahler mit relativ hoher Energie, die hoch genug ist um von der Zusammensetzung unabhängig zu sein, und niedrig genug, um sicher damit umzugehen.

Sie  macht es möglich, das Gewicht des Materials, das sie durchlaufen hat, mit hoher Präzision zu bestimmen, so wie das beispielsweise bei radiometrische Bandwaagen angewandt wird.

Ein weiteres strahlungsemittierendes Material mit geringerer Energie ist Americium-241: bereits ein Stahlblech mit einer Dicke von gerademal 0,8 mm schwächt die Intensität auf die Hälfte.

In  Kohle absorbiert der als Asche bezeichnete Teil die Strahlung des Am-241 viel stärker als der Kohlenstoff.

Ein  höherer Aschegehalt führt also zu einer relativ starken Erhöhung der Absorption.

Leider  gibt es in der Praxis keine Möglichkeit, dass diese Absorption nicht durch die Dichte oder Schichtdicke beeinflusst wird, z. B. durch die Beladung eines Förderbandes.

Somit  werden beide Signale zusammen benötigt, um den Ascheanteil mathematisch zu berechnen. 

Technik

Um  die Strahlung zu messen, muss sie absorbiert werden, dabei ist die Absorption ist umso höher, je dichter das Absorbermaterial ist.

Als  Detektoren gibt es sowohl gasgefüllte Ionisationskammern oder Geiger-Müller-Röhren, als auch den wesentlich empfindlicheren NaJ-Kristall mit einer Dichte von 3,7 g/cm3, welcher kleine Lichtblitze erzeugt, wenn er Strahlung ausgesetzt wird, die von einem als Fotovervielfacher detektiert werden müssen. 

Der  gesamte Sensor muss in ein mechanisches Schutz- und lichtdichtes Gehäuse eingebaut und gegen Störungen stabilisiert sein.

Die  beiden Strahlungsquellen müssen in Bleibehältern abgeschirmt werden, damit die Strahlen nicht in alle Richtungen wandern können, aber durch einen dünnen Kanal ist sichergestellt, dass nur in einer Richtung der Arbeitsstrahl austreten darf.

Sowohl  Quelle als auch Detektor bilden einen Messpfad, wobei  für die Aschebestimmung zwei Messpfade erforderlich sind, auch wenn es möglich wäre, nur einen Detektor für beide Strahlungen zu verwenden, aber da physikalisch in dem Detektor jede Strahlung die andere beeinflusst, ist es zuverlässiger, getrennte zu verwenden.

Entweder  Quelle oder Detektor werden jeweils über oder unter dem Laufband installiert, wobei die Messpfade mindestens 1 m voneinander entfernt sein sollten und zudem ein fester mechanischer Rahmen erforderlich ist, um Änderungen des Abstands zwischen Quelle und Detektor zu verhindern: Er muss absolut konstant sein, um Messfehler zu vermeiden.

Auswertung

Ein  Programm, das nur hochentwickelte Mathematik verwendet, hilft dem Benutzer nicht: Es muss anwendbar sein.

Der  Ascheanalysator muss ohne erweiterten mathematischen Hintergrund kalibriert werden können.

Dazu  wird in der Evaluierungseinheit eine Tabelle gespeichert, in der Laborwerte hinterlegt und als Vergleich herangezogen werden können.

Eine  automatische Routine zur Ermittlung der Kalibrierkurve ermittelt die Koeffizienten und zeigt sofort an, wie gut die Anpassung war.

Wichtig  ist aber nicht nur die einfache Anzeige der Messergebnisse. Die bereits erwähnte Tabelle kann als Datenspeicher verwendet werden. Alle Messwerte werden über einen Zeitraum von 1 Stunde, 1 Schicht und 1 Tag zurück für 30 Tage angezeigt.

Im  Servicemenü kann die Software die Belegung der Verdrahtungsklemmen so ändern, dass ein Relais oder ein Analogausgang von einer Klemme zur anderen geschaltet werden kann.

Daher  ist die Auswerteeinheit nicht nur eine Anzeige für Asche, sondern passt in den Prozess und kann bei der Steuerung helfen. 

Genauigkeit

Ein  paar Einflüsse sind für mögliche Fehler und gute oder schlechte Genauigkeit verantwortlich.

Geförderte  Stein- oder Braunkohle kann normalerweise mit einer Genauigkeit von besser als ± 0,5% Standardfehler für etwa 10% Asche bestimmt werden.

Bei  Aschegehalten unter 10% werden noch bessere Ergebnisse erzielt, während bei höheren Aschegehalten - jedoch nicht aufgrund des Prinzips, sondern aufgrund des höheren Fehlers der Laboratorien - der Fehler höher ist.

Das  System muss mit einem laborbedingten Fehler von 0,3% kalibriert werden und weist daher eine eingeschränkte Genauigkeit auf.

Der  wichtigste mögliche Fehler wird durch die Kohle selbst verursacht: während das Messprinzip auf der Unterscheidung zweier Komponenten basiert, sind es in Wirklichkeit ungefähr zehn, d.h. jede Änderung der Zusammensetzung der Asche verursacht einen geringfügigen Fehler.

Da  die beiden Hauptkomponenten fast den gleichen Absorptionskoeffizienten haben, führt dieses Verhältnis nicht zu einer falschen Anzeige, weshalb die Aufmerksamkeit muss auf solche Veränderungen wie den des Eisengehalts gelenkt werden muss.

Der  theoretische Fehler kann sehr groß sein, ist aber in der Praxis nicht sehr wichtig. Trotzdem muss er beachtet werden.

Ein  weiterer Fehler kann durch den Feuchtigkeitsgehalt verursacht werden, aber nur wenn der Aschegehalt ca. 5 - 10% beträgt, wird kein Fehler verursacht, da Wasser als Kohle gemessen wird, jedoch kann es bei höheren Inhalten zu einem Fehler kommen.

Glücklicherweise  kann dies mit einem RGI-Mikrowellenfeuchtemessgerät kompensiert werden. 

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Anwendungen

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