Badanie możliwości transmisji promieniowania temperaturowego, emitowanego w procesie podziemnego zgazowania węgla, przez podzespoły optyczne optoelektronicznego systemu do pomiaru wysokiej temperatury

• Autorzy: Lisiecka E. , Passia H.

Warianty tytułu

EN

Investigation of capability to transmit thermal radiation, emitted in underground coal gasification process, through optical subassemblies of the optoelectronic system for high temperature measurements

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Temperatura jest bardzo istotnym parametrem procesu podziemnego zgazowania węgla (PZW), warunkującym jego przebieg - również pod kątem bezpieczeństwa - oraz skład otrzymywanego gazu procesowego. Specyficzne środowisko pomiarowe jakie stanowi reaktor PZW utrudnia, a niekiedy praktycznie uniemożliwia, pomiar (metodami kontaktowymi) temperatury w jego wnętrzu. Dlatego stosowane do tej pory urządzenia termometryczne, nie spełniają w pełni wymogów procesu. Konieczne jest zatem, opracowanie nowych metod i urządzeń dopasowanych do warunków w jakich przebiega proces PZW tj. ciągłego pomiaru wysokiej temperatury (do ok. 2300 K), in situ, w obecności gazów palnych i wybuchowych (także w warunkach kopalnianych). Pociąga to za sobą konieczność przestrzegania wymogów dyrektywy ATEX w zakresie bezpieczeństwa przeciwwybuchowego. W artykule przedstawiono możliwość realizacji bezkontaktowego pomiaru temperatury w procesie podziemnego zgazowania węgla, zarówno w reaktorze in-situ jak i ex-situ. Podstawą działania bezkontaktowych urządzeń termometrycznych jest prawo Plancka oraz prawo przesunięć Wiena. Prawa te opisują ilość promieniowania elektromagnetycznego emitowanego ze źródła termicznego w funkcji temperatury, a w przypadku prawa Plancka, także długości fali (lub alternatywne częstotliwości). Opracowany system do pomiaru wysokiej temperatury w procesie PZW, wymagał zaprojektowania i wykonania niezbędnych podzespołów optycznych i mechanicznych oraz przeprowadzenia testów zdolności transmisyjnych zaprojektowanych elementów w reaktorze in-situ i ex-situ. Przeprowadzone eksperymenty potwierdziły możliwość przesyłania promieniowania temperaturowego przez zaprojektowane podzespoły optyczne, do detektora w urządzeniu pomiarowym, w postaci wymaganej do dalszego przetwarzania (sygnał optyczny). Umożliwi to bezkontaktowy pomiar wysokiej temperatury (do ok. 2300 K) w trakcie procesu podziemnego zgazowania węgla, wykorzystując opracowany (autorski) optoelektroniczny system pomiarowy, zintegrowany ze skanującym spektrometrem VIS-NIR oraz autorskim algorytmem wyznaczania wysokich temperatury.

EN

Temperature is one of the most significant parameters in the underground coal gasification (UCG) process – also for safety - which determines the progress of the process and composition of the UCG gas obtained. The specific measurement environment that is constituted by UCG reactor limits, and sometimes basically precludes, direct (contact) temperature measurement in the reactor’s interior. Hence, the thermometry devices, commonly utilized in the industrial applications, do not meet the requirements of the process of this kind, and therefore it is necessary to develop new methods and related equipment being well-adjusted to the UCG conditions i.e. a continuous measurement of high temperature (up to c.a. 2300 K) in situ, in the presence of flammable and explosive gases. (also in the mine’s conditions) . This implies the need to comply with the requirements of the ATEX Directive on safety in potentially explosive atmosphere in a mine. The paper presents the capability to carry out the non-contact temperature measurement, in the underground coal gasification process, both in situ and ex situ-located reactors. Planck’s law and Wien’s displacement law are the basis of operation of the non-contact thermometry devices. These basic laws describe the amount of electromagnetic radiation emitted by a thermal source, as a function of temperature and in the case of Planck’s law also wavelength (or alternative frequencies). The measuring system developed here for high temperature measurements in the process of underground coal gasification, imposed designing and constructing of indispensable optical and mechanical subassemblies and conductance of transmission capability tests of the designed elements in-situ and ex-situ UCG reactors. The conducted experiments confirmed the ability to transmit thermal radiation via designed optical subassemblies to a detector in a measuring unit in the form required for further processing (optical signal). This will allow for non-contact measurement of high temperature (of up to abt. 2300K) in the course of underground coal gasification process, using the purpose-developed (original) optoelectronic measuring system, integrated with the VIS-NIR scanning spectrometer and original algorithm for high temperature determination.

Słowa kluczowe

PL

pomiar temperatury bezkontaktowy; podziemne zgazowanie węgla; promieniowanie temperaturowe; optoelektroniczny system pomiarowy

EN

non-contact temperature measurement; underground coal gasification; thermal radiation; optoelectronic measuring system

• Wydawca: Wydawnictwo Górnicze Sp. z o.o.
• Czasopismo: Karbo
• Rocznik: 2016
• Tom: Nr 1-2
• Strony: 13--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Lisiecka E.

• Główny Instytut Górnictwa, Zakład Akustyki Technicznej i Techniki Laserowej, Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice

autor

Passia H.

• Główny Instytut Górnictwa, Zakład Akustyki Technicznej i Techniki Laserowej, Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice

Bibliografia

• 1. Stańczyk K., Czyste technologie użytkowania węgla. Główny Instytut Górnictwa, Katowice, 2008.
• 2. Palarski J., Pozyskiwanie metodami niekonwencjonalnymi energii z pozabilansowych pokładów węgla z uwzględnieniem ograniczenia emisji CO2. Górnictwo i Geologia, 2010, t. 5, Zeszyt 1, s. 103.
• 3. Taba L.E., i in., The effect of temperature on various parameters in coal, biomass and CO-gasification. A revive. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2012, nr 16, s. 5584.
• 4. Bhutto A., Bazmi A.A., Zahedi G., Underground coal gasification: From fundamentals to applications. Progress in Energy and Combustion Science, 2013, nr 39, s. 189.
• 5. Dziunikowski K., Doświadczenia nad podziemnym zgazowaniem węgla w laboratoryjnym gazogeneratorze powierzchniowym. Prace Głównego Instytutu Górnictwa. Seria A, Komunikat nr 182. Wyd. Górniczo-Hutnicze, Stalinogród, 1956.
• 6. Lisiecka E., Pomiary temperatury w procesie podziemnego zgazowania węgla. Przegląd Górniczy, 2014, t. 70, nr 12, s. 27.
• 7. PN-85/N-01103 „Promieniowanie optyczne – oznaczenia wielkości fizycznych”. Wyd. Normalizacyjne, Warszawa, 1986.
• 8. PN-90/E-01005 „Technika świetlna – terminologia”. Wyd. Normalizacyjne „Alfa”, Warszawa, 1991.
• 9. Rzęsa M.R., Kiczma B., Elektryczne i elektroniczne czujniki temperatury. Wyd. Komunikacji i Łączności, Warszawa, 2005.
• 10. Michalski L., Eckersdorf K., Kucharski J., Termometria przyrządy i metody. Wyd. Politechniki Łódzkiej, Łódź, 1998.
• 11. Lisiecka E., Passia H., Koncepcja metody i urządzenia do optycznego pomiaru wysokich temperatur. PAK, 2014, vol. 60, nr 5.
• 12. Lisiecka E., Passia H., Stańczyk K., Sposób oraz urządzenie do optycznego pomiaru wysokich temperatur. Zgłoszenie projektu wynalazczego w Urzędzie Patentowym RP nr P.403662, 2013.
• 13. Stańczyk K., et al., Gasification of lignite and hard coal with air and oxygen enriched air in pilot scale ex situ reactor for underground gasification. Fuel, 2011, nr 90, s. 1953.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.