Optoelektroniczny system do zdalnego pomiaru wysokich temperatur (powyżej 2000°K) w reaktorze podziemnego zgazowania węgla

 

KARTA ROZWIĄZANIA INNOWACYJNEGO

 

 

1. Tytuł rozwiązania:

Optoelektroniczny system do zdalnego pomiaru wysokich temperatur (powyżej 2000°K)  w reaktorze podziemnego zgazowania węgla

2. Rodzaj rozwiązania

System pomiarowy

 

3. Krótki opis proponowanego rozwiązania z podaniem jego podstawowych parametrów:

Optoelektroniczny system pomiaru wysokich temperatur dedykowany jest do stosowania w reaktorze podziemnego zgazowania węgla (reaktorze PZW). Umożliwia on zdalny pomiar wysokich temperatur w oparciu o podstawowe prawa promieniowania cieplnego, prawa Plancka i Wiena. System pomiarowy składa się z trzech głównych części:

  • układu optycznego, zawierającego światłowód stały w postaci pręta kwarcowego lub szafirowego, zdalnie zbierającego promieniowanie temperaturowe z przestrzeni reaktora PZW,
  • spektrometru skaningowego z detektorem rejestrującym sygnał optyczny i przetwarzającym go na sygnał prądowy,
  • komputera odpowiedzialnego za przetwarzanie danych pomiarowych, zgodnie z autorskim algorytmem  i oprogramowaniem dla wyznaczania temperatury w reaktorze.

Światłowód stały połączony jest ze spektrometrem skaningowym za pomocą światłowodu elastycznego, co  umożliwia prowadzenie pomiarów in situ, zdalnie, oraz przesyłanie optycznych sygnałów pomiarowych na duże odległości, np. kilkuset metrów, w warunkach kopalnianych. System pomiarowy spełnia wymagania do stosowania w zakresie bezpieczeństwa przeciwwybuchowego, zgodnie z dyrektywą ATEX.

4. Istotne elementy innowacyjności:

W optoelektronicznym systemie pomiarowym wykorzystano autorski algorytm wyznaczania temperatury. Temperatura określana jest nie bezpośrednio z prawa Plancka lub Stefana-Boltzmanna, jak w innych bezkontaktowych urządzeniach termometrycznych, ale z prawa przesunięć Wiena. Takie podejście pozwala na wyeliminowanie wpływu emisyjności źródła promieniowania i tłumienności ośrodka, w którym realizowany jest pomiar, na otrzymane wyniki.

Aby możliwe było przesyłanie promieniowania temperaturowego z wnętrza reaktora podziemnego zgazowania węgla, zaprojektowano i wykonano specjalnie dedykowane podzespoły optyczne i mechaniczne stanowiące układ optyczny wyprowadzający z wnętrza reaktora promieniowanie temperaturowe, za pośrednictwem pręta kwarcowego lub szafirowego.

Światłowód stały, tj. wspomniany wyżej pręt kwarcowy lub szafirowy, jest połączony ze światłowodem elastycznym za pośrednictwem specjalnie zaprojektowanego optycznego układu wprowadzającego. Światłowód elastyczny, umieszczony w specjalnym oplocie metalowym zapewniającym iskrobezpieczeństwo konstrukcji, przesyła promieniowanie temperaturowe do spektrometru skanującego, umieszczonego poza strefą zagrożenia metanowego. Spektrometr skanujący rejestruje dane pomiarowe w postaci widm, w funkcji długości fali promieniowania lub częstotliwości.

Prezentowany system pomiarowy pozwala na prowadzenie pomiaru temperatury zarówno w powierzchniowym reaktorze PZW, jak również podziemnym, usytuowanym w już istniejącej infrastrukturze kopalnianej, lub też w reaktorze udostępnionym otworami pionowymi wierconymi z powierzchni.

 

5. Potencjalne obszary zastosowania proponowanego rozwiązania:

Możliwość prowadzenia procesu podziemnego zgazowania węgla z kontrolą warunków temperaturowych panujących w reaktorze pozwoli na pozyskanie z procesu pożądanych produktów reakcji chemicznych dla konkretnych zastosowań w przemyśle energetycznym lub chemicznym. Rozwój nowych systemów kontrolno-pomiarowych jest kwestią kluczową dla rozwoju nowoczesnego górnictwa przyjaznego środowisku oraz wydajniej pozyskującego i wykorzystującego energię ze złóż węglowych.

Co więcej, zaprojektowany system pomiarowy może być wykorzystywany nie tylko w przemyśle wydobywczym, ale wszędzie tam gdzie konieczna jest ciągła, zdalna kontrola wysokich temperatur, zwłaszcza w trudnych warunkach pomiarowych, np. w przetwórstwie metali.

 

6. Sposób udostępnienia rozwiązania:

System pomiarowy stanowi przedmiot zgłoszenia patentowego. Możliwa jest realizacja prac zleconych z wykorzystaniem opracowanego systemu pomiarowego.

 

7. Partner oferujący rozwiązanie:

Główny Instytut Górnictwa

 

8. Dane kontaktowe osoby reprezentującej Partnera oferującego rozwiązanie:

 

dr inż. Ewa Lisiecka, tel. 32/259-22-32, e-mail: elisiecka@gig.katowice.pl

Zakład Akustyki Technicznej i Techniki Laserowej

 

+ 48-32-259-2000