Badania procesu spalania węgla i biomasy z wykorzystaniem

Daniel Sawicki
Politechnika Lubelska
Wydział Elektrotechniki i Informatyki
Instytut Elektroniki i Technik Informacyjnych
[email protected]
Badania procesu spalania węgla i biomasy z
wykorzystaniem analizy obrazu
Krajowa energetyka zawodowa spala corocznie miliony ton węgla.
Wprowadzane systematycznie przez Unię Europejską coraz ostrzejsze normy,
związane z ochroną środowiska naturalnego, wymuszają wdrażanie nowych
technologii pozyskiwania energii, jak i modernizację dotychczas eksploatowanych
elektrowni i elektrociepłowni. Wzrost zainteresowania wytwarzaniem energii ze źródeł
odnawialnych sprawił, że wielu producentów energii podjęło próby współspalania
biomasy z węglem kamiennym. Bez względu na rodzaj wykorzystywanego paliwa,
jednym z najważniejszych problemów eksploatacyjnych jest efektywność spalania,
na którą bezpośredni wpływ ma stabilność tego procesu. Obecnie stosowane
niskoemisyjne techniki spalania, jak i próby współspalania biomasy z pyłem
węglowym pociągają za sobą wzrost niestabilności procesu spalania.
Konsekwencjami niestabilnego spalania jest gwałtowna pulsacja płomienia,
możliwość jego zaniku prowadząca w skrajnych przypadkach do wybuchu, większe
straty niedopału oraz szybsze zużywanie się elementów palnika. Badania
laboratoryjne, prowadzone systematycznie w elektrociepłowniach, pozwalają na
monitorowanie stanu procesu spalania, jednakże ze względu na długi czas ich
przetwarzania, nie mogą być wykorzystane do sterowania procesem.
Celem podjętej pracy jest znalezienie kryterium diagnostyki procesu
spalania (wskaźnika jakości), który pozwoli na określenie stanu procesu spalania.
Współczesne metody identyfikacji stanu procesu spalania opierają się głównie na
metodach wtórnych, tj. bazują na informacji zwrotnej pochodzącej ze spalin. Jest to
niestety informacja opóźniona i z natury rzeczy nie jest możliwe sterowanie
procesem w czasie rzeczywistym. Płomień jest pierwszym i najszybszym źródłem
informacji o procesie spalania zachodzącym w kotle energetycznym. Przekształcenie
tej informacji w informację zrozumiałą dla człowieka i maszyny jest krokiem naprzód
w próbie lepszego opanowania procesu spalania, co wynika głównie z przesłanek
ekonomicznych i ekologicznych. Wysiłek badawczy ukierunkowany jest w głównej
mierze na poznanie zjawisk zachodzących w kotle energetycznym podczas
współspalania biomasy z pyłem węglowym oraz wypracowaniu metody analizy
obrazu takiego płomienia.
Proponowane podejście analizy obrazu płomienia za pomocą parametrów
geometrycznych oraz składowych głównych, opracowanie na tej podstawie
wskaźnika jakości pozwoli na monitorowanie i sterowanie stanem procesu. Obecnie
w Polsce, autorowi nie są znane ośrodki naukowe ani osoby zajmujące się
sterowaniem procesem spalania w czasie rzeczywistym.
Badania związane ze stabilnością procesu spalania mają ogromne
znaczenie przy produkcji energii z wykorzystaniem biomasy. Ze względu na
najniższy koszt inwestycyjny, krajowa energetyka zawodowa najczęściej decyduje
się na współspalanie biomasy z węglem. Właściwości fizyko-chemiczne biomasy:
słabe rozdrobnienie, zmienna wilgotność, niezadowalające wymieszanie, silnie
zmniejszają stabilność i sprawność procesu. Wprowadzane dyrektywy Unijne,
nakazujące wzrost udziału energii ze źródeł odnawialnych, spowodują jeszcze
większe wykorzystanie biomasy, nawet w niewielkich elektrociepłowniach.