|
Aktualności
|
|
Informacje
Numery
Numer 12/2008
Nowe technologie pomiarowe dla energetyki węglowej
|
|
Laser i mikrofale prześwietlają pyły i popioły
Na podstawie artykułu „Pioneering path: the rewards of investing in clean coal technologies”, Power Engineering International 10/2008.
Dążenie do efektywniejszego wykorzystania węgla jako podstawowego paliwa dla energetyki zawodowej w wielu krajach świata wymaga wdrażania coraz bardziej wyrafinowanych technik pomiarowych. Optymalne prowadzenie pracy urządzeń przygotowania, transportu i spalania nie jest już możliwe przy wykorzystaniu tradycyjnych, mało dokładnych i czasochłonnych sposobów wyznaczania parametrów paliwa i odpadów paleniskowych. Wysiłki naukowców brytyjskich współpracujących z firmą Greenbank zaowocowały wieloma wynalazkami, których zastosowanie przynosi wymierne efekty techniczne, ekonomiczne i ekologiczne.
|
Zapewnienie wyrównanego czyli równomiernego rozdziału mieszaniny pyłowo-powietrznej między poszczególne rurociągi (pyłoprzewody) było zawsze dużym wyzwaniem dla konstruktorów instalacji kotłowych. W miejscach rozgałęzienia tych rurociągów, a także w zespołach młynowych o większej liczbie rurociągów wyprowadzających mieszaninę, warunek ten nie jest często spełniony, co wywołuje szereg niekorzystnych zjawisk obniżających sprawność i jakość procesu spalania. Przenoszony w pyłoprzewodach pył węglowy ma tendencję do koncentracji w formie tzw. „sznura”, wskutek czego cząstki paliwa nie mogą być równomiernie rozdzielane do poszczególnych palników kotła. Efektem tego niepożądanego zjawiska jest przede wszystkim wzrost emisji tlenków azotu (NOx) oraz zwiększenie zawartości niespalonego węgla w odpadach paleniskowych (niecałkowite spalanie).
Technologia VARB (Variable Area Rope Breaker – zmiennoobszarowy przerywacz sznurów) firmy Greenbank usuwa powyższy defekt pneumatycznego transportu paliwa węglowego za pomocą specjalnych dyfuzorów. Badania wykazały, że kolana i rozdzielacze pyłoprzewodów powodują nierównomierny rozdział mieszaniny pyłowo-powietrznej przenosząc większe cząstki w pobliżu grzbietu łuku rury. Te zagęszczone strugi mieszaniny przechodząc przez pyłoprzewody powodują silną erozję i przedwczesne zużycie materiału rur. W rozdzielaczach pyłoprzewodów powstaje efekt „sznura”, który uniemożliwia równomierne rozprowadzanie paliwa. Skutecznym środkiem zaradczym okazało się zainstalowanie dyfuzorów VARB.
Producent wytwarza dwa główne typy dyfuzorów, a mianowicie VARB dla ogólnych zastosowań i HVARB dla poziomych rurociągów. Trzeci rodzaj S-VARB służy do usuwania wspomnianego efektu przy przepływach mieszaniny o wirującym charakterze. Ważnym elementem tych układów jest zawór sterujący instalowany między wylotem z dyfuzora a wlotem do rozdzielacza. Zawór ten prowadzi ciągłą regulację przepływu mieszaniny do poszczególnych odnóg rozdzielacza dla zapewnienia równomierności tych strumieni.
Technologia VARB wkracza do brytyjskich, a także zagranicznych elektrowni węglowych.
W jednej z nich odnotowano 50-procentową redukcję zawartości węgla w popiele. W innej stwierdzono oszczędność 45-48 ton węgla dziennie na kotle bloku 600 MW. W Kanadzie układy VARB przyniosły obniżenie zużycia oleju używanego do stabilizacji płomienia przy niskim obciążeniu; równomierny rozpływ paliwa przyczynia się bowiem do skracania płomienia i zapobiega jego „zrywaniu” lub „cofaniu”. Dotychczasowa eksploatacja potwierdziła również inne zalety wynalazku, takie jak zmniejszenie ilości, ciśnienia i prędkości powietrza dla transportu pyłu oraz wydłużenie żywotności pyłoprzewodów.
Następnym wynalazkiem firmy Greenbank przewidzianym dla poprawy eksploatacji kotłów okazał się system monitoringu przepływu węgla PfMaster. Dotychczas brak było skutecznych metod ciągłej kontroli przepływu mieszaniny pyłowo-powietrznej do palników kotła. Podstawowym sposobem pomiaru rozpływu strumieni paliwa było użycie próbkujących sond, co okazywało się czasochłonne i przy tym nie zawsze dokładne. Czujniki systemu PfMaster realizują ciągłe badanie przepływu mieszaniny w rurociągach. Elektrostatyczne przyrządy w kształcie pierścieni opasujących wnętrze rurociągu wykrywają tworzenie „sznura” węglowego i ewentualne zawirowanie strumienia. Czujnik systemu wykrywa pola elektrostatyczne związane z cząstkami pyłu. Urządzenie jest odporne na zużycie erozyjne wskutek oddziaływania przez pył oraz na zmiany ciśnienia w rurociągu. Układ elektroniczny czujnika wzmacnia i przesyła sygnały pomiarowe do szafy sterowniczej, gdzie zbierane są wyniki pomiarów prędkości i natężenia przepływu paliwa. Na ich podstawie system wyznacza rozpływ paliwa w instalacji każdego zespołu młynowego. Procentowy pomiar koncentracji służy do zapewnienia prawidłowego stosunku w mieszaninie pyłowo-powietrznej. Pomiar prędkości wykorzystuje się do optymalnego doboru ilości powietrza pierwotnego. Należy zauważyć, że system nie wprowadza do rurociągów żadnej energii. Ta „pasywna” zasada działania czujników eliminuje wszelkie niebezpieczeństwa występujące w układach opartych na „aktywnych” sposobach pomiaru takich jak techniki mikrofalowe czy elektromagnetyczne. Z kolei układy elektroniczne zabezpieczono przed ewentualnym pojawieniem się napięcia (iskry) w badanym środowisku mieszaniny pyłowo-powietrznej, zaliczanym - jak wiadomo - do stref szczególnie zagrożonych wybuchem. Nowy system opracowany przy udziale naukowców ABB Instrumentation daje więc użytkownikom szereg korzyści i udogodnień, m.in. brak potrzeby kalibracji, wyeliminowanie ręcznego poboru próbek, obróbka danych on-line. System PfMaster zastosowany w połączeniu z technologiami VARB pozwala na dokładne sterowanie rozkładem przepływu węgla w czasie rzeczywistym.
Greenbank opracował także układ do analizy wielkości cząstek. Technologia ta zapewnia bezinwazyjny pomiar on-line rozmiarów cząstek różnych substancji transportowanej rurociągami. Metodę opracowano dla potrzeb pomiaru rozkładu wielkości cząstek paliw stałych, popiołów itp. W układzie wykorzystano płaski ekran laserowy, w którym oświetlane są przenikające go cząstki. W układzie cyfrowej wizualizacji odtwarzane i przetwarzane są obrazy za pomocą dedykowanego oprogramowania. Program synchronizuje laser i kamerę rejestrującą cząstki oświetlone przez promieniowanie laserowe. Obrazy są zapisywane na twardym dysku, skąd są pobierane do cyfrowej analizy ostrości śladów cząstek. Za pomocą specjalnych algorytmów program wyznacza wielkości poszczególnych cząstek. Laserowy pomiar opracowano dla wyeliminowania niedogodności dotychczasowych sposobów tej analizy tj. metody optycznego badania nieprzezroczystości strumienia pyłu, a także tradycyjnej analizy pobranych próbek. Nowa technologia przetwarza dużą liczbę obrazów w ciągu sekundy i natychmiast podaje liczbę oraz wielkość cząstek, określając przy tym ich rozkład. Przy analizie spalin wynalazek wyznacza ponadto stężenie pyłu w mg/m3.
Inną technologią rozwijaną przez naukowców firmy jest monitor zawartości węgla w popiele oznaczony skrótem G-CAM. Analizator ten wykorzystuje najnowocześniejszą technologię mikrofalową sprawdzoną w zastosowaniach wojskowych. Monitor dokonuje pomiaru pochłaniania i przesunięcia fazowego mikrofal przechodzących przez próbkę popiołu. W urządzeniu badane jest spowolnienie tych mikrofal w porównaniu z wzorcowym sygnałem w szerokim zakresie częstotliwości. Wiązka mikrofal o mocy zaledwie miliwatów podlega dielektrycznemu oddziaływaniu węgla, nie jest natomiast wrażliwa na obecność popiołu ani jego różnorodnych własności. Monitor G-CAM zaprojektowano do pracy ciągłej; zbędne są przeglądy i naprawy dzięki możliwości samooczyszczania sond i rurek przyrządu. Próbki popiołu są pobierane automatycznie zza podgrzewacza wody co 6-10 minut. Wykorzystane próbki są przekazywane do zbiornika w celu prowadzenia dalszej analizy lub kontroli dokładności monitora. Zatem również ten układ, podobnie jak wyżej przedstawione rozwiązania, dostarcza w czasie rzeczywistym personelowi eksploatacyjnemu i kontrolnemu niezbędnych informacji o pracy instalacji kotłowej. W rezultacie obsługa elektrowni uzyskuje szerokie możliwości nadzoru i optymalizacji działania swoich urządzeń.
|
|
|
|
