Urządzenie do określania stopnia przemiału pyłu węglowego w młynach zasilających instalacje paleniskowe kotłów energetycznych

---

ZESPÓŁ AUTORSKI

Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technik Innowacyjnych EMAG

• Jerzy Gołąbek,
• Jarosław Smyła,
• Waldemar Sobierajski,
• Marian Gola

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Proponowane rozwiązanie doskonale trafia w potrzeby sektora energetycznego. W elektrowniach i elektrociepłowniach, występuje problem równomiernego rozdziału ilościowego i jakościowego pyłu o odpowiedniej granulacji. Pomiary stopnia przemiału są niezbędną częścią diagnostyki pracy młynów węgla. Parametr ten jest wykorzystywany do oceny pracy elementów mielących i ich regulacji. Młyny węglowe są urządzeniami pomocniczymi kotła. Elementy młynów ulegają stopniowemu zużyciu, czemu towarzyszyć może zmiana uziarnienia materiału mielonego. Zwiększenie udziału zbyt dużych cząstek pyłu, przyczynia się do wzrostu straty niecałkowitego spalania. Jednak zbytnie rozdrabnianie węgla wiąże się ze zwiększeniem zużycia energii potrzebnej do napędu młynów. Niezgodne z założeniami konstrukcyjnymi kotła przygotowanie paliwa, prowadzi do nieprawidłowego procesu spalania, a tym samym może oznaczać wzrost zanieczyszczeń, m.in. NOx i straty spalania. Opracowane rozwiązanie znacznie ograniczy to ryzyko, ponieważ pomiar może być realizowany w trybie ciągłym. Pozwoli to na bieżącą weryfikację pracy młynów, co przyniesie korzyści ekologiczne i ekonomiczne. Standardowy pomiar kontrolny wykonywany jest poprzez izokinetyczny pobór próbek pyłu wg określonej normy i określenie reszt sitowych na sitach (najczęściej o oczkach 0,2 mm i 0,09 mm). Jest to działanie okresowe, wybiórcze, pracochłonne, a wyniki otrzymywane są z kilkugodzinnym opóźnieniem. Mimo podejmowanych różnych prób (metody na podczerwień i metody laserowe), na świecie brakuje skutecznej metody do pomiarów ciągłych tego typu parametru. Nowatorskie podejście do zagadnienia, polega na integracji różnych technik pomiarowych (szczególnie bazujących na zjawiskach tryboelektrycznych) z zastosowaniem inteligentnego algorytmu. Dzięki wynalazkowi z pozycji nastawni możliwy jest monitoring jakości (stopnia przemiału) podawanego do palników paliwa, a także w oparciu o obserwację zmian jakości przemiału planowanie remontu młynów.

ISTOTA WYNALAZKU

Opisywane urządzenie składa się z grupy czujników montowanych bezpośrednio w pyłoprzewodzie kotła energetycznego/cieplnego, koncentratora danych oraz jednostki przetwarzającej. Pyłoprzewód jest odcinkiem rurowym, w którym transportowany jest pyl węglowy z młyna do palnika kotła. Taki pyłoprzewód ma zwykle średnicę powyżej 300mm. Wewnątrz transportowany jest pył węglowy wraz z gorącym powietrzem. Prędkość takiej mieszaniny zwykle przekracza 100 km/h. Warunki pomiarowe są bardzo wymagające i należy dodatkowo podkreślić, że jest to strefa zagrożona wybuchem, przez co wymagane jest spełnienie dyrektywy Atex.
Sposób określania stopnia przemiału pyłu węglowego w młynach węglowych zasilających instalacje paleniskowe kotłów energetycznych polega na tym, że w rurociągu/pyłoprzewodzie, mierzy się w czasie rzeczywistym sondą tryboelektryczną wartość natężenia prądu elektrycznego z równoczesnym pomiarem osobną sondą pomiarową strumienia mieszaniny powietrza z pyłem węglowym - kalibrowanej za pomocą sondy trójsygnałowej, ciśnienie, temperaturę oraz wilgotność mieszaniny powietrza z pyłem węglowym oraz wartość ciśnienia otoczenia i temperatury otoczenia. Surowe wyniki pomiarów kierowane są do koncentratora danych, skąd po odpowiednim przetworzeniu, trafiają do jednostki nadrzędnej. W jednostce tej obliczany jest w sposób ciągły stopnień przemiału pyłu węglowego z młyna węglowego z zależności empirycznej.
Z punktu widzenia eksploatatorów kotłów istotne jest to, że montaż urządzenia nie wymaga skomplikowanych operacji. Wymagane jest jedynie przygotowanie łącznie 5 niewielkich otworów w pyłoprzewodzie i przyspawanie króćców montażowych. Całość zasilana jest z dostępnej sieci ~230V a moc urządzenia nie przekracza 60W.
Wyniki pomiaru stanowią źródło informacji o jakości przemiału. Istnieje jednak możliwość rozszerzenia funkcjonalności. Urządzenie to może zostać włączone w układ sterujący np. podawaniem modyfikatorów procesu spalania, jeśli instalacja jest w takie wyposażona.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Główne grupy docelowe stanowią:
1. Elektrownie i elektrociepłownie z kotłami opalanymi pyłem węgla kamiennego
2. Producenci młynów do mielenia węgla kamiennego.
W Polsce istnieje 12 dużych elektrowni i elektrociepłowni z 67 blokami od ok.100 MW do 500 MW. Każdy blok wyposażony jest w min. 4 młyny (max.6). Zakłady te wyposażone są w 274 młyny. w Elektrownie z kotłami opalanymi pyłem węglowym eksploatowane są również w takich krajach jak Niemcy, Czechy, Ukraina, Wielka Brytania, USA, RPA i Australia. Tam też należy szukać nabywców tego systemu.
Grupa 2.
Bazując na danych katalogowych jednego z wiodących w Polsce producentów młynów wynika, że firma ta wyprodukowała i sprzedała do 2023 roku ponad 1800 młynów różnych typów. Dowodzi to skali rynku. Należy brać również pod uwagę globalnych, światowych producentów młynów, którzy stale oferują i rozwijają swoje produkty dla sektora energetycznego.