Wysokoczęstotliwościowy indukcyjny piec rurowy do wyznaczania temperatury topliwości popiołu

pol Article in Polish DOI: 10.14313/PAR_236/45

send Igor Piotr Kurytnik *, Stanisław Lis **, Marcin Tomasik **, Piotr Nawara ** * Małopolska Uczelnia Państwowa im. rot. W. Pileckiego, Instytut Zarządzania i Inżynierii Produkcji ** Uniwersytet Rolniczy, Wydział Inżynierii Produkcji i Energetyki

Download Article

Streszczenie

Praca opisuje problematykę wyznaczania temperatury topliwości popiołu za pomocą indukcyjnego pieca rurowego wykonanego wg autorskiego projektu, realizującego proces spalania (stapiania) próbek popiołu zgodnie z normą z PN-ISO-540:2001. Proces ten jest kontrolowany przez sterownik PLC z zaprogramowanym algorytmem regulacji i stabilizacji temperatury PID, urządzenie wyposażone jest w termoparę typu S oraz system cyfrowej rejestracji i analizy obrazu. Rejestracja obrazu jest niezbędna do wyznaczenia temperatury płynięcia popiołu, wartość ta jest identyfikowana przy zmianie stanu skupienia z stałego w ciekły, próbka popiołu przechodzi z walcowatego kształtu w płynną postać. Prowadzone badania są niezwykle ważne w kontekście spalania biomasy w kotłach, dobór optymalnej temperatury spalania pozwoli przeciwdziałać powstawaniu ceramicznej warstwy na ściankach kotła, która pogarsza jego właściwości eksploatacyjne i w szerszej perspektywie czasu doprowadzi do jego wyłączenia z eksploatacji. Wybrane elektrociepłownie są zobligowane do spalania biomasy w ramach realizacji polityki wzrostu udziału energii odnawialnej w ogólnym bilansie energetycznym, m.in. przez wykorzystanie biomasy. Ponieważ pochodzenie biomasy jest zróżnicowane, stąd również jej skład fizyko-chemiczny jako paliwo jest niejednorodny, dlatego elektrociepłownie muszą określać temperaturę płynięcia popiołu dla poszczególnych partii tego paliwa.

Słowa kluczowe

cyfrowa analiza obrazu, pomiar temperatury, topliwość popiołu, wysokotemperaturowy piec indukcyjny

High Frequency Induction Tube Furnace for Determining Ash Melting Temperature

Abstract

The work describes the problem of determining the fusibility of ash using an induction tube furnace made according to the author’s project, carrying out the process of burning (melting) ash samples in accordance with the PN-ISO-540: 2001 standard. This process is controlled by a PLC with a programmed PID temperature regulation and stabilization algorithm, the device is equipped with a S-type thermocouple and a digital image recording and analysis system. Image registration is necessary to determine the ash flow temperature, this value is identified when the state of aggregation changes from solid to liquid, the ash sample passes from a cylindrical shape to a liquid form. The conducted research is extremely important in the context of biomass combustion in boilers, the selection of the optimal combustion temperature will prevent the formation of a ceramic layer on the boiler walls, which deteriorates its operational properties and in the longer term will lead to its decommissioning. Selected combined heat and power plants are obliged to burn biomass as part of the policy of increasing the share of renewable energy in the overall energy balance, including by using biomass. Because the origin of biomass is varied, hence its physico-chemical composition as a fuel is  heterogeneous, therefore CHP plants must determine the ash flow temperature for individual batches of this fuel.

Keywords

ash melting, digital image analysis, high temperature induction furnace, temperature measurement

Bibliography

  1. Obernberger I., Nutzung fester Biomasse in Verbrennungsanlagen unter besonderer Berücksichtibunb des Verhaltens aschebildender, Elemente, Schriftenreihe „Thermische Biomassenutzung“, Band 1, dbv-Verlag der Technischen Universität Graz, Graz, Österreich, 1997.
  2. Van Loo S., Koppejan J., (eds.) Handbook of Biomass Combustion and Co-firing, IEA Bioenergy Task 32, London, 2002.
  3. Kalembasa D., Ilość i skład chemiczny popiołu z biomasy roślin energetycznych. „Acta Agrophysica”, Vol. 7, Nr 4, 2006, 909–914.
  4. Kurytnik I.P., Juszkiewicz Z., Metodyczne błędy pomiaru temperatury termometrem przemysłowym, „Pomiary Automatyka Robotyka”, R. 22, Nr 1, 2018, 57–58, DOI: 10.14313/PAR_227/57.
  5. Lis S., Tomasik M., Nęcka K., Dróżdż T., Nawara P., Wrona P., Oziembłowski M., Konstrukcja i analiza modelu symulacyjnego układu sterowania piecem indukcyjnym, „Przegląd elektrotechniczny”, Nr 12, 2015, 147–151, DOI: 10.15199/48.2015.12.37.
  6. Wojnar L., Kurzydłowski K.J., Szala J., Praktyka analizy obrazu. Wyd. Polskie Towarzystwo Stereologiczne, Kraków 2002.
  7. Nęcka K., Lis S., Dróżdż T., Nawara P., Wrona P., Oziembłowski M., Charakterystyka prototypowego stanowiska laboratoryjnego do badania topliwości popiołu metodą rurową. „Przegląd Elektrotechniczny”, Nr 1, 2016, 109–112, DOI: 10.15199/48.2016.01.26.
  8. Tomasik M., Lis S., Nęcka K., Oziembłowski M., Kiełbasa P., Dróżdż T., Nawara P, Ostafin M., Sterowanie piecem indukcyjnym do laboratoryjnego spalania biomasy, „Przegląd elektrotechniczny”, Nr 12, 2016, 173–177, DOI: 10.15199/48.2016.12.44.
  9. Gąsiorski A., Posyłek Z., Nietypowe rozwiązanie indukcyjnego wysokoczęstotliwościowego pieca tyglowego, „Przegląd Elektrotechniczny”, R. 89, Nr 12, 2013, 230–233.
  10. Gąsiorski A., Posyłek Z., Praktyczna realizacja rezonansowego falownika szeregowego pracującego z potrojoną częstotliwością względem częstotliwości przełączania elementów, „Przegląd Elektrotechniczny”, R. 89, Nr 12, 2013, 370–373.
  11. Mućko J., Tranzystorowe falowniki napięcia z szeregowymi obwodami rezonansowymi, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy Rozprawy Nr 148, Wyd. Uczelniane Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego, Bydgoszcz 2011.
  12. Gąsiorski A., Posyłek Z., Kiełbasa P., Oszczędny jednofazowy falownik do grzania indukcyjnego z odzyskiem energii pracujący z trzecią harmoniczną, „Przegląd Elektrotechniczny”, Nr 12, 2017, 95–98, DOI: 10.15199/48.2017.12.24.
  13. Chungen Yin, Lasse A. Rosendahl, Sřren K. Kaer, Grate-firing of biomass for heat and power production, Institute of Energy Technology, Aalborg University, Denmark, Progress in Energy and Combustion Science, Nr 34, 2008, 725–754, DOI: 10.1016/j.pecs.2008.05.002.
  14. Kowalczyk-Juśko A., Źródła biomasy na cele energetyczne, „Bioenergetyka podkarpacka”. B. Kościk (red.). PWSZ w Jarosławiu, 2007.
  15. Małkiński W., Zając J., Wybrane problemy wizyjnej analizy właściwości termicznych materiałów przy wykorzystaniu analizatora do wyznaczania punktów charakterystycznych przemian fazowych, „Elektronika – konstrukcje, technologie, zastosowania”, Vol. 54, Nr 4, 2013, 51–55.
  16. Gawlik J., Magdziarczyk W., Wojnar L., Analiza fraktalna struktury geometrycznej powierzchni, Mat. Konf. pt. Innowacje w Zarządzaniu i Inżynierii Produkcji, Zakopane, 382-396, 2011.
  17. Rybak W., Spalanie i współspalanie biopaliw stałych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2006.