Control of Bubbling Fluidized Bed Conditions

The objectives of this master’s thesis were to understand the importance of bubbling fluidized bed (BFB) conditions and to find out how digital image processing and acoustic emission technology can help in monitoring the bed quality. An acoustic emission (AE) measurement system and a bottom ash camera system were evaluated in acquiring information about the bed conditions. The theory part of the study describes the fundamentals of BFB boiler and evaluates the characteristics of bubbling bed. Causes and effects of bed material coarsening are explained. The ways and methods to monitor the behaviour of BFB are determined. The study introduces the operating principles of AE technology and digital image processing. The empirical part of the study describes an experimental arrangement and results of a case study at an industrial BFB boiler. Sand consumption of the boiler was reduced by optimization of bottom ash handling and sand feeding. Furthermore, data from the AE measurement system and the bottom ash camera system was collected. The feasibility of these two systems was evaluated. The particle size of bottom ash and the changes in particle size distribution were monitored during the test period. Neither of the systems evaluated was ready to serve in bed quality control accurately or fast enough. Particle size distributions according to the bottom ash camera did not correspond to the results of manual sieving. Comprehensive interpretation of the collected AE data requires much experience. Both technologies do have potential and with more research and development they may enable acquiring reliable and real-time information about the bed conditions. This information could help to maintain disturbance-free combustion process and to optimize bottom ash handling system.

Tämän diplomityön tavoitteena oli ymmärtää, mikä merkitys kuplapetin olosuhteilla on ja selvittää, miten digitaalinen kuvankäsittely ja akustinen emissio voivat auttaa petin laadunvalvonnassa. Työssä arvioitiin akustisen emission (AE) mittausjärjestelmän ja pohjatuhkakamerasovelluksen käyttökelpoisuutta kuplapetin olosuhteiden valvonnassa. Työn teoriaosassa kuvataan kuplapetikattilan tekniikkaa ja kuplivan leijupetin ominaispiirteitä. Lisäksi selvitetään petimateriaalin karkenemisen syitä ja seurauksia. Työssä kuvaillaan kuplapetin valvomiseen käytössä olevia keinoja ja menetelmiä. Lisäksi esitellään AE tekniikan ja digitaalisen kuvankäsittelyn toimintaperiaatteita. Työn kokeellisessa osassa kuvataan tehty koejärjestely eräällä teollisuuden kuplapetikattilalla ja esitetään kokeissa saadut tulokset. Hiekankulutusta vähennettiin optimoimalla pohjatuhkankäsittely- ja hiekansyöttöjärjestelmiä. Kokeiden aikana kerättiin dataa AE mittausjärjestelmästä ja pohjatuhkakamerasovelluksesta. Lisäksi arvioitiin sovellusten käyttökelpoisuutta kuplapetin valvonnassa. Pohjatuhkan partikkelikokoa ja muutoksia partikkelikokojakaumassa valvottiin koejakson ajan. Kumpikaan sovelluksista ei ollut sellaisenaan valmis valvomaan petin kuntoa riittävällä tarkkuudella tai nopeudella. Pohjatuhkakameran määrittämä partikkelikokojakauma ei vastannut manuaalisen seulonnan tuloksia. Kokonaisvaltainen AE datan tulkinta vaatii paljon kokemusta. Molemmilla teknologioilla on potentiaalia. Tutkimuksen ja kehityksen avulla ne voivat tulevaisuudessa mahdollistaa luotettavan ja reaaliaikaisen tiedonsaannin kuplapetin olosuhteista. Tieto petistä auttaisi ylläpitämään häiriötöntä palamisprosessia ja optimoimaan pohjatuhkankäsittelyjärjestelmää.