SYSTEM MECHATRONICZNY MONITOROWANIA I OSTRZEGANIA PRZED OSUWISKAMI
MECHATRONIC SYSTEM OF LANDSLIDE MONITORING AND WARNING
Zbigniew Bednarczyk – Poltegor-Instytut IGO, Wrocław
W artykule przedstawiono wstępne wyniki z realizacji projektu „Mechatroniczny system sterowania, diagnostyki i zabezpieczeń w górnictwie węgla bruntanego” zadanie nr 4 „System mechatroniczny monitorowania i ostrzegania przed osuwiskami”. Projekt finansowany jest przez Unię Europejską w ramach programu Innowacyjna Gospodarka. Na osuwiskach w Beskidzie Niskim, w województwie małopolskim zainstalowano pierwszy w Polsce bezobsługowy system monitoringu osuwisk i ostrzegania o zagrożeniach. Obecnie prowadzone są prace związane z uruchomieniem transmisji danych do Internetu. Rejon wybrany dla instalacji systemu cechuje się niekorzystnymi warunkami geologiczno-inżynierskimi, wyrażającymi się występowaniem czynnych procesów geodynamicznych, zaleganiem do głębokości 7-20m miękkoplastycznych gruntów spoistych z przewarstwieniami zwięzłych piaskowców oraz płytkim zaleganiem wód gruntowych. Ciągły monitoring z wykorzystaniem automatycznych urządzeń rejestrujących przez okres, co najmniej dwóch lat, umożliwi poznanie skali tych procesów, a także wysyłanie alarmów i ostrzeżeń o istniejących zagrożeniach dla drogi powiatowej i nowego mostu na rzece Bystrzance. Celowość wykonywanych badań została potwierdzona w umowie pomiędzy Poltegorem-Instytutem a Dyrektorem Powiatowego Zarządu Drogowego w Gorlicach.
Preliminary results of task no 4 „Mechatronic System Of Landslide Monitoring And Warning” in research project „Mechatronic System Of Steering Diagnosis And Counteraction In Opencast Mining” is presented. Project is financed by the European Union. Inside the project on the landslide in Beskid Niski Mountains, Malopolskie District first fully automatic landslide warning system had been installed. Data transfer to the Internet system is now under installation progress. Region chosen for the project is characterized by the high landslide risk and difficult engineering geology conditions with active mass movements to the depth of 7-20m below the natural terrain level. Layers were represented mainly soft clayey soils interbeded by stiff sandstones with shallow groundwater level. Continuous monitoring with automatic data loggers by the period of two years should allow recognizing landslide processes nature and delivering alarm warning for public road and a new bridge in risky conditions. For project results implementation an agreement between Poltegor-Institute and Gorlice Local Road Administration had been signed.
ROZWÓJ BADAŃ I ZAAWANSOWANIE PRAC W ZAKRESIE MECHATRONICZNEGO SYSTEMU STEROWANIA I DIAGNOSTYKI MASZYN GÓRNICTWA ODKRYWKOWEGO
RESEARCH DEVELOPMENT AND ADVANCEMENT IN THE FIELD OF MECHATRONICAL STEERING SYSTEM AND DIAGNOSTICS OF OPENCAST MINING MACHINES
Szepietowski Stefan W. – Poltegor-Instytut IGO, Wrocław
W Poltegorze-Instytucie od kwietnia 2008 roku realizowany jest projekt rozwojowy „Mechatroniczny system, diagnostyki i zabezpieczeń w maszynach górnictwa odkrywkowego” ujęty w Programie Operacyjnym Innowacyjna Gospodarka, współfinansowanym z funduszy unijnych. Realizacja projektu kończy się w marcu 2012 roku. W artykule scharakteryzowano początki badań prowadzonych w Instytucie z zakresu sterowania i diagnostyki maszyn urabiających, przedstawiono charakterystykę projektu, opisano obecny stan jego realizacji i określono zamierzenia jakie mają być wykonane podczas dalszej realizacji projektu.
Project entitled “Mechatronical Systems for Technological Processes Control and Enhancement of Large Machines Exploitation Safety” included in the Operational Programme “Innovative Economy” and co-financed by the European Union has been realized by Poltegor-Institute since April 2008. The project will have been finished by March 2012. Beginning of the research on steering and diagnostics of exploitation machines conducted by Poltegor-Institute has been presented in the paper. Characteristics of the project, current realization stage and plans to be realized in the project have been discussed in the paper.
IDENTYFIKACJA PARAMETRYCZNEGO MODELU ZABIERKI W MECHATRONICZNYM SYSTEMIE STEROWANIA FRONTEM EKSPLOATACYJNYM
IDENTIFICATION OF PARAMETRICAL SHORTWALL MODEL IN THE MECHATRONICAL SYSTEM OF EXCAVATION FRONT STEERING
Anna Nowak, Andrzej Strempski, Adam Bajcar – Poltegor-Instytut IGO, Wrocław
Opisano prace wykonywane w ramach projektu pt.: ,,Mechatroniczny system sterowania, diagnostyki i zabezpieczeń w maszynach górnictwa odkrywkowego” w zadaniu nr 5 pt.: ,,Mechatroniczny system sterowania koparką kołową”, zmierzające do opracowania i zastosowania rozwiązań, które umożliwią wdrożenie zoptymalizowanego procesu urabiania kopalin oraz zbierania nadkładu a w efekcie zwiększenie wydajności koparek. Przedstawiono proponowaną przez prof. W. Kołkiewicza metodę parametrycznej optymalizacji adaptacyjnej. Wykorzystuje ona utworzone wektory numeryczne czynników mających wpływ na eksploatację, a adaptacji podlegają jednocześnie rozwiązania i parametry sterujące pracą układu wydobywczego. Przedstawiono opracowaną metodykę budowy parametrycznego modelu zabierki dla potrzeb mechatronicznego sterowania koparką kołową.
Research activities conducted in the framework of the project “Mechatronical systems for technological processes control and enhancement of large machines exploitation safety” within task No 5 “Mechatronical system of wheel excavator steering” aiming at elaboration and application of solutions, which enable implementation of optimized mineral resources processing and overburden removal, resulting in the increase of excavators efficiency, have been presented in the paper. Parametrical adaptive optimization method proposed by Professor W. Kołkiewicz has been discussed. The method uses created numerical vectors of parameters influencing exploitation process. Solutions and steering parameters of exploitation system operation are simultaneously adapted. Elaborated methodology of shortwall parametrical model construction for the use of wheel excavator mechatronical steering have been presented.
MECHATRONICZNY SYSTEM STEROWANIA KOPARKĄ
MECHATRONICAL SYSTEM OF EXCAVATOR STEERING
Waldemar Kołkiewicz – Poltegor-Instytut IGO, Wrocław
Sterowanie wielonaczyniowymi koparkami kołowymi, to w ogólnym ujęciu dokonywanie wyboru wartości parametrów warunkujących przebieg i efekty realizowanego przez nie procesu roboczego. Zagadnienie to staje się, ze względu na pogarszanie się warunków zalegania eksploatowanych złóż oraz zaostrzających się kryteriów technicznych i ekonomicznych, przedsięwzięciem o coraz wyższym stopniu złożoności, wymagającym uwzględniania w podejmowanych decyzjach wieloparametrowych zależności i uwarunkowań oraz zróżnicowanych, często przeciwstawnych kryteriów. Warunkiem efektywnego doboru i sterownia koparkami w uwzględniającym kryterium maksymalnego wykorzystania potencjału układów wydobywczych oraz zachowania wymaganego stopnia bezpieczeństwa, jest stosowanie w coraz szerszym zakresie nowoczesnych metod bezpośredniej identyfikacji występujących zależności w obszarze decyzyjnym oraz poprzedzanie podejmowanych decyzji prognozowaniem skutków tych decyzji określonych ilościowymi efektami technologicznymi sterowanych koparek. Stosowaniu tych metod w praktyce służy przedstawiony w artykule model sterowania wielonaczyniowymi koparkami kołowymi w procesie urabiania skał i przestrzennego kształtowania frontu roboczego w zmiennych warunkach pracy koparek. Model został opracowany przy wykorzystaniu struktur systemowych stosowanych w mechatronice, to jest w dyscyplinie naukowej, której przedmiotem jest poprawa funkcjonalności systemów technicznych drogą ścisłego powiązanie komponentów mechanicznych, elektronicznych i technologicznych. Wymagany w mechatronice warunek zintegrowania poszczególnych dyscyplin uzyskano w modelu drogą odwzorowania w ujednoliconej przestrzeni cyfrowej obiektów i procesów związanych z eksploatacją. Podstawową funkcją modelu jest przetwarzanie, zakładanych wartości parametrów sterowania w prognozowane wyniki procesu roboczego oraz bezpośrednie parametry sterowania mechanizmami roboczymi koparek, przy uwzględnieniu warunków jego realizacji. System „przetwarzający” modelu tworzą odpowiednio skonfigurowane programy identyfikacyjno-symulacyjne, których bloki obliczeniowe opierają się na modelach matematycznych zależności występujących między parametrami sterowania i przestrzenią efektów sterowania. W artykule została przedstawiona struktura modelu obejmująca obszary odwzorowujące warunki pracy koparek, dobór parametrów sterowania i prognozowane efekty tego doboru oraz układy przekształcające, stanowiące ogniwa procesorów modelu, zadaniem których jest wzajemne przetwarzanie parametrów powyższych obszarów jak również wyznaczanie programu bezpośredniego sterowania ruchami mechanizmów roboczych koparek realizującymi założony zakres sterowania. Zastosowanie systemu tworzącego mechatroniczny model sterowania koparkami sprowadza się do następujących podstawowych zadań: – tworzenia podstaw do doboru zoptymalizowanych, w danych warunkach, parametrów sterowania procesami roboczymi koparek, – tworzenia bezpośrednich programów sterowania ruchami mechanizmów roboczych koparki realizujących założony przebieg procesu roboczego, – stworzenia, zweryfikowanego i zunifikowanego zbioru informacji, obejmującego obiekty i procesy związane z ogólnie ujętym procesem roboczym koparek, – dostarczania porównawczych modeli przebiegu i efektów procesu roboczego koparek warunkowanego tylko czynnikami technologicznie uzasadnionymi, to znaczy z wyeliminowaniem zewnętrznych deformacji przebiegu procesu. W zakończeniu artykułu przedstawione są czynniki motywujące i ograniczające stosowanie nowoczesnych technik informatycznych w organizacji i zarządzaniu odkrywkową eksploatacją złóż.
Bucket-wheel excavator steering, i.e. selection of parameters conditioning course and effects of realized working process in general, is currently becoming more and more complicated being a result of deteriorating deposit conditions of exploited beds as well as more restricted technological and economic criteria. This requires consideration of multiparametric relations and conditions as well as diversified criteria during decision making process. Applying modern methods of direct identification of existing dependences in the decision making process preceded with prediction of consequences of those decisions defined with quantitative technological effects of steered excavators is a condition of effective selection of excavators and their steering along with meeting criteria of maximal utilization of excavation systems potential as well as required safety level assurance. Model of bucket-wheel excavator steering during excavation process and three-dimensional formation of operation front in changing operation conditions presented in the article serve as a practical method described above. The model was elaborated applying system structures used in mechatronics, i.e. research field interested in improvement of technological systems functionality with direct connection to mechanical, electronic and technological components. Desired in mechatronics condition of particular disciplines integration was obtained in the model by imaging objects and processes in an unified digital space. The main function of the model is processing assumed values of steering parameters into forecasted results of working process as well as direct steering parameters of excavators’ working mechanisms with regard to conditions of process realization. “Processing” system of the model constitutes properly configured identification and simulation programs, and their computational units are based on mathematical models of dependences existing between steering parameters and steering effects. Structure of the model, which includes areas mapping conditions of excavator working process, selection of steering parameters and forecasted effects of this selection as well as conversion systems constituting links between model processes responsible for mutual processing of parameters of above mentioned areas and definition of program of directional steering with working mechanism of excavators realizing assumed steering scope, have been presented in the paper. Application of system constituting mechatronic model of excavator steering includes tasks, as follows: – creation of basis for selection of optimized parameters of excavator working process steering in particular conditions, – creation of direct programs of steering with movements of excavator working mechanisms realizing assumed course of working process, – creation, verification and unification of information set, including objects and processes connected with general working process of an excavator – elaboration of comparative models of course and effect of excavator working process conditioned only with technologically justified factors, i.e. elimination of external deformations of process course. Factors motivating and limiting application of modern computer techniques in organization and management of deposit opencast exploitation have been presented at the end of the paper.
MECHATRONICZNY MODEL SYSTEMU STEROWANIA RUCHAMI TRANSPORTERA GĄSIENICOWEGO
MECHATRONIC CONTROL SYSTEM MODEL OF CATERPILLAR CONVEYOR MOVEMENTS
Zygmunt Domagała – Instytut Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, Politechnika Wrocławska
Krzysztof Poterała – Poltegor-Instytut IGO, Wrocław
Użytkowane w górnictwie odkrywkowym transportery gąsienicowe napotykają na bariery i ograniczenia w przypadkach jazdy z ładunkiem po drogach o znacznych nachyleniach i różnych rodzajach podłoża. Aby przełamać te trudności należy w systemie mechaniczno – elektronicznym sterowania procesem jazdy zminimalizować jego wady. Realizacja tego pomysłu wymaga poznania zjawisk fizycznych zachodzących w tego typu układach. Ponieważ nie istnieje możliwość przeprowadzenia badań eksperymentalnych, to ułożono modele matematyczne: napędu gąsienicy oraz układu hydraulicznego podnoszenia stacji napędowych przenośników taśmowych i innych ładunków a następnie modeli symulacyjnych. Na podstawie tak przeprowadzonych badań symulacyjnych wyciągnięto wnioski mające na celu poprawę systemu sterowania napędu jazdy i napędu podnoszenia.
Caterpillar conveyors used in opencast mining face barriers and limitations in case of transporting load on roads characterized by significant slopes and different soil types. To overcome these difficulties disadvantages of a driving process should be minimized in mechanical-electronic control system. Realizing this idea requires knowledge of physical phenomena occurring in such systems. Due to no possibility of carrying out experimental research mathematical models of conveyor drive and system of hydraulic lifting of belt conveyor drive station and afterwards simulation models were established. On the basis of simulation studies conclusions aiming at improvement of drive control system were drawn.
MECHATRONICZNY SYSTEM CIĄGŁEJ DIAGNOSTYKI WYTĘŻENIA USTROJU NOŚNEGO MASZYN GÓRNICTWA ODKRYWKOWEGO
MECHATRONIC SYSTEM FOR CONTINUOUS EFFORT DIAGNOSTICS OF LOAD CARRYING STRUCTURE IN OPENCAST MINING MACHINES
Jerzy Alenowicz, Marek Onichimiuk, Marian Wygoda – Poltegor-Instytut IGO, Wrocław
Przedstawiono przyczyny podjęcia prac zmierzających do budowy systemu ciągłej diagnostyki wytężenia ustroju nośnego maszyn górnictwa odkrywkowego. Określono główne zadania systemu. Zamieszczono schemat systemu wraz z opisem działania poszczególnych jego modułów. Podano zasady doboru punktów pomiarowych na ustrojach nośnych objętych ciągłą diagnostyką wytężenia. Zaprezentowano zalety wynikające z zastosowania systemu w eksploatacji maszyn podstawowych górnictwa odkrywkowego. Wskazano na możliwości wdrożenia systemu w odniesieniu do maszyn górnictwa odkrywkowego oraz innych maszyn i urządzeń gdzie istnieje realne ryzyko uszkodzenia konstrukcji w wyniku oddziaływania procesów zmęczenia metali.
Foundations for carrying out research aiming at construction of mechatronic system for continuous effort diagnostics of load carrying structure in opencast mining machines are introduced in the paper. Main functions of the system are defined. Scheme of the system along with description of its particular modules are given. Rules for selection of measuring points at load carrying structures subjected to continuous effort diagnostics are introduced. Advantages resulting from system implementation into exploitation of basic opencast mining machines are presented. Possibilities of system application with regard to opencast mining machines or other machines and devices, which structures might possibly get damaged as an effect of acting metal fatigue processes, were indicated.
KOMPLEKSOWY SYSTEM MONITOROWANIA I SYGNALIZACJI ZAGROŻEŃ POŻAROWYCH MASZYN PODSTAWOWYCH
COMPLEX FIRE MONITORING AND SIGNALING SYSTEM FOR BASIC MACHINES
Edward Sobczyński, Witold Jędrychowski – Poltegor-Instytut IGO, Wrocław
W artykule przedstawiono cel oraz poszczególne etapy realizacji pracy w zadaniu badawczym pt. „Kompleksowy system monitorowania i sygnalizacji zagrożeń pożarowych dla maszyn podstawowych”. Przedstawiono możliwości rozbudowy układów sygnalizacji pożarowej o ochronę dotychczas nie chronionych pomieszczeń technologicznych i elementów ruchomych przenośników taśmowych maszyn górniczych. Podano wyniki badań przyrostu i rozkładu temperatur w bębnach taśmociągu w warunkach zagrożenia pożarowego. Scharakteryzowano doświadczalne układy modeli sieci bezprzewodowych inteligentnych czujników temperatury i liniowych czujników temperatury, przedstawiono badania laboratoryjne modelu doświadczalnego systemu sygnalizacji pożarowej maszyn górniczych. Podano sposób realizacji kolejnych etapów pracy we współpracy z KWB Bełchatów na wytypowanej przez kopalnię koparce SRs 2000.
The aim and particular stages of activities realized within a research task entitled ”Complex fire monitoring and signaling system for basic machines” are given in the paper. Possibilities to extend fire signaling systems with protection of so far unprotected technological rooms and moving elements of conveyor belts in mining machines are presented. Results of investigation on temperature increase and distribution in conveyor drums under fire emergency conditions are introduced. Experimental model systems of wireless networks of intelligent temperature sensors and linear temperature sensors are characterized, laboratory research on a model of experimental system of fire signaling for mining machines is presented. Means of realization of particular research stages in cooperation with KWB Bełchatów are given for excavator SRs- 2000 selected by the mine.
PILOTOWY SYSTEM GEOINFORMACJI DLA WYBRANYCH REJONÓW EKSPLOATACJI SUROWCÓW SKALNYCH W WOJEWÓDZTWIE DOLNOŚLĄSKIM
PILOT GEOINFORMATION SYSTEM FOR SELECTED AREAS OF NATURAL STONE EXPLOITATION IN THE LOWER SILESIA REGION
Jan Blachowski – Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii, Politechnika Wrocławska
Andrzej Bednarz, Andrzej Borowicz, Michał Duczmal, Grażyna Ślusarczyk, Joanna Specylak-Skrzypecka – Poltegor-Instytut IGO, Wrocław
Informacja o stanie środowiska jest wciąż w zbyt małym stopniu wykorzystywana w procedurach zarządzania, prowadzonych na wszystkich szczeblach administracji państwowej i publicznej w kraju. Jednocześnie coraz większe wymagania stawiane w zakresie ochrony i zarządzania zasobami środowiska wymagają zaawansowanych narzędzi informatycznych do pracy z dostępnymi obecnie danymi. Ze względu na przestrzenny charakter informacji, naturalnym kierunkiem jest zastosowanie technologii systemów informacji geograficznej (GIS). W artykule przedstawiono prace nad pilotowym systemem geoinformacyjnym o zasobach surowców skalnych, który opracowywany jest w Instytucie Górnictwa Odkrywkowego Poltegor Instytut we Wrocławiu we współpracy z Instytutem Górnictwa Politechniki Wrocławskiej. W celu określenia zakresu funkcjonowania tworzonego pilotowego systemu geoinformacyjnego realizowanego w ramach projektu „Strategie i scenariusze technologiczne zagospodarowania i wykorzystania złóż surowców skalnych”, przeprowadzono analizę uwarunkowań i potrzeb geologa wojewódzkiego i geologów powiatowych w województwie dolnośląskim. Rozpoczęto również prace nad tworzeniem Bazy Danych Geologicznych Surowców Skalnych stanowiącej element systemu geoinformacyjnego. W realizowanym projekcie, do budowy systemu zostanie wykorzystane oprogramowanie ArcGIS Server firmy ESRI, posiadające narzędzia do tworzenia serwisów mapowych dostępnych przez przeglądarkę internetową oraz udostępniania danych przestrzennych w różnych formatach.
Activities concerning establishment of pilot geoinformation system on natural stone resources are presented in the paper. The system is developed by “Poltegor” Institute of Opencast Mining, Wrocław in cooperation with the Institute of Mining Engineering at Wroclaw University of Technology. The analysis of requirements and needs of the geologist of the Lower Silesia voivodship and district geologists in the region was conducted in order to determine the extent of functioning of the pilot geoinformation system realized within the framework of the project “Strategies and Technological Scenarios of Management and Utilization of Natural Stone Deposits”. Construction of Geological Database of Natural Stone Deposits being an element of the geoinformation system has also started. Within the project ArcGIS Server software by ESRI, equipped with tools for creating mapping applications available via internet browser and sharing spatial data in different formats, is going to be used for the system establishment.
SCENARIUSZE ZAGOSPODAROWANIA KOMPLEKSU ZŁÓŻ WĘGLA BRUNATNEGO W REJONIE GUBINA
DEVELOPMENT SCENARIOS OF BROWN COAL DEPOSITS COMPLEX IN GUBIN AREA
Jerzy Bednarczyk, Anna Nowak – Poltegor – Instytut IGO, Wrocław
W ramach koordynowanego przez Poltegor – Instytut projektu foresight pt:,, Scenariusze rozwoju technologicznego przemysłu wydobycia i przetwórstwa węgla brunatnego” wykonano szereg prac badawczych uściślających warunki zalegania oraz jakość kompleksu złóż gubińskich. Przeprowadzona analiza wykazała, że w wymienionym rejonie zalega ogółem ponad 3 mld Mg, z czego 1 143,3 mln Mg w samym złożu Gubin. W artykule przedstawiono koncepcję eksploatacji kompleksu złóż gubińskich trzema wyrobiskami: Północnym, Południowym oraz Wschodnim. Pozwoliło by to na wydobycie 987,62 mln Mg węgla. Wydobycie węgla w ilości 22 mln Mg/rok uzasadnia budowę elektrowni o mocy 3 400 MW (4×850 MW) co z kolei daje roczną produkcję energii elektrycznej w wysokości 26 TWh. Stałe dostawy węgla mogłyby być realizowane przez okres 38 lat, do zakończenia eksploatacji wyrobiskiem Południowym. Do tego czasu konieczne by było udokumentowanie złóż w rejonie Lubska i rozpoczęcie ich eksploatacji. W przeciwnym razie, przez kolejne 11 lat, węgiel byłby dostarczany wyłącznie z wyrobiska Wschodniego, przez co dostawy węgla zmniejszone byłyby o połowę – do 11 mln Mg. W koncepcji przedstawiono aktualne i nowe rozwiązania elektrowni opalanych węglem brunatnym, które są, lub będą w przyszłości stosowane. Opisano rodzaje elektrowni i wybór rozwiązań dla elektrowni Gubin z charakterystyką parametrów bloków energetycznych w nawiązaniu do BAT (IPPC) i projektu nowej Dyrektywy Unii Europejskiej. Przedstawiono alternatywnie wybór bloków opalanych pyłem węglowym PC lub bloków fluidalnych OTU-CFB. Określono energię dostarczanego do elektrowni węgla brunatnego oraz moc i energię obliczeniową elektrowni Gubin z uwzględnieniem zmieniających się wartości opałowych węgla, wielkości jego dostaw, czasu efektywnej pracy elektrowni, zapasów węgla oraz jednostkowego jego zużycia dla produkcji energii elektrycznej.
In the framework of foresight project entitled: “Scenarios of technological development of brown coal mining and processing industry”, coordinated by Poltegor-Institute, a number of research activities specifying deposition conditions and quality of Gubin coal beds complex were conducted. Analysis demonstrated that more than 3 billion tons of coal were deposited in this area (1 143.3 million tones are only in Gubin deposit). Concept of Gubin deposits complex exploitation with three excavation fields: Północne, Południowe, Wschodnie, (North, South, East) has been presented in the paper. This concept enables excavation of 987.62 millions tones of coal. Output equal to 22 million tones per year justifies construction of 3 400 MW power plant (4×850 MW) and this will bring 26TWh of electric energy per year. Constant deliveries of coal could be realized for 38 years, until the end of Południowe excavation field exploitation. By that time it would be necessary to document deposits in the area of Lubsk and start exploitation there. Otherwise, for following 11 years, coal could be delivered exclusively from Wschodnie excavation field. In this situation however, deliveries would be decreased by 50%- to 11 million tones. Current and new solutions for brown coal power plants have been presented in this concept. Different types of power plants and selection of the best solutions for Gubin power plant with regard to BAT (IPPC) and the project of new EU directive have been discussed. Alternative selection of pulverized coal fired blocks (PC) and fluid blocks OUT-CFB have been presented. Energy from brown coal delivered to the power plant and designed power of Gubin power station have been defined with regard to changes of coal caloric value, delivery levels, power plant effective operation time, coal reserves and their unit consumption during energy production.
PROBLEMY USUWANIA ZANIECZYSZCZEŃ W TECHNOLOGII PODZIEMNEGO ZGAZOWANIA WĘGLA BRUNATNEGO – BADANIA, KONCEPCJA ROZWIĄZANIA
ISSUES OF IMPURITIES REMOVAL IN UNDERGROUND BROWN COAL GASIFICATIONTESTS, SOLUTIONS CONCEPT
Stefan Rzepa, Adam Marek – Poltegor – Instytut IGO, Wrocław
W technologii podziemnego zgazowania węgla brunatnego powstają produkty uboczne mogące spowodować skażenie środowiska naturalnego. W artykule przedstawiono analizy chemiczne wody poprocesowej ze zgazowania węgla brunatnego. Przedstawiono również wyniki badań przesączalności i wymywalności fenoli w warunkach przepływu przez naturalne utwory geologiczne dla określenia możliwości ich trwałego związania i ograniczenia rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń. Zaproponowano koncepcję technologii ograniczenia skutków skażeń wód podziemnych w procesie podziemnego zgazowania węgla brunatnego.
By-products, which may contaminate natural environment, are formed in the process of underground brown coal gasification. Chemical analyses of water from brown coal gasification have been presented in the paper. Test results of phenols filterability and leachability under conditions simulating natural geological structures have been discussed in the paper. Tests were conducted in order to define possibilities of durable bonding of phenols and limitation of pollution propagation. Technological concept of limiting consequences of groundwater contamination in underground brown coal gasification process has been introduced.
SYSTEM STEROWANIA, WIZUALIZACJI I ARCHIWIZACJI DANYCH PROCESOWYCH W LABORATORYJNEJ INSTALACJI ZGAZOWANIA WĘGLA
CONTROL SYSTEM, VISUALIZATION AND ARCHIVING OF PROCESS DATA IN A LABORATORY INSTALLATION OF COAL GASIFICATION
Karol Polinceusz – Poltegor-Instytut IGO, Wrocław
W artykule przedstawiono wybrane aspekty sytemu sterowania, wizualizacji i archiwizacji danych procesowych w laboratoryjnej instalacji zgazowania węgla zbudowanej przez Poltegor-Instytut Instytut Górnictwa Odkrywkowego. Kluczowym zagadnieniem dla sterowania procesem zgazowania jest temperatura i ciśnienie w gazogeneratorze oraz analiza składu gazu poreakcyjnego w czasie rzeczywistym. Znajomość tych parametrów pozwala na właściwe prowadzenie procesu zgazowania węgla. System sterowania i wizualizacji umożliwia dostęp w czasie rzeczywistym do istotnych z punktu widzenia prowadzenia procesu informacji procesowych oraz stanu urządzeń pracujących w instalacji.
The article presents some aspects of the control system, visualization and archiving of process data in a laboratory installation of coal gasification built by the Poltegor-Institute Institute Opencast Mining. A key issue for the control gasification process is temperature and pressure modeling in gasifier and analysis of post-reaction gas composition in real time. Knowledge about process parameters allows proper handling of the coal gasification process. System of control and visualization facilitate access process information and devices functions.
MODELOWANIE PROCESU ZGAZOWANIA WĘGLA BRUNATNEGO Z WYKORZYSTANIEM METOD RÓWNOWAGOWYCH
CHEMICAL MODELING OF LIGNITE GASIFICATION PROCESS BY EQUILIBRIUM METHODS
Magdalena Król – Poltegor-Instytut IGO, Wrocław
W artykule zaprezentowano wybrane aspekty modelowania procesu podziemnego zgazowania węgla w odniesieniu do chemizmu procesu. Omówiono czynniki limitujące stworzenie uniwersalnego modelu procesu. Przeprowadzono wstępną analizę wpływu warunków prowadzenia procesu na skład otrzymanego gazu. Przedstawiono wyniki obliczeń równowagowych procesu zgazowania węgla brunatnego z kopalni Sieniawa, które wykonano w celu określenia zakresu optymalnych warunków temperatury, ciśnienia i stosunku reagentów do otrzymania gazu bogatego w wodór.
Selected aspects of underground coal gasification modeling with reference to chemical mechanism of the process are presented. Limitations of universal process model creation are reviewed. Preliminary analysis of process operation conditions influence on gas composition is given. Results of equilibrium computations of gasification process of lignite from Sieniawa deposit are given. Obtained data have been calculated in order to determine optimal parameters of temperature, pressure and reagents ratio for production of hydrogen enriched gas.
ZAWARTOŚĆ WYBRANYCH PIERWIASTKÓW W WĘGLU BRUNATNYM Z KOPALNI SIENIAWA I POPIOŁACH POZOSTAŁYCH PO PROCESIE ZGAZOWANIA
THE CONTENT OF CHOSEN CHEMICAL ELEMENTS IN RAW BROWN COAL FROM SIENIAWA COAL MINE AND GASIFICATION ASHES
Fabiola Bubel, Adam Grzelak – Poltegor-Instytut IGO, Wrocław
Maciej Durkalec – Uniwersytet Przyrodniczy, Wrocław
W pracy przedstawiono wyniki analiz zawartości pierwiastków w surowym węglu brunatnym pochodzącym z kopalni Sieniawa oraz popiołach pozostałych po procesie zgazowania tego węgla, prowadzonego z lekkim niedoborem O2, w temperaturze 1100 oC i ciśnieniu w zakresie 4 – 7 Ba, w modułowym reaktorze w Laboratorium Zgazowania Węgla IGO-Poltegor we Wrocławiu. Zawartość metali (Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) oznaczono przy pomocy urządzenia FAAS 3100 firmy Perkin Elmer po wykonaniu dwuetapowej mineralizacji mikrofalowej prób w piecu Speedwave MSW-2, a stężenie Hg spektrometrem absorpcji atomowej AMA 254. Spośród analizowanych pierwiastków w surowym węglu brunatnym najwięcej było żelaza (97340,89 ppm), a najmniej rtęci (0,0569 ppm). Zawartość pozostałych pierwiastków w węglu kształtowała się w zakresie 4,91 ppm (Cr) – 55,87 ppm (Zn). Zawartość metali w popiołach pozostałych po procesie zgazowania węgla była od kilku do kilkunastu razy większa niż w węglu brunatnym. Największą zawartość odnotowano dla żelaza (78705,65 ppm), a najmniejszą dla rtęci (0,00672 ppm). Zawartość pozostałych pierwiastków w popiołach kształtowała się w zakresie 5,50 ppm (Cd) – 716,38 ppm (Mn). Znacznie niższa zawartość rtęci (Hg) w popiele po zgazowaniu węgla, w porównaniu do jej zawartości w surowym węglu brunatnym, świadczy o łatwym przechodzeniu tego pierwiastka z fazy stałej do gazowej.
Content of chemical elements in raw brown coal from Sieniawa Coal Mine and ashes formed during gasification of that coal was analyzed and the results are presented in the paper. Gasification was conducted with a slight depletion of O2 at temperature of 1100 °C and pressure ranging from 4 to 7 Ba in a module reactor in the Coal Gasification Laboratory at Poltegor-Institute, Wroclaw. Metal content (Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) was determined with the use of FAAS 3100 equipment by Perkin Elmer after completion of two-stage microwave mineralization of samples in the Speedwave MSW-2 furnace. Atomic absorption spectrometer AMA 254 was used for determination of Hg content. Among analyzed elements in raw brown coal the highest amount was noted for iron (97340,89 ppm), and the lowest for mercury (0,0569 ppm). The content of remaining elements in coal ranged from 4,91 ppm (Cr) to 55,87 ppm (Zn). Metal content in ashes formed in the coal gasification process was from a few to over a dozen times higher than in brown coal. The highest content was noted for iron (78705,65 ppm) and the lowest for mercury (0,00672 ppm). The amount of remaining elements ranged from 5,50 ppm (Cd) to 716,38 ppm (Mn). Significantly lower content of mercury (Hg) in gasification ash, compared to its content in raw brown coal, proves easy transformation of this element from solid to gas.
EKSPERYMENTALNE BADANIA CYKLICZNEGO ZGAZOWANIA WĘGLA BRUNATNEGO PARĄ WODNĄ/POWIETRZEM
EXPERIMENTAL STUDY ON STEAM/AIR PERIODIC LIGNITE GASIFICATION
Krzysztof Lis, Magdalena Król – Poltegor-Instytut IGO, Wrocław
W artykule omówiono wyniki procesów zgazowania węgla brunatnego ze złoża Sieniawa przeprowadzonych pod kątem wpływu warunków prowadzenia procesu na jego przebieg. Opisano dwa procesy, w modułowym reaktorze umożliwiającym odwzorowanie warunków podziemnego zgazowania badanego materiału. Procesy zgazowania prowadzono metodą cykliczną dozując naprzemiennie parę wodną i powietrze (powietrze wzbogacone w tlen). Badano wpływ czynników takich jak: procentowa zawartość tlenu w czynniku zgazowującym, jego ilość podawaną w czasie oraz długość i temperaturę początkową prowadzenia cykli para wodna/powietrze na skład otrzymanych gazów.
Process conditions and their influence on gasification run, based on gasification results of lignite from Sieniawa deposit has been discussed in this article. Two experiments conducted in module reactor enabling representation of underground deposit conditions have been described. Gasification was conducted through periodical injection of steam and air (air enriched with oxygen). Factors like: amount of oxygen in air, quantity of air injected into gasifier, oxygen/air injection cycles ratio, temperature at the start of steam injection and their influence on produced gas composition were analyzed.
BADANIA PRZEPUSZCZALNOŚCI GAZOWEJ UTWORÓW GEOLOGICZNYCH OTACZAJĄCYCH POKŁAD WĘGLA BRUNATNEGO
GAS PERMEABILITY MEASUREMENTS IN GEOLOGICAL FORMATIONS SURROUNDING BROWN COAL DEPOSITS
Adam Marek – Poltegor Instytut IGO, Wrocław
W artykule przedstawiono ogólny opis podziemnego zgazowania węgla brunatnego z uwzględnieniem problemów zapewnienia szczelności gazogeneratora. Wykonano wstępne badania przenikalności gazów przez utwory geologiczne otaczające pokłady węgla brunatnego. Określono parametry gazoprzepuszczalności lub szczelności utworów geologicznych występujących w kopalniach węgla brunatnego.
General description of underground brown coal gasification with regard to gasifier impermeability has been discussed. Preliminary tests on gas permeability in geological formations surrounding coal deposit have been conducted. Permeability parameters in brown coal mines have been defined.
ZGAZOWANIE WĘGLA BRUNATNEGO I WYKORZYSTANIE GAZU DO PRODUKCJI MOCZNIKA
BROWN COAL GASIFICATION AND GAS UTILIZATION FOR UREA PRODUCTION
Jerzy Bednarczyk – Poltegor-Instytut IGO, Wrocław
Przedstawiono wykonane w Poltegorze-Instytucie koncepcje budowy instalacji naziemnej zgazowania węgla brunatnego z potencjałem wytwórczym 1,2 mld m3 gazu oczyszczonego rocznie i produkcji z niego 860 tys. ton mocznika w roku z 4 mln t/r, węgla wydobywanego w kopalni Bełchatów. Zasygnalizowano rozwiązania innowacyjne: nowoczesną technologię fluidalnego zgazowania węgla brunatnego zrealizowaną w skali demonstracyjnej w RWE w Niemczech, technologię zgazowania na złożu przepływowym Shella, którą zastosowano w koncepcji zgazowania węgla i produkcji wodoru ze złoża Legnicy oraz badania prowadzone przez Poltegor-Instytut nad podziemnym zgazowaniem węgla ze złoża Sieniawa. Wskazano na priorytetowe w perspektywie wykorzystanie węgla brunatnego do produkcji mocznika z uwagi na dobre rokowania ekonomiczne i przede wszystkim na wykorzystanie w tej produkcji dwutlenku węgla.
The paper presents concept developed in Poltegor Institute that concerns surface installation of brown coal gasification with annual production potential of 1.2 billion m3 of purified gas from 4 million tones/per year received from Bełchatów Brown Coal Mine. This amount of gas enables annual production of 860 thousand m3 of urea. Innovative solutions, modern technology of fluid-bed brown coal gasification demonstrated by RWE, Germany, entrained- -flow gasification technologies by Shell have been introduced. Shell technology was applied in the concept of coal gasification and hydrogen production for Legnica deposits. Research on underground coal gasification of Sieniawa deposit conducted by Poltegor Institute has also been presented. Good economical prognosis and utilization of CO2 in production process justify production of urea from brown coal. These issues have been discussed in the paper.