Uhlí je černý nerost, při jehož spalování se uvolňuje energie. Tento zdroj neobnovitelné energie vznikl z pradávných rostlin, které zetlely v bažinách, a trvalo miliony let, než se přeměnily v uhlí.
I v době vzestupu obnovitelných zdrojů, jako je vítr nebo sluneční záření, zůstává uhlí hlavním zdrojem energie po celém světě. Spalováním uhlí se uvolňuje celá řada látek znečišťujících vzduch, popílek a těžké kovy, které musejí být kontrolovány nebo odstraňovány, aby se zabránilo poškozování zdraví a životního prostředí.
Americký úřad na ochranu životního prostředí (US Environmental Protection Agency, EPA) se například zabývá dodržováním předpisů pro bezpečnou likvidaci reziduí ze spalování uhlí, která vznikají při spalování uhlí v uhelných elektrárnách. Rezidua ze spalování uhlí jsou označovaná také jako produkty spalování uhlí, odpad ze spalování uhlí nebo uhelný popel.
Příklad reziduí ze spalování uhlí
Mezi příklady reziduí ze spalování uhlí patří popílek, tuhé zbytky po spalování (škvára), kotelní struska a materiál z odsiřování spalin. Jak sám název napovídá, popílek je jemný prachový materiál, který stoupá vzhůru spolu se spalinami. Škvára a struska jsou hrubé a těžší částice materiálu, který vzniká na dně kotle.
Úřad EPA také podporuje odpovědné využívání a recyklaci uhelného prachu v různých produktech a materiálech, jako je například beton, cementová suspenze, cihly a plniva. Recyklace uhelného prachu má následující výhody z hlediska hospodaření, ochrany životního prostředí a výroby produktů:
- Snižuje využívání přírodních zdrojů
- Snižuje množství emisí skleníkových plynů
- Zlepšuje pevnost, zpracovatelnost a trvanlivost materiálů
- Nahrazuje nákladnější materiály (například jíl, písek, štěrk a vápenec v cementu)
- Zvyšuje příjem z prodeje uhelného popela
- Šetří náklady snížením objemu materiálu určeného k likvidaci
Různé studie prokázaly potenciál popílku jako neutralizačního činidla. Existuje například myšlenka využít popílek při rekultivaci kyselých hald vzniklých při těžbě uhlí v povrchových dolech. Kyselé prostředí má velmi negativní účinky na stabilitu hald a popel je silně zásaditý díky vysokému obsahu vápna. V důsledku tedy může přispět k neutralizaci a zároveň k rekultivaci.
Při studiu popílku a dalších reziduí ze spalování uhlí vědci často spoléhají na mikroskopii a software pro analýzu obrazů určený pro průmyslové aplikace.
Analýza uhelného prachu metodou hlubokého učení aplikovaného na segmentaci obrazu
Analýza uhelného prachu pomocí mikroskopie je užitečná pro odhad chování a reaktivity popílku v chemických reakcích, které nastávají při kontaktu s jinými materiály nebo médii, jako je například voda, cement nebo půda. Ve spojení s kvantitativní analýzou XRD lze získat téměř kompletní přehled o reaktivitě. Například popel s nízkou reaktivitou lze použít jako přísadu do betonu, zatímco velmi reaktivní popel se dá využít jako hydraulické pojivo.
Mikroskopii je užitečná pro:
- Stanovení podílu a velikosti zrn reaktivních skelných fází v popílku
- Identifikaci dalších minerálních fází
- Identifikaci popele v přírodním prostředí
Nová generace nástrojů pro analýzu obrazu, jako je například segmentace obrazu prováděná technologií hlubokého učení, analýzu uhelného popela usnadňuje a zpřesňuje.
Podívejme se na příklad analýzy obrazu hnědouhelného popílku (obrázek 1). Tento vzorek popela byl odebrán v elektrárně Mumsdorf ve středním Německu, v hnědouhelné pánvi na jih od Lipska v Německu. Lignit, známý pod názvem hnědé uhlí, je považován za uhlí s největším rizikem pro lidské zdraví. S přechodem k obnovitelným zdrojům energie po celém světě dochází k uzavírání dolů na lignit.
Tento vzorek vznikl tak, že lignit byl rozdrcen za účelem spálení a poté vehnán se vzduchem do spalovací komory. Tímto způsobem vzniká mnoho různých mikroskopických částic popela. Rychlosti proudění ze spalovací komory k výstupu spalin jsou velmi vysoké, takže malé částečky popílku zůstávají ve vzduchu. Lignit také obsahuje minerály, které se během spalování zcela roztaví. Z těchto drobných kapiček taveniny vznikají vysoce reaktivní plyny (které na snímku vypadají jako průsvitné kulové plochy).
Vzorek popílku z hnědého uhlí také obsahuje další minerální fáze, včetně:
- magnetitu: černé, neprůhledné kulové plochy
- křemene: ve formě úlomků minerálu
- vápence: často značně difundovaného
Pro vyhodnocení hnědouhelného popílku byla použita technologie hlubokého učení TruAI™, která je součástí softwarové aplikace OLYMPUS Stream™ pro analýzu obrazu, k identifikaci fáze reaktivního skla (čiré kulové plochy) a odlišení od jiných fází. Jednoduchým tréninkem neuronové sítě pomocí ručně označených obrazů řešení pro počítání a měření (Count and Measure) automatizuje analýzu a jasně odděluje kapičky taveniny od minerálů.
Obrázek 1. Na rozdíl od segmentace obrazu běžnými metodami založenými na mezních hodnotách, které závisejí na jasu nebo barvě, segmentace obrazu pomocí hlubokého učení s technologií TruAI dokáže správně detekovat a oddělit kapičky taveniny od jiných minerálů.
Segmentace obrazu hlubokým učením má široké využití. Například částice skla na těchto snímcích mohou obsahovat mnoho chemických prvků, přičemž bublinky a kulové plochy jsou využity jako kapsle nebo měniče iontů (kuličky umělé pryskyřice) nebo jako materiál nosičů (například pro vůně nebo účinné látky).
Chcete-li se dozvědět více o segmentaci obrazu technologií hlubokého učení a vidět další příklady, podívejte se na náš zdroj informací o hlubokém učení.
Související obsah
Technologie hlubokého učení TruAI pro analýzu obrazů v průmyslových aplikacích
Brožura: Software pro analýzu obrazu OLYMPUS Stream
Přenosné analyzátory s technologií XRF pro uhelné elektrárny
Kontaktujte nás
