Уголь — это черная каменная порода, которую сжигают для получения энергии. Этот невозобновляемый ресурс на протяжении многих миллионов лет формировался из древних растений, погибших в болотистых местностях.
Несмотря на растущую популярность возобновляемых ресурсов, таких как ветряная и солнечная энергия, уголь по-прежнему остается основным источником энергии во всем мире. При сжигании угля высвобождается большое количество летучих загрязняющих веществ, золы и тяжелых металлов, которые необходимо контролировать или удалять во избежание причинения вреда нашему здоровью и окружающей среде.
Например, Агентство по охране окружающей среды США (EPA) выпустило государственные нормативы для безопасной утилизации угольного шлака, производимого при сжигании угля на угольных электростанциях. Угольный шлак также называют продуктами/отходами сжигания угля или угольной золой.
Примеры угольного шлака
К примерам угольного шлака относятся летучая зола, топочная зола, котельный шлак и вещества десульфуризации дымовых газов. Как понятно из названия, летучая зола — это тонкодисперсное порошкообразное вещество, которое поднимается в воздух вместе с дымовыми газами. Топочная зола и котельный шлак — это крупные и более тяжелые частицы, которые формируются на дне печи.
EPA также призывает к ответственному повторному использованию и переработке угольной золы в различные продукты и материалы, такие как бетон, цемент, кирпичи и наполнительный материал. Повторное использование угольной золы может иметь следующие экономические, экологические и товарные преимущества:
- Сокращение использования природных ресурсов
- Снижение выбросов парниковых газов
- Повышение прочности, обрабатываемости и износостойкости материалов
- Замещение дорогостоящих материалов (например, глины, песка, гравия и известняка в цементе)
- Увеличение дохода от продажи угольной золы
- Сокращение расходов за счет уменьшения необходимости в утилизации
Многочисленные исследования продемонстрировали потенциал летучей угольной золы в качестве нейтрализующего вещества. Например, была озвучена идея использовать летучую золу для рекультивации отвалов кислого бурого угля при открытой добыче. Кислая среда оказывает токсичное действие на стабильность отвалов, а зола является щелочным соединением из-за высокого содержания извести. В результате химической реакции она может нейтрализовать токсичные вещества, обеспечивая возможность рекультивации.
Для изучения летучей золы и прочих компонентов угольного шлака ученые зачастую используют микроскопический анализ и программное обеспечение для анализа промышленных изображений.
Анализ угольной золы с применением технологии глубокого обучения для сегментации изображений
Микроскопический анализ угольной золы помогает оценить поведение и реактивность летучей золы в химических реакциях, которые происходят при ее контакте с другими веществами, такими как вода, цемент или почва. В комбинации с количественным XRD-анализом можно получить практически исчерпывающие данные о реактивности. Например, зола с низкой реактивностью может использоваться в качестве заполнителя для бетона, а зола с высокой реактивностью — в качестве гидравлического вяжущего вещества.
Микроскопия может использоваться для следующих действий:
- Определение пропорции и размера зерен в реактивных стеклофазах летучей золы.
- Выявление дополнительных минеральных фаз
- Обнаружение угольной золы в экологическом фоне
Средства анализа изображений нового поколения, такие как технология глубокого обучения для сегментации изображений, значительно облегчили процесс анализа угольной золы и позволили повысить его точность.
Рассмотрим этот пример анализа изображения летучей золы бурого угля (Рис. 1). Этот образец золы взят с бывшей электростанции Мамсдорф в Центральном районе добычи лигнита в Германии, к югу от Лейпцига. Лигнит (или бурый уголь) считается самым вредным углем для здоровья человека. Шахты по добыче лигнита массово закрываются по всему миру, поскольку многие страны переходят на использование возобновляемой энергии.
Чтобы получить этот образец, лигнит был сперва измельчен, а затем пережжен в топочной камере. В результате образовалось множество разных крошечных частиц золы. Скорость выхода дымовых газов из топочной камеры очень высокая, поэтому мелкие частицы летучей золы выходят вместе с газами. Лигнит также содержит минералы, которые полностью расплавляются в процессе горения. Из капель этих расплавленных минералов образуются высокореактивные стеклянные частицы (прозрачные сферы на изображении).
Образец летучей золы бурого угля содержит и другие минеральные фазы, в том числе:
- Магнетит: черные непрозрачные сферы
- Кварц: в виде минеральных вкраплений
- Известь: как правило, сильно рассеивается
Для анализа летучей золы бурого угля была использована технология глубокого обучения TruAI™ в программном обеспечении для анализа изображений OLYMPUS Stream™ , позволяющая отличить реактивную стеклофазу (прозрачные сферы) от других фаз. Посредством обучения нейронной сети с помощью маркированных вручную изображений, решение для подсчета и измерения автоматизирует анализ и четко отделяет капли расплава от минералов.
Рис. 1: В отличие от сегментации изображений с использованием стандартных методов задания пороговых значений на основании яркости или цвета, сегментация изображений с помощью технологии глубокого обучения TruAI позволяет точно обнаруживать капли расплава и отделять их от других минералов.
Сегментация изображений по технологии глубокого обучения имеет множество применений. Например, стеклянные частицы на этих изображениях также могут обозначать многие химические продукты, в которых пузырьки или сферы используются в качестве капсул или ионообменников (шарики из синтетической смолы) или в качестве материала-носителя (например, для ароматизаторов или активных ингредиентов).
Для получения дополнительной информации о сегментации изображений по технологии глубокого обучения и ознакомления с другими примерами посетите наш портал технологии глубокого обучения.
См. также
Технология глубокого обучения TruAI для анализа промышленных изображений
Брошюра: ПО для анализа изображений OLYMPUS Stream
Портативный РФА для угольных электростанций
Связаться с нами
