Współczesna energetyka oparta jest na paliwach kopalnych, a w Polsce na węglu. Przed załadowaniem do kotła energetycznego zostaje on w specjalnych młynach przemielony na pył węglowy. Taki pył jest mieszany z powietrzem, wdmuchiwany do kotła energetycznego i spalany w palnikach w odpowiednio ukształtowanym strumieniu, czyli żagwi. Aby praca kotła była wydajna i ekologicznie akceptowalna, spalanie musi przebiegać w ściśle określony sposób. Kocioł – wielkie urządzenie o wysokości 20−30 metrów, wyposażone w 16 – 48 palników – to skomplikowane urządzenie, a jego praca to bardzo złożony proces.

Obserwacja spalania możliwa jest jedynie przez niewielkie otwory inspekcyjne. Powoduje to jednak dość dużą odległość obserwującego od płomienia i nie daje możliwości uzyskania precyzyjnych informacji na temat spalania. Inną metodą uzyskiwania danych o spalaniu jest analiza produktów spalania: tego, co ulatuje w powietrze i pozostałości w postaci popiołów i żużla. Ale tu dane nie pochodzą wprost ze spalania konkretnego palnika i są znacznie opóźnione w stosunku do samego procesu spalania. W rezultacie sterowanie pracą kotła zależy głównie od doświadczenia operatora. Tymczasem spalaniu stawiane są coraz wyższe wymagania, zarówno pod względem efektywności, jaki czystości.

Blisko ognia

W imię czystości spalin, a dokładnie – mniejszej zawartości w nich tlenków azotu, wprowadzono spalanie niskoemisyjne, stosowane dziś powszechnie w Polsce. Przebiega ono w dwóch strefach. W pierwszej spalanie następuje powoli z niedoborem tlenu i obniżoną temperaturą, w drugiej – temperatura wzrasta i dostarczana jest duża ilość tlenu. Jednak, aby ta metoda była faktycznie efektywna, należy dość precyzyjnie sterować płomieniem, a to jest możliwe tylko wtedy, gdy mamy bezpośrednie, uzyskane w czasie rzeczywistym informacje.

– Cała prawda o spalaniu leży w płomieniu – mówi prof. Waldemar Wójcik, szef Katedry Elektroniki Politechniki Lubelskiej. – Jeśli będziemy w stanie na bieżąco go monitorować i umieć nim sterować, będziemy mogli spalać węgiel i biomasę efektywnie i czysto. Do tego zaś potrzebna jest odpowiednia aparatura, która nie zaburzy procesu spalania, a równocześnie będzie mogła go monitorować na bieżąco z bezpośredniej bliskości, czyli z samego płomienia.

Takie urządzenia budowane są w Politechnice Lubelskiej. O ich potrzebie przekonał się współpracownik prof. Wójcika, dr Andrzej Kotyra, który w początkach swej przygody z kotłami energetycznymi usiłował podejrzeć płomień z bliska i osobiście. – Mało mi głowy nie upaliło – wspomina. Prof. Wójcik wyjaśnia: – Podczas otwierania wziernika dla inspekcji w czasie jego pracy możliwe jest wydmuchiwanie płomienia na zewnątrz. Doświadczeni operatorzy wiedzą, że należy zaglądać do niego z boku i z dystansu, aby uniknąć ognistego podmuchu. (...)