Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1&2 2002, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1&2 27

Transcript

1 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1&2 2002, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1&2 27 Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων δοκιμαστικής λειτουργίας on-line αναλυτή τέφρας για τον έλεγχο ποιότητας του λιγνίτη στα ορυχεία του Λιγνιτικού Κέντρου Δυτικής Μακεδονίας. Φ. ΠΑΥΛΟΥΔΑΚΗΣ Μ. ΓΑΛΕΤΑΚΗΣ Δρ Μεταλλειολόγος Μηχανικός Λέκτορας Πολυτεχνείου Κρήτης Ζ. ΑΓΙΟΥΤΑΝΤΗΣ Κ. ΚΑΒΟΥΡΙΔΗΣ Καθηγητής Πολυτεχνείου Κρήτης Αναπλ. Καθηγητής Πολυτεχνείου Κρήτης Περίληψη Η χρήση on-line αναλυτών σε λιγνιτωρυχεία, που τροφοδοτούν παρακείμενους ατμοηλεκτρικούς σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (ΑΗΣ), συμβάλλει σημαντικά στη βελτίωση του συστήματος παρακολούθησης και ελέγχου της ποιότητας του καυσίμου. Η ιδιαιτερότητα κάθε λιγνιτικού κοιτάσματος επιβάλλει την προσεκτική επιλογή του τύπου του on-line αναλυτή, τη βαθμονόμηση, τη ρύθμιση και την αξιολόγησή του. Σε ότι αφορά στην επιλογή του κατάλληλου τύπου αναλυτή και τη ρύθμιση της λειτουργίας του, είναι απαραίτητο να εκτιμηθεί η ακρίβεια του αναλυτή με βάση την επεξεργασία των αποτελεσμάτων μιας σειράς δοκιμαστικών μετρήσεων. Η πλέον διαδεδομένη σήμερα μέθοδος εκτίμησης της ακρίβειας, που συστήνεται και από τους κατασκευαστές on-line αναλυτών, είναι ο υπολογισμός του εκτιμητή Grubbs. Η συγκεκριμένη μέθοδος βασίζεται στη στατιστική επεξεργασία σύγκριση των τιμών που δίνει ο on-line αναλυτής με τις τιμές δύο τουλάχιστον ανεξάρτητων εργαστηρίων. Στην εργασία αυτή εξετάζονται με τη χρήση στατιστικών μεθόδων τα αποτελέσματα της δοκιμαστικής λειτουργίας ενός on-line αναλυτή τέφρας στα ορυχεία του Λιγνιτικού Κέντρου Δυτικής Μακεδονίας (ΛΚΔΜ). Σύμφωνα με όσα διαπιστώνονται, ο αναλυτής τύπου μετάδοσης ακτινοβολίας γ διπλής ενέργειας που χρησιμοποιήθηκε, δεν είναι σε θέση να επιτύχει την επιθυμητή ακρίβεια μέτρησης κάτω από τις συγκεκριμένες παραμέτρους λειτουργίας. Με βάση τα αποτελέσματα της στατιστικής ανάλυσης γίνεται ερμηνεία της απόδοσης του on-line αναλυτή και προτείνονται τρόποι για την αποτελεσματικότερη χρήση του. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο έντονος ανταγωνισμός που εκδηλώνεται στα πλαίσια της παγκοσμιοποίησης της αγοράς καυσίμων και ενέργειας, οι τεχνολογικές εξελίξεις που σημειώνονται, τα συνεχώς εντεινόμενα μέτρα προστασίας του περιβάλλοντος και τα αυστηρότερα όρια εκπομπών που υιοθετούνται από εθνικούς και διεθνείς κανονισμούς, μεταβάλουν συνεχώς τα τε- Υποβλήθηκε: Έγινε δεκτή: χνικο-οικονομικά δεδομένα για τις επιχειρήσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Σε αυτό το πλαίσιο, οι αποφάσεις, που αφορούν στην επιλογή του κατάλληλου καυσίμου για μία ατμοηλεκτρική μονάδα, γίνονται περισσότερο πολύπλοκες και επηρεάζουν σημαντικά το κόστος και τη βιωσιμότητά της. Το συνολικό κόστος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας για μία ατμοηλεκτρική μονάδα (ΑΗΣ) συντίθεται από τα επιμέρους κόστη αγοράς καυσίμου, αναλώσιμων υλικών, συντήρησης και αναπλήρωσης των απωλειών ενέργειας. Αν και πρωτεύων στόχος είναι πάντα η μείωση του κόστους της παραγόμενης κιλοβατώρας, ο στόχος αυτός συνδέεται στενά με τη μείωση του κόστους καυσίμου το οποίο, σύμφωνα με την εμπειρία της ΔΕΗ, μπορεί να ανέλθει μέχρι και το 70% των συνολικών ετήσιων εξόδων μίας μονάδας. Το κόστος του καυσίμου με το οποίο τροφοδοτείται ένας ΑΗΣ συνδέεται στενά με την ποιότητα του καυσίμου. Στην περίπτωση του συμπλέγματος των ορυχείων και των ΑΗΣ της περιοχής Πτολεμαΐδας, η παραγωγή λιγνίτη που καλύπτει τις προδιαγραφές ποιότητας των τροφοδοτούμενων ΑΗΣ είναι μια σύνθετη διαδικασία. Η πολυστρωματική φύση των λιγνιτικών κοιτασμάτων, απόρροια των μεταβαλλόμενων συνθηκών στο παλαιοπεριβάλλον γένεσής τους, και η έντονη διακύμανση των ποιοτικών χαρακτηριστικών των επάλληλων λιγνιτικών στρώσεων τόσο κατά την οριζόντια, όσο και κατά την κατακόρυφη έννοια, είναι οι σημαντικότεροι παράγοντες που δυσχεραίνουν την επίτευξη των καθορισμένων στόχων. Η αναπόφευκτη συνεξόρυξη στρώσεων άγονων υλικών υποβαθμίζει την ποιότητα του παραγόμενου λιγνίτη. Η προσπάθεια εκλεκτικής εξόρυξης που επιχειρείται δεν έχει πάντα τα επιδιωκόμενα αποτελέσματα λόγω της περιορισμένης ικανότητας των μεγάλου μεγέθους εκσκαφέων με καδοτροχό

2 28 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1&2 2002, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1&2 να διαχωρίσουν τα λιγνιτικά από τα άγονα στρώματα. Όμως, η χρήση εκσκαφέων αυτού του τύπου και του μεγέθους, κρίνεται επιβεβλημένη προκειμένου να επιτευχθεί το επιθυμητό ύψος παραγωγής λιγνίτη. Ως αποτέλεσμα, τα εξορυσσόμενα τμήματα (πακέτα) του κοιτάσματος αποτελούνται από ένα σύνολο στρώσεων λιγνίτη και άγονων υλικών με ποιότητα που χαρακτηρίζεται από τη μέση ποιότητα των επιμέρους στρώσεων. Η περιορισμένη διακριτική ικανότητα στρώσεων των εγκατεστημένων εκσκαφέων με καδοτροχό συμβάλει, επίσης, σε περαιτέρω ρύπανση του παραγόμενου λιγνίτη με άγονα υλικά προερχόμενα από τις στρώσεις άγονων υλικών που υπόκεινται και υπέρκεινται του εξορυσσόμενου πακέτου, καθώς και την απώλεια λιγνίτη προς τα υλικά που οδηγούνται στις εσωτερικές και εξωτερικές αποθέσεις (Καβουρίδης & Γαλετάκης, 1996). Στο Διάγραμμα 1 παρουσιάζονται ενδεικτικά οι μεταβολές της Κατώτερης Θερμογόνου Δύναμης (ΚΘΔ) του λιγνίτη που καταναλώθηκε το έτος 2000 στη Μονάδα ΙΙ του ΑΗΣ Καρδιάς, σύμφωνα με τα ημερήσια δείγματα που συλλέχθηκαν και αναλύθηκαν εργαστηριακά. Οι έντονες διακυμάνσεις της ΚΘΔ και οι κατά περιόδους αποκλίσεις από το κατώτερο όριο των kcal/kg είναι εμφανείς. ( k c a l / k g ) µ Διάγραμμα 1: Ημερήσια διακύμανση της ΚΘΔ του λιγνίτη που τροφοδοτήθηκε στη Μονάδα ΙΙ του ΑΗΣ Καρδιάς κατά το έτος Diagram 1: Daily fluctuation of lower calorific value of lignite, that was supplied to the Kardia Power Station during the year ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΟΙΟΤΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΤΟΥ ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΟΥ ΛΙΓΝΙΤΗ 2.1. Ποιοτικός έλεγχος με βάση τα κοιτασματολογικά στοιχεία και τη δειγματοληψία μετώπου Ο εφαρμοζόμενος μέχρι σήμερα έλεγχος της ποιότητας του παραγόμενου λιγνίτη στα ορυχεία της περιοχής Πτολεμαΐδας βασίζεται κυρίως στα αποτελέσματα της κοιτασματολογικής έρευνας. Οι διαστάσεις του κανάβου των γεωτρήσεων της κοιτασματολογικής έρευνας είναι επαρκείς για την ασφαλή εκτίμηση των εκμεταλλεύσιμων αποθεμάτων και της μέσης ποιότητας του κοιτάσματος, όχι όμως και για τον υπολογισμό των ποιοτικών του διακυμάνσεων. Προκειμένου να συμπληρωθούν τα στοιχεία της κοιτασματολογικής έρευνας με επιπρόσθετα στοιχεία που θα βελτιώσουν την παρακολούθηση των ποιοτικών διακυμάνσεων, εφαρμόζεται ένα πρόγραμμα τακτικών δειγματοληψιών από τα μέτωπα εκμετάλλευσης σε όλες τις λιγνιτικές βαθμίδες κάθε ορυχείου, το οποίο στοχεύει στην ακριβέστερη γνώση των ποιοτικών χαρακτηριστικών του λιγνίτη που εξορύσσεται σε βραχυπρόθεσμο ορίζοντα. Οι θέσεις δειγματοληψίας ορίζονται κατά μήκος του μετώπου εκμετάλλευσης της κάθε λιγνιτικής τομής, ανά διαστήματα που απέχουν μεταξύ τους κατά 120m περίπου. Επιπλέον, δείγματα συλλέγονται από τις δύο πλευρές ρηγμάτων ή άλλων σχηματισμών που διακόπτουν τη συνέχεια των στρώσεων του μετώπου εκμετάλλευσης. Με βάση τα αποτελέσματα των αναλύσεων αυτών, σχεδιάζονται και αναπαράγονται χάρτες των μετώπων της κάθε τομής, σε κλίμακα 1:1000 κατά μήκος και 1:200 καθ ύψος, οι οποίοι χρησιμοποιούνται για την πρόγνωση της ποιότητας του λιγνίτη που εξορύσσεται σε συνάρτηση με τη θέση του εξοπλισμού εξόρυξης. Μια νέα γρήγορη μέθοδος που εφαρμόστηκε πειραματικά σε ένα από τα ορυχεία του ΛΚΔΜ, αφορά στη χρήση ψηφιακών φωτογραφιών για την απεικόνιση των ποιοτικών διακυμάνσεων των στρώσεων που εμφανίζονται στα μέτωπα εκμετάλλευσης (Kolovos, 2000) Έλεγχος της ημερήσιας ποιότητας λιγνίτη στους ΑΗΣ Ο συνήθης τρόπος διενέργειας του ελέγχου της ποιότητας του λιγνίτη στους ΑΗΣ της περιοχής Πτολεμαΐδας βασίζεται στην τακτική λήψη ποσοτήτων λιγνίτη κατά τη διάρκεια ενός 24ώρου, από την ανάμιξη των οποίων προκύπτει ένα ημερήσιο δείγμα. Το δείγμα αυτό, αφού ομογενοποιηθεί, οδηγείται στο χημικό εργαστήριο, όπου προσδιορίζεται η περιεκτικότητά του σε τέφρα, υγρασία και η θερμογόνος δύναμή του. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων αυτών γνωστοποιούνται την επόμενη ημέρα και μπορούν να αξιοποιηθούν μόνο στο βαθμό που οι διακυμάνσεις ποιότητας του λιγνίτη έχουν περίοδο μεγαλύτερη της μίας ημέρας. Άλλες αναλύσεις, που αφορούν στην περιεκτικότητα του λιγνίτη σε θείο, την περιεκτικότητα της τέφρας σε διάφορα οξείδια, τις κρίσιμες θερμοκρασίες της τέφρας, κ.λπ. διενεργούνται συνήθως σε μηνιαία βάση Έλεγχος ποιότητας με τη χρήση on-line αναλυτών Το σύστημα παρακολούθησης της ποιότητας του λιγνίτη, που περιγράφηκε παραπάνω, μπορεί να βελτιωθεί

3 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1&2 2002, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1&2 29 σημαντικά με την τοποθέτηση on-line αναλυτών στους ταινιόδρομους ή τους καδοφόρους εκσκαφείς των ορυχείων. Οι αναλυτές αυτού του τύπου είναι σε θέση να παρέχουν πληροφορίες σχετικά με την ποιότητα του παραγόμενου λιγνίτη σε συνεχή βάση και σε πολύ συντομότερο διάστημα σε σχέση με τα αναλυτικά εργαστήρια. Οι on-line αναλυτές χρησιμοποιούνται σήμερα σε πλήθος εφαρμογών για τη βελτιστοποίηση των διαδικασιών εξόρυξης, εμπλουτισμού και καύσης γαιανθράκων και επιτυγχάνουν συνήθως χρόνους απόσβεσης μικρότερους του ενός έτους (ΙΕΑ, 1994). Χρησιμοποιούνται, επίσης, στις συναλλαγές μεταξύ προμηθευτών και καταναλωτών γαιανθράκων για τον προσδιορισμό της αξίας του διακινούμενου προϊόντος. Η λειτουργία των περισσότερων on-line αναλυτών βασίζεται στα φαινόμενα αλληλεπίδρασης (π.χ. απορρόφηση, εκπομπή) των ακτινοβολιών γ ή X με τα ανόργανα και οργανικά συστατικά του γαιάνθρακα. Η χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών και διατάξεων αυτόματης καταγραφής και επεξεργασίας δεδομένων, έδωσε σημαντική ώθηση τα τελευταία χρόνια στη χρήση τους. 3. ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ON-LINE ΑΝΑΛΥΤΩΝ ΓΙΑ ΕΛΕΓΧΟ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΓΑΙΑΝΘΡΑΚΩΝ 3.1. Κριτήρια επιλογής on-line αναλυτών Οι αναλυτές που εκμεταλλεύονται εμπορικά σήμερα, κατατάσσονται: (α) στους αναλυτές που είναι σε θέση να παρακολουθούν τις διακυμάνσεις των κυρίων ποιοτικών χαρακτηριστικών των γαιανθράκων, όπως είναι οι περιεκτικότητες σε τέφρα ή υγρασία, και (β) στους αναλυτές που είναι σε θέση να διεξάγουν στοιχειακή ανάλυση των γαιανθράκων. Τα κριτήρια που χρησιμοποιούνται για την επιλογή του τύπου του on-line αναλυτή είναι: Η ακρίβεια των μετρήσεων Ο χρόνος λήψης της κάθε μέτρησης Η ευκολία τοποθέτησής του στις υπάρχουσες μεταφορικές διατάξεις Το κόστος απόκτησης, λειτουργίας και συντήρησης Θέματα υγιεινής και ασφάλειας εργαζομένων που σχετίζονται με τη λειτουργία του αναλυτή (ακτινοβολίες) 3.2. Πηγές σφαλμάτων Οι πηγές σφαλμάτων στους on-line αναλυτές διακρίνονται: Σε πηγές σφαλμάτων που έχουν σχέση με τον τρόπο εισόδου του δείγματος στον αναλυτή, όπως για παράδειγμα οι οριζόντιες ή οι κατακόρυφες διαφοροποιήσεις της ποιότητας του γαιάνθρακα πάνω στη μεταφορική ταινία (Merks, 1994). Σε πηγές σφαλμάτων που αφορούν στα όργανα μέτρησης, όπως για παράδειγμα η αστάθεια των ηλεκτρονικών συστημάτων του οργάνου ή η επίδραση της θερμοκρασίας και της υγρασίας (Cierpisz, 1999). Σε πηγές σφαλμάτων που έχουν σχέση με τη βαθμονόμηση του οργάνου. Σφάλματα αυτού του τύπου προκύπτουν συνήθως, όταν η περιοχή των μετρήσεων βρίσκεται εκτός των ορίων, για τα οποία έχει ρυθμιστεί η ακρίβεια των μετρήσεων του οργάνου (ISO, 1996). Σε πηγές σφαλμάτων που έχουν σχέση με τη δειγματοληψία και την προετοιμασία των δειγμάτων. Σφάλματα αυτής της προέλευσης συναντούνται κυρίως σε αναλυτές που δεν τοποθετούνται στην κύρια γραμμή μεταφοράς του γαιάνθρακα και για το λόγο αυτό δεν εξετάζουν τη συνολική ποσότητα του διακινούμενου γαιάνθρακα (Merks, 1994) Αξιολόγηση της απόδοσης του on-line αναλυτή Ο προσδιορισμός της βέλτιστης σειράς υπολογισμών για τη μετατροπή της ένδειξης του μετρητικού οργάνου σε αξιόπιστη μέτρηση του εξεταζόμενου ποιοτικού χαρακτηριστικού απαιτεί τη διεξαγωγή εκτεταμένων εργαστηριακών αναλύσεων που αντιπαραβάλλονται με τις ενδείξεις του on-line αναλυτή. Η αντιπαραβολή αυτή είναι μια διαδικασία περίπλοκη. Ο on-line αναλυτής συνήθως μετρά ένα ποιοτικό χαρακτηριστικό του γαιάνθρακα στο σύνολο της ποσότητάς του, χωρίς να προηγηθεί δειγματοληψία. Αντίθετα, οι εργαστηριακές αναλύσεις διεξάγονται χρησιμοποιώντας μικροποσότητες γαιάνθρακα που συλλέγονται εφαρμόζοντας προδιαγεγραμμένες τεχνικές δειγματοληψίας. Επιπλέον, οι εργαστηριακές αναλύσεις πολλές φορές εφαρμόζονται σε δείγματα που, λόγω προηγούμενης επεξεργασίας, έχουν διαφοροποιηθεί από την αρχική κατάσταση και ενδέχεται να μην αντιπροσωπεύουν με ακρίβεια τις ιδιότητες του κυρίως όγκου του γαιάνθρακα. Η πιστότητα (accuracy) των μετρήσεων ενός on-line αναλυτή καθορίζεται από δύο ξεχωριστά μεγέθη: την απόκλιση (bias) και την ακρίβεια (precision). Επειδή η απόκλιση εξαρτάται από τη βαθμονόμηση του αναλυτή και θεωρητικά μπορεί να μηδενιστεί με την κατάλληλη βαθμονόμηση, στην πράξη η πιστότητα του αναλυτή είναι ίση με την ακρίβειά του. Για την εκτίμηση της ακρίβειας των μετρήσεων ενός online αναλυτή είναι απαραίτητο να εξεταστούν οι ακόλουθες παράμετροι (ISO, 1996): Σταθερότητα του οργάνου Τα σφάλματα, που οφείλονται στη σταθερότητα του αναλυτή, μπορεί να είναι τυχαία ή συστηματικά. Τα τυχαία σφάλματα εκτιμούνται με τη διεξαγωγή δοκιμών στατικής επαναληψιμότητας (λήψη πολλών μετρήσεων με χρήση του ίδιου δείγματος). Βαθμονόμηση Εκτός από τα σφάλματα βαθμονόμησης που προκύπτουν από την αστάθεια του οργάνου, τα οποία αναφέρθηκαν στην προηγούμενη παράγραφο, υπάρχουν και σφάλματα βαθμονόμησης που οφείλονται σε αλλαγές της ποιότητας

4 30 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1&2 2002, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1&2 του εξεταζόμενου γαιάνθρακα, σε αλλαγές του τρόπου που το δείγμα εισέρχεται στη μετρητική διάταξη ή ακόμα και σε αλλαγές στο χρησιμοποιούμενο σύστημα μετρήσεων αναφοράς. Σφάλματα βαθμονόμησης που οφείλονται στους παραπάνω παράγοντες μπορεί να εντοπιστούν διεξάγοντας συγκριτικές δοκιμές. Απόδοση του αναλυτή σε συνθήκες λειτουργίας Μετά τη διαπίστωση της απουσίας συστηματικής απόκλισης των μετρήσεων του αναλυτή, διεξάγονται σε συνθήκες κανονικής λειτουργίας δοκιμές προσδιορισμού της εσωτερικής δυναμικής ακρίβειας, της συγκριτικής δυναμικής ακρίβειας, και της δυναμικής επαναληψιμότητας (ΙΕΑ, 1994) Στατιστική επεξεργασία των συγκριτικών δοκιμών on-line αναλυτή και εργαστηρίων Η επιλογή κατάλληλων στατιστικών παραμέτρων που είναι σε θέση να δώσουν μια ακριβή εκτίμηση ως προς την αξιοπιστία των μετρήσεων που λαμβάνονται από ένα on-line αναλυτή, αποτελεί αντικείμενο έρευνας ομάδας εμπειρογνωμόνων που συστάθηκε στα πλαίσια του Διεθνούς Οργανισμού Προτυποποίησης ISO. Η προσπάθεια αυτή μέχρι στιγμής έχει καταλήξει σε μια πρώτη έκδοση προτύπου (ISO Committee Draft 15239). Οι ίδιοι οι κατασκευαστές on-line αναλυτών έχουν καταλήξει ότι η βέλτιστη μέθοδος για τη διαπίστωση της πιστότητας ενός αναλυτή είναι ο Εκτιμητής του Grubbs (Grubbs Estimator). Η εφαρμογή του Εκτιμητή του Grubbs, παρότι είναι ακριβότερη και απαιτεί τη λήψη περισσότερων δειγμάτων, πλεονεκτεί λόγω της δυνατότητας να διακρίνει το σφάλμα ή τη διακύμανση που υπεισέρχεται σε μία μέτρηση λόγω του on-line αναλυτή, από το σφάλμα ή τη διακύμανση που οφείλεται στη δειγματοληψία και το σφάλμα ή τη διακύμανση που οφείλεται στη μέθοδο ανάλυσης που εφαρμόστηκε στο εργαστήριο Εκτιμητής του Grubbs Ο Εκτιμητής του Grubbs είναι μία μέθοδος εκτίμησης του τυχαίου σφάλματος της μέτρησης ενός οργάνου, η οποία βασίζεται στην ύπαρξη 3 σειρών ανεξάρτητων μετρήσεων της ίδιας παραμέτρου ποιότητας. Η μία σειρά μετρήσεων έχει ληφθεί από τον on-line αναλυτή και οι υπόλοιπες δύο από εργαστηριακές αναλύσεις δειγμάτων. Οι συγκρίσεις που λαμβάνουν χώρα αφορούν και τα 3 δυνατά ζεύγη μετρήσεων: τον αναλυτή και το 1 ο εργαστήριο, τον αναλυτή και το 2 ο εργαστήριο και τα δύο εργαστήρια μεταξύ τους. Η στατιστική παράμετρος που χρησιμοποιείται στις συγκρίσεις αυτές είναι η τυπική απόκλιση των διαφορών των συγκρινόμενων μετρήσεων. Αν X i (i=1 έως n) είναι η σειρά των n μετρήσεων από τον on-line αναλυτή, ενώ Y i και Z i είναι αντίστοιχα οι σειρές n μετρήσεων από δυο ανεξάρτητα εργαστήρια αναφοράς, τότε ο εκτιμητής του Grubbs P X δίνεται από τις σχέσεις 3.1, 3.2, 3.3: P X Όπου: sd XY Και 2 sd XY 2 sd XZ 2 2 sd YZ 1 n 2 (X Y µ ) i 1 i i n 1 1 n µ XY (X Y ) n i 1 i i Η σχέση 3.(1) αν και αρχικά φαίνεται πολύπλοκη, γίνεται απόλυτα κατανοητή με την ακόλουθη λογική: το άθροισμα των δύο πρώτων όρων του αριθμητή περιέχει δύο φορές το τετράγωνο της ακρίβειας των μετρήσεων του on-line αναλυτή και από μία φορά τα τετράγωνα της ακρίβειας των μετρήσεων των εργαστηρίων 1 και 2. Αφαιρώντας τον τελευταίο όρο του αριθμητή αφαιρούνται τα τετράγωνα της ακρίβειας των μετρήσεων των εργαστηρίων 1 και 2 και μένει μόνο το τετράγωνο της ακρίβειας των μετρήσεων του αναλυτή. Ο εκτιμητής δηλαδή του Grubbs, είναι το διορθωμένο μέσο τετραγωνικό σφάλμα, όπου η διόρθωση αφορά στην απάλειψη του λάθους των εργαστηρίων αναφοράς. Σε ό,τι αφορά την αποτελεσματικότητα του εκτιμητή του Grubbs, από ερευνητικές εργασίες που έχουν διεξαχθεί έχουν αποδειχτεί τα ακόλουθα (Kalika & Woodward 1993 IEA, 1994): Η μέθοδος δεν επηρεάζεται από το εύρος διακύμανσης ή την κατανομή των τιμών των μετρήσεων. Η μέθοδος εντοπίζει τυχόν συστηματικό σφάλμα στις μετρήσεις του αναλυτή με την προϋπόθεση ότι και στις δύο μετρήσεις αναφοράς δεν υπεισέρχονται συστηματικά σφάλματα (διαφορετικά αν η μέτρηση του αναλυτή και η μέτρηση του ενός συστήματος αναφοράς αποκλίνουν το ίδιο, τότε η δεύτερη μέτρηση αναφοράς που είναι ακριβής παρουσιάζεται ως εσφαλμένη). Η μείωση του αριθμού των μετρήσεων που χρησιμοποιούνται για τη σύγκριση συνεπάγεται μείωση της ακρίβειας. Η μείωση αυτή είναι περίπου ανάλογη με το αντίστροφο της τετραγωνικής ρίζας του αριθμού των μετρήσεων. Στη χρήση του Εκτιμητή του Grubbs είχε ασκηθεί κριτική κυρίως λόγω του ότι συχνά η τιμή του εκτιμητή λαμβάνει αρνητικές τιμές, οι οποίες αρχικά δεν ήταν σαφές αν γίνονται αποδεκτές και αν υποδηλώνουν σωστή ή εσφαλμένη λειτουργία του εξεταζόμενου αναλυτή. Σήμερα πλέον έχει αποδειχτεί ότι οι αρνητικές τιμές υποδηλώνουν πως τα

5 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1&2 2002, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1&2 31 τρία3 συγκρινόμενα συστήματα μέτρησης δεν έχουν ανάλογη ακρίβεια, πληροφορία που είναι πολλαπλά χρήσιμη. Ως επιπλέον δυσκολία συχνά προβάλλεται και η αναγκαιότητα εντοπισμού και απόρριψης των μη αποδεκτών μετρήσεων πριν από την εφαρμογή της μεθόδου. Η χρήση του Εκτιμητή του Grubbs έχει αποδειχτεί στην πράξη πως για ένα κατάλληλα βαθμονομημένο on-line αναλυτή συγκρινόμενο με δύο ανεξάρτητα εργαστήρια αναφοράς, δίνει αξιόπιστα αποτελέσματα απαλλαγμένα από συστηματικές αποκλίσεις. Αν επιπλέον οι μετρήσεις των εργαστηρίων αναφοράς έχουν ανάλογες ακρίβειες, τότε η μέθοδος δίνει άριστα αποτελέσματα (Kalika & Woodward, 1993). 4. ΔΟΚΙΜΑΣΤΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΑΙ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ON-LINE ΑΝΑΛΥΤΗ ΤΕΦΡΑΣ ΣΤΟ ΛΚΔΜ 4.1. Επιλογή on-line αναλυτή Το ΛΚΔΜ, κατόπιν εκτενούς έρευνας αγοράς, επέλεξε να εγκαταστήσει δοκιμαστικά ένα on-line αναλυτή που μετρά την περιεκτικότητα του λιγνίτη σε τέφρα επί φυσικού και λειτουργεί με βάση την αρχή της μετάδοσης ακτινοβολίας γ διπλής ενέργειας (Διάγραμμα 2). Η επιλογή του συγκεκριμένου αναλυτή έγινε με βάση την ακρίβεια μετρήσεων που έχει επιδείξει σε ανάλογες εφαρμογές, το μικρό χρόνο λήψης κάθε μέτρησης, το μειωμένο κίνδυνο για τους εργαζομένους, σε σχέση με την εκπεμπόμενη ραδιενεργή ακτινοβολία, την ευκολία τοποθέτησής του σε υπάρχουσες μεταφορικές διατάξεις, την απουσία σφαλμάτων δειγματοληψίας, τα οποία υπεισέρχονται σε αναλυτές που τοποθετούνται σε διατάξεις by-pass και στο μειωμένο κόστος του σε σύγκριση με συστήματα που διεξάγουν στοιχειακή ανάλυση. Οι οn-line αναλυτές, που λειτουργούν με βάση την τεχνική της μετάδοσης ακτινών γ διπλής ενέργειας (dual energy γ-ray transmission), περιέχουν δύο πηγές εκπομπής ακτίνων γ, μια υψηλής ενέργειας 660 kev αποτελούμενη από κέσιο ( 127 Cs) και μια χαμηλής ενέργειας 60 kev αποτελούμενη από αμερίκιο ( 241 Am), οι οποίες τοποθετούνται είτε μαζί είτε χωριστά κάτω από τη μεταφορική ταινία (Διάγραμμα 2). Η μετάδοση της ακτίνας υψηλής ενέργειας εξαρτάται κύρια από τη μάζα του μεταφερόμενου γαιάνθρακα, ενώ η μετάδοση της ακτίνας χαμηλής ενέργειας εξαρτάται από τη μάζα και την ποσότητα της τέφρας που περιέχεται στον γαιάνθρακα. Οι εντάσεις των δύο ακτινών, που πέρασαν μέσα από το δείγμα του γαιάνθρακα, μετρούνται χωριστά και τα αποτελέσματα συνδυάζονται για να δώσουν την περιεκτικότητα σε τέφρα, που είναι ανεξάρτητη από το πάχος και τη μάζα του στρώματος γαιάνθρακα πάνω στη μεταφορική ταινία (ΙΕΑ, Storer et al., 1999). Διάγραμμα 2: Σχηματική διάταξη πομπών και δεκτών on-line αναλυτών τύπου μετάδοσης ακτινοβολίας γ διπλής ενέργειας Diagram 2: Schematic representation of different transmitterreceiver configurations of a double energy γ-ray energy analyzer Διαδικασία λήψης δειγμάτων και εκτέλεσης των δοκιμών Η εκτίμηση της πιστότητας των μετρήσεων του on-line αναλυτή βασίστηκε σε αναλύσεις 84 δειγμάτων λιγνίτη, στα οποία μετρήθηκε η τέφρα επί φυσικού (Α). Τα δείγματα αυτά αναλύθηκαν τόσο από τον on-line αναλυτή, ο οποίος τοποθετήθηκε στον ταινιόδρομο μεταφοράς λιγνίτη από το Ορυχείο Καρδιάς προς την αυλή του ίδιου Ορυχείου (Διάγραμμα 3), όσο και από δύο ανεξάρτητα χημικά εργαστήρια. Διάγραμμα 3: Η διάταξη πομπών και δεκτών on-line αναλυτή τύπου μετάδοσης ακτινοβολίας γ διπλής ενέργειας όπως τοποθετήθηκε στο Ορυχείο Πεδίου Καρδιάς. Diagram 3: Transmitter receiver configuration, of the installed double energy γ-ray analyzer in the Mine of Field of Kardia. Προκειμένου να διασφαλιστεί η επιτυχής διεξαγωγή των συγκριτικών δοκιμών, έγιναν οι ακόλουθες ενέργειες:

6 32 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1&2 2002, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1&2 Ο αριθμός των συγκρίσεων μεταξύ των μετρήσεων του on-line αναλυτή και των εργαστηριακών μετρήσεων επιλέχτηκε να είναι σημαντικά μεγαλύτερος από τον αριθμό των συγκρίσεων που προτείνεται από τη βιβλιογραφία. Για το συγχρονισμό της περιόδου κάθε μέτρησης του on-line αναλυτή με την περίοδο λήψης δειγμάτων για τη διεξαγωγή των εργαστηριακών αναλύσεων, επιλέχτηκε τέτοια θέση για την τοποθέτηση του on-line αναλυτή ώστε η ποσότητα λιγνίτη που περνούσε από τον αναλυτή, στη διάρκεια κάθε μέτρησης να συγκεντρώνεται σε ξεχωριστό σωρό στην αυλή του λιγνίτη. Από το σωρό αυτό στη συνέχεια λαμβανόταν κατάλληλο δείγμα εφαρμόζοντας τη μεσοπεριμετρική μέθοδο δειγματοληψίας. Το μέσο μέγεθος των σχηματισθέντων σωρών ήταν 100 ton. Κάθε σωρός λιγνίτη περιείχε την ποσότητα υλικού που διήλθε από τον on-line αναλυτή σε διάστημα 5 min. Το συγκεκριμένο χρονικό διάστημα δειγματοληψίας επιλέχτηκε με το σκεπτικό να είναι μικρότερο σε σύγκριση με το χρονικό διάσημα που θεωρείται καθοριστικό για την απόδοση της ηλεκτροπαραγωγής, το οποίο για τους λέβητες των ΑΗΣ της περιοχής Πτολεμαΐδας κυμαίνεται γύρω στα 60 min. Στον Πίνακα 1 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των συγκριτικών δοκιμών του on-line αναλυτή και των δυο εργαστηρίων αναφοράς. Πίνακας 1: Σύγκριση των μετρήσεων της τέφρας από τα εργαστήρια και το on-line σύστημα Table 1: Comparison of ash measurements obtained by laboratories and on line analyzer Στατιστική ανάλυση των μετρήσεων - Αξιολόγηση αποτελεσμάτων Για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων και εκτίμηση της ακρίβειας του on-line αναλυτή έγινε χρήση στατιστικών μεθόδων που συνιστώνται και από τον Διεθνή Οργανισμό Τυποποίησης (ISO) ως κατάλληλες για την εκτίμηση της πιστότητας των μετρήσεων on-line αναλυτών. Οι μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν είναι: Υπολογισμός των βασικών στατιστικών παραμέτρων των μετρούμενων μεγεθών (της τέφρας επί φυσικού) και των υπολογισθέντων σφαλμάτων. Τα βασικά στατιστικά μεγέθη που υπολογίστηκαν είναι η μέση τιμή, η διακύμανση, η τυπική απόκλιση, η μέγιστη και ελάχιστη τιμή. Έγινε, επίσης, κατασκευή του ιστογράμματος κατανομής των τιμών της τέφρας. Συσχέτιση μετρούμενων μεγεθών και σφάλματος με μεθόδους γραμμικής παλινδρόμησης και υπολογισμός του συντελεστή συσχέτισης (correlation coefficient). Υπολογισμός του εκτιμητή του Grubbs. Τα αποτελέσματα των βασικών στατιστικών μεγεθών δίνονται στον Πίνακα 2. H μέση τιμή των μετρήσεων του αναλυτή είναι μικρότερη κατά 0,60 σε σχέση με τη μέση τιμή των μετρήσεων των δύο εργαστηρίων αναφοράς. Θα πρέπει να τονιστεί από τη σύγκριση της τελικής μέσης Αριθμός δοκιμής on line αναλυτή εργαστηρίου 1 εργαστηρίου 2 Μέση τιμή εργαστηρίων Διαφορά μέση τιμή εργαστηρίουαναλυτής Αριθμός δοκιμής on line αναλυτή εργαστηρίου 1 εργαστηρίου 2 Μέση τιμή εργαστηρίων Διαφορά μέση τιμή εργαστηρίουαναλυτής 1 10,30 11,40 11,40 11,40 1, ,7 10,6 10,7 10,65-0,05 2 9,20 9,00 9,00 9,00-0, ,8 9,5 9,6 9,55 0,75 3 9,10 8,70 8,70 8,70-0, ,3 9,4 9,5 9,45 0, ,70 10,70 10,80 10,75-0, ,3 10,2 10,3 10,25 0, ,60 12,60 12,70 12,65-0, ,5 7,3 7,4 7,35-1, ,40 9,60 9,50 9,55-1, ,8 6,8 6,9 6,85-1, ,60 9,70 9,90 9,80-0, ,7 7 6,9 6,95-4,75 8 9,70 9,90 10,00 9,95 0, ,9 7,9 7,9 7,9-2, ,80 11,80 11,80 11,80 1, ,3 11,8 11,6 11,7-0, ,70 12,60 12,60 12,60 1, ,9 11,8 11,8 11,8 0, ,00 11,70 11,60 11,65-3, ,5 12,7 12,6 12,65-0, ,70 12,30 12,30 12,30-1, ,1 9,2 9,1 9,15-0, ,90 12,20 12,10 12,15-2, ,1 11,5 11,4 11,45-0, ,20 10,80 10,80 10,80-1, ,2 9,2 9,1 9,15-2, ,80 13,30 13,20 13,25 1, ,6 9,6 9,6-0, ,20 7,80 7,80 7,80-0, ,3 12,1 12,1 12,1 1,80

7 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1&2 2002, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1& ,40 10,10 10,10 10,10 0, ,6 12,2 12,2 12,2-0, ,50 8,60 8,60 8,60 0, ,4 10,3 10,3 10,3-1, ,50 6,10 6,00 6,05-1, ,1 13,2 13,1 13,15-0, ,60 6,10 6,10 6,10-1, ,7 12,3 12,3 12,3-1, ,60 6,70 6,70 6,70-2, ,7 18,5 18,5 18,5 5, ,30 7,30 7,20 7,25-2, ,1 13,6 13,7 13,65 2, ,00 6,60 6,40 6,50-1, ,9 13,9 13,9 1, ,50 7,30 7,40 7,35-1, ,9 14,9 14,9 14,9 0, ,20 10,40 10,50 10,45 0, ,6 14,3 14,4 14,35-1, ,70 9,80 9,80 9,80 0, ,8 15,2 15,2 15,2 0, ,00 20,30 19,60 19,95 5, ,8 9,5 9,3 9,4 0, ,00 10,40 10,60 10,50-0, ,3 11,1 10,6 10,85 1, ,80 12,60 12,80 12,70 1, ,8 11,8 11,8 11,8 2, ,50 15,70 15,80 15,75 4, ,6 12,8 12,8 12,8 0, ,80 14,90 15,00 14,95 4, , , ,00 16,10 16,20 16,15 4, ,2 18,6 18,9 6, ,70 14,30 14,40 14,35 2, ,7 18,1 18,1 18,1 6, ,10 14,10 14,20 14,15 3, ,9 16, ,05 3, ,10 10,40 10,30 10,35 0, , ,9 11,95 0, ,50 10,30 10,30 10,30-0, , ,8 10,9-0, ,40 15,60 15,60 15,60 4, ,3 12,5 12,4 12,45 2, ,90 10,30 10,40 10,35 1, , ,7 16,85 5, ,30 10,60 10,60 10,60 1, ,8 13,3 13,1 13,2 1, ,10 11,00 11,10 11,05-0, ,2 14,5 14,5 14,5 3, ,80 13,40 13,60 13,50 1, ,8 13,5 13,3 13,4 3, ,70 10,60 10,70 10,65-0, ,2 11,3 11,2 11,25 1, ,1 14, ,1 2,00 τιμής της τέφρας, που δίνει ο αναλυτής (11,05), με αυτή των εργαστηριακών αναλύσεων (11,65) με τη χρήση του στατιστικού κριτηρίου t, προκύπτει ότι δεν μπορούμε να ισχυριστούμε ότι οι τιμές αυτές διαφέρουν. Τα αποτελέσματα του στατιστικού ελέγχου δίνονται στον Πίνακα 2 για στάθμη σημαντικότητας α=5%. Το μέσο σφάλμα του on-line αναλυτή ( διαφορά μέτρησης αναλυτή με μέση τιμή εργαστηρίων) είναι μικρό (0,6) όμως παρουσιάζει υψηλή διακύμανση, γεγονός που οδηγεί σε υψηλό σφάλμα σύμφωνα με τον εκτιμητή του Grubbs (2,26). Οι μέσες τιμές της τέφρας που υπολογίστηκαν από τα δυο εργαστήρια παρουσιάζουν μεταξύ τους πολύ μικρή διαφορά (0,03). Όσον αφορά στη διακύμανση υπάρχουν σημαντικές διαφορές ανάμεσα στις τιμές του on-line αναλυτή και των εργαστηρίων. Η διακύμανση των τιμών της τέφρας που μετρήθηκε από τον on-line αναλυτή είναι σημαντικά μικρότερη από εκείνη που μετρήθηκε εργαστηριακά. Η διαφορά των διακυμάνσεων των δύο εργαστηριακών μετρήσεων είναι πολύ μικρή. Όπως φαίνεται και στο διάγραμμα 4, που δείχνει το ιστόγραμμα κατανομής των τιμών της τέφρας, όπως έχει μετρηθεί εργαστηριακά και με τον on line αναλυτή, είναι εμφανές το μικρότερο εύρος τιμών και η διαφορετική μορφή της κατανομής που εμφανίζουν οι μετρήσεις του οn- line αναλυτή. Το περιορισμένο εύρος τιμών, που δίνει ο αναλυτής, σχετίζεται άμεσα και με την κατανομή των τιμών του σφάλματος του αναλυτή (διαφορά εργαστηριακών τιμών και αναλυτή). Παρά το γεγονός ότι η τελική μέση τιμή του σφάλματος είναι μικρή, εντούτοις, όπως φαίνεται και στον Πίνακα 1, λαμβάνει αρκετές φορές σημαντικά υψηλές τιμές που δεν είναι αποδεκτές. Στο διάγραμμα 5 παρουσιάζεται η συσχέτιση των μετρήσεων του on line αναλυτή προς τη μέση τιμή των μετρήσεων των εργαστηρίων αναφοράς καθώς και η μεταβολή του σφάλματος εκτίμησης του on line αναλυτή ως προς την τιμή της τέφρας. Η συσχέτιση των μετρήσεων του αναλυτή με τις μετρήσεις και των δύο εργαστηρίων δεν είναι ικανοποιητική, όπως φαίνεται και στο διάγραμμα 5 και επιβεβαιώνεται και από την μικρή τιμή του συντελεστή συσχέτισης R, που υπολογίστηκε σε R 2 =0,48.

8 34 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1&2 2002, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1&2 Πίνακας 2: Βασικά στατιστικά μεγέθη των αποτελεσμάτων των συγκριτικών δοκιμών on-line αναλυτή και εργαστηρίων, για τη μέτρηση της τέφρας επί φυσικού του λιγνίτη. Table 2: Summary statistics for laboratory and on-line analyzer measurements for the ash content of lignite. η περιεκτικότητα των δειγμάτων λιγνίτη σε τέφρα επί φυσικού είναι κάτω από 11%, και προς τα κάτω (θετικό πρόσημο διαφοράς), όταν η περιεκτικότητα των δειγμάτων λιγνίτη σε τέφρα επί φυσικού είναι πάνω από 11%. Επίσης, το απόλυτο σφάλμα αυξάνει για χαμηλές και υψηλές τιμές της τέφρας. Υπολογίστηκε, επίσης, ο εκτιμητής του Grubbs σύμφωνα με τον τύπο 1 καθώς και μεταβολή του σε σχέση με τον αριθμό των δοκιμών, όπως φαίνεται στο διάγραμμα 7. 17,00 16,00 15,00 τέφρας απόν οnline αναλυτή τέφρας από Εργαστήριο 1 τέφρας από Εργαστήριο 2 Μέση τιμή εργαστηρίων Διαφορά αναλυτήεργαστηρίων Διαφορά εργαστήριο 1-2 Διαφορά εργαστήριο 1- αναλυτής Διαφορά εργαστήριο 2- αναλυτής Α ρ ι θ μ ό ς δειγμάτων Μέση τιμή 11,05 11,67 11,64 11,65 0,60 0,03 0,62 0,59 Διακύμανση 3,32 9,13 8,89 9,12 5,11 0,024 5,19 5,03 Τ υ π ι κ ή απόκλιση 1,82 3,02 2,98 3,02 2,20 0,04 2,28 2,24 Τιμή του εκτιμητή σφάλματος κατά Grubbs = 2,26 Τιμή t που υπολογίστηκε, t=2,51 Κρίσιμη τιμή t για αμφίπλευρο έλεγχο και για στάθμη σημαντικότητας α=5%, t=1,99 Επειδή 2,51>1,99 δεν μπορούμε να ισχυριστούμε ότι οι τελικές μέσες τιμές της τέφρας που υπολογίστηκαν από τον αναλυτή και τα εργαστήρια αντίστοιχα διαφέρουν Διάγραμμα 4: Ιστόγραμμα κατανομών τιμών τέφρας επί φυσικού, όπως μετρήθηκαν εργαστηριακά και από τον on line αναλυτή. Diagram 4: Histograms of for laboratory and on-line analyzer measurements, for the ash content of lignite. Στο διάγραμμα 6 απεικονίζεται η μεταβολή του απόλυτου σφάλματος του on-line αναλυτή σε σχέση με τη μέση τιμή των μετρήσεων των εργαστηρίων αναφοράς. Οι τιμές στο διάγραμμα 6 είναι τα υπολογισθέντα μέσα απόλυτα σφάλματα σε 9 κλάσεις τιμών της τέφρας επί φυσικού που δίνονται στον Πίνακα 3. Τα διαγράμματα αυτού του τύπου χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό συστηματικών αποκλίσεων που σχετίζονται με τις δυνατότητες του οργάνου. Είναι φανερό ότι υπάρχει συστηματική απόκλιση των τιμών του αναλυτή προς τα πάνω (αρνητικό πρόσημο διαφοράς), όταν on line 14,00 13,00 12,00 11,00 10,00 9,00 8,00 7,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00 19,00 20,00 21,00 Μετρήσεις τέφρας από το εργαστήριο Διάγραμμα 5: Συσχέτιση τιμών τέφρας επί φυσικού, όπως μετρήθηκαν εργαστηριακά και από τον on-line αναλυτή. Diagram 5: Correlation of laboratory and on-line analyzer measurements, for the ash content of lignite.

9 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1&2 2002, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1&2 35 Πίνακας 3: Υπολογισμός των σφαλμάτων κατά κλάσεις τιμών της τέφρας επί φυσικού. Table 3: Error estimation for different ranges of ash content. Περιοχή τιμών τέφρας % Μέση τιμή Σφάλμα Απόλυτη τιμή σφάλματος Σχετικό σφάλμα 6,0-7,0 6,50-2,06 2,06 31,69 7,0-8,0 7,50-1,95 1,95 26,00 8,0-9,0 8,50-0,93 0,93 10,94 9,0-10,0 9,50-0,70 0,70 7,37 10,0 11,0 10,50-0,69 0,69 6,57 11,0-12,0 11,50 1,20 1,20 10,43 12,0-13,0 12,50 1,34 1,34 10,72 13,0-14,0 13,50 1,52 1,52 11,26 14,0 15,0 14,50 2,32 2,32 16,00 Διάγραμμα 7: Τιμή του εκτιμητή σφάλματος κατά Grubbs σε σχέση με τον αριθμό των δοκιμών. Diagram 7: Grubbs estimator versus number of trials. 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ Διάγραμμα 6: Σφάλμα μετρήσεων του on-line αναλυτή, σε συνάρτηση με τις μέσες μετρήσεις των εργαστηρίων αναφοράς. Figure 6: On-line analyzer error versus ash content values (mean values of ash obtained by laboratories). Στο διάγραμμα 7 φαίνεται ότι μετά από την εκτέλεση 50 περίπου δοκιμών η τιμή του εκτιμητή του Grubbs τείνει στην τελική που υπολογίστηκε. Προκύπτει, λοιπόν, ότι υπάρχει η δυνατότητα εκτίμησης της ακρίβειας των μετρήσεων κατά Grubbs με σημαντικά μικρότερο αριθμό δοκιμών από τις 84 που εκτελέστηκαν. Από την παραπάνω στατιστική ανάλυση των μετρήσεων για την τέφρα επί φυσικού του λιγνίτη, από τον on-line αναλυτή και τα εργαστήρια αναφοράς, προκύπτουν τα εξής συμπεράσματα: Οι τελικές μέσες τιμές για το σύνολο των μετρηθέντων σωρών λιγνίτη από τον on-line αναλυτή και τα εργαστήρια αναφοράς, στατιστικά δεν διαφέρουν. Αν και η απόλυτη μέση τιμή του σφάλματος είναι μικρή, εντούτοις λαμβάνει αρκετές φορές σημαντικά υψηλές τιμές (μεγαλύτερες της καθορισθείσας οριακής τιμής 2,0) που δεν είναι αποδεκτές. Για την εκτίμηση του σφάλματος κατά Grubbs απαιτούνται περίπου 50 δοκιμές. Παρατηρείται συστηματική απόκλιση των μετρήσεων του αναλυτή προς τα πάνω, όταν η περιεκτικότητα του λιγνίτη σε τέφρα επί φυσικού κυμαίνεται κάτω από το 11%, και προς τα κάτω, όταν η περιεκτικότητα του λιγνίτη σε τέφρα επί φυσικού κυμαίνεται πάνω από το 11%. Η περιοχή τιμών της τέφρας για την οποία επιτυγχάνονται αποδεκτά σφάλματα μέτρησης είναι από 8% έως 14%. Τα μεγαλύτερα λάθη εμφανίζονται στις ακραίες τιμές. Το εύρος των μετρήσεων, που καταγράφηκαν από τον on-line αναλυτή, είναι περιορισμένο σε σύγκριση με το εύρος, στο οποίο κατανέμονται οι μετρήσεις των δύο εργαστηρίων αναφοράς. Η συσχέτιση των εργαστηριακών μετρήσεων τέφρας με εκείνες του αναλυτή, κρίνεται μη ικανοποιητική. Με βάση τα παραπάνω κρίνεται ότι η απόδοση του online αναλυτή, κάτω από τις συγκεκριμένες συνθήκες διεξαγωγής των δοκιμών στο Ορυχείο Πεδίου Καρδιάς, δεν ήταν πλήρως ικανοποιητική, αφού δεν κατέστη δυνατό να επιτευχθεί η ζητούμενη ακρίβεια. Θα πρέπει όμως να ληφθεί υπόψη ότι οι μετρήσεις της τέφρας αναφέρονται σε ποσότητα

10 36 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1&2 2002, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1&2 λιγνίτη που παράγεται από το ορυχείο σε χρονικό διάστημα 5 min. Αν το μέγεθος αυτό αυξηθεί και οι μετρήσεις του online αναλυτή αναφέρονται σε μεγαλύτερες ποσότητες (π.χ. ωριαία παραγωγή ή παραγωγή οκταώρου), τότε αναμένεται σημαντική μείωση του σφάλματος εκτίμησης της τέφρας. Η ελάττωση της συχνότητας εμφάνισης ακραίων τιμών τέφρας, που επιτυγχάνεται με τη δημιουργία παρτίδων μεγάλου βάρους, αυξάνει τον αριθμό των επιτυχών μετρήσεων του αναλυτή, με αποτέλεσμα το τελικό σφάλμα να μειωθεί. Επίσης, θα πρέπει για να αναφερθεί ότι το εργαστηριακό σφάλμα είναι υποεκτιμημένο, λόγω του ότι τα δύο εργαστήρια ανέλυσαν το ίδιο δείγμα, αντί διαφορετικών δειγμάτων που θα προέκυπταν από χωριστή δειγματοληψία και προπαρασκευή. Το σφάλμα, λοιπόν, των εργαστηρίων εκτιμάται ότι στην πραγματικότητα είναι υψηλότερο από αυτό που χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό της απόδοσης του online αναλυτή. Μεγαλύτερο εργαστηριακό σφάλμα σύμφωνα με τη σχέση του Grubbs θα οδηγήσει σε υπολογισμό μικρότερου σφάλματος για τον αναλυτή. Τέλος, για την πλήρη διερεύνηση της απόδοσης του online αναλυτή, που θα οδηγήσει στην επιλογή νέων συνθηκών, όπου θα επιτυγχάνονται καλλίτερα αποτελέσματα, θα πρέπει να γίνουν οι παρακάτω ενέργειες: Να εκτελεστούν νέες επιπλέον δοκιμές (περίπου 50) που θα αναφέρονται σε μεγαλύτερο μέγεθος παραγωγής λιγνίτη. Το νέο μέγεθος θα επιλεγεί με βάση τα χαρακτηριστικά των συστημάτων παραγωγής, διακίνησης, ομογενοποίησης και τροφοδοσίας του λιγνίτη. Να γίνει διαφορετική δειγματοληψία και προπαρασκευή δείγματος για κάθε εργαστήριο αναφοράς που θα συμμετέχει στις δοκιμές. Να γίνει προσδιορισμός της χημικής και ορυκτολογικής σύστασης της τέφρας του λιγνίτη, προκειμένου να διαπιστωθεί η επίδραση της στην ακρίβεια του on-line αναλυτή. Η συχνά μεταβαλλόμενη ορυκτολογική σύσταση της ανόργανης ύλης, που περιέχεται στο λιγνίτη, δημιουργεί πρόβλημα στη βαθμονόμηση του αναλυτή. Η ύπαρξη αργιλικών ή μαργαϊκών υλικών μαζί με το λιγνίτη προκαλεί σημαντικές διαφοροποιήσεις στην περιεκτικότητα του λιγνίτη σε ασβέστιο και σίδηρο, στοιχεία με μεγάλο ατομικό αριθμό σε σχέση με τον ατομικό αριθμό των υπόλοιπων στοιχείων που συναντώνται στο λιγνίτη, τα οποία καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό την ακτινοβολία που απορροφάται από το δείγμα λιγνίτη. Να συσχετιστούν οι μετρήσεις του on-line αναλυτή με άλλα στοιχεία του λιγνίτη, που μετρώνται σε συνεχή βάση, όπως η υγρασία και τα στοιχεία των ταινιοζυγών. Από τα αποτελέσματα των συσχετίσεων να διερευνηθεί η δυνατότητα διόρθωσης των μετρήσεων του on-line αναλυτή βασισμένες στα πρόσθετα αυτά στοιχεία. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Bachmann, C., (1999), Radiometric Ash Monitor with Iron Compensation, International Workshop on Dissemination of New Technologies for Coal Quality Control and Homogenisation, Athens Sept 30 & Oct 1, Bachmann, C., H. Kern, (1988), Operating experience on radiometric ash analysis using the transmission process at the General Blumenthal and Walsum collieries, Aufbereitungs Technik / Mineral Processing, No.11, pp Cierpisz, S., (1999), Dynamics of On-line Radiometric Ash Monitors, International Workshop on Dissemination of New Technologies for Coal Quality Control and Homogenisation, Athens Sept 30 & Oct 1, IEA Coal Research, (1994), On-line analysis of coal: symposium review, International symposium on on-line analysis of coal - Vienna - October 1993, IEAPER/ ISO - International Standards Organisation, (1996), Solid mineral fuels Evaluation of the measurement performance of on-line analysers, Committee Draft, ISO / CD Kalika, P., R. Woodward, (1993), How good is Grubbs estimator?, International symposium on on-line analysis of coal - Vienna October 12, Kolovos, C.H., (2000), Digital face mapping to assist mining operations, Mine Planning and Equipment Selection - Conference Proceedings, Balkema Publications, Rotterdam, 2000, pp Laurila, M.J., M.P. Corriveau, (1995), The Sampling of Coal The Practice of Quality Control in Coal Processing and Utilization, Intertec Publishing. 9. Merks, J.W., (1994), Progress in sampling and on-stream analysis, Stacking, Blending & Reclaiming of Bulk Materials B/94, The Best of Bulk Solid Handling Series, Trans Tech Publications, pp PPC, (2000), Fines Exploitation and Improved Products and Energy Efficiency of a Low-Grade Coal Briquetting Installation, Final Report, ECSC Coal Research Program Project 7220-EA/ Storer, P., P. Rockomanovic, K. Smith, (1999), On-line Analysis of Lignite using Prompt Gamma Neutron Activation, Natural Gamma Radiation or Dual Energy Gamma Transmission, International Workshop on Dissemination of New Technologies for Coal Quality Control and Homogenisation, Athens Sept 30 & Oct 1, Καβουρίδης, Κ., Μ. Γαλετάκης, (1996), Προσδιορισμός της ποιότητας του παραγόμενου λιγνίτη στην περιοχή Πτολεμαΐδας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, Ορυκτός Πλούτος No 98/1996 σελ Φ. Παυλουδάκης, Δρ. Μηχανικός Ορυκτών Πόρων, ΔΕΗ Πτολεμαϊδα, Ελλάδα Μ. Γαλετάκης, Λέκτορας, Τμήμα Μηχανικών Ορυκτών Πόρων, Πολυτεχνείο Κρήτης, Χανιά, Ελλάδα Ζ. Αγιουτάντης, Καθηγητής,Τμήμα Μηχανικών Ορυκτών Πόρων, Πολυτεχνείο Κρήτης, Χανιά, Ελλάδα Κ. Καβουρίδης, Αν. Καθηγητής, Τμήμα Μηχανικών Ορυκτών Πόρων, Πολυτεχνείο Κρήτης, Χανιά, και Γ. Δν/τής Ορυχείων ΔΕΗ.

11 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1&2 2002, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1&2 37 Extended summary Evaluation of on-line quality analyzer results, during its trial operation at Western Macedonian Lignite Mines F. PAVLOUDAKIS M. GALETAKIS Dr. Mineral Resources Engineer Lecturer, Technical University of Crete Z. AGIOUTANTIS K. KAVOURIDIS Professor, Technical University of Crete Associate Professor, Technical University of Crete Abstract In this paper the efficiency of an on-line ash analyser, installed in the Kardia mine of Lignite Centre of Western Macedonia, is examined with the use of statistical methods and the Grubbs estimator. The results of test operation showed that the final mean ash values measured by on-line analyser does not differ significantly from those obtained from two independent laboratories. However, the measurements obtained by the analyser were systematically higher than the concentrations determined by the two laboratories when the ash content was lower than 11% and lower than the concentrations determined by laboratories when the ash content was higher than 11%.. Since these results do not ensure improved quality control of the produced lignite, it is important to investigate further the relation between the analyser s accuracy and the sample size as well as the chemical composition of the lignite ash. The lignite produced from the open-pit mines of the Public Power Corporation SA has low and widely fluctuating quality characteristics, which are primarily related to the multi-seam structure of the deposits but also to limitations of the equipment and the applied excavation techniques. Thus, the installation of on-line analysis systems is expected to contribute positively to the improvement of the applied lignite quality control and blending / homogenisation methods. In order to investigate the accuracy of these systems under the site-specific conditions of the Greek lignite deposits, a dual energy gamma ray transmission on-line ash analyser was installed in the Kardia Mine of the West Macedonia Lignite Centre. The precision of the analyser was investigated by carrying out a special sampling programme and a series of 84 Submitted: Dec Accepted: Apr three-way comparisons between the analyser measurements and the analytical results of two independent laboratories. This comparative study was based on common statistical parameters (e.g. standard deviation, correlation coefficient, and graphical analysis) and on the Grubb s Estimator. According to the results of this study, there was no significant difference between the measurements obtained by the analyser and those determined by the two laboratories as far as the average value and the absolute mean error of the ash content is concerned. However, the measurements obtained by the analyser were systematically higher than the concentrations determined by the two laboratories when the ash content was lower than 11% (in wet basis). On the contrary, when the ash content was higher than 11%, the measurements of the on-line analyser were lower than the concentrations determined by the laboratories. In other words, the range of the measurements obtained by the analyser was narrower than that corresponding to the lab analyses results. The above results do not ensure the achievement of improved quality monitoring and control of the produced lignite by installing on-line ash analysers of this type. However, in order to come to a safe conclusion regarding the performance of these analysers under the specific operating conditions of Kardia mine, the relation between the analyser s accuracy and the sample size must be investigated. A two or three times increase of the sample size, which in turn means increase of each measuring period from 5 min to min, is expected to improve the accuracy of the measurements

12 38 Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχ. 1&2 2002, Tech. Chron. Sci. J. TCG, V, No 1&2 without causing significant loss of information. Moreover, chemical and mineralogical analyses of the ash contained in each lignite sample must be carried out in order to correlate the analyser accuracy with the frequent and widely ranging fluctuations of the composition of the produced lignite, especially as far as its calcium and iron content is concerned. F. Pavloudakis, Dr. Mineral Resources Engineer, Public Power Corporation, Ptolemaes, Greece.. M. Galetakis, Lecturer, Department of Mineral Resources Engineering, Technical University of Crete, Chania, Crete, Greece. Z. Agioutantis, Professor, Department of Mineral Resources Engineering, Technical University of Crete, Chania, Crete, Greece. K. Kavouridis, Assistant Professor, Department of Mineral Resources Engineering, Technical University of Crete and G. Director of Mines Division of Public Power Corporation, Chania, Crete, Greece.