regulator dwustanowy

Elektroniczne sterowniki programowalne – zwane potocznie regulatorami kotła – pracujące w cyklu dwustanowym (w trybie „praca” i w trybie „podtrzymanie”) ciągle jeszcze dominują pod względem ilości zastosowań w kotłach. W trybie „praca” sterownik pracuje w pozycji „grzanie” i „postój”.  W pozycji „grzanie” – załącza mechanizm podawania paliwa na zaprogramowany przez obsługującego czas. W pozycji „postój” – oczekuje przez zaprogramowany czas na ponowne przejście w pozycję „grzanie”. W tym czasie do paleniska podawane jest powietrze rozdmuchowe z wentylatora, którego wydajność jest sterowana poprzez nastawę ilości obrotów. Działanie to powtarza się przez cały czas pracy kotła, aż do momentu kiedy woda w kotle osiągnie zadaną temperaturę. Wtedy sterownik przechodzi w tryb „podtrzymanie”, w którym podajnik nie podaje paliwa a wentylator nie podaje powietrza. Aby zapobiec wygaszeniu paleniska w trybie „podtrzymanie”, sterownik co pewien (zaprogramowany) czas włącza podawanie małej porcji paliwa i załącza na krótki czas wentylator w celu przedmuchu paleniska. Gdy temperatura wody obniży się o określoną wartość poniżej temperatury zadanej, sterownik ponownie przechodzi w tryb „praca”.


ster_dwustan_rys1_bis

Stosowane obecnie regulatory oparte na algorytmie dwustanowym realizują – oczywiście – jeszcze szereg innych dodatkowych i przydatnych funkcji. Posiadają opcje „rozpalanie” i „wygaszanie”, sterują pracą pomp i zaworów obwodów odbioru ciepła, sygnalizują wystąpienie nieoczekiwanych zdarzeń i awarii, mogą współpracować z zewnętrznymi regulatorami temperatury, itp.

Nastaw obrotów wentylatora, czasu podawania paliwa i czasu postoju podajnika dokonuje się ręcznie, w oparciu – jak podają producenci w instrukcjach obsługi – o obserwację płomienia w palenisku. Czasy podawania i postoju podajnika mogą być ustawiane niezależnie w sekundach, lub może być ustawiany czas całego cyklu (podawanie+postój) w sekundach, a czas podawania w procentach ustawionego czasu cyklu. Sterownik realizuje wyłącznie to, co zaprogramował mu operator/użytkownik, od którego wiedzy i doświadczenia zależy uzyskany efekt. Jeżeli czas postoju pomiędzy kolejnymi cyklami pracy podajnika będzie zbyt krótki, po pewnym czasie nastąpi wzrost wielkości złoża (przewęglenie), obniży się temperatura żaru, proces spalania ulegnie spowolnieniu, skutkiem czego będzie znaczny wzrost emisji niedopalonych gazów palnych oraz przepadanie do popielnika niedopalonych cząstek paliwa, a po dłuższym czasie wygaszenie paleniska. W sytuacji odwrotnej – gdy czas postoju będzie zbyt długi – szybko nastąpi obniżenie złoża w palenisku, a przez odkryte otwory nadmuchowe będzie przechodzić „fałszywe powietrze”, które nie biorąc udziału w spalaniu będzie schładzało nadmiernie komorę spalania, obniżając znacząco sprawność kotła. Dlatego też sterowniki dwustanowe – niezależnie od poziomu umiejętności operatora – wymagają częstej kontroli poprawności pracy i korekty nastaw.

Regulację procesu spalania – najtrudniejszego procesu realizowanego w kotle – przerzuca się na użytkownika, dając mu przy tym “zbawienne rady” (ta ironia jest w pełni uzasadniona) – cytujemy tu fragmenty z instrukcji obsługi wydawanych przez producentów palników i regulatorów: Optymalne ustawienie regulatora polega na takim dobraniu ilości dostarczanego powietrza, aby sterownik utrzymywał zadaną temperaturę a paliwo było spalone całkowicie. Należy ustawić taką ilość powietrza, aby palące się paliwo dawało płomień koloru żółtego. Kolor czerwony z dymiącymi końcówkami świadczy o zbyt małej ilości powietrza, natomiast rażąco biały – o zbyt dużej.Lub inaczej: Poprawny ogień jest wtedy, kiedy obserwujemy czysty, intensywnie żółty płomień. Czerwony dymiący ogień wskazuje na to, że dopływ powietrza jest zbyt mały. Jasny biały ogień wskazuje na to, że dopływ powietrza jest zbyt duży. I jeszcze: Jeżeli kocioł nie może osiągnąć przez długi czas temperatury zadanej, a ilość powietrza jest dobrana prawidłowo i węgiel spala się całkowicie, należy zmniejszyć minimalną przerwę w pracy i ponownie dobrać ilość powietrza. -itp. Czy na podstawie tak “precyzyjnych” wskazówek można poprawnie ustawić parametry procesu spalania? Nie wspomina się przy tym, że otwarcie drzwiczek kotła w celu obserwacji płomienia radykalnie zmienia warunki procesu spalania (gwałtowne doprowadzenie dodatkowych dużych ilości powietrza do komory spalania).

Użytkownik kotła przeważnie nie posiada odpowiedniej wiedzy technologicznej ani nie dysponuje stosowną aparaturą pomiarową umożliwiającą optymalizację warunków spalania, czyli ustawienie optymalnych proporcji powietrza i paliwa. Każda zmiana jakości paliwa, wymagająca zmiany proporcji paliwa i powietrza, niesie więc dla użytkownika poważne niebezpieczeństwo zachwiania tych proporcji, ze skutkiem w postaci obniżenia sprawności kotła. Manipulując nieumiejętnie nastawami kotła można bardzo łatwo doprowadzić do sytuacji znacznego przekroczenia niezbędnego nadmiaru powietrza do spalania – tym bardziej, że stan ten nie wywołuje żadnych dostrzegalnych efektów. Stan niedomiaru powietrza objawia się ciemnym kolorem paleniska i dymieniem z komina, co łatwo stwierdzić nawet niefachowym okiem. Stan przekroczenia niezbędnego nadmiaru powietrza do spalania optycznie nie różni się od stanu optymalnego (tylko oko „uzbrojone” w stosowną aparaturę pomiarową potrafi to wychwycić). Skutkuje on jednak zwiększeniem strat kominowych w wyniku – przede wszystkim – zwiększenia ilości gorących spalin odprowadzanych przez komin o dodatkowe ilości „fałszywego” powietrza, nie biorącego udziału w procesie spalania. „Fałszywe” powietrze obniża również temperaturę w komorze spalania poniżej temperatury zapłonu niedopalonych par i gazów palnych, zwiększając nadmiernie zawartość gazowych części palnych w spalinach i zwiększając tym samym straty niezupełnego spalania.

Dopóki ilość eksploatowanych kotłów retortowych nie była znaczna a węgla w sortymencie „groszek” o parametrach dostosowanych do konwencjonalnych palników retortowych był dostatek, problemy były niewielkie. Użytkownik dysponujący węglem o bardzo mało zmiennej jakości mógł przez długi okres eksploatować kocioł z nastawami wyjściowymi ustawionymi przez fachowego instalatora. W miarę wzrostu ilości eksploatowanych kotłów retortowych i przesuwania się sytuacji na rynku paliw od nadmiaru podaży do coraz silniejszego deficytu wyselekcjonowanych węgli dla palników retortowych, użytkownik coraz częściej musiał własnoręcznie korygować nastawy wyjściowe, aby dostosować je do zmian jakości węgla. Praktyka pokazała, że nie jest to takie łatwe, jak pisano w instrukcjach obsługi palników. O trudności w ustaleniu prawidłowych nastaw palnika retortowego świadczą niekończące się dyskusje praktycznie na wszystkich forach internetowych.

W sprzedawanych aktualnie kotłach retortowych zwykłe sterowniki dwustanowe są już obecnie rzadkością. Od kilku lat na rynku występują sterowniki nowej generacji, ułatwiające użytkownikom kotłów retortowych dokonywanie nastaw korekcyjnych palników, a nawet sterowniki eliminujące całkowicie ingerencję użytkownika, serwisanta, czy instalatora w proces ustalania nastaw palnika.

Jak użytkownik kotła, nie dysponujący żadną aparaturą pomocniczą, może sobie poradzić w takiej sytuacji?

Spróbujemy podać kilka rad praktycznych, aby nieco ułatwić życie palaczy konwencjonalnych kotłów retortowych.

Regulacja nastaw palnika przy długo otwartych drzwiczkach kotła (w celu obserwacji palnika) jest poważnym błędem. Otwarcie drzwiczek skutkuje wprowadzeniem dużych ilości dodatkowego powietrza, które zakłócają pracę wentylatora nadmuchowego i schładzają komorę spalania, zmieniając istotnie warunki spalania paliwa. Drzwiczki należy otwierać rzadko i na krótko (jak najkrócej), tylko na tak długo, aby zaobserwować skutki dokonanych wcześniej operacji regulacyjnych.

W jednej operacji regulacyjnej należy zmieniać tylko jeden parametr nastaw palnika, a przed dokonaniem kolejnej operacji, należy odczekać cierpliwie co najmniej 15 minut (można nawet dłużej). Palnik na paliwo stałe reaguje bardzo wolno i potrzeba czasu, aby dostrzec skutki dokonanej operacji.

Operacje regulacyjne należy rozpoczynać dopiero wtedy, gdy kocioł pracuje już od kilku godzin. Różnica pomiędzy temperaturą zadaną a temperaturą rzeczywistą wody wylotowej powinna wynosić 10 do 15°C.

 Procedura regulacji:

Zaglądnij do paleniska i staraj się zapamiętać poziom żaru w palniku. Palnik powinien być pełny, otwory nadmuchowe powietrza powinny być w pełni przysłonięte paliwem.

W sterowniku należy ustawić możliwie najkrótszy czas podawania.

Czas przerwy w podawaniu należy ustawić trzykrotnie większy od czasu podawania.

Wentylator należy ustawić na połowę zakresu sterowalnego.

Po 15 minutach zaglądnąć krótko do paleniska w celu sprawdzenia poziomu żaru. Jeśli poziom żaru obniżył się – skrócić przerwę o połowę ostatniej nastawy. Jeśli poziom żaru podniósł się – wydłużyć przerwę o połowę ostatniej nastawy.

Po kolejnych 15 minutach ponownie sprawdzić poziom żaru w palenisku. Jeśli poziom żaru obniżył się – skrócić przerwę o połowę ostatniej nastawy. Jeśli poziom żaru podniósł się – wydłużyć przerwę o połowę ostatniej nastawy.

I tak aż do skutku, tzn. aż do stwierdzenia, że po kolejnej operacji poziom żaru utrzymał się na poprzedniej wysokości, co świadczy, że układ osiągnął stan równowagi.

Jeśli okaże się, że uzyskanie stanu równowagi nie jest możliwe ze względu na zbyt krótki czas podawania, uniemożliwiający doprecyzowanie czasu przerwy (taka sytuacja może wystąpić w przypadku węgli o niskiej wartości opałowej), należy podwoić czas podawania i powtórzyć całą procedurę regulacji.

Po osiągnięciu stanu równowagi należy obserwować, jak zmienia się temperatura wody wylotowej. Zmiany tej temperatury odzwierciedlają stosunek aktualnej mocy rzeczywistej kotła do aktualnego rzeczywistego zapotrzebowania ciepła. W razie konieczności zwiększenia/zmniejszenia mocy kotła – należy przestawić wentylator na wyższy/niższy poziom wydajności i ponowić procedurę regulacji.

Następnie palnik ustawiono na moc kotła około 17kW (podawanie/przerwa: 4/23 sek; wentylator: 47%), przy której temperatura wody podgrzanej wychodzącej z kotła utrzymywała się na poziomie około 70-73⁰C (temperaturę graniczną na sterowniku ustawiono powyżej tego poziomu). Efektem była praca kotła ze średnią mocą 17,2kW i sprawnością 89,5% oraz zawartością tlenku węgla w spalinach 177 mg/m3.

Następnie – nie zmieniając ustawienia palnika – ustawiono temperaturę graniczną (zadaną) na 57⁰C. Efektem była praca kotła ze średnią mocą 12,6kW i sprawnością 90,6% oraz z bardzo wysoką zawartością tlenku węgla w spalinach 1559 mg/m3. Trzeba zwrócić uwagę, że wzrost zawartości tlenku węgla wiąże się również ze wzrostem zawartości oparów smołowych (których nie oznacza się w systemie „on-line”).

%d bloggers like this: