Re: piec na ekogroszek - ranking
autor: zawijan » 10 kwie 2010, 15:29
Zacytuję jeszcze z naszego bloga "kotły co - poradnik użytkownika" rozdział zatytułowany "Jak działa regulator kotła?". Niech to będzie czymś w rodzaju podsumowania dyskusji o różnych typach sterowników.
W układzie centralnego ogrzewania realizuje się dwa procesy – proces wytwarzania ciepła (w układzie spalania) i proces rozprowadzania ciepła do ogrzewanych obiektów (w układzie wodnym). Zwornikiem tych dwu procesów jest woda obiegowa, która odbiera ciepło od gorących spalin w kotle i oddaje je do powietrza w ogrzewanych obiektach. Układ regulacji powinien nadążnie dostosować chwilową moc efektywną kotła do chwilowego zapotrzebowania (odbioru) ciepła przez ogrzewane obiekty.
Eksploatowane w ogrzewnictwie indywidualnym i komunalnym małe instalacje centralnego ogrzewania wyposażone w kotły węglowe stanowią stosunkowo złożone i trudne obiekty regulacji. W rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych zapotrzebowanie (odbiór) ciepła przez ogrzewane obiekty jest silnie zmienne, w zależności nie tylko od warunków pogodowych, ale także od trybu życia i upodobań użytkowników ogrzewanych obiektów, w czym dodatkowe poważne utrudnienia stwarza niestabilność parametrów zasilania kotła węglem.
Regulator kotła ma za zadanie utrzymać zadaną temperaturę wody podgrzanej wychodzącej z kotła na możliwie stałym poziomie, niezależnie od zmian zachodzących w procesie wytwarzania ciepła oraz zmian zapotrzebowania ciepła przez ogrzewane obiekty, przy czym ma to zrobić w sposób jak najbardziej efektywny ekonomicznie i ekologicznie. Zadanie wydaje się bardzo proste. Trzeba wyregulować tylko dwa parametry: wielkość strumienia paliwa i wielkość strumienia powietrza. Wzrost zapotrzebowania ciepła objawia się poprzez spadek temperatury wody powrotnej oraz – w ślad za tym – wody podgrzanej, co wymaga reakcji w postaci zwiększenia strumienia paliwa oraz proporcjonalnego zwiększenia strumienia powietrza. Spadek zapotrzebowania ciepła objawia się poprzez wzrost temperatury wody powrotnej oraz – w ślad za tym – wody podgrzanej, co wymaga reakcji w postaci zmniejszenia strumienia paliwa oraz proporcjonalnego zmniejszenia strumienia powietrza. Ta prostota jest jednak pozorna, o czym najlepiej świadczą liczne niekończące się wątki na forach internetowych, które dotyczą problemów z regulacją kotłów różnego rodzaju.
Skoncentrujemy się na regulatorach dla kotłów z automatycznym podawaniem paliwa. W przypadku kotłów z okresowym załadunkiem paliwa trudno mówić o jakiejkolwiek regulacji procesu spalania, gdyż nie ma w nich możliwości regulacji strumienia paliwa. Ich regulacja ogranicza się jedynie do manipulacji strumieniem powietrza, w zależności od aktualnego zapotrzebowania ciepła.
Dominujące na rynku konstrukcje regulatorów koncentrują się na precyzji regulacji temperatury wody w kotle, choć bezwładność cieplna ogrzewanych obiektów jest tak duża, że super dokładna regulacja temperatury wody traci w pewnym momencie sens praktyczny. Efektywność procesu spalania (czyli zachowanie optymalnych proporcji paliwa i powietrza) jest w nich pomijana, choć dla sprawności (ekonomiki) kotła podstawowe znaczenie mają właśnie procesy zachodzące w palenisku i komorze spalania kotła.
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.
Jako użytkownik kotła, nie musisz znać mechanizmów procesu spalania. Powinieneś otrzymać kocioł, w którym proces spalania realizowany jest prawidłowo. Jeśli kocioł (kocioł+regulator) jest skonstruowany wadliwie i nie realizuje poprawnie procesu spalania, nawet bardzo dokładna wiedza o tym procesie i tak Ci się na nic nie przyda, bo przecież nie będziesz dokonywał przeróbek konstrukcyjnych kotła. Warto jednak, abyś przeczytał ten tekst, bo dzięki informacjom w nim zawartym możesz uniknąć czasem pułapki wyrafinowanych zachęt marketingowych, które często zastępują rzeczowe charakterystyki eksploatacyjne wyrobów.
Nowoczesny sterownik powinien – przede wszystkim – eliminować konieczność “ręcznej” ingerencji użytkownika w proces regulacji spalania paliwa w palniku. Sterownik powinien dostosowywać chwilowe proporcje paliwa i powietrza (możliwie bliskie optymalnemu współczynnikowi nadmiaru powietrza) do chwilowego zapotrzebowania ciepła oraz zabezpieczać układ przed przerwaniem spalania z powodu długotrwałego nadmiaru lub niedomiaru paliwa w stosunku do potrzeb, bez względu na rodzaj i ewentualne zmiany własności energetycznych podawanego paliwa. Wszelkie udoskonalenia układu sterowania, które nie eliminują konieczności “ręcznego” ustawiania parametrów pracy palnika, są zdecydowanie mniej przydatne z punktu widzenia użytkownika kotła.
Znane z energetyki zawodowej oraz z przemysłowych instalacji technologicznych układy sterowania, w których do ustalenia optymalnych proporcji paliwa i powietrza do spalania (współczynnika nadmiaru powietrza) wykorzystuje się analizatory zawartości tlenu w spalinach, nie są stosowane w małych instalacjach ciepłowniczych ze względu na wysoką cenę, przekraczającą cenę małego kotła. Dla warunków “małej energetyki” niezbędny jest sterownik z algorytmem wykorzystującym parametry procesu, które można zmierzyć za pomocą stosunkowo niedrogich mierników.
Bez informacji o tym, co dzieje się aktualnie w palenisku, nie da się sterować procesem spalania, niezależnie od przyjętej formuły postępowania. Informacja o zmianach temperatury wody podgrzanej wychodzącej z kotła mówi wyłącznie o zmianach chwilowej mocy/wydajności układu spalania w stosunku do zapotrzebowania/odbioru ciepła przez ogrzewane obiekty (z określonym opóźnieniem, wynikającym z bezwładności cieplnej układu wodnego) – nie niesie w sobie natomiast informacji o prawidłowości proporcji ilości paliwa i powietrza w realizowanym aktualnie procesie spalania. Toteż sterowniki, których działanie oparte jest wyłącznie na sygnale otrzymywanym z miernika temperatury wody, nie sterują procesem spalania, ponieważ nie otrzymują informacji o tym, co dzieje się w palenisku.
Wstępne proporcje ilości powietrza i paliwa ustalane są w tym przypadku eksperymentalnie, a następnie – w trakcie zmiany eksploatacyjnego zapotrzebowania mocy – zmieniane według przyjętej formuły postępowania (algorytmu). Nie da się przy tym uniknąć mniej lub bardziej częstej konieczności “ręcznego” korygowania proporcji ilości powietrza i paliwa, w przypadku zmian jakości paliwa zasilającego kocioł. Proporcje podawanego do palnika paliwa i powietrza muszą być w tym przypadku ustalane eksperymentalnie dla każdego stosowanego paliwa. Praktycznie niemożliwe jest, aby użytkownik ustalił optymalne proporcje samodzielnie, bez pomocy analizatora składu chemicznego spalin. 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.
W naszej rzeczywistości dominują działania subiektywne. Każdy z nas ma inne upodobania i inne preferencje, także w odniesieniu do układów regulacji małych instalacji centralnego ogrzewania. Od układu centralnego ogrzewania oczekujemy spełnienia czterech generalnych funkcji: zabezpieczenia komfortu cieplnego w ogrzewanych obiektach, efektywności ekonomicznej, efektywności ekologicznej oraz funkcjonalności (dużej łatwości i małej pracochłonności obsługi). Jednakże pojęcia te dla każdego z nas oznaczać mogą co innego i dlatego wszelkie dyskusje na sformułowany bardzo ogólnie temat “który regulator/sterownik jest najlepszy” prowadzą donikąd. Tym bardziej, że hierarchia wartości wymienionych powyżej generalnych funkcji układu centralnego ogrzewania dla każdego z nas także może wyglądać inaczej.
Naszym zdaniem – skonstruowanie uniwersalnego regulatora/sterownika, dostosowanego do pracy z wszystkimi typami kotłów, jest raczej niemożliwe, a skonstruowanie sterownika, który spełniłby wszystkie oczekiwania wszystkich klientów – absolutnie niemożliwe. Ze względu na ogromne zróżnicowanie konstrukcji kotłów oferowanych na rynku, użytkownicy muszą liczyć się z faktem, że nie każdy sterownik będzie dobrze pracował z ich kotłem. Im bardziej zaawansowany technicznie sterownik – tym węższy krąg urządzeń, z którymi może efektywnie współpracować, bowiem efektywność sterowania zależy w ogromnej mierze od poziomu rozwiązań technicznych oraz jakości i powtarzalności wykonania sterowanych urządzeń. Tylko najprostsze sterowniki mogą pracować z każdym kotłem, jednakże – jak to wyjątkowo celnie określono na jednym z forów dyskusyjnych – zmuszają one w zamian użytkownika “do mieszkania w okresie grzewczym w kotłowni”, gdyż wymagają częstego korygowania przez użytkownika zadanych parametrów procesu spalania (czasu podawania paliwa, czasu przerwy w podawaniu paliwa oraz wydajności/obrotów wentylatora podającego powietrze do spalania).