Biomasės deginimo laboratorinio katilo apkrovos galios reguliavimo modeliavimas

Abstract

Biomasės kuro naudojimui mažos galios decentralizuotuose šildymo įrenginiuose tirti Lietuvos žemės ūkio universiteto Agroinžinerijos institute įrengta biokuro deginimo laboratorija. Laboratorijos įrenginių automatizavime išskiriami trys pagrindiniai automatinio reguliavimo kontūrai: degimo proceso katile, kondensacinio šilumokaičio temperatūros ir katilo apkrovos galios. Šiame straipsnyje detaliai nagrinėjamas katilo apkrovos galios reguliavimo kontūras. Katilo šilumai suvartoti įrengtas kaloriferis Volcano VR1 (firma Euroheat), kurio šiluminė galia reguliuojama dažnio keitikliu keičiant kaloriferio ventiliatoriaus sūkių dažnį. Dažnio keitikliui valdyti projektuojamas proporcinis integralinis (PI) reguliatorius. Reguliatoriaus rodikliams nustatyti sudaromas reguliavimo sistemos Simulink modelis. Straipsnyje pateikiamas kaloriferio ir katilo galios reguliavimo dinamikos matematinis aprašymas bei pateikiama sudarytojo modelio schema. Modeliavimu nustatyta, kad katilo apkrovos galiai reguliuoti taikytinas nuoseklaus informacijos apdorojimo PI reguliatorius, kurio integravimo konstanta 20 s, o proporcingumo koeficientas keičiamas adaptyviai, priklausomai nuo pasirinktos katilo apkrovos galios ir iš katilo ištekančio šilumnešio temperatūros. Apkrovos galios reguliavimo sumodeliuoto pereinamojo proceso trukmė (50 ± 20) s, o perreguliavimas sudaro (0 – 10) % katilo vardinės galios

The biofuel combustion laboratory for investigation of biomass usage in individual small capacity heating systems was equipped in the Agroengineering Institute of Lithuanian University of Agriculture. Three main loops of automatic control are picked out in the automation of laboratory equipment: boiler burning process control loop, condensing heat exchanger temperature control loop and boiler load capacity control loop. Boiler load capacity control loop is thoroughly analysed in this article. Unit heater Volcano VR1 (firm Euroheat) was fitted for boiler heat consumption. Thermal capacity of the unit heater is varied by heater fan revolution control. by Proportional integral (PI) controller is projected for frequency converter control. The Simulink model of control system is developed for controller parameters determination. Mathematical equations of dynamic thermal behaviour of the unit heater and boiler in control system are presented, followed by the scheme of developed model. Simulation revealed that series data processing PI controller is applicable for boiler load capacity control. Integration time of this controller is of about 20 s and proportional gain is changed adaptively depending on target boiler load capacity and supply heat carrier temperature. Simulated duration of transient process of boiler load capacity control is of (50±20) s and overshoot of (0-10)% of boiler rated capacity