Biokurą deginančio kondensacinio katilo valdymas = Control of biofuel condensing boiler

Abstract

Įrengus kondensacinius šilumokaičius galima išnaudoti degimo produktuose esančių vandens garų energiją. Kondensaciniai šilumokaičiai dažniausiai įrengiami gamtines dujas deginančiuose katiluose. Žemės ūkio inžinerijos institute pradėti kondensacinio režimo taikymo biokuru kūrenamuose mažos galios katiluose tyrimai. Šiems tyrimams įrengta automatizuota biokuro deginimo laboratorija. Šiuo darbu siekiama sudaryti teorinį ir metodinį pagrindą kieto kuro katilo temperatūros reguliatoriams projektuoti bei derinti. Nagrinėjami du pagrindiniai klausimai: 1) reguliatoriaus tipo parinkimas ir rodiklių nustatymas, 2) kūryklos ventiliatoriaus našumo reguliavimo būdo parinkimas ir reguliavimo charakteristikos sudarymas. Temperatūrai kieto kuro katile reguliuoti siūloma taikyti nuoseklaus informacijos apdorojimo PI reguliatorių. Reguliatoriaus rodiklius siūloma nustatyti Zieglerio–Nikolso (Ziegler–Nichols) metodu remiantis reguliatoriaus ribinio stiprinimo koeficiento ir sistemos švytavimų ribinio periodo reikšmėmis. Ribiniams rodikliams nustatyti atliekamas reguliavimo su reliniu grįžtamuoju ryšiu eksperimentas, kurio metu užregistruojami į kūryklą pučiamo oro debito ir katilo temperatūros svyravimai. Į kūryklą tiekiamo oro debitui reguliuoti siūloma taikyti ventiliatoriaus variklio greičio impulsinį reguliavimą. Impulsų ir pauzių trukmėms nustatyti užregistruojamos ventiliatoriaus greitėjimo ir lėtėjimo charakteristikos ventiliatorių įjungus į tinklą ir jį išjungus. Ventiliatoriaus reguliavimo charakteristika sudaroma remiantis užregistruotų pereinamųjų charakteristikų laiko pastoviosiomis bei pasirinktais leidžiamais ventiliatoriaus greičio svyravimais. Straipsnyje pateikiamos biokuro deginimo laboratorijoje sumontuoto katilo ir jo ventiliatoriaus užregistruotos atraminės charakteristikos bei iš jų apskaičiuotos reguliavimo rodiklių vertės

Implementation of condensing heat exchangers permits utilising of the energy of water vapour present in combustion products. Heat exchangers are mainly installed in the boilers using natural gas. The Institute of Agriculture Engineering started the research on the application of condensation regime in small capacity boilers of biofuel. An automated biofuel combustion laboratory was equipped for that. Work objective is to make a theoretical and methodical basis for designing and adjustment of temperature controllers of a solid fuel boiler. Two main issues are researched: 1) choice of controller type and setting of rates, and 2) choice of control mode for furnace fan capacity and setting of control characteristics. It is suggested to use a series PI controller to control temperature in solid fuel boiler. It is also suggested to set the controller’s rates using Ziegler–Nichols method, on the basis of the values of controller’s ultimate gain and ultimate period of system oscillations. To set ultimate rates an experiment of control with relay feedback was carried out, during which oscillations of air flow blown into a furnace and boiler temperature are registered. To control the air flow supplied to the furnace it is suggested to apply pulse control of fan motor velocity. Fan acceleration and deceleration characteristics are registered when fan is switched on and off. A fan control characteristic is made on the basis of the time constants of registered transitional characteristics and selected permissible oscillations of fan velocity. The article presents registered basic characteristics of biofuel burning boiler and its fan and the control rates calculated from them. The controller with set rates implemented in a programmable controller AL2-14MR-D (Mitsubishi company). Obtained diagrams of experimental burning when using the made controller are presented