Sterowanie spalaniem w kotłach na paliwo stałe (2), Układ wodny

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf

Gdzieś kiedyś ktoś pierwszy powiedział, że praca kotła z modulacją mocy daje oszczędności paliwa w porównaniu do pracy kotła w systemie dwustanowym włącz/wyłącz. Gdzieś ktoś kiedyś pierwszy powiedział, że praca kotła z modulacją temperatury wody wylotowej w bardzo wąskim zakresie daje mnóstwo oszczędności ciepła w porównaniu do pracy z kilkustopniowymi przeregulowaniami tej temperatury. Gdzieś kiedyś ktoś pierwszy powiedział, że praca kotła z modulacją mocy zwiększa żywotność kotłów w porównaniu do pracy kotła w systemie dwustanowym włącz/wyłącz…

W materiałach reklamowych, instrukcjach obsługi, a nawet w wielu publikatorach producenci zaczęli podawać informacje o tym, jak wielkie są te oszczędności ciepła (paliwa). Największa z podawanych oszczędności, jaką zapamiętałem z tych publikacji, to 30%. Nigdzie jednak nie znalazłem żadnych dowodów (wyników stosownych badań), które potwierdzałyby te informacje. Ostatnio niektórzy producenci podają już tylko oszczędności „kilka do kilkunastu procent”, a inni podają jedynie enigmatycznie, że zaletą takiej pracy jest oszczędność paliwa, nie podając żadnych danych liczbowych. Nikt nie podał także, jakie to mnóstwo ciepła (paliwa) – ile watów, dżuli, czy choćby kilogramów węgla – traci się np. na 1°C takich przeregulowań temperatury wody. Nie znalazłem nigdzie żadnych wyników.

Nikt nie podał również, o ile wzrasta żywotność kotłów w wyniku pracy kotłów z modulacją temperatury wody w bardzo wąskim zakresie. W jakim zakresie i o ile?

Niektórzy twórcy tych sterowników twierdzą, że oszczędności są większe, kiedy mniejszy jest zakres wahań chwilowej temperatury wody wylotowej z kotła wokół wartości zadanej tej temperatury. Mówią tak, ale nie mierzą żadnych innych parametrów oprócz temperatury wody. W związku z tym – o zmianach innych parametrów nie mają żadnego pojęcia.

A co z wahaniami współczynnika nadmiaru powietrza (wahaniami zawartości tlenu w spalinach)? Czy któryś z producentów to mierzył? Czy na wielkość strat ciepła (paliwa) wpływ ma tylko temperatura wody (w domyśle: temperatura spalin, bo aby wzrosła temperatura wody, musi wzrosnąć temperatura spalin, czyli większa będzie strata kominowa)?

Sterowniki PID

Sterowniki typu PID, które w różnych wersjach dominują obecnie na naszym rynku, powstawały z myślą o zrealizowaniu w praktyce idei płynnej modulacji mocy kotła. Co ciekawe, ideę tę zrealizowano najpierw w kotłach zasypywanych ręcznie (bez automatycznego podawania paliwa), z nadmuchem powietrza wymuszonym dmuchawą.

Sterowniki typu PID modulują moc tych kotłów (regulują temperaturę wody wylotowej) w jedyny możliwy w tej technologii spalania sposób – poprzez manipulację ilością powietrza podawanego przez dmuchawę, bowiem manipulacja ilością podawanego paliwa jest w nich (z oczywistych względów) niemożliwa. W kotłach zasypowych jest to proste – regulujemy jeden parametr zmianą jednego parametru. Zwiększamy ilość podawanego powietrza – rośnie ilość spalanego paliwa i moc kotła. Zmniejszamy ilość podawanego powietrza – maleje ilość spalanego paliwa i maleje moc kotła. Aż dziwne, że sterowniki PID dla kotłów zasypowych powstały dopiero niedawno, bo przecież regulatory PID są znane już od bodajże 200 lat.

W kotłach z palnikiem automatycznym (z automatycznym podawaniem paliwa) nie jest już tak prosto. Aby optymalnie modulować moc kotła, trzeba zmieniać jednocześnie trzy parametry – czas podawania paliwa, czas przerwy pomiędzy kolejnymi podaniami i ilość podawanego powietrza. Tu już sam PID nie wystarcza, więc twórcy tych sterowników wprowadzają pewne „uproszczenia” do sterowania procesem spalania. Robią to różnie, świadomie godząc się na odstępstwa od optimum. Przy stosowaniu tych sterowników nie da się jednak uniknąć konieczności „ręcznego” dokonywania nastaw wstępnych czy korekcyjnych. Przed pojawieniem się sterownika eCoal.pl nikt nie widział w tym problemu. Od czasu pojawienia się sterownika eCoal.pl próbuje się to w różny sposób kamuflować, jednakże nie da się tego uniknąć.

Sposoby są różne – idea taka sama. Tworzy się matrycę podawania paliwa (np. ustalając stały czas podawania i zmienną przerwę lub stałą przerwę i zmienny czas podawania) dla całego zakresu mocy roboczych kotła. Matryca jest odwzorowaniem wyników wykonanych testów spalania węgla wzorcowego. Przechodząc z jednego poziomu matrycy na inny, zmienia się poziom mocy roboczej kotła. Następnie doregulowuje się temperaturę wody wylotowej do wartości zadanej poprzez manipulację wydajnością dmuchawy – identycznie jak w kotłach zasypowych (bezpodajnikowych).

Użytkownik nie ustawia już czasu podawania, czasu przerwy i wydajności dmuchawy. Jeśli ma akurat węgiel o własnościach zbliżonych do węgla wzorcowego, który wykorzystano do zbudowania matrycy podawania węgla – rzeczywiście nie musi już nic robić. Sterownik PID prowadzi kocioł na ustawieniach „fabrycznych”. Prowadzi go tak samo jak kocioł zasypowy – z oscylacją współczynnika nadmiaru powietrza (stosunkowo dużą) i oscylacją temperatury wody wylotowej (stosunkowo małą).

Jeśli natomiast użytkownik ma węgiel o własnościach odbiegających od węgla wzorcowego, musi „ręcznie” ustawić nowe parametry podawania. Nie ustawia już wprawdzie czasu podawania i czasu przerwy w sekundach, natomiast ustawia/koryguje wysokość kopca (kilka poziomów), dawkę paliwa (kilka poziomów), jakość węgla (kilka poziomów) itp. w zależności od nomenklatury nadanej przez producenta sterownika. Dalej robi to jednak „ręcznie” i dalej „na oko”.

Trzeba przyznać, że jest to dla użytkownika spore ułatwienie. Nie gubi się już w tym ogromie sekund (podawania i przerwy) oraz procentów (obrotów dmuchawy) jak przy zwykłych sterownikach dwustanowych. Twórca sterownika PID ułatwił mu życie, odcinając pewne obszary możliwej manipulacji jako nierealne lub mało realne. Niemniej jednak robi to dalej „ręcznie” i dalej „na oko”. Nie jest to sterowanie procesem spalania, bo sterowniki te nie mierzą żadnych parametrów charakterystycznych procesu spalania. Można natomiast zgodzić się ze słowami twórców sterowników, że jest to sterowanie temperaturą wody wylotowej.

Czy sterownik typu PID daje efekt w postaci zmniejszenia zużycia paliwa w stosunku do sterownika z wyłącznie ręcznym sposobem ustalania proporcji paliwa i powietrza? Dla ogromnej rzeszy użytkowników średnio i mało wprawnych – tak. Dla użytkowników bardzo wprawnych – też tak, choć w mniejszym stopniu. Jak duży jest ten efekt? Na razie brak jest publikacji o wynikach stosownych badań.

Czy sterownik typu PID daje efekt w postaci zmniejszenia zużycia paliwa w stosunku do sterownika z całkowicie automatycznym sposobem ustalania proporcji paliwa i powietrza? Nie wiadomo. Na razie brak jest publikacji o wynikach stosownych badań.

dr inż. Jacek Zawistowski
Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij