ABC ogrzewania. Kocioł prześwietlony

zobacz artykuł w formie pdf zobacz pdfa zobacz pdfa zobacz pdfa    

 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.
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 zmianach chwilowej wydajności układu spalania, w stosunku do odbioru ciepła przez ogrzewane obiekty, informują zmiany temperatury wody podgrzanej wychodzącej z kotła (z określonym opóźnieniem, wynikającym z bezwładności cieplnej układu wodnego). Toteż podstawowym sygnałem dla wszystkich (bez wyjątku) regulatorów stosowanych w kotłach c.o. jest sygnał otrzymywany z czujnika temperatury wody podgrzanej wychodzącej z kotła (nazywanego potocznie czujnikiem temperatury kotła). Od jakości tego sygnału zależy efekt regulacji – niezależnie od rodzaju stosowanego regulatora. Przy czym chodzi tu nie tyle o dokładność czujnika (bezwładność cieplna ogrzewanych obiektów jest tak duża, że super dokładna regulacja temperatury wody traci w pewnym momencie sens praktyczny), co o szybkość reakcji na zmiany temperatury wody.
Cechą charakterystyczną rozwoju współczesnych kotłów c.o. było – między innymi – obniżanie ich objętości wodnej w celu zwiększenia szybkości reakcji kotła na zmiany temperatury w układzie wodnym. Szczególnie ważne staje się to w sytuacji nowoczesnych instalacji c.o., które charakteryzują się znacznie mniejszymi pojemnościami układów wodnych.
Mniejsze pojemności wodne wymuszają takie zaplanowanie rozmieszczenia newralgicznych elementów kotła, aby maksymalizować mieszanie wody w kotle (wydłużyć drogę strugi wody od wlotu do wylotu; wprowadzić do wnętrza przestrzeni wodnych wymiennika elementy zwiększające turbulencję cieczy), gdyż ciecze o różnej temperaturze (o różnej gęstości) źle mieszają się ze sobą.
Pomocnym narzędziem badawczym zarówno dla projektanta, jak i dla osób oceniających poprawność konstrukcji kotła, jest kamera termowizyjna pozwalająca, poprzez zewnętrzne stalowe ściany kotła, śledzić oraz na bieżąco rejestrować zmiany termiczne zachodzące w przestrzeniach wodnych wymiennika. Niestety, środowiska producenckie nie kwapią się do zlecania takich badań, zadowalając się standardowymi badaniami atestacyjnymi (normowymi). Wielka szkoda. Z przykrością stwierdzamy, że w praktyce liczne są przypadki błędów konstrukcyjnych, które można stwierdzić tylko w przypadku skrupulatnych badań eksploatacyjnych, a które skutkują znacznym obniżeniem efektywności eksploatacyjnej kotła u klienta, w warunkach pracy kotła ze zmienną mocą.
Stosunkowo częste są przypadki błędów konstrukcyjnych przestrzeni wodnej kotła, połączone z wadliwą lokalizacją czujnika temperatury wody podgrzanej wychodzącej z kotła (temperatury kotła), które skutkują znacznym pogorszeniem efektywności pracy regulatorów kotła.

Na fot. 1 przedstawiono stop-klatkę z badań eksploatacyjnych poprawnie skonstruowanego kotła c.o., w którym czujnik temperatury wody podgrzanej umieszczono prawidłowo, tzn. wewnątrz przewodu wyprowadzającego wodę z kotła. Jak widać na termogramie, zimna woda powracająca do kotła jest równomiernie podgrzewana, opływając wszystkie elementy wymiennika. Poziomy układ warstwic potwierdza prawidłowe zaprojektowanie konstrukcji wymiennika, zaś czujnik temperatury wody podgrzanej rzeczywiście pokazuje jej temperaturę.

Na fot. 2 przedstawiono stop-klatkę z badań eksploatacyjnych kotła, na której wyraźnie widać istotne błędy konstrukcyjne w górnej części wymiennika (patrz: lewy górny róg termogramu). Gniazdo czujnika temperatury wody podgrzanej umieszczono w przestrzeni wodnej kotła (nie w przewodzie wyprowadzającym wodę z kotła), w miejscu niewłaściwie wybranym, w którym – w wyniku błędnych rozwiązań konstrukcyjnych – tworzyła się zastoina termiczna o temperaturze wyższej od temperatury wody wypływającej z kotła o ok. 5ºC. Ponadto – jak stwierdzono – zastoina utrzymywała wysoką temperaturę nieproporcjonalnie dłużej w porównaniu do szybkości zmian temperatury wody podgrzanej wychodzącej z kotła.
Sterownik kotła otrzymywał błędne sygnały zarówno co do wartości, jak i szybkości zmian temperatury wody, którą miał regulować. Regulator reagował ze znacznym opóźnieniem, ze skutkiem w postaci nadmiernego (zbędnego) wychładzania i obniżonej sprawności eksploatacyjnej kotła (zwiększonych kosztów eksploatacji).
Czujnik temperatury wody podgrzanej nie musi być bezwzględnie umieszczany w przewodzie wyprowadzającym tę wodę, choć takie rozwiązanie jest najlepsze. Natomiast bezwzględnie musi być umieszczony w miejscu, gdzie temperatura mierzona odpowiada temperaturze wody wyprowadzanej z kotła zarówno pod względem wartości, jak i szybkości zmian.
Kiedyś, w czasach dominacji kotłów zasypowych, czujnik temperatury wody podgrzanej miał za zadanie sygnalizować temperaturę krańcową, powyżej której istniało niebezpieczeństwo zagotowania wody w kotle i dawać sygnał do wstrzymania podawania powietrza do spalania (wstrzymania spalania). Teraz, w erze kotłów automatycznych, ten drobiazg stał się podstawowym elementem sterowników tych kotłów, na którym oparty jest proces ich regulacji. Sterowniki te, oparte na zaawansowanych procedurach automatycznej regulacji procesów, wymagają sygnałów o odpowiedniej jakości. W przeciwnym razie ich zakup jest bezsensowny.
dr inż. Jacek Zawistowski, Sławomir Janiszewski

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