Принцип работы регулятора тяги твердотопливного котла: Механический и электронный регулятор тяги для твердотопливного котла: устройство, настройка, принцип работы

Содержание

Для чего нужны регуляторы тяги твердотопливного котла?

Горение – процесс неравномерный, и зависит не только от вида и качества топлива, но и от притока воздуха. В твердотопливных котлах воздух поступает через поддувало – камеру с заслонкой непосредственно под топкой. Однако нужно не просто обеспечить доступ кислорода в зону горения, но и поддерживать заданную температуру теплоносителя в системе отопления, чтобы не было слишком жарко, но и чтобы пламя не угасло. Самый простой и доступный способ делать это не «на глаз» – установить терморегулятор тяги. Другие названия устройства: регулятор температуры или подачи воздуха.

	Регулятор тяги состоит из термостатического элемента, механически связанного с качающимся рычагом. Погружная гильза устройства вкручивается с уплотнением в специальное отверстие в рубашке котла. Температура задаётся поворотной рукояткой со шкалой.
	Дверца поддувала открывается вверх и в свободном, вертикальном, положении перекрывает отверстие. Рычаг регулятора цепочкой соединяется с дверцей, чтобы был первоначальный зазор, и фиксируется в данном положении.
	При интенсивном горении и нагреве теплоносителя термостатический элемент поворачивает рычаг вниз, зазор уменьшается, ограничивая приток воздуха. При угасании пламени и понижении температуры рычаг поворачивается вверх, через цепочку приоткрывает дверцу шире, увеличивая доступ кислорода.

При первом пуске термостатический регулятор калибруют – доводят котёл до устойчивой температуры в 60 °С, выставляют данное значение на шкале, после чего фиксируют длину цепи и соответствующий поворот рычага, чтобы заслонка приоткрывалась на 2 мм.

Марки механических терморегуляторов

Наиболее популярными являются регуляторы чешского производства Regulus RT4 (или их предыдущая модификация RT3 с несъёмной погружной гильзой). Также пользуются спросом Honeywell FR124 (Германия), ICMA (Италия), ESBE ATA 212 (Швеция).

Они практически не отличаются по диапазону регулировки, значение имеет длина погружной гильзы – так как у разных котлов может быть разная глубина рубашки. Для выбора воспользуйтесь сравнительной таблицей.

Основные преимущества механических регуляторов тяги:

не требуют никаких дополнительных устройств для работы;
энергонезависимость – в отличие от микропроцессорных блоков управления регулятор будет работать даже при отключенном электричестве;
надёжность и прочность: все детали, кроме шкалы, – металлические, поэтому в регуляторе фактически нечему ломаться, а повреждения происходят скорее случайно – например, если устройство уронили, может треснуть рукоятка (как правило, пластмассовые рукоятки поставляются в ремкомплекте).

К недостаткам стоит отнести определённую инерционность: так как воздух идёт самотёком, котлу требуется больше времени для повышения мощности, чем если бы использовался нагнетающий вентилятор с контроллером.

Тем не менее, механические регуляторы температуры являются первым простым, наглядным и недорогим средством автоматизации отопления.

Купить терморегуляторы в Белгороде, Кемерово, Красноярске и других городах России вы можете на нашем сайте.

Регулятор тяги для твердотопливного котла — принцип работы, монтаж и настройка, обзор производителей: tvin270584 — LiveJournal

Твердотопливные котлы, в отличие от устройств на других видах топлива, сложней поддаются управлению, поскольку обладают высокой инертностью. В результате этого может выделяться избыточное тепло. Чтобы регулировать интенсивность горения топлива, используют регулятор тяги. В этой статье мастер сантехник расскажет, как устроен регулятор тяги для твердотопливного котла.

Как работает регулятор тяги

Главную роль в устройстве регулятора играет термостатический элемент, помещенный внутрь цилиндрического корпуса и связанный механически с рычагом и цепочкой, прикрепленной к дверце зольника. Элемент представляет собой герметичную колбу, наполненную термочувствительной жидкостью, значительно расширяющейся при нагревании. Он находится в том конце корпуса, который вкручивается внутрь водяной рубашки котла и непосредственно контактирует с теплоносителем. Как устроен терморегулятор с цепным приводом, показано на схеме:

Принцип работы автоматического регулятора тяги основан на управлении потоком воздуха, идущего в топливник под воздействием тяги дымохода. Алгоритм выглядит так:

При горении твердого топлива и нагреве теплоносителя жидкость внутри элемента расширяется и воздействует на исполнительный механизм и рычаг, преодолевая силу упругости пружины.

Рычаг ослабляет цепочку, заслонка начинает закрываться и уменьшать проходное сечение. В топку поступает меньше воздуха, процесс горения замедляется.
Температура воды в котловом баке снижается, жидкость сжимается и возвратная пружина заставляет рычаг снова открыть заслонку посредством цепочки.
Цикл повторяется, пока дрова в топливнике не прогорят полностью, тогда пружина открывает дверцу максимально широко.

Рукоятка настройки на торце терморегулятора служит для ограничения хода рычага и, соответственно, воздушной заслонки. Таким образом устанавливается ограничение по температуре теплоносителя.

Помимо механических регуляторов, не зависящих от электричества, существует автоматика для твердотопливных котлов с контроллером и вентилятором – нагнетателем воздуха. Последний подает воздух в топку по команде

электронного блока, ориентирующегося на сигналы датчика температуры. Подобные комплекты автоматики ставятся на все пиролизные и пеллетные котлы.

Зачем нужны регуляторы

В отличие от любой дровяной печи водогрейный твердотопливный котел оснащен водяной рубашкой и не может разогреваться до слишком высокой температуры, иначе вода в ней попросту закипит. В подобных случаях образующийся пар резко повышает давление в системе, отчего происходит взрыв. То есть, твердотопливный котел, чья мощность регулируется вручную дверцей зольника, представляет собой источник повышенной опасности.

Худо-бедно котел без всякой автоматики может работать совместно с буферной емкостью – теплоаккумулятором, чей объем правильно рассчитан. Туда пойдет лишнее тепло в том случае, если вы вовремя не прикрыли дверцу и не ограничили поступление воздуха в топку.

Автоматический регулятор тяги дымохода, который можно своими руками установить на любой твердотопливный котел, будет заниматься манипуляциями с дверкой вместо вас и гораздо лучше вас. Он вовремя среагирует на повышение температуры воды в рубашке теплогенератора и прикроет подачу воздуха в камеру, где вовсю пылает твердое топливо. Хотя по инерции температура будет повышаться еще какое-то время, но в целом процесс нагрева приостановится. Помимо обеспечения безопасности, механический регулятор тяги котла помогает решать такие вопросы:

Не дает превысить установленную пользователем температуру теплоносителя. Не всегда его нужно греть до максимальных 90 °С, весной или осенью для обогрева вполне хватит и 60 °С.

Прикрывая заслонку и подачу воздуха, регулятор тяги увеличивает длительность горения котла с одной закладки. Но надо признать, что условия сжигания топлива при этом ухудшаются, а КПД отопителя резко снижается.

Вы можете возразить, что любые твердотопливные теплогенераторы должны подключаться к системе отопления с использованием предохранительного клапана, настроенного на аварийное давление. При перегреве клапан сработает, сбросит пар и никакого взрыва не произойдет. Так что и регуляторы тяги вроде бы ни к чему. Утверждение верно лишь отчасти, поскольку без автоматики отопитель частенько будет набирать критическую температуру, а клапан после 2—3 срабатываний банально потечет. Да и управлять температурой воды в ручном режиме довольно сложно.

Как выбрать и обзор производителей

В продаже возможно найти терморегуляторы для котла отопления на любой вкус.

Есть модели бюджетные и подороже. А чтобы правильно выбрать его, нужно учесть следующее.

Интервал регулировки температуры должен быть 60-90°С.
Указанного в паспорте конструкции усилия, которое развивается приводом, должно быть достаточно на подъём дверки.
Нужно проследить, хватает ли рабочего хода привода для полного открытия и закрытия отворки.
Соединение резьбы на корпусе должно подходить соответствующей части в котле и составлять ¾.

Расположение гильзы регулятора тяги на корпусе котла отопления может быть вверху, сбоку либо спереди. Для вертикального варианта нужно устройство, которое способно функционировать в вертикальном положении, а для остальных – в горизонтальном положении. Конечно, есть и такие регуляторы, которым не важно положение и работают они на две шкалы регулировки.

В настоящее время автоматические регуляторы тяги для твердотопливных котлов производят несколько отечественных и зарубежных компаний. В России чаще всего приобретают устройства итальянской компании «Atos», украинской марки «Air Auto», американской «Watts», польской «Tech».

Сразу стоит сказать, что цены на регуляторы тяги для твёрдотопливных котлов различаются. И на это в большинстве влияет местоположение производителя и тип действия (электронные терморегуляторы всегда дороже в несколько раз).

Предлагаем рассмотреть некоторые марки популярных производителей регуляторов:

Atos (Италия) — Специализируется на производстве исключительно автоматических систем. Предполагает ручную загрузку топлива либо автоматическую. Электрогидравлика подразумевает установку системы от 15 кВт.
Air Auto (Украина) — Предполагает ручную загрузку топлива. Продукция обеспечивается блоком управления с несколькими рабочими режимами. Комплект включает циркуляционное оборудование, дымососы, вентиляторы. Особенность марки в возможности плавного регулирования оборотов вентилятора. Во время функционирования используется интегрально-дифференциальный алгоритм, который увеличивает продолжительность горения топлива на 20%.

Watts RT (Америка) — Большой выбор рабочих температур, от 30 до 100°С. Марка имеет типовое резьбовое соединение, а также прекрасно подходит для установки в котлы современного типа.
Tech (Польша) — Преимущественно выпускает автоматику, которая управляется микропроцессором. Марка в простом исполнении, с базовым набором нужных для работы котла функций. Модули подразумевают четыре рабочих режима, встроенную защиту от перегрева теплоносителя.
ICMA (Италия) — Характеризуется эта модель натяжением цепочки с нагрузкой до 850 гр., широким диапазоном настроек мощности (от 30 до 100°С) и возможностью как горизонтальной установки, так и вертикальной.
EuroSter (Польша) — Предлагает электронные автоматические терморегуляторы, которые подключаются к комнатным термостатам и обеспечивают автоматически процесс горения. Точно следит за температурой в помещении и отлично подходит для управления системой полов с подогревом. При желании температура нагрева может составлять 30-90°С. Максимальная нагрузка на цепь — 800 гр.
ESBE (Швеция) — Регуляторы температуры для котла отопления марка выпускает механические и электронные. Последние предназначены для котлов с автоматической подачей топлива. Терморегулятор подключается к циркуляционному оборудованию и нагнетательным вентиляторам.
Regulus RT3 (Словакия) — Регулятор тяги «regulus» подразумевает диапазон регулировки 30 – 90°C. 120°C – это самая высокая температура нагревания воды, 60°C – среды. Рабочее положение горизонтальное и вертикальное. Его усовершенствованная модель — регулятор тяги regulus rt4. Отличается она меньшими габаритами, и, в отличие от rt3, имеет нагрузку на цепочку не 800 грамм, а до 1 кг.
Лемакс (Италия) — Имеет регулирующую рукоятку из термоутверждающейся смолы – и это основная особенность производителя. В наличии есть термочувствительный элемент, поэтому за безопасность можно не бояться. Марка может похвастаться точностью настроек и надёжностью. Производимое регулирующее оборудование стандартных размеров, поэтому подходит многим котлам на твёрдом топливе.
Honeywell FR 124 (Германия) — Совместим с большинством твердотопливных котлов (BURNiT, Wirbel, Viadrus Buderus, КЧМ, ZOTA, ДОН и др.) Максимальная температура рабочей среды 115 °С. Диапазон настройки регулятора тяги 30-90 °С. Термочувствительный элемент заполнен воском. Имеет две шкалы, предполагает и горизонтальную, и вертикальную установку.

Как поставить и настроить регулятор

В большинстве случаев установка терморегулятора своими руками влечет за собой опорожнение водяной рубашки котла. Это не создаст большой проблемы, если обвязка твердотопливного котла выполнена правильно и систему водяного отопления можно отсечь кранами. В противном случае придется сливать весь теплоноситель. После этого из гильзы удаляется заглушка, а вместо нее вкручивается прибор и система вновь заполняется водой.

Чтобы произвести настройку регулятора тяги, нужно разжечь котел и следовать инструкции:

Не присоединяя цепочку к дверце, открыть ее для доступа воздуха.
На регулировочной рукоятке ослабить винт – фиксатор.
Выставить рукоятку в положение, соответствующее требуемой температуре, например, 70 °С.
Следя за котловым термометром, присоединить цепной привод к заслонке в тот момент, когда он покажет 70 °С. При этом заслонка должна быть приоткрыта всего на 1—2 мм.
Затянуть фиксирующий винт.

Обратите внимание! Необходимо проследить, чтобы свободный ход цепочки не превышал 1 мм

Далее, следует проверить работу терморегулятора на всех режимах, вплоть до максимального. При этом нужно учитывать, что между моментом закрывания заслонки и падением температуры теплоносителя проходит какое-то время и не спешить перенастраивать прибор. Твердотопливным теплогенераторам свойственно запаздывание, ведь дрова или уголь в топливнике не могут погаснуть в один момент.

Видео

В сюжете — Установка и настройка регулятора тяги на твердотопливный котел

Касаемо необходимости регуляторов тяги для работы с твердотопливными котлами можно сделать вывод: лучше такая примитивная автоматика, чем ее полное отсутствие. Да, механические регуляторы не могут похвастать высокой точностью, но они избавят вас от ручного управления «на глазок» и позволят экономить дрова и уголь. К тому же они имеют неоспоримое преимущество перед контроллерами и вентиляторами – энергонезависимость.

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Как сделать твердотопливный котел длительного горения

Источник

https://santekhnik-moskva.blogspot.com/2019/02/Chto-takoye-regulyator-tyagi-dlya-tverdotoplivnogo-kotla.html

Системы контроля тяги печи

Перейти к содержимому

Шив Кумар

Базовая система котла состоит из различных контуров, таких как

Водяной и паровой контур
Топливно-зольный контур
Воздухо- и дымоходный контур
Контур водяного охлаждения

Система управления тягой печи

Движущей силой этого потока является перепад давления между этими газами внутри и снаружи печи. Для подачи воздуха и топлива в топку и подачи дымовых газов из топки в дымоход.
Давление печи широко известно как тяга или давление тяги, а иногда и тяга печи.
Для сжигания топлива требуется кислород, называемый воздухом, для перемещения необходимого воздуха через слой топлива и создания потока газообразных продуктов сгорания из топки в дымоход через пароперегреватель, экономайзер и подогреватель воздуха.
Для разгона газов до конечной скорости требуется разность давлений плюс потери на трение.
Эта разница давлений известна как тяга независимо от того, измерена она выше или ниже атмосферного давления.
Как правило, эта тяга поддерживается слегка отрицательной, чтобы предотвратить выброс продуктов сгорания и золы из топки в окружающие помещения через смотровые люки, двери, питатели и т. д.
свести к минимуму заглатывание избыточного воздуха, всасываемого через отверстия.
Обычно в котлах вентилятор принудительной тяги (FD) всасывает воздух из атмосферы и значительно увеличивает тягу.
Кроме того, твердое, жидкое и газообразное топливо создает дополнительное давление внутри камеры сгорания.
После сгорания дымовые газы направляются в атмосферу через экономайзер, подогреватель воздуха и дымоход, которые обычно являются компонентами, снижающими давление.
Наконец, когда дымоход не в состоянии создать достаточную естественную тягу для приема дымовых газов, для этой цели добавляется вентилятор с принудительной тягой (ID).
Эти вентиляторы и дымоходы создают давление в положительном направлении.
Печи классифицируются по методу перемещения воздуха и других газов через систему.

Естественная тяга (ND)

Естественная тяга работает при давлении ниже атмосферного.
Печь с естественной тягой использует эффект дымовой трубы.
Газы внутри дымохода менее плотные, чем снаружи дымохода.
Газы в дымовой трубе будут подниматься, создавая вакуум (всасывание), который будет вытягивать продукты сгорания или дымовые газы из печи.
Тяга дымовой трубы зависит от высоты дымовой трубы и температуры дымовых газов.
Естественная тяга используется в дополнение к механической тяге, создаваемой вентиляторами.

Нагнетательная тяга (FD)

В печи с принудительной тягой используется вентилятор FD или воздуходувка для подачи воздуха для горения через систему путем всасывания воздуха из атмосферы.
Это управление осуществляется путем регулирования скорости вращения вентилятора и положения соответствующей заслонки.
Этот тип печи работает с давлением немного выше атмосферного.

Вытяжной вентилятор (ID)

Этот вытяжной вентилятор на конце котла всасывает поток дымовых газов из котла и направляет этот дымовой газ в дымоход. Он называется вытяжным вентилятором.
Этот вентилятор направляет дымовые газы через топку и воздух для горения в топку.
Вентилятор с принудительной тягой делает ненужными высокие штабели.
Управление осуществляется путем регулирования скорости вращения вентилятора или работы заслонки.
Печь с принудительной тягой работает при давлении немного ниже атмосферного.

Сбалансированная тяга (BD)

Печи, оснащенные вентиляторами FD и ID, известны как система сбалансированной тяги.
Для регулирования давления в печи необходимо поддерживать баланс между входом и выходом из печи.
Печь с уравновешенной тягой работает при отрицательном давлении, чтобы избежать утечки дымовых газов в окружающую среду.
Однако следует также избегать слишком низкого давления, чтобы уменьшить утечку воздуха в печь и предотвратить взрыв печи в экстремальных случаях.
Заслонка вентилятора FD обычно управляется контроллером воздушного потока.
Заслонка вентилятора управляется контроллером давления в печи.

Ф.Д. Управление вентилятором (управление принудительной тягой)

Упрощенная схема управления тягой воздуха для горения показана выше
На всех тепловых электростанциях с несколькими работающими котлами главный контроллер определяет распределение нагрузки между котлами и, следовательно расход топлива. В зависимости от расхода топлива конкретного котла определяется потребность в воздухе и, следовательно, тяга, создаваемая вентилятором FD.
Управление вентилятором FD осуществляется в зависимости от котла.
Вентилятор FD вместе с устройством управления входными лопатками используется для регулирования воздуха для горения.
Это делается с учетом либо давления воздуха на входе в печь, либо общего расхода воздуха.
Сигнал воздушного потока поддерживается за счет поддержания постоянного давления воздуха или сигнала давления воздуха на входе контроллера.
Выход контроллера управляет входными лопатками вентилятора FD для достижения результата.
Вместо управления впускным клапаном или заслонкой можно управлять скоростью вращения вентилятора, но это очень дорого.
Этот регулятор отвечает за общее количество воздуха, необходимого для котла, в соответствии с запросом главного контроллера.
Создаваемая таким образом тяга называется принудительной тягой, которая компенсирует потери в воздуховоде и подогревателе, а также в сопротивлении топливного слоя.

Внутренний диаметр Управление вентилятором (управление принудительной тягой)

Принципиальная диаграмма управления тягой в печи или управления принудительной тягой показана на рисунке ниже

Целью этого регулятора принудительной тяги является поддержание давления в топке или камере сгорания на слегка отрицательном уровне.
Это достигается за счет вытяжного вентилятора с управлением заслонкой.
Диапазон датчиков давления должен составлять около ±20 мм водяного столба.
При измерении тяги в печи возникает зашумленный сигнал, ограничивающий коэффициент усиления контура до относительно низких значений.
В некоторых случаях для стабилизации контура необходимо использовать только интегральное управление. Кроме того, эти проблемы со стабильностью и взаимодействием могут возникать в системах из-за задержки измерений.

Сбалансированный регулятор тяги

На приведенном ниже рисунке показана система, в которой оба контура вентилятора FD

Этот сбалансированный регулятор тяги обычно используется только в больших котлах.
В этом случае оба вентилятора FD и ID работают одновременно.
Вентилятор FD создает избыточное давление в начале пути потока.
Вентилятор ID создает давление всасывания в конце пути потока.
Давление будет таким же, как атмосферное давление в какой-то точке пути.
Он спроектирован таким образом, что давление в камере сгорания должно быть слегка отрицательным, чтобы происходила либо утечка горячего газа, либо избыточная инфильтрация холодного воздуха.
Это достигается поддержанием слегка отрицательного давления в верхней части печи.
В системе сбалансированной тяги этот контур вентилятора FD используется для удовлетворения потребности в чистом воздушном потоке, а контур вентилятора ID используется для управления тягой печи.
Всегда существует возможность взаимодействия между этими двумя веерными петлями FD и веерными петлями ID.
Некоторые подходящие конструкции должны быть сделаны для уменьшения взаимодействия между ними.
Контроллер воздушного потока перемещает заслонку вентилятора FD напрямую, а заслонку вентилятора ID с временной задержкой.
Контроллер воздушного потока посылает сигнал регулятору тяги печи, который считается сигналом прямой связи.
Таким образом, всякий раз, когда изменяется поток воздуха в печь, выход из печи также начинает изменяться с запаздыванием динамической компенсации.
Это несоответствие, наконец, корректируется контроллером давления в печи для подстройки сигнала прямой связи в точке PY.

Если вам понравилась эта статья, подпишитесь на наш канал YouTube для видеоуроков по электротехнике, электронике, контрольно-измерительным приборам, ПЛК и SCADA.

Вы также можете подписаться на нас в Facebook и Twitter, чтобы получать ежедневные обновления.

Читать далее:

Система обхода турбины
Последовательность запуска котла
Система управления деаэратором
Система управления частотой вращения турбины
Система питательной воды котла

Категории Электростанция

2023 © Воспроизведение без явного разрешения запрещено. — Курсы PLC SCADA — Сообщество инженеров

энергий | Бесплатный полнотекстовый | Эксплуатационные испытания твердотопливного котла на различных видах топлива

1. Введение

Твердотопливные котлы играют ключевую роль в загрязнении окружающей среды в Европе. Хотя сжигание древесины хорошего качества можно рассматривать как экологически безопасный способ производства тепла, соответствующие показатели выбросов могут быть получены только при использовании комбинации высококачественных видов топлива, сжигаемых в котлах хорошего качества. В результате раздробленности экономических и инфраструктурных особенностей развития каждой страны использование современного топочного оборудования в незначительной степени характеризует производство тепла на основе большого количества твердотопливных котлов. Загрязнение атмосферного воздуха вызывает около 400 000 преждевременных смертей в год, а также еще большее число серьезных заболеваний в Европе [1,2]. Одним из основных источников загрязнения воздуха является бытовое потребление энергии. Наиболее часто используемыми источниками тепловой энергии являются сжигание газа, а также сжигание древесины. Распределение использования топлива без централизованного теплоснабжения показано в таблице 1.

С 1990-х годов и по настоящее время комбинированное использование газа и твердого топлива очень распространено в индивидуальной зоне. В дополнение к приведенной выше таблице, в пропорциях в Венгрии около 45% жилищ используют только природный газ, а 21% используют твердое топливо (дрова, уголь или их смесь). Комбинация газового отопления и твердотопливного котла используется в 15% квартир [3].

Домохозяйства, использующие твердое топливо, имеют высокую территориальную концентрацию, при этом следует отметить, что их размещение сильно зависит от социально-экономического и инфраструктурного развития данного региона. В 19районах более 50% жилищ отапливаются исключительно дровами. Еще в 22 районах 75% жилищ хотя бы частично отапливаются дровами. Хотя сжигание древесины является CO2-нейтральным сжиганием с использованием возобновляемых источников энергии, при ненадлежащих условиях оно приводит к значительным выбросам [2,4].

Для каждого твердотопливного прибора стандарт МСЗ ЕН 303-5 определяет четкие требования по КПД и выбросам (среди прочих требований), но выполнение этих параметров верно при определении, конкретных лабораторных условиях, профессиональной эксплуатации и, наконец, но не в последнюю очередь, обеспечиваются и выполняются строгие требования к качеству топлива. Из упомянутой выше социально-экономической и инфраструктурной зависимости следует, что выбросы от твердого топлива в основном зависят от работающего оборудования и качества сжигаемого в нем топлива. На основе датских данных за 2016 г. удельные выбросы твердых частиц при некоторых режимах отопления показаны на рис. 19.0003

На основании рисунка 1 видно, что приборы на твердом топливе, которые можно считать устаревшими, имеют выдающиеся значения выбросов. Для сравнения, старая дровяная печь в конце линии выбрасывает в 715 раз больше загрязняющих веществ, чем выбросы пыли PM2,5 от грузовика, которому более десяти лет; однако даже экологически безопасный пеллетный котел дает более чем в 22 раза больше [1,5].

Было проведено несколько международных исследований сжигания современных пеллет или древесной щепы для котлов бытового размера или номинальной мощностью до 50 кВт. На примере двух видов щепы на основе сосны показано, что увеличение коэффициента избытка воздуха снижает выброс загрязняющих веществ, но также снижает максимальную извлекаемую производительность [6]. При использовании пеллетного топлива извлекаемая мощность выше, и можно выполнить ряд требований согласно EN 14785 [7].

Принимая во внимание социально-экономическое и инфраструктурное развитие венгерских регионов, а также снижение необходимой нагрузки на окружающую среду, мы рассмотрели традиционный бытовой твердотопливный котел с ручной подачей топлива по извлекаемой мощности и загрязняющим веществам. выбросы.

2. Эксплуатационные характеристики

Даже в обычных устройствах количество первичного и вторичного воздуха для горения оказывает существенное влияние на процессы горения в котле [8]. В случае открытых отопительных приборов по МСЗ ЕН 303-5 требования согласно ЕН 14,597:

Оснащен регулятором температуры,
Оснащен предохранительным ограничителем температуры.

Защитный ограничитель температуры можно не устанавливать, если устройство нельзя отключить и избыточная тепловая энергия может рассеиваться в виде пара за счет соединения с атмосферой. Используемые в быту ручные дозирующие открытые отопительные приборы в большинстве случаев не подключаются к буферному баку отопления, а работают с вентилем регулирования температуры [9].]. Основная цель регулятора температуры – максимизировать температуру теплоносителя, производимого котлом. Во время работы клапан без вспомогательной энергии регулирует угол открытия заслонки управления тягой в зависимости от мощности, которая непрерывно изменяется во время стрельбы. Постоянное вмешательство оказывает существенное влияние на качество процесса горения в топке и, следовательно, на выброс вредных веществ.

В ходе наших лабораторных измерений были изучены рабочие характеристики твердотопливного котла, оснащенного регулятором температуры, а также рабочие параметры, возникающие при сжигании различных топливных зарядов при определенных углах открытия заслонки регулирования тяги.

3. Процедура измерения

Перед фактическими измерениями в котле была сожжена загрузка для устранения ошибок холодного пуска, формирования подходящих углей и прогрева нашей системы до рабочей температуры [10]. Исследуемая нами система работала по схеме, показанной на рис. 2. После предварительного нагрева через дверцу топки, показанную на рисунке, равномерно загружалось 7,2 кг топлива. В ходе испытаний в каждом случае контролировалось полное время сгорания загруженного топлива. Измеряемые параметры приведены в таблице 2.

Были выполнены различные операции для случаев без рабочего регулятора тяги (регулятора температуры) и без регулятора тяги с различными настройками фиксированной заслонки тяги, а также было измерено влияние различных топливных нагрузок для случаев фиксированной подачи первичного воздуха. В различных исследованиях измерений были выполнены случаи согласно Таблице 3. Чтобы четко определить открытие дверцы контроля тяги устройства, необходимо определить скорость потока, которую можно определить из отношения поперечного сечения свободного потока в результате открытия дверцы к номинальному поперечному сечению в свободном пространстве. , как показано на рис. 2. На рис. 3 показано схематическое расположение измерительной станции.

Общее геометрическое определение поперечного сечения безнапорного потока:

Из отношения поперечного сечения безнапорного потока к номинальному поперечному сечению можно определить расход для заслонки контроля тяги:

где:

С _тяга — число протока,
А _кс — сечение безнапорного потока,
А 90 1 п = Н × л).

В случае испытуемого котла:

В = 14 см,
Д = 12 см.

4. Результаты измерений

Среди измеренных параметров по таблице 2 в число основных компонентов загрязняющих осмотрел. В дополнение к эволюции выбросов наша важная цель состояла в том, чтобы получить максимально возможный выход энергии из устройства при одновременном снижении выбросов.

4.1. Оценка варианта 1

В случае 1, согласно таблице 3, сжигались сухие поленья влажностью не более 15 % при перемещении люка первичного воздуха котла устройством автоматического регулирования тяги. В соответствии с упомянутым выше стандартом МСЗ EN 303-5 для твердотопливного оборудования мощностью не более 50 кВт, оснащенного автоматическая система дозирования. Определенное объемное соотношение (частей на миллион) преобразуется в значение массового расхода (мг/м ³). Следующие значения применяются в качестве коэффициента пересчета для преобразования частей на миллион в мг/м ³ : f _CO = 1,25 [9]. Выбросы окиси углерода необходимо проверять по среднему значению, выделяемому при полном сгорании. Тем не менее, стоит наблюдать за изменением выбросов CO в течение всего интервала сжигания, а также за значениями восстанавливаемой мощности, показанными на рис. 4 и рис. 5.

На рис. 4 и рис. 5 видно, что автоматическое регулирование тяги дверь постоянно снижает скорость потока параллельно с увеличением мощности (Q), и в то же время также увеличивается выброс CO. Как видно, на этапе строительного обжига Q увеличивается, а СО уменьшается. В этот интервал система приближается к идеальному процессу сгорания, но в то же время достигает установленной максимальной температуры, что вызывает закрытие регулятора тяги. Когда груз в топке поступает в секцию снижения, устройство управления начинает открывать дверку первичного воздуха для поддержания заданной на регуляторе тяги температуры. Минимальный расход почти 25 мин обусловлен тем, что для безопасной работы даже в случае полного отключения должно быть обеспечено минимальное количество воздуха для горения, что означает расход 0,093 в данном случае. Также можно заметить, что в начальной, развивающейся фазе горения мгновенные выбросы СО резко возрастают одновременно с закрытием дверцы регулятора тяги. За весь интервал времени обжига средний выброс СО составил 5973 ppm, что более чем на 1600 ppm выше допустимого стандартом предела.

4.2. Оценка варианта 2

Из рисунка 6 ясно видно, что при постоянном высоком расходе процесс обжига происходит за короткое время, а за фазой развития следует фаза быстрого снижения. В случае промежуточного расхода время выгорания увеличилось почти на час, а фаза развития характеризовалась практически постоянной пиковой мощностью в течение 10 мин. Фаза спада растянулась во времени. При низком расходе время выгорания также удлиняется, но максимальная восстанавливаемая мощность оказывается значительно ниже значения предыдущего параметра настройки. По сравнению с восстанавливаемой мощностью, показанной на рис. 4, максимальная восстанавливаемая мощность также была выше. На рис. 7 показаны значения выбросов моноксида углерода для всей стадии горения при расходах, описанных выше.

Сплошная горизонтальная линия указывает допустимое значение выбросов CO согласно стандарту MSZ EN 303-5. Можно заметить, что при самом высоком расходе оборудование работает выше допустимого предела выбросов почти все время горения. Сопротивление воздухозаборника прибора в этом случае наименьшее, поэтому температура дымовых газов, а вместе с тем и тяга в дымоходе увеличиваются из-за повышения температуры топки. В результате комбинированного действия этих явлений количество воздуха для горения, поступающего в топку, превышает количество, необходимое для идеального сгорания, что приводит к ухудшению качества сгорания и, следовательно, к увеличению выбросов CO. При промежуточном положении заслонки регулирования тяги наблюдается монотонно возрастающее выделение СО в развивающейся фазе топки; однако после максимальной мощности и идеального сгорания при этой настройке образование CO резко падает и кратковременно превышает стандартный предел в фазе выгорания. При наименьшем расходе выброс CO принимает характер, аналогичный предыдущему заданному значению, но более высокие значения выброса угарного газа обычно наблюдаются в течение времени полного сгорания.

Средние значения выбросов CO, полученные для каждого расхода, приведены в таблице 4.

Таким образом, можно констатировать, что автоматическая регулировка тяги является наиболее неблагоприятной с точки зрения образования угарного газа, а тягорегулирующая заслонка с постоянным значение расхода 0,27 является наиболее благоприятным. В среднем может быть достигнуто сокращение выбросов CO более чем на 2600 ppm, что почти вдвое меньше допустимого среднего предела выбросов CO.

В случае, показанном на рис. 8, коэффициент избытка воздуха можно наблюдать при различной тяге и в случае дверцы регулятора тяги. При расходе 0,27 он сохраняется дольше всего, почти постоянное значение, для которого контроль также отражает другие параметры горения. В 0,09и 0,44 значения коэффициента избытка воздуха резко возрастают, отражая быстрое выгорание и повышение уровня кислорода на 21%.

4.3. Оценка случая 3

В случае 3 процедура была такой же, как и раньше. Для трех скоростей потока были получены значения выбросов монооксида углерода и выхода энергии, показанные на Рис. 9 и Рис. 10.

Можно заметить, что при сжигании брикетного топлива выбросы CO могут соответствовать максимально допустимому среднему предельному значению выброса моноксида углерода, указанному пунктирной линией, при любом заданном значении. В случае брикетов мы получили наименьшее значение эмиссии при расходе 0,27, что составляет почти половину значения по сравнению с сжиганием бревен. Однако в случае сжигания древесины средний выход энергии составляет 17,1 кВтч по сравнению с 14,5 кВтч, полученными для брикетов. Однако в случае брикетов в рабочем состоянии, относящемся к максимальному раскрытию, был получен более высокий выход энергии 16,1 кВт·ч при минимальном увеличении выбросов оксида углерода. Заметным отличием от сжигания бревен было то, что в случае предельного значения выбросов CO, которое соблюдается даже при самом низком расходе, мы достигли почти вдвое большего выхода энергии, чем в случае брикетов.

5. Резюме

В ходе наших исследований мы провели эксплуатационные испытания котла смешанного типа для использования в частных домах. В ходе испытаний была определена расходная характеристика заслонки регулирования тяги, с помощью которой измерялись рабочие параметры, возникающие при работе устройства при различных значениях уставки. Было исследовано семь отдельных случаев с двумя видами топлива. В первом случае анализировалось влияние дверцы контроля тяги, постоянно контролируемой ограничителем температуры, при топке поленом.

По результатам измерений можно констатировать, что этот тип регулирования оказывает неблагоприятное влияние на значения выбросов окиси углерода устройством и на выход рекуперируемой энергии, и поэтому не может рассматриваться как оптимальное решение с точки зрения охраны окружающей среды и энергопотребления.

Затем, в случае бревен и брикетов, были исследованы выход извлекаемой энергии и выброс моноксида углерода при трех различных постоянных скоростях потока. Мы обнаружили, что, за исключением одного случая, пределы выбросов CO, указанные в соответствующем стандарте для дверей с постоянным контролем тяги, могут быть соблюдены при более высоком выходе энергии, чем в случае с постоянным контролем тяги.

При сжигании бревен при всех испытанных настройках были достигнуты более высокие выбросы CO, чем при сжигании брикетов. При сжигании брикетов мы получаем самый высокий выход энергии при низком расходе и выбросах угарного газа в пределах предельного значения. Дальнейшей частью нашего исследования является влияние регулятора тяги на пыль, которая является одним из основных загрязнителей в твердотопливном оборудовании. Он технически более сложен из-за сложной реализации изокинетического отбора проб.

Вклад авторов

Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Это исследование финансировалось Фондом NRDI (TKP2020 IES, Грант № BME-IE-MISC) на основании устава поддержки, изданного Управлением NRDI под эгидой Министерства инноваций и технологий.

Заявление Институционального контрольного совета

Неприменимо.

Заявление об информированном согласии

Неприменимо.

Заявление о доступности данных

Данные доступны по запросу ([email protected]).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

Press-Kristensen, K. Загрязнение воздуха от сжигания топлива в жилых помещениях; Датский экологический совет: Копенгаген, Дания, 2016 г.; Текст: Kåre Press-Kristensen, макет: Koch & Falk; ISBN 978-87-92044-92-1. [Google Scholar]
Нильсен, О.К.; Плейдруп, MS; Винтер, М.; Миккельсен, М.Х.; Нильсен, М.; Гилденкерн, С.; Фаузер, П.; Альбрекцен, Р.; Хьельгаард, К.; Бруун, Х.Г.; и другие. Ежегодный информационный отчет Дании по кадастрам выбросов ЕЭК ООН с базового года Протоколов до 2014 года; Научный отчет DCE — Датского центра окружающей среды и энергетики, Орхусский университет Фредериксборгвей: Роскилле, Дания, 2016 г. ; Том 399, стр. 457–498. [Google Scholar]
Aujeszky, P.; Балинт, Б.; Фабиан, З .; Францен, Л.; Кинчес, А.; Патакине Шароши, З.; Патай, А.; Сабо, З .; Силагьи, Г.; Tóth, R. Környezeti helyzetkép, 2011; Központi Statisztikai Hivatal: Будапешт, Венгрия, 2012 г.; ISSN 1418 0878. [Google Scholar]
Зофия, Б.А. A szociális tüzelőanyag-támogatás Magyarországon; Habitat for Humanity Magyarország: Будапешт, Венгрия, 2018 г.; стр. 3–26. [Google Scholar]
Брэм, С.; Де Рюйк, Дж.; Лаврик, Д. Использование биомассы: анализ системных возмущений. заявл. Энергия 2009 , 86, 194–201. [Google Scholar] [CrossRef]
Серрано, К.; Портеро, Х .; Монедеро, Э. Сжигание сосновой щепы в бытовом котле на биомассе мощностью 50 кВт. Топливо 2013 , 111, 564–573. [Google Scholar] [CrossRef]
EN 14785. Отопительные приборы жилых помещений, работающие на древесных гранулах. Требования и методы испытаний; Европейский союз: Брюссель, Бельгия, 2016 г. [Google Scholar]
Stolarski, MJ; Кржижаняк, М .; Варминьски, К.; Снег, М. Энергетическая, экономическая и экологическая оценка отопления семьи. Энергетическая сборка. 2013 , 66, 395–404. [Google Scholar] [CrossRef]
MSZ EN 303-5 Стандартные отопительные котлы. Отопительные котлы на твердом топливе с ручной и автоматической топкой номинальной тепловой мощностью до 500 кВт. Терминология, требования, тестирование и маркировка; BSI: London, UK, 2012. [Google Scholar]
Verma, V.K.; Брэм, С .; Делаттин, Ф.; Лаха, П.; Вандендал, И.; Хубин, А .; де Рюйк, Дж. Агропеллеты для бытовых котлов отопления: Стандартные лабораторные и реальные. заявл. Энергетика 2012 , 90, 17–23. [Google Scholar] [CrossRef]

Рисунок 1. Выбросы твердых частиц при различных методах отопления в Дании [1].

Рисунок 2. Геометрическая параметризация дверцы контроля тяги (*: умножение).

Рис. 3. Схематичное расположение измерительной станции.

Рисунок 3. Схематичное расположение измерительной станции.

Рисунок 4. Развитие добротности при различных дебитах за весь период.

Рисунок 5. Развитие СО при разных расходах за весь период.

Рисунок 6. Эволюция выработанной мощности при различных постоянных расходах.

Рисунок 7. Эволюция выбросов CO для каждого расхода.

Рис. 7. Эволюция выбросов CO для каждого расхода.

Рисунок 8. Фактор избытка воздуха при различных сквозняках.

Рис. 8. Фактор избытка воздуха при различных сквозняках.

Рисунок 9. Средние выбросы CO для различных видов топлива.

Рис. 9. Средние выбросы CO для различных видов топлива.

Рисунок 10. Средний выход энергии для различных видов топлива.

Рис. 10. Средний выход энергии для различных видов топлива.

Таблица 1. Использование топлива в жилых домах в Венгрии (2011 г.).

6 Газ 238866 76 Дерево 48048 289 904,00

Топливо	Количество жилых помещений (тыс.)	Доля жилых помещений в % от общего количества жилых помещений
61,96
Уголь	113	2,93
Электроэнергия	76	1,97
Нефтяное топливо	1	0,09
1470	38,14
Солнечная энергия	5	0,13
Геотермальная энергия	3 907 6
Пеллеты	2	0,05
Другие возобновляемые источники энергии	3	0,08
Топливо прочее	4	0,10
Все жилые дома	3854

Таблица 2. Измеряемые параметры.

ppm 7 — Массовый расход теплоносителя 74

Знак измеряемого параметра	Ед. Содержание кислорода в дымовых газах
CO ₂	%	Содержание диоксида углерода в дымовых газах
CO	ppm	Содержание оксида углерода в дымовых газах
NOx	ppm	Содержание оксида азота в дымовых газах
SO ₂	p	содержание диоксида в дымовых газах
Δp _{дымоход}	Па	Тяга дымохода
t _fg	°C	Температура продуктов сгорания
	λ 7	Коэффициент избытка воздуха
qA	%	Потери продуктов сгорания
m _víz	л/мин 907 9087
t _fw	°C	Температура подачи
t _r	°C	Температура обратной среды

Таблица 3. Рассмотрены дела.

4,2 7,20 =0

Топливо	Масса	Управление заслонкой первичного воздуха
Древесина 7	7 8	1-й корпус
	C _{черновик} = 0,093	2-й ящик
	C _тяга = 0,275
	C _тяга = 0,440
4 Брикет 0487	C _{черновик} = 0,093	3-й корпус
C _{черновик} = 0,275
C _{черновик}

Таблица 4. Средний выброс CO.

-348,97 9048,93 9048 486 C _осадка = 0,27

Эксплуатация	CO _{среднее}	Средняя разница CO _{макс. 2}
Эксплуатация	Проект кртл.	5973,03	1606,96
С _осадка = 0,09	4017,14		3368,54	−997,53
C _осадка = 0,44	4879,00	512,93

Примечание издателя.