Теоретические основы для разработки алгоритмов программного управления автоматов горения

Традиционное управление горелкой

Режим работы включить/отключить

Это самый простой способ управления горелкой. Когда стало доступно автоматическое управление горелкой, это была лучшая из доступных технологий управления.

Одноточечная модуляция

Со временем, с появлением пропорционального управления с помощью скользящего провода и модулирующего двигателя, стала возможной модуляция. Этот тип управления известен как одноточечное или рычажное управление. Это связано с тем, что с помощью выхода с помощью скользящего провода можно безопасно управлять только одним двигателем.

Рычажное управление горелкой

Горелки с шарнирным соединением соединяют воздушную заслонку и топливные клапаны с помощью общего рычага. Благодаря механическому соединению они поддерживают постоянную связь на протяжении всего диапазона горения.

Управление с помощью скользящего провода

Для технологий того времени управление с помощью скользящего провода было революционным. Это механическая система, которая создает пропорциональную выходную мощность от 0 до 135 Ом в зависимости от заданного значения и фактического значения. Затем этот резистивный выходной сигнал подключается к модулирующему двигателю. Заданное значение и пропорциональный коэффициент усиления устанавливаются с помощью пружин. Они представлены пользователю на печатной табличке. Таким образом, скользящая проволока не может выполнять точное управление, поскольку фактическое заданное значение никогда не известно. Наконец, пропорциональное управление не может учитывать изменение условий нагрузки. Это может затруднить достижение заданного значения в периоды высокой нагрузки.

Двигатели с модуляцией

Типичные используемые модулирующие двигатели с сопротивлением 0-135 Ом напрямую подключены к проводным регуляторам скольжения. При необходимости двигатели могут быть переведены в высокое и низкое положение с помощью противопожарной защиты для продувки и розжига, а при достижении автоматического режима работы они подключаются к системе управления скользящим проводом через реле. Эти двигатели работают в режиме разомкнутого контура (без обратной связи) и не обладают высокой разрешающей способностью. Это означает, что, хотя двигатель может иметь размах в 90 угловых градусов, это может привести только к 20 или менее различным ступеням модуляции. Это происходит из-за особенностей конструкции двигателя и направляющего устройства.

Основы сжигания топлива

Время

При сжигании топлива необходимо обеспечить достаточное время для его полного сгорания. Если разрешить сжигание только частично, то будут потери в виде несгоревшего топлива. Если будет отведено слишком много времени, горелка может оказаться не в состоянии достичь желаемой выходной мощности.

Температура

Если температура недостаточно высока, топливу потребуется больше времени для воспламенения. Это может привести к изменению выходной мощности. Горелки с низким содержанием оксидов азота могут использовать этот принцип для снижения температуры пламени за счет повторного включения выхлопных газов в процесс горения. Эта более низкая температура подавляет химическую реакцию между азотом и кислородом.

Турбулентность

Для обеспечения надлежащего горения необходимо тщательное перемешивание воздуха и топлива. Если этого не сделать, возможно частичное сгорание, что может привести к увеличению выбросов или снижению выходной мощности.

Головка горелки

Дизайн

Насадка горелки предназначена для правильного перемешивания топлива и воздуха перед сжиганием. На скорость смешивания влияет зазор между диффузором и местом подачи топлива и воздуха. Слишком большой зазор может повлиять на турбулентность.

Фиксированная насадка

Неподвижная головка горелки предназначена для идеального перемешивания при максимальной скорости горения. В результате при более низкой скорости горения требуется больше избыточного воздуха для удаления CO. Это может привести к снижению эффективности.

Выдвижная головка

Выдвижная головка горелки предназначена для идеального перемешивания при любой скорости горения. В результате горелка сможет работать в идеальных условиях горения во всех диапазонах. Горелка с выдвижной головкой усложняет управление, поскольку во время работы ее необходимо каким-либо образом регулировать.

Сетчатая насадка

Сетчатая насадка горелки предназначена для идеального перемешивания при любой скорости горения. Топливо/воздух предварительно перемешиваются и равномерно распределяются по сетчатому материалу на поверхности горелки.

Горелки с шарнирным соединением

Горелки с шарнирным соединением соединяют воздушную заслонку и топливные клапаны с помощью общего рычага. Они поддерживают постоянную связь в зависимости от диапазона горения. Горелки с шарнирным соединением можно точно настроить только при слабом и сильном огне. Любая промежуточная скорость стрельбы зависит от положения рычага и может быть неоптимальной. Это может привести к следующим проблемам:

• Невозможно точно настроить промежуточную частоту срабатывания;

• Из-за допусков или “провалов” в механизмах сцепления возникает гистерезис;

• Одна и та же точка будет иметь разное соотношение топлива и воздуха при регулировке вверх и вниз из-за разного натяжения сцепления.

Отличительные особенности рычажных горелок

В соединительных горелках может быть предусмотрен механизм для незначительного изменения соотношения топлива и воздуха. Использование этих регулируемых кулачков позволяет регулировать воздушную заслонку в зависимости от скорости горения, устраняя этот недостаток в горелках с шарнирным расположением, что в некоторой степени повышает эффективность горения.

Горелки с параллельным расположением

Горелки с параллельным расположением позволяют сервоприводу индивидуально регулировать подачу воздуха и топлива при каждой заданной скорости горения. Также могут быть установлены дополнительные сервоприводы для регулировки температуры горения и/или положения скользящей головки. Это позволяет получить точную характеристику кривой горения при всей скорости горения. Вместо использования гаечных ключей для регулировки рычага, ввод в эксплуатацию осуществляется через интерфейс оператора. Используемые сервоприводы имеют замкнутый контур и обеспечивают гораздо большую точность, чем обычные модулирующие двигатели, с разрешением 900 шагов на 90 угловых градусов. Это также полностью устраняет гистерезис при изменении скорости горения.

Улучшенное управление автоматом горения

Управление с помощью ползуна заменено интеллектуальным ПИД-регулятором. Недостаточная разрешающая способность ползуна и отсутствие доступных интегральных и производных поправок устраняются с помощью ПИД-регулятора.

Встроенные горелки

Некоторые котлы оснащены встроенными горелками, разработанными производителем. Эти горелки могут быть навесными или с параллельным расположением. Одним из способов модернизации встроенной горелки, использующей навесное оборудование, является установка системы параллельного позиционирования с сервоприводом на каждой заслонке и клапане.

Выключение

Каждая горелка имеет минимальную и максимальную мощность. Разница между ними называется степенью уменьшения мощности и обычно выражается в виде коэффициента. Например, если минимальная производительность составляет 100 000 БТЕ/час, а максимальная — 1 000 000 БТЕ/час, то соотношение будет равно 10:1. Стандартное соотношение оборотов обычно составляет от 2:1 до 5:1. Большего соотношения оборотов можно добиться, строго контролируя количество воздуха, которое допускается, перекрыв все источники постороннего воздуха и используя резиновые прокладки на заслонках.

Горелки как с рычажным, так и с параллельным расположением могут обеспечивать высокую скорость вращения. Помимо обеспечения превосходного контроля, функция «убавления оборотов» также помогает уменьшить цикличность работы котла. Если при самой низкой из доступных скоростей нагрева мощность будет слишком высокой, это приведет к цикличности. Высокая степень «убавления оборотов» делает котел более универсальным, поскольку он может работать в более широком диапазоне условий.

Независимое положение зажигания

При использовании навесной горелки иногда положение с низким уровнем горения определяется тем, где горелка может безопасно и/или надежно выключаться. Если горелка расположена параллельно, положение зажигания может отличаться от положения с низким уровнем горения, чтобы устранить эту проблему. В некоторых случаях горелка не сможет достичь желаемого уровня мощности без независимого положения зажигания.

Например, если котел мощностью 5 000 000 БТЕ/час может работать в соотношении 5:1, то при слабом огне он должен обеспечивать производительность 1 000 000 БТЕ/час. Однако, если он может надежно погаснуть только при подаче топлива, рассчитанном на производительность 2 000 000 БТЕ/час, максимальное отключение никогда не произойдет, так как положение зажигания и низкий уровень горения связаны друг с другом.

Модернизация горелок и автоматов горения. Почему клиенты предпочитают модернизировать свои горелки или элементы управления?

• Надежность

• Снижение затрат на топливо

• Снижение потребления электроэнергии

• Долговечность

• Доступность запчастей

• Повторяемость

• Требования к выбросам вредных веществ

Какова общая стоимость обновления для конечного пользователя?

• Горелка и/или система управления – Первоначальная стоимость оборудования фиксирована и составляет небольшую общую сумму.

• Установка – она также фиксирована и составляет небольшую общую сумму.

• Ввод в эксплуатацию – еще одна фиксированная стоимость, которая меньше, чем стоимость оборудования или установки.

• Интеграция (BMS) – в зависимости от того, требуется ли это, это влечет за собой небольшие первоначальные и текущие расходы.

• Энергия (топливо/электроэнергетика) – это будет самый большой периодический расход, который зависит от стоимости топлива. Указанные выше затраты на модернизацию элементов управления и/или добавление ЧРП должны обеспечить достаточную экономию электроэнергии, которая окупится за короткий промежуток времени.

• Техническое обслуживание – хотя и не такое значительное, как затраты на электроэнергию, техническое обслуживание будет вторым по величине расходом за весь срок службы горелки. Выбор надежного оборудования позволит снизить эти затраты.

Особенности и преимущества модернизации автоматов горения. Варианты обжига

Горелки можно настроить на работу на газе, мазуте или на обоих видах топлива (двухтопливные). Это позволяет переключать горелки на любой вид топлива. Двухтопливные горелки также могут работать на двух видах газообразного топлива, таких как природный газ и пропан. Процесс переключения топлива с помощью навесной горелки часто может быть трудоемким, требующим подключения трубопроводов или установки соединительных элементов. Кроме того, точка воспламенения резервного топлива может определять, где может находиться точка воспламенения основного топлива и точка низкого уровня горения. Благодаря параллельному позиционированию переключение может осуществляться с помощью электрического сигнала или команды с интерфейса оператора.

Модернизация или замена существующей горелки с параллельным позиционированием

Одним из самых простых способов повышения эффективности существующей навесной горелки является добавление системы параллельного позиционирования. Весь процесс установки и ввода в эксплуатацию может быть выполнен квалифицированным персоналом за несколько дней или даже меньше. Если требуется установка новой горелки, при заказе любой новой горелки у производителя можно запросить средства управления параллельным позиционированием Fireye.

Несколько профилей

В системе управления параллельным позиционированием можно запрограммировать четыре различных профиля для учета различных сценариев. Например, различные кривые для использования с ЧРП или с ЧРП в режиме байпаса как для газа, так и для масла. Также можно настроить отдельный профиль для использования в различных условиях окружающей среды, например, летом и зимой. Переключение осуществляется так же просто, как подача напряжения на цифровой вход. Перед выбором системы параллельного позиционирования убедитесь, что она поддерживает достаточное количество профилей для удовлетворения потребностей конкретного объекта.

Технология сервопривода

Сервоприводы предназначены для замены рычага, соединенного с топливными клапанами и заслонками, на отдельный двигатель, подключенный к каждому из них для точного управления. Сервоприводы, используемые в системе параллельного позиционирования, имеют точность до 0,1 углового градуса и положительную обратную связь (замкнутый контур). Это обеспечивает идеальную повторяемость кривой регулирования горения при регулировании вверх или вниз без гистерезиса. Если сервопривод не показывает, что он находится в правильном положении, логика безопасности блокирует управление до тех пор, пока проблема не будет выявлена и устранена. Благодаря системе управления параллельным позиционированием Fireye можно подключить до десяти сервоприводов для работы с различными профилями. Сервоприводы могут иметь различные диапазоны крутящего момента, что позволяет адаптировать их практически к любым потребностям горелки.

Система регулировки O2

• Непрерывная регулировка соотношения топлива и воздуха

• Проверенная сенсорная технология не требует технического обслуживания и самокалибруется

• Уровень O2 можно снизить, выполнив дозированную настройку сервоприводов в профиле

• Поддерживает оптимальный диапазон горения O2 даже при небольших изменениях окружающей среды

• Помогает соблюдать требования к выбросам

Частотно-регулируемые приводы (VFD)

Благодаря параллельному расположению регуляторов можно использовать ЧРП для управления скоростью вращения вентилятора, подающего воздух для горения. Это улучшает процесс горения и значительно сокращает потребление электроэнергии. Законы соответствия, применимые к вентиляторам, указывают на то, что при 80% от максимальных оборотов в минуту вентилятор будет использовать только половину мощности. Безопасность обеспечивается за счет контроля обратной связи, как и в случае с сервоприводами. Используя несколько профилей, при необходимости (для обслуживания или из–за неисправности) можно отключить ЧРП без отключения котла, что приведет лишь к временному увеличению энергопотребления.

Подключение нескольких котлов

Каскадные системы управления позволяют подключать (до) шести котлов друг к другу для интеллектуального управления опережением/запаздыванием без использования главной панели управления. Эта функция также обеспечивает защиту от теплового удара и регулирование температуры воды в режиме ожидания для паровых котлов (для предотвращения образования конденсата). Отдельные предлагают аналогичную функциональность для четырех котлов.

Возможность подключения к системе автоматизации зданий

Модернизация системы управления горелкой позволит системе автоматизации здания подключиться к интерфейсу Modbus для получения расширенного набора данных. Все рабочие данные, а также данные о блокировке могут быть собраны и отслежены. В зависимости от используемой системы автоматизации здания или диспетчерского управления, сигналы тревоги могут подаваться автоматически или системы могут контролироваться удаленно. Все системы управления параллельным позиционированием Fireye подключаются по протоколу Modbus. Коммуникационный шлюз также доступен для преобразования в другие протоколы, такие как BACnet и Ethernet/IP.