Контроллер нагрузки рассчитывает уставки для регуляторов воздуха и топлива. Функции регулятора нагрузки могут несколько отличаться в зависимости от размера и конфигурации котельной установки. Основная характеристика, определяющая метод регулирования нагрузки, заключается в том, работает ли система на паре или на горячей воде.
Паровые системы
В системах, производящих пар, параметрами, определяющими нагрузку, являются давление пара и расход пара. Давление пара в коллекторе, то есть давление в котле, часто является основным параметром управления. Давление является прямым показателем фактической энергии, вырабатываемой в котле. Некоторые системы дополняют измерения давления расходом пара, чтобы получить более точный управляющий сигнал. Расход пара используется в качестве упреждающего сигнала для прогнозирования изменения требований к контролю подачи воздуха и топлива. Измерение и контроль давления пара также служат индикатором безопасной работы, например, путем подачи аварийных сигналов, если давление превышает рекомендуемые уровни в каких-либо частях котла.
Для дальнейшего повышения производительности паровых котлов измеряют температуру входной и выходной питательной воды. Информация, полученная в результате этих измерений, затем используется для дальнейшего улучшения контрольных расчетов, а также для выявления проблем технического обслуживания, таких как необходимость очистки поверхностей теплообмена.
Системы горячего водоснабжения
В системах, которые производят только горячую воду, либо для отопления, либо для водопроводной воды, измерение температуры имеет большее значение, чем давление. Контролируя температуру как входной, так и выходной питательной воды, контроллер определяет требуемую нагрузку и рассчитывает уставки для регуляторов топлива и воздуха. Эти системы обычно стремятся поддерживать определенную температуру на выходе, поэтому измерение температуры на входе дает информацию о том, насколько велика нагрузка. Эта целевая температура затем может быть скорректирована в соответствии с другими температурами, например, наружной температурой. Обычно это происходит в системах централизованного теплоснабжения, а также в системах отопления жилых помещений.
Использование температуры наружного воздуха для регулировки уставки нагрузки называется управлением сбросом наружного воздуха. Этот тип управления в течение многих лет был стандартным решением для централизованных тепловых станций, снижая эксплуатационные расходы, поскольку установки могут работать при более низких температурах в более теплые периоды. С развитием технологий этот метод стал экономически выгодным и для бытовых котлов. В дополнение к этому управлению для бытовых котлов, система также может использовать температуру в помещении. Затем температура в помещении служит сигналом обратной связи для управления, улучшая систему и еще больше снижая эксплуатационные расходы.
Контроль избыточного воздуха в горелках котлов
Как было указано выше, термин «избыток воздуха» относится к количеству воздуха в процессе горения, которое превышает теоретическое или стехиометрическое количество. На практике невозможно поддерживать эффективное горение, используя точное стехиометрическое количество воздуха. Это связано с несколькими причинами, например, с тем, что горелки не могут полностью смешивать воздух и топливо. Каждый тип или конструкция горелки и топки имеет определенный оптимальный уровень избыточного воздуха, который часто сильно зависит от типа используемого топлива. Контроль количества избыточного воздуха является одним из наиболее эффективных методов повышения эффективности котла. Однако, если количество избыточного воздуха не контролируется должным образом, в результате может значительно снизиться эффективность использования энергии.
Количество избыточного воздуха на самом деле является настолько важным аспектом эффективности котла, что общепринятое эмпирическое правило заключается в том, что уменьшение избыточного кислорода на 1 % приводит к сокращению потребления топлива на 1 %. Чтобы компенсировать неполное смешивание топлива и воздуха, необходимо определенное количество избыточного воздуха для оптимизации процесса сгорания. Если он ниже определенного предела, топливо не сгорает полностью, что приводит к повышенному количеству CO и сажи в дымовых газах. Эффективность сгорания снижается, что означает более высокую стоимость топлива, а в долгосрочной перспективе это может привести к снижению теплового КПД из-за накопления сажи в теплообменниках.
Точно так же, если количество избыточного воздуха слишком велико, энергоэффективность также страдает, поскольку для нагрева дымовых газов используется повышенное количество энергии, энергия, которая просто теряется в дымоходе. При исследовании воздействия контроля избытка воздуха важно помнить, что соотношение воздуха и топлива, которое необходимо контролировать, всегда основано на массе, а не на объеме. Это связано с тем, что плотность воздуха и газообразных топлив изменяется как с температурой, так и с давлением. Если контроллер не учитывает сезонные изменения температуры и барометрического давления, это может привести к значительным изменениям количества избыточного воздуха.
Контроль избыточного воздуха направлен не только на снижение расхода топлива и повышение эффективности. Существует также безопасность, связанная с обеспечением полного сгорания. Когда в статье обсуждалось неполное сгорание, было кратко упомянуто, что оно приводит к образованию CO. Помимо токсичного газа, неполное сгорание также приводит к выбросам различных других несгоревших соединений, таких как сажа. Если эти соединения скапливаются где-то внутри котла, например, в сложных соединениях горелки, то позднее увеличение избытка воздуха может иметь катастрофические последствия. Когда процесс больше не нуждается в кислороде, эти соединения могут взорваться.