В этой статье рассматриваются методы, которые обычно используются в системах управления котлами. Каждый метод объясняется в отношении того, что задействовано, что можно измерить и как эти измерения можно использовать для повышения эффективности системы. В дополнение к методам управления также будет объяснен ряд методов, повышающих эффективность за счет изменений конструкции. После описания методов рассматривается аспект инструментов измерения с объяснением принципов работы этих инструментов.

Управление горением

Эффективность котельной системы важна по нескольким причинам. Постоянно растущая стоимость используемого топлива означает, что за счет повышения эффективности на несколько процентов можно добиться значительной ежегодной экономии. За счет максимизации количества энергии, извлекаемой из топлива, не только снижается потребление топлива и, следовательно, снижается стоимость, но также оказывается значительное влияние на выбросы из системы. Повышение эффективности процесса сжигания может значительно снизить количество вредных соединений, таких как ТЧ, в дымовых газах. В следующих подразделах обсуждаются некоторые из основных методов управления, которые обычно используются в котельных системах.

Схемы управления

Система управления горением для котла сочетает в себе управление нагрузкой, регулирование воздуха и управление топливом для обеспечения оптимальной и безопасной работы всей системы. В этом разделе обсуждаются общие схемы управления, используемые для соединения контроллеров. В следующих подразделах будут более подробно описаны отдельные аспекты контроля.

Двухпозиционное управление

Самыми основными методами управления котловыми установками являются так называемые двухпозиционные регуляторы. Простейшей формой этого типа контроллера является управление включением-выключением, при котором котел работает с заданными настройками до тех пор, пока не будет достигнуто заданное значение или потребность, а затем выключается. Когда мощность падает ниже определенного значения, котел снова запускается. Соотношение топлива и воздуха в таких системах определяется калибровкой, и поскольку котел либо включен, либо выключен, расход топлива и воздуха ограничивается одним значением. Этот метод используется в небольших котлах, где затраты на более эффективное и точное управление не оправданы.

Чуть более продвинутым управлением является управление «высокий-низкий», при котором котел работает в режиме высокой мощности до тех пор, пока не будет достигнуто заданное значение или потребность. Затем котел возвращается в режим малой мощности до тех пор, пока снова не перейдет в режим высокой мощности.

Управление промежуточным валом

Следующим этапом сложности является управление промежуточным валом. В системах, использующих этот метод управления, один исполнительный механизм регулирует промежуточный вал в соответствии с изменениями основного управляющего сигнала. Затем к этому промежуточному валу с помощью ряда рычажных механизмов и кулачков подключаются устройства контроля воздуха и топлива, так что при движении исполнительного механизма они перемещаются вместе с ним. Соотношение топлива и воздуха можно регулировать, манипулируя кулачковыми клапанами и углами рычажного механизма. Этот тип системы калибруется перед вводом в эксплуатацию и включает в себя испытания горения при различных настройках, когда установочные винты регулируются для получения желаемого уровня избыточного воздуха.

Системы управления промежуточным валом обычно не включают никаких измерительных приборов и, следовательно, не имеют обратной связи с алгоритмом управления. По этой причине эти системы должны быть настроены с достаточным количеством воздуха для обеспечения безопасной работы, которая обычно превышает оптимальную эффективность. Однако из-за их простоты и присущей им безопасности они по-прежнему широко используются для небольших котлов. На самом деле ни один другой метод не оказался столь же надежным, как механическое соединение однопозиционного регулятора.

Параллельное управление

Системы параллельного управления имеют отдельные контроллеры для топлива и воздуха и поэтому подходят для автоматизированного управления. Первоначально параллельные системы не содержали измерительных приборов, поэтому контроллеры нужно было калибровать так же, как управление промежуточным валом. Этот метод управления не рекомендуется для котлов, работающих на газе или жидком топливе, поскольку неисправность в топливном или воздушном контроллере приведет к возникновению небезопасных условий эксплуатации при изменении нагрузки. Параллельные системы могут быть расширены за счет измерения расхода топлива и воздуха и могут быть преобразованы с небольшими дополнительными затратами в гораздо более совершенный контроллер перекрестного ограничения, который описан ниже.

Перекрестный контроль

Система перекрестного контроля — это сложная система, в которой устранены некоторые недостатки параллельной системы. По сути, это параллельная система, которая обеспечивает измерение расхода топлива и воздуха и отдельные мощные контроллеры для топлива и воздуха. Эти контроллеры обеспечивают блокировку сигналов, которая предотвращает небезопасную работу при изменении нагрузки. При увеличении нагрузки сигнал управления воздухом всегда опережает сигнал топлива, а при уменьшении нагрузки отстает от сигнала топлива. Блокировка обеспечивает определенную степень безопасности, но также означает, что при изменении нагрузки избыточный воздух нагнетается до более высокого уровня, чем оптимальный. Поскольку система измеряет расход топлива и воздуха, она способна корректировать некоторые отклонения, например, изменения температуры воздуха для горения, которые могут повлиять на коэффициент избытка воздуха.