Технические науки / Электротехника и радиоэлектроника

Щербань И.В., Соленова И.О., Пантелеева Т.В.

Южный федеральный университет, факультет высоких технологий,

Ростов-на-Дону, Россия

БЛОК УПРАВЛЕНИЯ ПЕЛЛЕТНЫМ ОТОПИТЕЛЬНЫМ

КОТЛОМ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

Пеллетные котлы популярны благодаря их независимости от централизованных источников энергоносителей и возможности реализации полностью автоматических режимов работы. Традиционные пеллеты представляют собой прессованные гранулы, изготовленные из древесных отходов. Снижение стоимости топлива может достигаться за счет использования пеллет, изготовленных из отходов промышленной переработки подсолнечника – лузги.

До настоящего времени существуют проблемы практического использования подобного биотоплива. Так, в сравнении с древесными, пеллеты из лузги обладают более высокой теплотворной способностью (свыше 20 МДж/кг), но их сжигание в типовых котлах, топочные устройства которых спроектированы на конкретный класс твердого топлива, приводит к химическому и механическому недожогу, и, в результате, к нестабильному горению, снижению КПД. Считается, что решение подобной проблемы возможно только на основе глубокой технической реконструкции котлов посредством повсеместного перехода к вихревым топкам [1].

В то же время известно, что при условии низкого форсирования топочного процесса биотопливо из лузги может сжигаться удовлетворительно. Сложность обеспечения подобного режима работы в реальных условиях заключается в следующем.

Известно, что в газообразной смеси существует связь между температурой и концентрацией кислорода на поверхности топлива, представляемая кривыми "теплового баланса". Явления погасания пламени наблюдаются в случаях, когда скорости тепло- и массообмена не соответствуют скорости реакций, или при очень малой скорости массообмена. При определенных условиях сжигания топлива равновесие может нарушаться (вследствие малой реакционной способности или большого теплопоглощающения) и наблюдается погасание пламени.

Кроме того, использование пеллетных горелок предполагается в составе различного типа отопительных котлов, различной мощности и в составе совершенно различных конфигураций систем отопления. Все вышеперечисленное не позволяет заранее произвести количественную оценку условий теплового баланса.

Таким образом, недостаточность априорных данных о константах химических реакций не позволяет произвести количественную оценку пределов устойчивого горения лузги и синтезировать детерминированные законы управления горелкой. Поэтому при синтезе соответствующего алгоритма управления проводилось качественное сопоставление теоретических выводов и экспериментальных данных, реализованное в формате нечеткого пропорционально-интегрального регулятора.

Разработан блок управления горелкой KONORD Optimum Pellet Incineration [2], позволяющий реализовать возможность ее работы как на древесных пеллетах, так и нефорсированное стабильное горение на пеллетах из лузги подсолнечника. В контуре системы управления используются температурный датчик и фотодатчик контроля пламени. Исполнительными элементами являются шнековая подсистема подачи топлива и канальный вентилятор.

Регулируемыми переменными являются отклонение e(t) температуры от заданного значения и ее производная по времени e¢(t). Обе величины сначала подвергаются операции фаззификации, затем полученные нечёткие переменные используются в блоке нечёткого логического вывода для получения управляющего воздействия, которое после выполнения операции дефаззификации обеспечивает регулирование производительности вентилятора. Выбраны треугольные функции принадлежности m_De и m_De¢, задана база из 20 правил.

Экспериментальные исследования подтвердили работоспособность синтезированного алгоритма управления горением лузги. Например, при задании в этом случае традиционных алгоритмов управления, используемых для древесных пеллет, горелка самопроизвольно затухала уже через час работы. Реализованный же алгоритм обеспечивал ее нефорсированное стабильное горение на пеллетах из лузги подсолнечника. На рисунке представлен водогрейный котел с горелкой KONORD Optimum Pellet Incineration, работающий на как на традиционных древесных пеллетах, так и на пеллетах из лузги подсолнечника.

Рисунок. Отопительный котел с горелкой на биотопливе

Снижение КПД на биотопливе составляет порядка 30%, но подобный режим работы может быть приемлемым для котлов малой мощности и, соответственно, стоимости, когда их перевод на вихревые технологии сжигания экономически нецелесообразен.

Литература

1. Шарапов А.М. Вихревые технологии сжигания лузги подсолнечника на мини-ТЭЦ // Новости теплоснабжения, 2009, №12 (112).

2. http://www.konord.com/tverdotoplivnye-kotly-don.php