Разработка твердотопливной горелки

 

Таблица 1.1  Возможные датчики пеллетной горелки

Вид датчика	Назначение	Примечание
1	2	3
Датчик пламени (оптический)	Предназначен для определения наличия пламени в топочной камере	При использовании торфяных пеллет возможно закопчение оптической поверхности датчика.
Датчик наполнения внутреннего бункера горелки	Предназначен для остановки/начала подачи пеллет внешним шнеком	При использовании внутреннего и внешнего шнека разных диаметров необходима синхорнизации их работы.
Датчик наполнения внешнего бункера горелки	Предназначен для остановки/начала подачи пеллет внешним шнеком
Датчик температуры в системе подачи пеллет	Аварийный датчик для предотвращения обратного огня.	Обычно установлен на температуру срабатывания 75 С, при включении обеспечивает остановку внешнего шнека и запуск внутреннего .
Внешний датчик рабочей температуры	Используется для контроля температуры теплоносителя и управления работой котла	Основной температурный датчик пеллетной горелки.
Внутренний датчик рабочей температуры	Установлен внутри котла	Может использоваться для включения водяного насоса.
Датчик давления дымовых газов	Используется для оптимизации работы горелки в связи с изменением тяги в дымовой трубе

Продолжение таблицы 1.1

1	2	3
Датчик кислорода (Лямбда –зонд)	Используется для оптимизации работы горелки	Используется для настройки работы котла
Датчик температуры дымовых газов	Используется для оптимизации работы горелки	Используется для тонкой настройки
Аварийный датчик температуры	Аварийный датчик, при пересечении порогового значения происходит отключение котла
Датчик внешнего включения	Предназначен для организации дистанционного включения котла	Может использоваться для подключения GSM модема
Датчик установки горелки	Предназначен для предотвращения включения горелки не установленной должным образом в котёл

 

Рисунок  1.5 Электромотор подачи воздуха

Рисунок  1.6 Электромотор шнека

Рисунок  1.7 Электромотор подачи теплого воздуха

Таблица 1.2

Активные устройства пеллетной горелки котла.

Тип устройства	Назначение	Примечание
Электромотор внутреннего шнека пода пеллет	Обеспечивает подачу пеллет непосредственно в зону горения
Электромотор внешнего шнека подачи пеллет	Обеспечивает подачу пеллет из внешнего бункера
Электромотор ветилятора	Предназначен для подачи воздуха в зону горения
Электромотор насоса (для котла)	Насос включается при достижении теплоносителем температуры внутри котла	Служит для предотвращения преждевременного выхода котла от резкого перепада температур
Система индикации (светодиодная или экран)		В простых моделях используется несколько разноцветных светодиодов, в продвинутых моделях – ЖК экран
Система автоподжига	Тепловой фен для автоматического розжига пеллет
Система аварийной индикации	Предназначен для организации удаленной аварийной сигнализации
Система золоудаления	Система для удаления злоы из зольного ящика	Применяется как правило на горелках промышленного масштаба и на некоторых факельных бытовых

 

 Алгоритм работы твердотопливного котла

1. Камера сжигания печных газов c футеровкой. Футеровка нужна поскольку в камере должна быть очень высокая температура. Отсутствие такой камеры приводит к перерасходу ДРОВ до 30-50%.
2. Несколько колен движения дымогазов. При их отсутствии КПД будет таким же низким, как у камина с его прямоходовым дымоходом по сравнению с русской печью.
3. Наружное утепление котла. Позволяет уменьшить теплопотери на обогрев котельной и замедлить остывание котла. Последнее дает возможность подбросить дров и запустить котел через 8-10 часов без новой растопки.
4. Терморегулятор. Нужен для регулирования мощности котла, без него котел рискованно оставлять более чем на 30мин. Если применен современный старт-стопный терморегулятор, то длительность горения в межсезонье с одной закладки может доходить до суток.
5. Дымосос или наддув. Позволяют снизить требования к высоте и размеру трубы, эксплуатировать котел с хорошим КПД даже при плохой тяге, например, в межсезонье. Дымосос технически сложнее и менее долговечен. Вентилятор наддува более надежен, но приходится следить за уплотнениями дверок котла, иначе будет дымление даже через небольшие щели.
6. Энергонезависимость. Позволяет пользоваться котлом при ЕСТЕСТВЕННОЙ циркуляции теплоносителя даже при отсутствии электричества. В таких котлах невозможно применить современные способы регулирования, поэтому они имеют низкий КПД, особенно, в режиме длительного горения.

 

 Запуск «холодной» пеллетной горелки

При «холодном» запуске котла, при информации с датчика уровня о наличии пеллет во внутреннем шнеке, и соответственно, в зоне горения, включается система автоподжига. Затем, при фиксации датчиком пламени открытого огня включается максимальная подача воздуха для дальнейшего розжига. После некоторого времени котёл переходит в режим нормальной работы. При неудачном запуске, в зависимости от алгоритма работы горелки, возможны: дополнительная подача пеллет, продувка воздухом и повторное включение системы автоподжига. Существуют модели включающие насос теплоносителя только при достижении заданной температуры и останавливающий его при ее понижении.

Рисунок 1.8 Вентилятор

 

 Режим нормальной работы пеллетной горелки

После розжига, горелка переходит в режим нормальной работы. Предварительно установив требуюмую мощность горелки ( например, Вы приобрели горелку мощностью 25 кВт для отопления 150 кв. метров, в этом случае оптимальным будет уменьшение мощности горелки до 10-15 кВт) устанавливается температурный диапазон работы горелки, например, нижняя граница 70 С, а верхняя 85 С. Алгоритм следующий – при достижении температуры теплоносителя верхней границы котел останавливается и переходит в режим stand-by, после чего температура начинает опускаться, затем, при переходе нижней границы, котёл автоматически запускается. Информация об изменении температуры поступает с внешнего датчика температуры, установленного в систему отопления (батареи) или внутреннего датчика котла. Соответственно, чем больше это диапазон, тем более длительные перерывы могу быть между включением/выключение пеллетного котла.

 

 Запуск из режим stand-by

Запуск из режима stand-by происходит при пересечении нижней установленной температурной границы. Основное отличие от процедуры холодного запуска котла, заключается в том, что в этом случае первоначально включается вентилятор, который разжигает тлеющие пеллеты. В отдельных случая возможно включение внутреннего шнека, с целью подачи новых пеллет взамен прогоревших. Система автоподжига может включаться после нескольких попыток неудачного запуска (хотя это говорит пожалуй о том, что со времени остановки котла прошёл значительный период времени и запуск может считаться «холодным»).

 

 Динамическое изменение мощности работы горелки

Под динамическим изменением мощности мы подразумеваем следующую ситуацию, допустим, как в примере выше, Ваша горелка работает в режиме 75% от возможной мощности, т.е. этого достаточно для нормального функционирования системы отопления и обеспечения требуемого комфорта. В случае, например, зимой, понижения температуры окружающей среды, горелка будет длительней достигать верхней границы и быстрей опускаться до нижней, однако настроенной мощности будет хватать для отопления Вашего дома.

Теперь представьте ситуацию, у Вас установлен бойлер для горячей воды, и Вы решили в самую холодную ночь года принять душ одновременно все, в этом случае, падение температуры теплоносителя может быть достаточно резким, и через некоторое время Вы может почувствовать на собственной коже, что Ваш котёл не «вытягивает» нагрузку, несмотря на то, что трудится в пиковом режиме. Вот именно для подобных случаев и применяется система динамического изменения мощности горелки. В этом случае, горелкаавтоматически увеличит рабочую мощность до 100%, а при достижении требуемой температуры вернётся обратно.

 

 Остановка горелки в штатном режиме

После поступления команды от пульта управления или внешнего выключателя ( например GSM modem) отключается внешняя система подачи пеллет, а внутренний шнек подает оставшиеся пеллеты в зону горения, одновременно вентилятор начинает подавать воздум с максимальной скоростью, для скорейшего прогорания оставшихся пеллет. После прохождения заданного периода времени и поступления сигнала об отсутствие пламени пульт управления отключает горелку. Стоит отметить, что при выключении горелки возможно продолжение мониторинга (температуры и пламени для предотвращения возникновения обратного огня) в течение некоторого времени.

 

 Тонкая настройка пеллетной горелки

При наличии дополнительных датчиков пеллетной горелки возможна тонкая настройка её работы. В качестве регулируемых параметров изменяется скорость подачи пеллет и объём подоваемого воздуха. В качестве индикаторов используются температурные датчики, лямбда зонд, датчики температуры дымовых газов, датчики давления и т.д.Оптимальные параметры работы пеллетной горелки определяются исходя из требований клиентов, но, как правило, это наименьший расход топлива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ПЕЛЛЕТНОЙ ГОРЕЛКИ

 

2.1 Котельный агрегат КВа-0,75

Котёл КВа в исполнении на газовом топливе, оборудованный автоматизированной блочной горелкой ГБЛ с автоматикой КСУ-ЭВМ или горелкой газоблочной БСТ-Г с автоматикой КАСКАД М, предназначен для теплоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий с абсолютным давлением воды в системе, не выше 0,07 МПа и максимальной температурой нагрева воды 115° С и может эксплуатироваться в автоматическом режиме без постоянного наблюдении со стороны обслуживающего персонала. Котёл предназначен для работы на воде, соответствующей «Правилам устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) и водогрейных котлов с температурой нагрева воды не выше 388 К (115 ˚С)»

Котёл KBa-l,0Гн (газоплотный)  работает под давлением в топке (до 300Па), а котёл «Факел-Г» под разрежением в топке (> 5 Па);

Взрывной клапан на котле «Факел-Г» установлен на задней секции котла, а на котле KBa-l,0Гн (газоплотный) на газоходе котла (за котлом);

Отличаются координатами подвода газовой линии к горелкам; 
Котел «Факел-Г» работает только с дымососом, а КВа (газоплотный) – без дымососа.

Котлы KBa-l,0Гн (газоплотный)  и котлы «Факел-Г» (газовый) взаимозаменяемы. Преимущества котлов КВа-1,0Гн (газоплотный)  позволяет экономить до 4% топлива.

Котёл КВа , может быть оборудован автоматизированной блочной горелкой ГБЛ с автоматикой КСУ-ЭВМ или горелкой газоблочной БСТ-Г с автоматикой КАСКАД М, предназначен для теплоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий с абсолютным давлением воды в системе, не выше 0,07 МПа и максимальной температурой нагрева воды 115° С и может эксплуатироваться в автоматическом режиме без постоянного наблюдении со стороны обслуживающего персонала. Котёл предназначен для работы на воде, соответствующей «Правилам устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) и водогрейных котлов с температурой нагрева воды не выше 388 К (115 ˚С)».

Котёл КВа  имеет повышенное гидравлическое сопротивление. При его совместной работе с котлами других типов температура воды на выходе из всех работающих котлов не должна отличаться более чем на 1 - 2 °С.

Состав изделия.

В состав изделия входит: пакет котельных секций, газовая блочная горелка ГБЛ или БСТ-Г с системой автоматики безопасности и регулирования (далее «горелочное устройство»), теплоизоляционной кожух, а также арматура, гарнитура и контрольно-измерительные приборы.

Устройство и работа котла КВа

Основным рабочим органом котла является пакет котельных секций, состоящий из трёх типов секций - передней, задней и средних. Секции собираются в пакет при помощи конических ниппелей и стягиваются болтами. 
Внутренние стенки труб секций и ограничивающие их стыкующиеся ребра образуют конвективные газоходы. При сборке пакета все стыкующиеся ребра секций уплотняются термостойким материалом. К передней секции крепится горелочное устройство. К задней секции крепится газоход со взрывным клапаном, который при монтаже соединяется с газоходом котельной. Между газоходом котла и газоходом котельной проектом котельной должен быть предусмотрен ручной шибер, отключающий котел от дымового тракта. 
Пакет котельных секций котла КВа  закрыт теплоизоляционным кожухом. Кожух выполнен в виде отдельных съемных панелей. В случае установки котла без кожуха на наружную поверхность пакета наносится слой теплоизоляционной мастики.