Vegyes-tüzelésű kazán füsthőmérséklet szabályozása

A hagyományos huzatszabályzó

A hagyományos huzatszabályzó a kazán vizének hőmérsékletét méri, és ezt próbálja állandó értéken tartani.
Ha hidegebb a víz, akkor több levegőt ad, például begyújtásnál. Könnyen felszaladhat a füst hőmérséklete 500°C fölé és ott is marad, amíg a víz fel nem melegszik.
Ha viszont leég a tűz, és a víz lehűl, akkor sok levegőt ad, és kihűti a kazánt a kémény felé. Pedig a kazánban még jelentős mennyiségű hő van, amit hasznosíthatnánk, ha a kémény felé nem szökne el.
Ha melegebb a víz, akkor zár a csappantyún és “bűzölögteti” a kazánt.
A füstről nincsen semmilyen információ a rendszerben, általában még hőmérő sincs beépítve. Ezért aztán a füst hőmérséklete tág határok között változhat. Pedig ha túl hideg a füst, akkor az égés hatásfoka rossz. Ha túl forró a füst, akkor a hő jelentős része kiszalad a kéményen.
Sajnos nem megoldás egyszerűen egy füst hőmérő beépítése és ennek alapján a kézi szabályozás, mert azt tapasztaltam, hogy az 500°C-ig kalibrált hőmérő hamarosan tönkremegy az jóval magasabb hőmérséklet miatt.

Miért kell inkább a füsthőmérsékletet szabályozni?

Ha a füst hőmérsékletét állandó értéken tartjuk, akkor a kazán hatásfokát optimalizáljuk és jelentős mennyiségű energiát takarítunk meg. Az optimális füst hőmérsékletet nehéz pontosan meghatározni, kazánonként is változik, de becslésem szerint körülbelül 250°C lehet.

Füst hőmérséklet érzékelő

A füst hőmérsékletét a szokásos érzékelőkkel nem lehet mérni a magas hőmérséklet miatt, de a kereskedelemben kapható PT100 érzékelőnek van olyan változata, amely 500°C-ig használható.
A füstcsőbe, a kazán mögötti könyök tisztító nyílásába mérőhüvelyt szereltünk, és ebbe került az érzékelő.

Csappanytyú mozgató

A csappantyú mozgatását Belimo LM230A zsalumozgató motorral oldottuk meg. Ennek a mozgatónak van rugó visszatérítéses változata is, mely azonban sajnos jóval drágább ezért nem azt használtuk.
Csappantyű mozgató lánccal

A szabályozás működése

A szabályozás például univezális szabályzóval oldható meg. Mivel a példában szereplő rendszer szabályozására amúgy is építettünk be szabályzót, csak bemenet és kimenet bővítésre volt szükség.
Hideg füst esetén (110°C alatt) a csappantyú zárva van.
Begyújtáskor meg kell nyomni egy gombot, hogy a szabályzó begyújtás üzemállapotba kerüljön, és teljesen kinyissa a levegő csappantyút. A begyújtás állapot addig tart, amíg a füst eléri a 180°C hőmérsékletet.
Ekkor kezdődik az üzemi szabályozás. Ha a füst 220°C alatt van, akkor lassan nyit a csappantyún, ha 260°C fölött van, akkor lassan zár. A két érték között nem mozdítja a csappantyút.
Ha begyújtásnál vagy amikor raknak a tűzre, felszalad a füst hőmérséklete 350°C fölé, akkor a csappantyút gyorsan lezárja. Extrém forró füst nem tud kialakulni. A szabályozást innen folytatja tovább, ahogy a füst hőmérséklete normalizálódik.
Ha a tűz leég és a füst hőmérséklete 110°C alá esik, lezárja a csappantyút.
A fenti hőmérsékletek természetesen módosíthatóak.

PID szabályozás

A másodikként telepített ilyen rendszernél a fenti szabályozási módszer elégtelennek bizonyult. A rendszer gyakran lengeni kezdett aminek a vége az lett, hogy a füst elérte a biztonsági maximum értéket, és a csappantyú gyorsan és teljesen lezárt. A szabályozás csak szép lassan nyitotta vissza csappanytyút, az átlag teljesítmény kicsi volt.
Ezt a problémát hivatott kiküszöbölni a PID szabályozás.

A PID szabályozás lényege

A szabályzó méri a füst hőmérsékletet folyamatosan és ebből három értéket számol szintén folyamatosan:

  1. P mint proportional, vagyis arányos
  2. I mint integral, vagyis összegzett
  3. D mint differential vagyis különbség, meredekség

Mik ezek:

  1. P érték a szabályozási hiba. Vagyis az, hogy a mért füst hőmérséklete mennyivel tér el a kívánt értéktől.
  2. I érték. Hiba integrált számít. Vagyis a mindenkori szabályozási hibát megszorozza az előző mérés óta eltelt idővel és ezeket folyamatosan összegezi. Ez arra jó, hogy ha van egy pici eltérés a kívánt értékhez képest, akkor az integrálás miatt az I értéke szépen nő, és a szabályzó idővel beavatkozik.
  3. D érték: meredekség. Kiszámítja, hogy a szabályozási hiba milyen gyorsan változik. Vagyis kivonja az épp mért szabályozási hibából az előző méréskor számított szabályozási hibát és a különbséget elosztja a közben eltelt idővel. Ha ez az érték magas, akkor a hiba gyorsan nő, gyors beavatkozás szükséges.

Mindhárom értékhez tartozik egy szorzó tényező (paraméter), amely meghatározza, hogy az egyes elemek milyen súllyal vesznek részt a szabályozásban.

A PID paraméterek beállítása

Első körben beállítjuk mindhárom értéket csak úgy érzésre, vagy szerencsés esetben az előző hasonló rendszer adatai alapján. Ezután megfigyeljük a rendszer működését, és megpróbáljuk kiküszöbölni a hibákat. Csak erős idegzetűeknek!:

A rendszer leng

Csökkentsük a D értéket.

A rendszer stabil, de nagy a szabályozási hiba

Növeljük az I értéket.

A rendszer nagyon lassan áll be

Csökkentsük az I értéket és növeljük a D értéket.
Vagy ki tudja…

Tovább az eszköztárra