Автоматическое управление твердотопливным котлом

Н. Вербицкий

Учитывая сегодняшние растущие затраты на газовое отопление, приобретение твердотопливного котла для большинства частных домовладельцев – самый простой способ экономии на этой весомой статье расходов. Существует большое количество информации о том, насколько газовый котел прост и комфортен в использовании, и с этим можно согласиться. Но если более подробно рассмотреть обслуживание котлов на твердом топливе, оснащенных автоматическим управлением, можно найти массу достоинств такого вида теплогенераторов. Ведь микропроцессорная автоматика позволяет не только повысить комфорт в работе с твердотопливным котлом, но и сделать его работу более эффективной

Для того, чтобы свести к минимуму работу по обслуживанию котла и автоматизировать контроль процесса горения, твердотопливные котлы оснащаются микропроцессорным блоком управления, циркуляционным насосом и центробежным вентилятором для нагнетания воздуха в зону горения. Работая как единая система, эти блоки обеспечивают:

высокий КПД – до 91%;
уменьшение отклонений температуры
теплоносителя от заданной потребителем;
экономию в расходе топлива;
возможность применения твердого топлива различных видов.

Важным фактом является увеличение времени горения одной загрузки на 25–35% за счет возможности установки температурного гистерезиса котла, топливо при этом не перерасходуется. Также программирование работы твердотопливных котлов позволяет регулировать температуру теплоносителя на выходе из котла.

Микропроцессорную регулировку температуры теплоносителя целесообразно использовать для достижения следующих целей:

уменьшение влияния человеческого фактора в процессе работы и контроля котла;
поддержание стабильной температуры, что позволяет экономить топливо;
снижение рисков критических повышений температуры и давления (котел не закипает).

Практически такие же результаты по стабильной работе котла и экономии топлива достигнуты лишь в немногих моделях, использующих битепловой регулятор температуры. Поэтому, некоторые термомеханические устройства контроля температуры, при условии их корректной отладки, по удобству использования и тонкости настройки могут успешно соревноваться с микропроцессорной автоматикой.

Итак, блок управления твердотопливным котлом (программатор) осуществляет контроль поддержания заданной температуры выходящего теплоносителя двумя методами. Программатор включает и отключает вентилятор, а также регулирует частоту его оборотов. Помимо этого он управляет циркуляционными насосами отопительной системы. От скорости вращения вентилятора зависит интенсивность нагнетания воздуха в зону горения, что приводит к усилению или уменьшению процесса горения. Еще большим плюсом работы вентилятора является периодическая продувка топочной камеры, что предотвращает воспламенение газов в топочной камере, сопровождаемое характерным звуком хлопка при низкотемпературном тлении твердого топлива.

Автоматика запрограммирована таким образом, что такая продувка происходит в режиме поддержания температуры теплоносителя или, другими словами, в режиме ожидания программатора.

В качестве примера можно привести регулятор температуры в твердотопливных котлах Stropuva (Литва–Украина). Регулятор управляет работой вентилятора наддува и циркуляционного насоса центрального отопления. Когда необходимо быстро набрать температуру теплоносителя, а именно в момент розжига, а также, когда температура стала ниже предельной с учетом гистерезиса котла, датчик температуры сигнализирует об этом, и блок управления постепенно увеличивает обороты вентилятора, поддерживая их на необходимом уровне до момента достижения установленной температуры котла. Вентилятор может управляться как в ручном, так и автоматическом (рис. 1) режиме.

AV_Ris_1

Рис. 1. График работы вентилятора в автоматическом режиме

Управление вентилятором

Рассмотрим принцип управления вентилятором в автоматическом и ручном режимах. В первом случае регулятор температуры автоматически подбирает скорость вращения вентилятора согласно выбранного в программе вида топлива и показаний датчика температуры. Скорость вращения вентилятора может изменяться от 0% до 100% с шагом 10%. Когда установленная температура котла достигнута, программатор поддерживает ее за счет плавной регулировки мощности работы вентилятора. А когда температура превышает заданное значение на 5 °C, вентилятор полностью отключается. В случае понижения температуры выходящего теплоносителя ниже заданного значения, программатор включает вентилятор, а затем осуществляет плавную регулировку его мощности, препятствуя понижению температуры. Таким образом, достигается стабильность установленной температуры теплоносителя.

С помощью программатора можно задать вид используемого топлива – это помогает более эффективно расходовать топливо. При топке дровами, древесными брикетами, пеллетами необходимо выбрать функцию «Дрова»; торфяные брикеты, бурый или каменный уголь – «Уголь»; «Штыб» – выбирается при топке антрацитом (мелкий уголь). Специфика работы программатора в ручном режиме отображена в графике на рис. 2. Вентилятор с постоянной мощностью в диапазоне от 0 до 100% нагнетает воздух в камеру сгорания. Необходимую мощность можно выставить с шагом 10% в меню программатора. Автоматика выключает вентилятор, когда установленная температура достигнута. Когда температура в котле опускается ниже установленной на величину гистерезиса, вентилятор автоматически включается. В этом режиме автоматика запрограммирована на периодический «продув» котла. В меню регулятора можно задать продолжительность и периодичность этой функции. Также она полезна в случае подключения нестандартных систем отопления.

AV_Ris_2

Рис. 2. График работы вентилятора в ручном режиме

В ручном режиме затухание котла осуществляется с помощью отключения вентилятора при условии снижения температуры ниже заданного значения, так как программатор определяет это как полное выгорание топлива и дальнейшая работа вентилятора нецелесообразна.

Циркуляционный насос

Насос центрального отопления включается, когда теплоноситель достиг заданной с помощью программатора температуры. В момент времени, когда температура котла снижается на величину гистерезиса насоса, автоматика срабатывает, и циркуляционный насос выключается. С целью предохранения отопительной системы от замерзания, насос центрального отопления включается, когда температура в котле опускается ниже +5°С.

Аварийный режим

Для предупреждения аварий при перегреве котла выше +95°С или поломке датчика температуры предусмотрен вывод звукового сигнала и индикатора аварии. В этом случае автоматика выключает вентилятор, а циркуляционный насос продолжает непрерывно работать для охлаждения теплоносителя, прогоняя его через отопительную систему.

Когда причина аварии устранена, автоматику необходимо перевести в нормальный режим работы нажатием кнопки «Выход». Звуковой и световой сигналы, оповещающие об аварии целесообразно устанавливать, когда обсуживающий персонал находится в удалении от котла или теплогенератор установлен в шумном месте, например, в заводских помещениях.

В этом случае для вывода внешней сигнализации в схеме подключения устройства необходимо использовать промежуточное маломощное реле (рис. 3).

AV_Ris_3

Рис. 3. Схема подключения внешнего реле:
L – фаза питания; N – нейтраль питания; PE – защитное заземление; KM1 – внешнее реле

В случае, когда используется несколько отопительных котлов с программаторами, вывод аварийных сигналов осуществляется на один диспетчерский пункт, что позволяет быстро отреагировать на ситуацию и, таким образом, не допустить или уменьшить последствия аварий.

Твердотопливные котлы в каскаде

Для возможности использования нескольких котлов в одной отопительной системе, и, тем самым, обеспечения теплом объектов площадью свыше 400 м², применяют каскадное подключение (рис. 4). Таким образом, общая тепловая нагрузка перераспределяется на несколько котлов, в соответствии с их мощностью.

AV_Ris_4

Рис. 4. Каскадное подключение твердотопливных котлов

Подключение котлов в каскад позволяет:

повысить эффективность работы системы в период межсезонья, в сравнении с применением котлов большой мощности;
проводить отключения котла с целью его профилактики, в то же время обеспечивая работу отопительной системы благодаря остальным подключенным котлам;
с помощью установки поочередного графика работы котлов, можно увеличить сроки их службы.

Для реализации проекта каскадного подключения отопительных котлов применяется центральный пульт управления, который определяет последовательность или одновременную работу теплогенераторов (рис. 5).

AV_Ris_5