CZ27511U1 - Jednotka pro určení míry optimality spalování kotle na biomasu - Google Patents

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. ě. 478/1992 Sb.

CZ 27511 Ul

Jednotka pro určení míry optimality spalování kotle na biomasu

Oblast techniky

Užitný vzor se týká jednotky pro určení míry optimality spalování kotle na biomasu.

Dosavadní stav techniky

Biomasa ve formě dřevních nebo bylinných pelet případně štěpky je nejčastější palivo používané v automatických kotlích spalujících biomasu.

Vlastnosti jednotlivých druhů paliv důležité pro jejich správné spalování se však mezi sebou značně liší. To vede k nutnosti přizpůsobit spalování biomasy danému druhu paliva. Tato situace se v současnosti řeší tak, že operátor kotle provede analýzu paliva a řídicí jednotku kotle nastaví tak, aby palivo o daných vlastnostech kotel spaloval optimálním způsobem. Tedy s nejvyšší dosažitelnou účinností a s minimálními emisemi škodlivých plynů.

U kotlů malých a středních výkonů určených pro vytápění rodinných domů nebo firemních provozoven však tento postup naráží na nekvalifikované nebo ledabylé operátory. Tím jsou totiž zpravidla běžní spotřebitelé, kteří automatickému kotli věnují podobně malou pozornost jako třeba běžnému domácímu spotřebiči. Jde především o zanedbávání údržby, nedůslednému dodržování pravidel obsluhy uvedených v uživatelské příručce, nedodržování pravidelných revizí atp. Řídící jednotky automatických kotlů, které při své funkci spoléhají na parametry paliva zadané uživatelem tak nezřídka z důvodu špatně zadaných parametrů paliva provozují spalovací proces významně mimo optimální spalovací podmínky.

Důležitým parametrem ovlivňujícím hospodárnost a ekologičnost spalovacího procesu je přebytek spalovacího vzduchu. Jde o množství vzduchu, které je nutné spalovacímu procesu přidat navíc, než kolik je teoreticky, tj. stechiometricky ke spalování třeba. Nutnost dodávat spalovacímu procesu více vzduchu, než kolik je teoreticky potřeba, je způsobena celou řadou faktorů jako nedokonalému promíchání paliva nebo hořlavých plynů se spalovacím vzduchem, úniky vzduchu mimo spalovanou vrstvu atp.

Existuje optimální množství přebytku spalovacího vzduchu, při kterém je účinnost spalovacího procesu nejvyšší a v němž se dosahuje i prakticky nejnižších možných emisí škodlivých plynů. Toto optimum přebytku vzduchu je však výrazně závislé na parametrech paliva a méně také na požadovaném tepelném výkonu spalovacího procesu.

Množství přebytku vzduchu je možné řídit především množstvím vháněného spalovacího vzduchu. U běžných automatických kotlů malých výkonů je množství vháněného spalovacího vzduchu nastaveno pevně pro druh paliva, který uživatel ručně zadal řídicí jednotce. Toto řešení však dosahuje optima pouze přibližně a to ještě jen v případě, že uživatel zadal řídicí jednotce druh použitého paliva správně.

Dražší kotle malých výkonů nebo většina kotlů středních výkonů využívá k měření přebytku spalovacího vzduchu tzv. lambda sondy. Jde o sondy montované na konci spalinových cest kotle, které měří množství nespáleného kyslíku ve spalinách a z toho vypočítávají jednoduchým algebraickým vztahem přebytek spalovacího vzduchu. Tím řídicí jednotka může alespoň zjistit, jaký je při daném palivu a výkonu okamžitý přebytek spalovacího vzduchu. Jednotka je však stále závislá na parametrech paliva zadaných operátorem, na základě kterých určuje, jaký je potřebný optimální přebytek spalovacího vzduchu. Navíc lambda sonda představuje další položku nákladů kotle a jde o zařízení poměrně nespolehlivé, které vyžaduje častou kalibraci, kterou však uživatelé také často zanedbávají. I malý offset v měření lambda sondy může vést k neoptimálním spalovacím podmínkám.

-1 CZ 27511 Ul

Podstata technického řešení

Podstatou technického řešení je rozšiřující optimalizační jednotka určená k připojení ke stávající řídicí jednotce spalovacího procesu, která dokáže zjistit, zda okamžité spalovací podmínky odpovídají optimálním spalovacím podmínkám a pokud ne, zdaje třeba množství vháněného spalovacího vzduchu zvýšit nebo snížit. Výhodou tohoto řešení je, že může pracovat i bez lambda sondy.

Ke zjištění optimálního množství přebytku spalovacího vzduchu optimalizační jednota využívá fakt, že při optimálních spalovacích podmínkách je nejvyšší účinnost spalovacího procesu. Tedy pro danou úroveň tepelného výkonu je spotřeba paliva nejnižší. Optimalizační jednotka tedy sleduje tepelný výkon kotle a jeho spotřebu a z těchto veličin určuje, zdaje možné spotřebu paliva ještě snížit a tím se přiblížit k optimálním spalovacím podmínkám.

Výhodou tohoto řešení je také nezávislost na absolutní hodnotě přebytku vzduchu, takže je jednotka schopna se sama přizpůsobovat změnám vlastností paliva. A to jak pozvolným, tak postupným změnám. I tato jednotka může využívat informaci od uživatele o parametrech použitého paliva, avšak není na této informaci závislá, a pokud uživatel parametry paliva nezadá nebo je zadá chybně, pouze tím optimalizační proces prodlouží, ale nenaruší jeho konvergenci k optimálním spalovacím podmínkám.

Objasnění obrázku na výkrese

Jednotka pro určení míry optimality spalování kotle na biomasu opatřeného řídicí jednotkou spalovacího procesu a otopnou soustavou podle tohoto technické řešení bude podrobněji popsána na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiloženého výkresu, kde je na obr. 1 znázorněno příkladné schéma zapojení.

Příklady uskutečnění technického řešení

Příkladná jednotka pro určení míry optimality spalování kotle 1 na biomasu má k řídící jednotce 3 kotle 1 připojen detektor 4 ustáleného stavu a k otopné soustavě 2 má připojen blok 5 výpočtu výkonu propojený s měřičem množství vody protékající kotlem Jas čidlem rozdílu teploty vody před a za otopnou soustavou 2 pro určení okamžitého výkonu kotle I. Detektor 4 ustáleného stavu a blok 5 výpočtu výkonu jsou připojeny k paměti 6 minulých stavů pro zaznamenání okamžitého množství přikládaného paliva a okamžitého výkonu kotle lak paměti 6 minulých stavů je připojen blok 7 vyhodnocení míry optimality spalovacího procesu.

Jednotka 3 je připojena k řídicímu automatu 100 kW kotle 1 spalujícího biomasu ve formě dřevních pelet, který je zpražený s otopnou soustavou 2, které kotel i poskytuje teplo ve formě ohřáté vody. Detektor 4 ustáleného stavu získává informace o množství přikládaného paliva z řídicí jednotky 3 kotle I a vyhodnocuje změny v množství přikládaného paliva. Současně s detektorem 4 ustáleného stavu pracuje i blok 5 výpočtu výkonu, který získává z měření na otopné soustavě 2 informace o množství vody protékající kotlem 1 a diferenci teploty vody před a za otopnou soustavou 2 - tedy stejné teploty vody, které jsou za a před kotlem i. Z těchto údajů blok 5 výpočtu výkonu průběžně počítá okamžitý výkon kotle I.

Při dosažení ustáleného stavu ukládá detektor 4 ustáleného stavu okamžité množství přikládaného paliva a blok 5 výpočtu výkonu okamžitý výkon kotle 1 do paměti 6 minulých stavů. Na základě porovnávání hodnot uložených v paměti 6 minulých stavů vyhodnocuje blok 7 vyhodnocení míry optimality míru optimality spalovacího procesu.

Průmyslové využitelnost

Uvedené zařízení slouží k poskytnutí informace o okamžité míře optimality spalovacího procesu v kotli na biomasu malého nebo středního výkonu řídicí jednotce kotle. Takový kotel pak nemusí mít instalovanou poměrně drahou a nespolehlivou lambda sondu, aby získávalo informaci o pře-2CZ 27511 Ul bytku spalovacího vzduchu, a spolehlivě může dosáhnout optimálního spalovacího procesu i bez konfigurace uživatelem nebo dokonce i při chybné konfiguraci uživatelem.

Claims (1)

1. Jednotka pro určení míry optimality spalování kotle na biomasu opatřeného řídicí jednot5 kou spalovacího procesu a otopnou soustavou, vyznačující se tím, žek řídící jednotce (3) kotle (1) je připojen detektor (4) ustáleného stavu a k otopné soustavě (2) je připojen blok (5) výpočtu výkonu propojený s měřičem množství vody protékající kotlem (1) a s čidlem rozdílu teploty vody před a za otopnou soustavou (2) pro určení okamžitého výkonu kotle (1), přičemž detektor (4) ustáleného stavu a blok (5) výpočtu výkonu jsou připojeny k paměti (6) ío minulých stavů pro zaznamenání okamžitého množství přikládaného paliva a okamžitého výkonu kotle (1) a k paměti (6) minulých stavů je připojen blok (7) vyhodnocení míry optimality spalovacího procesu.