RU2780388C1

RU2780388C1 - Solid fuel boiler heat output control device

Info

Publication number: RU2780388C1
Application number: RU2022103642A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Илиодоров; Вадим Сергеевич Рыжов
Original assignee: Вадим Сергеевич Рыжов
Filing date: 2022-02-10
Publication date: 2022-09-22

Abstract

FIELD: heat power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to heat power engineering, namely to power control systems for solid fuel heating boilers, and can be used to create non-volatile heating boilers with a high-precision mechanical heat power control system. A device for controlling the thermal power of a solid fuel boiler, containing an inlet air duct, a two-stage damper, a damper actuator, a thermostat connected through a actuator to the damper, a boiler jacket, a return pipeline branch pipe, contains a limiter, a tube and a reflector placed in series inside the boiler jacket, between the thermostat and the return pipe pipeline.

EFFECT: increasing the accuracy of dynamic control of the thermal power of a solid fuel boiler due to the high accuracy of control of the inlet air flow and the short response time to instabilities that occur in the boiler or heating system.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к системам управления мощностью отопительных котлов на твердом топливе, и может быть использовано для создания энергонезависимых отопительных котлов с высокоточной механической системой управления тепловой мощностью.SUBSTANCE: invention relates to power engineering, namely to power control systems for solid fuel heating boilers, and can be used to create non-volatile heating boilers with a high-precision mechanical heat power control system.

Известно, что точность работы механической системы управления тепловой мощностью котла зависит от точности дозировки входного воздуха и инерционности терморегулятора, которая включает инерционность самого терморегулятора и инерционность процесса изменения температуры теплоносителя возле терморегулятора при изменении мощности котла или теплосъема в системе отопления. Что касается точности управления объемом входного воздуха, который в большинстве конструкций регулируется простой заслонкой, то она оказывается сравнительно низкой. Дело в том, что объем воздуха, проходящего в котел, зависит не только от площади проходного сечения щели между заслонкой и входным воздуховодом, но и от скорости движения воздуха, которая в свою очередь зависит от тяги, пропорциональной температуре дымовых газов. Поэтому точность управления объемом воздуха на средних и небольших мощностях оказывается недостаточной, и котел может перейти в неуправляемый режим или угаснуть. При одинаковом управляющем воздействии от терморегулятора при небольших углах открытия заслонки ее отклонение приводит к существенному изменению проходного сечения щели и, соответственно, объема поступающего в котел воздуха. Вследствие чего точность управления тепловой мощностью котла оказывается низкой. Вторым фактором, существенно влияющим на точность работы устройства управления тепловой мощностью котла, является большая тепловая инерционность процесса формирования управляющего воздействия в терморегуляторе. В основном это связано с низкой скоростью изменения температуры теплоносителя возле терморегулятора. Так, если время срабатывания терморегулятора (при изменении температуры вокруг него) может составлять десятки секунд, то изменение температуры теплоносителя возле терморегулятора может достигать нескольких десятков минут. Это связано с большой разницей объемов теплоносителя в рубашке котла и поступающего в нее по обратному трубопроводу теплоносителя с изменившейся температурой. Поэтому изменение температуры теплоносителя в рубашке котла занимает большое время. В целом точность механического устройства управления тепловой мощности котла оказывается низкой, в связи с чем возможны существенные колебания генерируемой мощности, что требует частого контроля работы котла и снижает его эксплуатационные характеристики.It is known that the accuracy of the mechanical control system for the thermal power of the boiler depends on the accuracy of the dosage of the inlet air and the inertia of the thermostat, which includes the inertia of the thermostat itself and the inertia of the process of changing the temperature of the coolant near the thermostat when the boiler power or heat removal in the heating system changes. With regard to the accuracy of controlling the volume of inlet air, which in most designs is controlled by a simple damper, it turns out to be relatively low. The fact is that the volume of air passing into the boiler depends not only on the area of the passage section of the gap between the damper and the inlet air duct, but also on the speed of air movement, which in turn depends on the draft, which is proportional to the temperature of the flue gases. Therefore, the accuracy of air volume control at medium and low power is insufficient, and the boiler may go into uncontrolled mode or die out. With the same control action from the thermostat at small opening angles of the damper, its deviation leads to a significant change in the passage section of the slot and, accordingly, the volume of air entering the boiler. As a result, the accuracy of controlling the thermal power of the boiler is low. The second factor that significantly affects the accuracy of the operation of the boiler thermal power control device is the large thermal inertia of the process of forming the control action in the thermostat. This is mainly due to the low rate of change in the temperature of the coolant near the thermostat. So, if the response time of the thermostat (when the temperature around it changes) can be tens of seconds, then the change in the temperature of the coolant near the thermostat can reach several tens of minutes. This is due to the large difference in the volumes of the coolant in the boiler jacket and the coolant entering it through the return pipeline with a changed temperature. Therefore, changing the temperature of the coolant in the boiler jacket takes a long time. In general, the accuracy of the mechanical control device for the thermal power of the boiler is low, and therefore significant fluctuations in the generated power are possible, which requires frequent monitoring of the boiler and reduces its performance.

Известно устройство управления тепловой мощностью отопительного котла /Патенты RU №№2561806, 2213907, котлы ZOTA, сертификат № ТС RU C-RU.AE88.B.01300, серия RU №0059232, котлы «Universal» НПП Пеллетрон (www.Pelletron.ru)/, которое содержит входной воздуховод, соединенный с подколосниковой полостью и заслонку, управляемую вручную или от терморегулятора. Недостатком такого устройства является низкая точность управления воздушным потоком и, как следствие, генерируемой тепловой мощностью. Это обусловлено перечисленными выше причинами.A device for controlling the thermal power of a heating boiler is known /Patents RU No. 2561806, 2213907, ZOTA boilers, certificate No. TS RU C-RU.AE88.B.01300, series RU No. 0059232, boilers "Universal" NPP Pelletron (www.Pelletron.ru )/, which contains an inlet air duct connected to the grate cavity and a damper controlled manually or from a thermostat. The disadvantage of such a device is the low accuracy of air flow control and, consequently, the generated heat power. This is due to the reasons listed above.

Известно устройство управления тепловой мощностью отопительного котла /Патент RU №2743867/, выбранное в качестве прототипа, которое содержит входной воздуховод, двухступенчатую заслонку, соединенную приводом с терморегулятором, установленным в рубашке котла. В этом устройстве за счет использования двухступенчатой заслонки удалось существенно повысить точность управления входным воздушным потоком, однако из-за большой инерционности процесса выработки управляющего воздействия терморегулятором точность устройства управления в целом оказывается сравнительно низкой.A device for controlling the heat output of a heating boiler /Patent RU No. 2743867/, selected as a prototype, which contains an inlet air duct, a two-stage damper connected by a drive to a thermostat installed in the boiler jacket, is known. In this device, due to the use of a two-stage damper, it was possible to significantly increase the accuracy of controlling the inlet air flow, however, due to the large inertia of the process of generating a control action by a temperature controller, the accuracy of the control device as a whole turns out to be relatively low.

Техническим результатом является повышение точности динамического управления тепловой мощностью твердотопливного котла за счет высокой точности управления входным воздушным потоком и малого времени реакции на нестабильности, возникающие в котле или системе отопления.The technical result is to increase the accuracy of the dynamic control of the thermal power of a solid fuel boiler due to the high accuracy of control of the inlet air flow and the short response time to instabilities that occur in the boiler or heating system.

Технический результат достигается тем, что в устройстве управления тепловой мощностью твердотопливного котла, содержащем входной воздуховод, двухступенчатую заслонку, привод заслонки, терморегулятор, соединенный через привод с заслонкой, рубашку котла, патрубок обратного трубопровода, содержится ограничитель, направляющая трубка и отражатель, размещенные последовательно внутри рубашки котла, между терморегулятором и патрубком обратного трубопровода.The technical result is achieved by the fact that the device for controlling the thermal power of a solid fuel boiler, containing an inlet air duct, a two-stage damper, a damper actuator, a temperature controller connected through a damper actuator, a boiler jacket, a return pipe branch pipe, contains a limiter, a guide tube and a reflector placed in series inside boiler jacket, between the thermostat and the return pipe.

Сущность изобретения поясняется на упрощенном рисунке на фиг. 1. На фиг. 1 показаны: 1 - входной воздуховод, 2 - двухступенчатая заслонка, 3 - привод заслонки, 4 - терморегулятор, 5 - рубашка котла, 6 - патрубок обратного трубопровода, 7 - ограничитель, 8 - направляющая трубка, 9 - отражатель.The essence of the invention is illustrated in a simplified drawing in Fig. 1. In FIG. 1 shows: 1 - inlet air duct, 2 - two-stage damper, 3 - damper actuator, 4 - thermostat, 5 - boiler jacket, 6 - return pipe, 7 - limiter, 8 - guide tube, 9 - reflector.

Входной воздуховод 1, двухступенчатая заслонка 2 (патент РФ №2651393), привод заслонки 3, терморегулятор 4, рубашка котла 5, патрубок обратного трубопровода 6 в предлагаемой конструкции, по сравнению с прототипом и другими аналогами, существенных особенностей не имеют, поэтому подробно не рассматриваются. Ограничитель 7 предназначен для концентрации теплоносителя, поступающего из направляющей трубки 8, вокруг термочувствительной части терморегулятора 4. Ограничитель 7 может быть выполнен из металлической трубки квадратного или круглого сечения, имеющей с одной стороны донышко с отверстием, в которое вставляется направляющая трубка 8. Площадь проходного сечения между ограничителем 7 и термочувствительной частью терморегулятора 4 и между ограничителем и передней стенкой рубашки котла выбирается в несколько раз больше проходного сечения направляющей трубки 8. Направляющая трубка 8 предназначена для канализации теплоносителя от патрубка обратного трубопровода 6 непосредственно к термочувствительной части терморегулятора 4. Трубка 8 может быть выполнена, например, из металлопластиковой трубы и крепится на внутренней стенке рубашки котла. Отражатель 9 предназначен для дополнительной концентрации и направления теплоносителя на вход направляющей трубки 8. Отражатель 9 может быть выполнен из плоской или криволинейной пластинки, в зависимости от особенностей конструкции котла.Inlet air duct 1, two-stage damper 2 (RF patent No. 2651393), damper actuator 3, thermostat 4, boiler jacket 5, return pipe 6 in the proposed design, in comparison with the prototype and other analogues, they do not have significant features, therefore they are not considered in detail . The limiter 7 is designed to concentrate the coolant coming from the guide tube 8 around the temperature-sensitive part of the temperature controller 4. The limiter 7 can be made of a metal tube of square or round section, having a bottom with a hole on one side into which the guide tube 8 is inserted. between the limiter 7 and the temperature-sensitive part of the thermostat 4 and between the limiter and the front wall of the boiler jacket, several times the flow area of the guide tube 8 is selected. made, for example, of a metal-plastic pipe and is attached to the inner wall of the boiler jacket. Reflector 9 is designed for additional concentration and direction of the coolant to the inlet of the guide tube 8. Reflector 9 can be made of a flat or curved plate, depending on the design features of the boiler.

Работает устройство управления следующим образом. Перед розжигом топлива в котле, после его загрузки, с помощью привода 3 терморегулятором 4 за скобу на второй ступени заслонки 2 открываются обе ступени заслонки 2 на угол 30 - 40 градусов. Топливо поджигается и через непродолжительное время огонь охватывает большую часть топлива. По мере нагрева теплоносителя в котле терморегулятором 4 через привод 3 для предотвращения избыточной интенсификации горения заслонка 2 опускается, прикрывая входной воздуховод 1 и ограничивая поступление воздуха в котел. На больших мощностях воздух в котел поступает через щель, образующуюся между первой ступенью заслонки 2 и воздуховодом 1 и через отверстие в первой ступени, а на меньших мощностях через щель между первой и второй ступенями заслонки 2 и отверстие в первой ступени. При работе второй ступени заслонки точность управления потоком входного воздуха в несколько раз выше, чем при работе первой ступени, поскольку площадь отверстия в первой ступени заслонки в несколько раз меньше площади входного воздуховода. И при одном и том же воздействии от терморегулятора в заслонке с меньшей площадью изменение объема потока воздуха будет происходить на меньшую величину.The control device works as follows. Before ignition of the fuel in the boiler, after its loading, with the help of the drive 3, the thermostat 4 by the bracket on the second stage of the damper 2 opens both stages of the damper 2 at an angle of 30 - 40 degrees. The fuel is ignited and after a short time the fire covers most of the fuel. As the coolant in the boiler is heated by the thermostat 4 through the actuator 3, to prevent excessive intensification of combustion, the damper 2 is lowered, covering the inlet air duct 1 and limiting the air flow into the boiler. At high power, air enters the boiler through a gap formed between the first stage of damper 2 and air duct 1 and through an opening in the first stage, and at lower capacities through a gap between the first and second stages of damper 2 and an opening in the first stage. During operation of the second stage of the damper, the accuracy of controlling the flow of inlet air is several times higher than during the operation of the first stage, since the area of the hole in the first stage of the damper is several times smaller than the area of the inlet air duct. And with the same impact from the thermostat in a damper with a smaller area, the change in the volume of air flow will occur by a smaller amount.

При изменении интенсивности (условий) горения твердого топлива или изменении теплосъема в контуре системы отопления достаточно быстро изменяется температура теплоносителя в обратном трубопроводе, поскольку скорость движения теплоносителя в системе отопления значительно больше, чем в рубашке котла. Часть потока теплоносителя, отражаясь от отражателя 9 и проходя через направляющую трубку 8, попадает в ограничитель 7, омывая термочувствительную часть терморегулятора 4. Через непродолжительное время (десятки секунд) терморегулятор 4 через привод 3 изменяет угловое положение заслонки, изменяя тем самым интенсивность горения в противоположную сторону и тем самым стабилизируя генерацию заданной тепловой мощности. Поскольку скорость изменения температуры теплоносителя в обратном трубопроводе и, как следствие, в ограничителе 7 значительно больше, чем в рубашке котла возле терморегулятора за пределами ограничителя 7, то время срабатывания терморегулятора 4 также существенно сокращается.When the intensity (conditions) of burning solid fuel changes or the heat removal in the heating system circuit changes, the temperature of the coolant in the return pipeline changes quite quickly, since the speed of the coolant in the heating system is much higher than in the boiler jacket. Part of the coolant flow, reflected from the reflector 9 and passing through the guide tube 8, enters the limiter 7, washing the temperature-sensitive part of the temperature controller 4. After a short time (tens of seconds), the temperature controller 4 through the actuator 3 changes the angular position of the damper, thereby changing the intensity of combustion in the opposite direction. side and thereby stabilizing the generation of a given thermal power. Since the rate of change in the temperature of the coolant in the return pipeline and, as a result, in the limiter 7 is much greater than in the boiler jacket near the thermostat outside the limiter 7, the response time of the thermostat 4 is also significantly reduced.

Таким образом, в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом и другими аналогами достигается высокая точность управления тепловой мощностью твердотопливного котла за счет высокой точности управления входным воздушным потоком и небольшого времени реакции на нестабильности, возникающие в котле или системе отопления. Тем самым обеспечивается высокая точность поддержания тепловой мощности котла на заданном уровне в автоматическом режиме в течение длительного времени. Возможность поддержания тепловой мощности с высокой точностью позволяет изменить подход к конструированию твердотопливных котлов. В частности, появляется возможность существенного увеличения объема топки котла и загружаемого в него топлива. Как следствие, увеличивается продолжительность горения. Еще одно важное следствие высокой точности управления тепловой мощностью котла является надежная автоматизация процесса горения, что увеличивает период его обслуживания и повышает безопасность и удобство эксплуатации. Экспериментальная проверка предлагаемого устройства, в том числе в экстремальных условиях эксплуатации котла, подтвердила заявляемые его характеристики.Thus, in the proposed device, in comparison with the prototype and other analogues, a high accuracy of controlling the thermal power of a solid fuel boiler is achieved due to the high accuracy of controlling the inlet air flow and a short response time to instabilities that occur in the boiler or heating system. This ensures high accuracy of maintaining the thermal power of the boiler at a given level in automatic mode for a long time. The ability to maintain thermal power with high accuracy allows you to change the approach to the design of solid fuel boilers. In particular, it becomes possible to significantly increase the volume of the boiler furnace and the fuel loaded into it. As a result, the duration of burning increases. Another important consequence of the high accuracy of boiler thermal power control is the reliable automation of the combustion process, which increases the period of its maintenance and improves safety and ease of operation. Experimental verification of the proposed device, including in extreme operating conditions of the boiler, confirmed its claimed characteristics.

Уровень разработки находится в стадии использования в серийно выпускаемых котлах различной мощности.The level of development is at the stage of use in mass-produced boilers of various capacities.

Claims

A device for controlling the thermal power of a solid fuel boiler, containing an inlet air duct, a two-stage damper, a damper drive, a thermostat connected through a drive to the damper, a boiler jacket, a return pipe branch pipe, characterized in that it contains a restrictor, a tube and a reflector placed in series inside the boiler jacket, between thermostat and return pipe.