Устройство управления тепловой мощностью котлов «Суворов» и «Суворов-М»

Как известно, управление тепловой мощностью котла длительного горения осуществляется регулировкой объема поступающего воздуха.

Теплотворная способность древесины в единицу времени зависит не только от ее вида, но и ряда других факторов:

• объема,
• фракционности,
• стадии горения,
• температуры в топке,
• тяги дымохода,
• скорости потока входного воздуха,

Поэтому она может изменяться в широких пределах.

Так, например, при тлении 20 кг дров выделяется несколько киловатт тепловой энергии, а при свободном доступе воздуха и интенсивном горении той же массы сырья – 60-80 кВт.

Если сжигание дров производится в котле мощностью 20 кВт, то его теплообменные поверхности рассчитаны на поглощение именно такого количества тепла. Многократный избыток энергии приводит к стремительному росту температуры теплоносителя и его закипанию.

Если в открытой системе отопления это кратковременно допускается, то в закрытой – может привести к аварийной ситуации с разрывом трубопроводов, радиаторов или рубашки котла.

Поэтому для безопасной эксплуатации твердотопливных агрегатов на всех режимах к системе управления входным воздухом предъявляются высокие требования. Точность управления должна четко находиться в рамках между:

• объемом воздуха, при уменьшении которого горение затухает, вплоть до полной остановки,

• и объемом, при котором горение переходит к лавинообразному выделению тепловой энергии. Это, в свою очередь, приводит к быстрому росту потерь из-за увеличения температуры дымовых газов и повышению вероятности аварии вследствие закипания теплоносителя.

И чем больше масса топлива в топке, тем более высокую точность должна иметь система управления.

Регулирование мощности котла заслонкой

В известных конструкциях система управления объемом поступающего в котел воздуха построена на основе управляемой от терморегулятора заслонки, которая меняет площадь проходного сечения входного воздуховода. Однако точность управления такой системы нередко оказывается недостаточной.

Это связано с тем, что объем проходящего через входной воздуховод воздуха зависит не только от площади его сечения, но и от скорости воздушного потока. В свою очередь, скорость зависит от тяги дымохода и может изменяться в несколько раз, в то время как объем воздуха в процессе работы котла должен отклоняться на проценты от текущего значения.

Уменьшение расхода топлива при помощи двухступенчатой заслонки

Проблему удалось решить созданием двухступенчатой заслонки, которая состоит из большой и размещенной на ней малой заслонки, имеющей в несколько раз меньшую площадь проходного сечения. Так как в режиме стабилизации работает преимущественно малая задвижка, точность управления объемом поступающего в котел воздуха возрастает в несколько раз.

Более того, изменяя точку подвеса привода заслонок можно менять в небольших пределах точность регулирования. В ряде случаев это позволяет более точно адаптировать систему управления к параметрам горючего.

Например, при использовании сухого и мелкофракционного топлива рекомендуется уменьшить плечо точки подвеса от оси вращения заслонок и тем самым повысить точность управления воздушным потоком. Для влажного и крупнофракционного топлива точность управления может быть снижена.

Двухступенчатая заслонка также позволила решить не менее важную задачу увеличения экономичности твердотопливных котлов. Дело в том, что при сжигании дров под действием высокой температуры происходит их пиролиз, то есть выделение горючих компонентов в виде газовой, жидкой и твердой фракций.

Для сжигания летучих составляющих топлива (преимущественно в газообразной форме) в современных котлах используют так называемый вторичный воздух, который подают отдельно в верхнюю часть топки или в специальную вторичную камеру. Однако в зависимости от интенсивности горения дров объем не сгоревших в топке пиролизных газов меняется и подача одинакового количества вторичного воздуха на всех режимах работы котла приводит:

• либо к неполному сжиганию пиролизных газов и потерям за счет химического недожога,
• либо к тепловым потерям из-за избыточного воздуха, поступающего в котел.

С помощью разработанной двухступенчатой заслонки в отопительных агрегатах семейства «Суворов» и «Суворов-М» изменяется соотношение первичного и вторичного воздуха при работе в различных режимах, тем самым достигается более полное сжигание топлива и уменьшение его расхода.

Так, при переходе котла в режим стабилизации на заданной мощности, когда задействована преимущественно малая заслонка, объем подаваемого вторичного воздуха больше, чем первичного. А при работе большой заслонки, наоборот, первичного воздуха подается больше, чем вторичного. Конкретная величина соотношений первичного и вторичного воздуха для разных режимов работы оптимизируется по критерию минимума потерь для каждого типа конструкции котла.