Модулиране на отоплителни системи

Съвременни горелки с автоматично регулиране на мощността

Пред модерните отоплителни системи стоят редица технически и функционални изисквания. Първостепенно място сред тях заемат максималната енергийна ефективност и високата степен на екологичност. Фактор в постигането на икономичен режим на работа е плавното повишение или понижение на мощността в зависимост от температурата или налягането в системата. Автоматичното регулиране на мощността се осъществява чрез модулиращи горелки, познати още като “прогресивни”.

Модулиращите горелки са съвременното техническо средство, което отразява тенденциите за висока технологичност, енергийна ефективност и ниски емисии на въглероден диоксид (CO2). Предлагат се от водещите производители на горивни устройства и се препоръчват за използване във всички модерни горивни системи.

Специфики на горивния процес
За да се разгледат предимствата и техническите специфики на модулиращите горелки е необходимо да се направят редица разяснения относно същността на горивния процес.
Известно е, че за протичането му са необходими основно две вещества - въглеводороди от типа CxHy и кислород O2. Следователно, както е добре известно, горивният процес представлява елементарният процес на окисляване на горимите въглеводороди. При този процес се получават продукти на горенето, които в общия случай могат да се запишат по начина CxHy + O2 = COz + H2O + (C). Познато е и, че продукти на горенето са нежеланите въглеродни окиси (основно дву- и триатомни), водна пара и остатъчен чист въглерод. Необходимо е да се обърне внимание на чистия въглерод С, който много често съпътства продуктите на горене. Той придава характерния черен цвят на димните газове. Представлява фино диспергиран въглерод и в ежедневието е популярен като “сажди”.

Изисквания за пълно горене
Ако димните газове съдържат свободен въглерод се наблюдава т.нар. непълно горене. Това е нежелан и неефективен топлотехнически процес. В случаите, при които отсъства чист въглерод, се говори за т.нар. пълно горене и димните газове са чисти и бели - поради наличието на водни пари. Следователно, основно изискване към всеки горивен процес, независимо от вида на горивото, е да се организира така, че горивото и въздухът да са в съотношение, гарантиращо “пълно горене”, без свободен въглерод. От своя страна, в съотношението на горивото към въздуха се изисква количеството на въздуха да преобладава (б.ред. говори се за излишък на кислород). Затова, в топлотехниката се използва коефициент на излишък на въздуха.
Изложените до момента азбучни истини от теорията на топлотехниката са били познати на специалистите още преди 200 години.

Регулиране на въздуха и горивото
Системите за автоматично регулиране на горивния процес са отдавна известни и използвани, съобразно нивото на техническите възможности на своето време.
Първите механични и полуавтоматични горивни устройства са се изпълнявали на основата на принципната схема от фиг. 1a. Те са съдържали два независими регулатора - един за въздух и друг за гориво, като регулирането се е извършвало първоначално ръчно, след това механично и накрая автоматично. По-късно регулирането се е осъществявало с един изпълнителен механизъм, който чрез лостова система едновременно е регулирал съдържанието на въздуха и горивото (фиг. 1б).
Съвременните горивни устройства разполагат с вградени изпълнителни механизми, които чрез серводвигател едновременно регулират въздуха и горивото (фиг. 1в). Съотношението гориво/въздух предварително е определено и се задава на електронния регулатор. Тези стойности в съотношението се наричат „спрегнати”.
Следователно, основно изискване към всички горелки е, че в процеса на горене трябва да поддържат постоянно съотношение гориво/въздух. Това съотношение количествено трябва да съответства на изискваната от горелката мощност.

Горелките са два основни вида
Различават се основно два вида горелки. При първия вид се предвижда стъпално регулиране на мощността, поради което този тип горелки се наричат степенни - с една, две или три степени (фиг. 2). Ако се наложи повече от 3-степенно регулиране, се използва горелка от втората категория, обхващаща горелки с автоматично регулиране на мощността. Именно те са познати като модулиращи. В техниката тези горелки много често се наричат още „прогресивни”, поради плавното повишение, респективно понижение на мощността им. В последните десет години се използват и двустепенни модулиращи горелки. Това означава, че всяка степен на горелката в рамките на своя диапазон е със самостоятелен регулиращ кръг. Следователно, модулираща (прогресивна) е всяка горелка, която чрез вградена регулираща система автоматично променя мощността си в аналогов режим (фиг. 3). При това модулирането, респективно регулирането, може да се извършва на базата на различни параметри - индивидуално или паралелно. Например, само по температура, само по налягане, по температура и налягане едновременно и т.н.

Регулиране мощността на горелката
Съвременните горивни устройства използват пропорционално-интегрални регулатори с предварително задаване на минималната и максималната мощност на съответната горелка. Изпълнителният механизъм е сервомотор (фиг. 4).
На фиг. 5 е показан чувствителен елемент (датчик за температура), а на фиг. 6 датчик за налягане. Регулирането се извършва по аналогова графика (фиг. 3).
Променливата мощност на модулиращата горелка трябва във всеки момент да отговаря на необходимата мощност на горивната камера и едновременно с това на технологичното предназначение на процеса. Например, възможно е да се следи: температура или налягане на топлоносител вода; температура или налягане на топлоносител пара; температура или налягане на сушилна камера; температура на стопилка в пещ; налягане в горивната камера при екзотермични процеси и др.
Общият външен вид на една модулираща горелка, която би могла да използва гориво газ или дизел, е показана на фиг. 7.

Проф. д-р Димитър Киров