Περιγραφή Καύσης Λέβητα
Σύστημα Ασφαλείας (Trip)
Ένα σύστημα ασφαλείας διακόπτει την παροχή πετρελαίου στον λέβητα κλείνοντας τη βαλβίδα διακοπής (trip valve) κάτω από τις ακόλουθες συνθήκες:
• Διακοπή λειτουργίας του ανεμιστήρα αέρα καύσης.
• Χαμηλή στάθμη νερού στο πρωτεύον τύμπανο.
• Χαμηλή πίεση ατμού νεφελοποίησης.
• Απουσία ένδειξης φλόγας και στους δύο καυστήρες.
• Έκρηξη εστίας (παράλειψη σάρωσης/purge).
• Έκρηξη εστίας (κατά τη λειτουργία με diesel – DO).
Η αυτόματη ρύθμιση καύσης με καύσιμο diesel είναι ασφαλής μόνο όταν χρησιμοποιούνται μικρά μπεκ καυστήρα. Δεν απαιτείται ατμός νεφελοποίησης κατά τη λειτουργία με diesel.
Σύστημα Ελέγχου Καύσης
Το σύστημα ελέγχου καύσης αποτελείται από έναν κεντρικό ελεγκτή (master controller), δύο δευτερεύοντες ελεγκτές (slave controllers) και έναν ελεγκτή οξυγόνου. Οι στόχοι του είναι:
• Ο έλεγχος της ροής πετρελαίου στον λέβητα για τη διατήρηση της πίεσης του δευτερεύοντος ατμού όσο το δυνατόν πλησιέστερα στο σημείο ρύθμισης (setpoint).
• Η παροχή της σωστής ποσότητας αέρα σε σχέση με το πετρέλαιο ανά πάσα στιγμή, για τη διασφάλιση αποδοτικής και ασφαλούς καύσης.
Ο κεντρικός ελεγκτής (master) παράγει ένα σήμα ενέργειας προς μια λογική μονάδα επιλογής “υψηλού/χαμηλού” (high/low select logic). Αυτή υπολογίζει τα setpoints για την επιθυμητή ροή πετρελαίου και αέρα στους δευτερεύοντες ελεγκτές. Ο κεντρικός ελεγκτής είναι τύπου PID με λειτουργία feed-forward από τη ροή ατμού στην έξοδο του τυμπάνου του δευτερεύοντος ατμού και (προαιρετικά) από την πίεση του πρωτεύοντος ατμού.
Οι δευτερεύοντες ελεγκτές (slave) είναι πλήρους λειτουργίας PID ελεγκτές. Πρέπει να ρυθμίζονται σε χειροκίνητη λειτουργία (manual) κατά την εκκίνηση.
Η λειτουργία της λογικής επιλογής “high/low” διασφαλίζει ότι η εντολή αέρα αυξάνεται πριν από την εντολή πετρελαίου κατά την αύξηση φορτίου, και ότι η εντολή πετρελαίου μειώνεται πριν από την εντολή αέρα κατά τη μείωση φορτίου. Αυτή είναι μια τυπική λογική που συναντάται στα περισσότερα σχήματα ελέγχου λεβήτων.
Εκκίνηση και Ανάφλεξη
Πριν από την εκκίνηση του λέβητα, η εστία πρέπει να υποβληθεί σε σάρωση αέρα (air purge). Η περίοδος σάρωσης έχει οριστεί αρκετά μεγάλη ώστε να ανανεωθεί ο όγκος του αέρα στην εστία περίπου 4 φορές, σύμφωνα με τις απαιτήσεις ασφαλείας των νηογνωμόνων.
Η αυτόματη ακολουθία ανάφλεξης έχει ως εξής (η ακολουθία δεν είναι μοντελοποιημένη με λεπτομέρεια):
• Το κλαπέτο αέρα (air register) ανοίγει.
• Ενεργοποιείται ο ηλεκτρικός σπινθηριστής.
• Ανοίγει η βαλβίδα διακοπής πετρελαίου.
Εάν ο ανιχνευτής φλόγας δεν εντοπίσει φλόγα εντός περίπου 6 δευτερολέπτων, η βαλβίδα πετρελαίου και το κλαπέτο αέρα κλείνουν. Μια λυχνία που αναβοσβήνει υποδεικνύει βλάβη καυστήρα.
Όταν ο καυστήρας είναι σε λειτουργία, η φλόγα θα “σβήσει από τον αέρα” (blown out) αν υπάρχει υπερβολικός αέρας σε σχέση με το πετρέλαιο και θα “πνιγεί” (killed) από έλλειψη αέρα αν υπάρχει υπερβολικό πετρέλαιο σε σχέση με τον αέρα.
Διαχείριση Καυστήρων (Burner Management)
Το σύστημα του λέβητα περιλαμβάνει ένα απλό αλλά αποτελεσματικό σύστημα ελέγχου καυστήρων. Ξεκινά και σταματά τον καυστήρα Νο. 2 (βοηθητικός) ανάλογα με τις ανάγκες. Λειτουργεί μόνο εφόσον ο καυστήρας Νο. 1 (βασικός) είναι αναμμένος.
Ο βοηθητικός καυστήρας ξεκινά εάν η πίεση του δευτερεύοντος ατμού είναι κάτω από το χαμηλό όριο και σταματά εάν η πίεση είναι πάνω από το υψηλό όριο. Για την αποφυγή συχνών εκκινήσεων και παύσεων (cycling), υπάρχει χρονοκαθυστέρηση μεταξύ εκκίνησης και στάσης.
Συνιστάται να δοκιμαστούν διάφορες τιμές ορίων πίεσης και χρονοκαθυστερήσεων για να φανεί η επίδρασή τους στη συνολική απόδοση του ελέγχου καύσης.
Εάν προκύψει βλάβη καυστήρα, ο καυστήρας κλείνει και η λυχνία “BURNER ON” αναβοσβήνει. Η αιτία της βλάβης εντοπίζεται ελέγχοντας τον κωδικό διακοπής (trip code):
• Υπερβολικό πετρέλαιο κατά την ανάφλεξη.
• Υπερβολικός αέρας κατά την ανάφλεξη.
• Ασταθής φλόγα λόγω έλλειψης πετρελαίου.
• Ασταθής φλόγα λόγω έλλειψης αέρα.
• Αποτυχία ανιχνευτή φλόγας.
Καύσιμο και Ατμός Νεφελοποίησης
Το βαρύ πετρέλαιο (HFO) λαμβάνεται από τη δεξαμενή υπηρεσίας (Service Tank) HFO και θερμαίνεται σε θερμαντήρα πετρελαίου. Η κανονική θερμοκρασία λειτουργίας είναι 90°C. Εάν το βαρύ πετρέλαιο πέσει κάτω από τους 80°C, το περιεχόμενο του καπνού θα αυξηθεί λόγω κακής νεφελοποίησης του πετρελαίου. Οι καυστήρες θα απαιτήσουν περισσότερο πλεόνασμα αέρα για ασφαλή καύση.
Ο ατμός νεφελοποίησης παρέχεται από το σύστημα δευτερεύοντος ατμού μέσω μιας βαλβίδας μείωσης πίεσης. Σε πιέσεις ατμού νεφελοποίησης χαμηλότερες από 3 bar, οι καυστήρες πρέπει να λειτουργούν με diesel (DO). Το diesel λαμβάνεται από τη δεξαμενή υπηρεσίας DO και αντλείται στη γραμμή καυσίμου του λέβητα από ξεχωριστή αντλία DO.
Κριτήρια για την Αυτόματη Λειτουργία (AUTO) του Burner Management
• Επιλογή HFO (βαλβίδα).
• Αντλία HFO σε λειτουργία.
• Βαλβίδα θερμαντήρα HFO ανοιχτή.
• Ανεμιστήρας αέρα σε λειτουργία.
• Βαλβίδα ατμού νεφελοποίησης ανοιχτή.
• Επαναφορά (reset) του burner trip (καμία διακοπή).
• Βαλβίδα πρωτεύοντος θερμαντήρα ανοιχτή.
• Και οι 4 ελεγκτές στο AUTO.
• Θερμοκρασία HFO > 80°C.
• Πίεση ατμού > 7 bar (για τη νεφελοποίηση).
Σημείωση: Ο ανεμιστήρας του λέβητα και η αντλία HFO ξεκινούν αυτόματα όταν μειώνεται η ισχύς της κύριας μηχανής (ME), δηλαδή όταν ο λέβητας καυσαερίων δεν επαρκεί για τη διατήρηση της πίεσης ατμού. Όταν ο λέβητας καυσαερίων διατηρεί την πίεση ατμού σε αυξημένη ισχύ της κύριας μηχανής (και ο λέβητας πετρελαίου έχει σταματήσει), ο ανεμιστήρας και η αντλία HFO πρέπει να σταματήσουν χειροκίνητα.
Έλεγχος Καύσης Λέβητα
Οι στόχοι του συστήματος ελέγχου καύσης είναι:
• Η παροχή πετρελαίου ανάλογα με το φορτίο του ατμού, ώστε να διατηρείται σταθερή η πίεση του (δευτερεύοντος) ατμού.
• Η παροχή της σωστής ποσότητας αέρα για καθαρή και ασφαλή καύση.
Χρησιμοποιείται μια δομή ελέγχου “διπλής διαδοχής” (double cascade), η οποία αποτελείται από έναν κύριο ελεγκτή (master – ενέργειας) που παράγει τα σημεία ρύθμισης (setpoints) δύο δευτερευόντων ελεγκτών (slave – αέρα/πετρελαίου) που λειτουργούν παράλληλα. Αυτή η δομή αναγνωρίζεται ως τυπική για τα συστήματα ελέγχου καύσης των μεγάλων λεβήτων.
Η ανατροφοδότηση (feed back) προς τον κύριο ελεγκτή λαμβάνεται από την πίεση του (δευτερεύοντος) ατμού μέσω ενός ξεχωριστού αισθητήρα ελέγχου.
Ένα σημαντικό σήμα προπορείας (feed forward) προστίθεται στην έξοδο του κύριου ελεγκτή, συγκεκριμένα η ροή ατμού στην έξοδο της ατμογεννήτριας. Ένα βοηθητικό σήμα προπορείας λαμβάνεται από την πίεση του (πρωτεύοντος) ατμού.
Η αναλογία αέρα/πετρελαίου ρυθμίζεται αυτόματα από τον ελεγκτή οξυγόνου.
Ο αριθμός των καυστήρων σε λειτουργία επηρεάζει σημαντικά την απόδοση του ελέγχου. Επομένως, η μελέτη του ελέγχου καύσης και του συστήματος διαχείρισης καυστήρων θα πρέπει να είναι συντονισμένη.
Δυναμική και Απόδοση Ελέγχου
Η μεγάλη μεταβολή στην πίεση του (πρωτεύοντος) ατμού κατά την αλλαγή του φορτίου ατμού σχετίζεται με μια αντίστοιχη μεγάλη μεταβολή στο ενεργειακό περιεχόμενο του συστήματος (πρωτεύοντος) νερού. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια μεγάλη υστέρηση απόκρισης (time response lag) μεταξύ της εισαγωγής καυσίμου και της μετρούμενης μεταβολής στην πίεση του (δευτερεύοντος) ατμού, γεγονός που καθιστά το έργο του ελέγχου της πίεσης δύσκολο.
Εισάγοντας ένα σήμα προπορείας (feed forward) από την πίεση του (πρωτεύοντος) ατμού στον κύριο ελεγκτή, μειώνεται η πραγματική χρονική καθυστέρηση της πληροφορίας ανατροφοδότησης και η απόδοση του ελέγχου πίεσης μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά. Αυτό θα πρέπει να επιδειχθεί κατά τη λειτουργία.
Ο ψηφιακός κύριος ελεγκτής (software master controller) μπορεί να αντικατασταθεί από εξωτερικό ηλεκτρονικό ελεγκτή. Σε αυτή την περίπτωση, τα πιθανά σήματα προπορείας θα είναι ανενεργά.
Σημειώσεις Λειτουργίας
• Σημειώστε ότι ο παρών λέβητας, όπως κάθε μεγάλος λέβητας, θα πρέπει να ελέγχεται χειροκίνητα (χειροκίνητος κύριος ελεγκτής ενέργειας, αυτόματοι δευτερεύοντες ελεγκτές αέρα/πετρελαίου) κατά τη διάρκεια της ανύψωσης πίεσης.
• Το σύστημα ελέγχου καύσης δεν πρέπει να τίθεται σε πλήρη αυτόματη λειτουργία προτού η πίεση του δευτερεύοντος ατμού αποκλίνει λιγότερο από 1-2 bar από το σημείο ρύθμισης (setpoint).
• Τέλος, οι ρυθμίσεις/μελέτες του συστήματος καύσης θα πρέπει να συντονίζονται με το σύστημα ελέγχου στάθμης της ατμογεννήτριας λόγω της αμοιβαίας αλληλεπίδρασης (διαταραχής).
Σήματα Προπορείας (Feed Forward) στον Κεντρικό Ελεγκτή
Το σήμα προπορείας προς τον κεντρικό ελεγκτή (master controller) αποτελείται από τη ροή εξόδου ατμού και επιπλέον υπολογισμούς:
• Ροή εξόδου ατμού: G05002 * C05510 και:
• Διαφορά ροής (Ατμός έξω – Νερό τροφοδοσίας μέσα) επί σταθερά: (G05002 – (G05011 + G05012)) * C05524
• και προαιρετικά, η πίεση του πρωτεύοντος ατμού: P05416 * C05511
Σημειώσεις Ρύθμισης:
• Όλα τα σήματα προπορείας είναι ανεξάρτητα ρυθμιζόμενα.
• Κάθε σήμα μπορεί να απενεργοποιηθεί πλήρως εάν θέσουμε την αντίστοιχη μεταβλητή “C” (σταθερά) στην τιμή μηδέν (0).
Τι σημαίνουν αυτοί οι κωδικοί πρακτικά:
1. G05002 : Η μετρούμενη ροή ατμού που βγαίνει από τον λέβητα.
2. G05011 + G05012 : Η συνολική νερού τροφοδοσίας που μπαίνει στον λέβητα.
3. P05416 : Η πίεση στον πρωτεύοντα τομέα του συστήματος.
