[ Pobierz całość w formacie PDF ]
* Maciej Jarmusz,** Grzegorz Barzyk
Politechnika Szczecińska
* Instytut Automatyki Przemysłowej
** Instytut Elektrotechniki
TECHNICZNO-EKONOMICZNE I EKOLOGICZNE UWARUNKOWANIA SYNTEZY
SYSTEMìW REGULACJI I AUTOMATYCZNEGO NADZORU CIEPŁOWNI
ZRĘBKOWYCH MAŁYCH I ŚREDNICH MOCY.
Streszczenie:
Czynniki bezpieczeństwa ekologicznego, a także pogłębiający się deficyt surowcowy i energetyczny w coraz większym stopniu decydują o
stosowaniu na skale przemysłową alternatywnych źrdeł energii. Do bardziej interesujących zasobw energii odtwarzalnej należą w warunkach Polski
i wielu krajw sąsiednich zasoby drewna opałowego, w szczeglności te jego asortymenty ktre można poddać operacji tzw. zrębkowania.
Dotychczasowe doświadczenia skandynawskie, a także coraz liczniejsze rodzime doświadczenia eksploatacyjne wskazują na celowość pełniejszego
wykorzystania gospodarczego tego ważnego źrdła energii. Zrębki energetyczne są korzystnym eksploatacyjnie paliwem, a systemy ich spalania można
w wysokim stopniu automatyzować, aż do osiągnięcia praktycznej bezobsługowości włącznie. Wprowadzenie do systemw energetycznych
wykorzystujących zrębki zaawansowanych układw automatyki realizujących zarwno funkcje nadzorcze(sterujące) jak i regulacyjne procesw
produkcji energii pozwala uzyskać wysokie wskaźniki niezawodnościowe i ekonomiczne. Na obecnym etapie w Polsce energię pozyskaną ze zrębkw
energetycznych wykorzystuje się przede wszystkim do produkcji energii cieplnej, zwłaszcza w instalacjach rozproszonych małej i średniej mocy. Jednak
przykłady siłowni zwłaszcza szwedzkich, duńskich i fińskich wskazują na realne możliwości produkcji energii cieplnej i elektrycznej w systemie
skojarzonym w bardzo zrżnicowanym zakresie mocowym. W Polsce prby takie prowadzi m.in. Politechnika Poznańska. Wszystkie dotychczasowe
doświadczenia eksploatacyjne zarwno krajowe jak i zagraniczne wskazują na ścisły związek pomiędzy dobrymi efektami eksploatacyjnymi siłowni
zrębkowych i poziomem rozwiązań technicznych sterujących ich praca układw automatyki. Typowe procesy regulacyjne wydają się być dla tej grupy
obiektw stosunkowo dobrze rozpoznane. Nową jakość można w omawianej grupie systemw automatyki stworzyć poprzez strukturalne skojarzenie z
właściwym układem regulacji sterownika strukturalnego (SSC-system status controller)opartego na regułach fuzzy logic. Powstała w ten sposb
struktura hybrydowa, łącząc w sobie cechy typowego sterownika PLC z niezbędnymi dla prawidłowej pracy systemu cechami wielokanałowego
regulatora cyfrowego tworzy nową kategorię układw regulacji : układy regulacji z wbudowanym algorytmem diagnostyczno-decyzyjnym (control
systems with built in diagnostic/decision algorithm (COSBID)). Daleko posunięta automatyzacja lokalnych procesw diagnostycznych i decyzyjnych
pozwala na zblokowywanie zdalnych funkcji nadzorczych dla kilku obiektw regulacji w jednym miejscu. W połączeniu z wysoką niezawodnością
tworzących siłownię innych podsystemw umożliwia to uzyskanie praktycznej bezobsługowości instalacji i znaczne wydłużenie czasu pracy między
znaczącymi awariami (MTBF). Prcz określonych korzyści technicznych minimalizuje to koszty wynikające z opłacania personelu i ew. przestojw
systemu.
W artykule autorzy na przykładzie doświadczeń z systemem sterowania ciepłownią zrębkową średniej mocy (ok. 1 MW) rozwijają koncepcję
strukturalną i algorytmiczną takiego regulatora, wskazując na zasadnicze obszary trudności technicznych i realizacyjnych. Doświadczenia praktyczne
zebrano m.in. podczas 4 letniej eksploatacji pilotującej ciepłowni zrębkowej zainstalowanej w miejscowości Kliniska k. Szczecina .
Abstract:
The raw materials and energetic deficiency, ecological reasons etc., makes more often -a necessity (to a industrial scale) of application of
alternative sources of energy. To the one of the most interesting sources in a sphere of reproducibles in Poland and neighbouring countries, are
resources of firewood. Particularly, the suitable assortiments of firewoods, can be given to the operation of chips making. There is known by
Scandinavian and Polish experience [5,6,7] that there is appropriate to make a greater application of this kind of energy source. Firewood energetic
chips are very profitable solid fuel and their burn systems can be automatized till to achievement of full staffless. Introducing into service of energetic
systems with application of chips, the advanced automatic systems (supervisors and controllers), give them a high operational reliability and
economical coefficients.
This group of tasks, loaded to the control system of analyzed system, are going out of sphere of typical demands even for the advanced control systems.
They create, a very complicate mosaic of tasks- typical control (installation and boiler control system), diagnostic-supervisor tasks (in power plant and
storage yard) and system management. This kind of tasks make a specific functional structure of controller. ItÓs the most important components are
shown on the figure 2.
Nowadays in Poland, energy getting from energetic chips is mainly applicated to production of heat energy, especially in dissipated
installations of small and medium power. Examples of Swedish, Danish and Finish plants shown to a possibilities of production of heat and electrical
energy in a plant system with a different power. In Poland, research on this subject are make f.e. at the University of Technology of Pozna. As yet,
exploitation experiences shown, a closely connection between well exploitations results of energetic chips plants and a level of technical solutions of
automatic systems, controlled their work. Typical controlled processes for this kind of group of objects are good distinguished. A brand new quality can
be created by structural connection of a specific control system with a structural controller (SSC-system status controller) leant to a fuzzy logic rules. In
this case was created the hybrid structure, connected the feature of typical PLC controller with a indispensable for a right work of system the features
of multicanal digital controller. It makes, in this method, a new category of control systems: control systems with built in diagnostic/decision algorithm
(COSBID). Advanced automatization of local diagnostic and decision processes give a possibility of making the blocks from remotely operated
supervisor functions to some of objects to be controlled, at one place. Connecting to a great operational reliability of created the plant others
subsystems, it give a chance of obtain practical staffless of industrial installation. It makes also the longer time between a main failures (MTBF). Except
of technical advantages it minimalize the costs of salary to the personnel and eventual shutdown the system.
Automatical control of chip plantÓs work of small and medium power (On the figure 1 there is shown an example of autonomic chip plant of
power up to 1 MW) is nowadays an interesting subject on technical and conceptional point of view. Number of this kind of plants, small (50kW) and
medium power (1-2 MW) is rising very fast. These plants represents a results of new ecological and economical quality in energy process producing
from reproducibles sources [11,12]. The boilers, fired by the chips in several european countries, are applicated by the individual users to heating of
houses, flats, hotels and a small industrial obiects equivalent to the other kind of heating devices [7,9,10]. According to the cost of fuel and tax
preferences, these heating installations are economically more profitable than installation working with other kind of fuel [16]. Only in Sweden, in last
25 years, there were created over than 2500 chips plants with power over 750 kW each [7,13]. In countries where is not so many woodfuel as in
Sweden (Holland, Denmark, and even Germany), there are created a special energetic trees and shrubs plantation, being a source of reproducible fuel
[3,8,10,12]. These kind of tests are making also in Poland [3,12], where potentially wood sources are estimated to the level of 16,4 mil tpu - with
actually utilization at level less than 1 mil. m
3
[2].
Generally, the application of boilers, fired by chips, makes a necessary of greater quality progress of simple control systems, normally useful
to these and conventional devices. Fundamental tendency, awaited by the users of heating systems, there is decrease of staff and service neccesities and
assurance of long period failures free. This demand is particularly important in case of energetical installations of greater power (>1 MW), have been
in general, commercial character, where the service costs stayed even (in coal plants) to 25 % of whole costs [15,16]. In a chip plant, there will be a
possibility of decreasing of this cost component to the level below 10% of whole costs (against to coal plants over 4 times)[4,5,16].
It have to connect with assurance of high operational reliability of plantÓs work. For instance of object with power of 1 MW, one hour of down-time
makes for a user, production losses at level of 100 PLN per hour, without eventual costs of failure and created as a result of supplementary contractÓs
penalty [5].
With this in mind, that the cost of typical control system (typical, with a small number of function) stay at level ca. 2 % global price of plant this power
(the cost of investition of 1 MW is ca. 1,5 mil. PLN), there is simply to check, that by the demand (in period of top of the heating season) of practical
non- breakdown at level of 2000-2200 hours, even a great hardware and software development of control system (with rising costs, even to 50 %), is
profitable from a point of wiev of user.
Even in case, if the heatig system being modified, is primary not so much often failured (f.e. commonly time of failure and break-down without
midification, stay at level 10% of demanding by MTBF), it means the saving minimum at level of 2,0-2,2 thousand PLN in only one heating season
(without eventual secondary costs of failure created as a result of supplementary contractÓs penalty and liquidation of results of failure)[5].
Therefore, the authors, according to experience own [5] and other admitted from exploitation of chip plants (scandinavian especially [6,7]),
have been proposed a development of automatic control system controlled this heat sources in direction of rising their diagnostic and control function
(reduction of systemÓs function and eventual itÓs reconfiguration).
The authors have been also proposed the possibility of blocks making, remote control
and supervisor even several heat obiects small and medium power, on condition that there will be applicated in advanced systems of control automatics
and diagnostic, and appropriated transmissions canals/ tmodems from/to the operator.
This kind of solution (primary used f.e. in Denmark [6]), in Poland need a lot of appropriated law preparations and assurances of safety of
transmission canals. Proposed solutions, can be applicated also in a great part without the important modifications in a control and remote control
systems of supervisoring to the oil and gas plants.
In a paper, the authors on the ground of experiences with a chip plant control system of medium power (ca. 1 MW), builds and develops the
structural and algorithmic conception of controller, having there an application. They also shown a several fundamental problems in technical
realization. Practical experience, being the ground of a paper, are aquired among others, during over 4 years of exploitation of chip plant installed in
Kliniska near Szczecin.
I. WPROWADZENIE
Paliwo zrębkowe nie jest w Polsce szczeglnie popularne choć rezultaty i doświadczenia eksploatacyjne zdobyte w
kilkunastu istniejących w kraju instalacjach ciepłowniczych i doświadczalnych są więcej niż obiecujące [1,5].Niewątpliwym
hamulcem są stosunkowo wysokie koszty inwestycyjne siłowni zrębkowych (wynoszące np. dla produkcji ciepła ok.1,5 mln
zł / 1 MW)[4,5,12]. Koszty te są niższe o ok. 20-25% aniżeli koszty ekwiwalentne dla ciepłowni geotermalnych czy
instalacji wspłpracujących z siłowniami wiatrowymi (tu rżnica jest zdecydowanie większa i wynosi ponad 50%) [10,14].
Drugim czynnikiem ograniczającym rozwj produkcji ciepła ze zrębkw jest określona i niekorzystna dla celw
energetycznych struktura rynku tego surowca, kierowanego głwnie do produkcji płyt wirowych, a nie na cele
energetyczne.[2,3] Trzecim czynnikiem mającym istotny wpływ na rozwj tej formy produkcji energii jest konieczność
użycia zaawansowanej (a tym samym kosztownej) automatyki realizującej nadzr i sterowanie procesw produkcji energii
oraz wykonania składowiska paliwa; dla instalacji małej mocy koszty te są porwnywalne z ceną kotła wraz z
osprzętem.[5,6].
Produkcja energii cieplnej ze zrębkw jest interesującym przykładem jednego z niewielu procesw technologicznych
wzorcowo wypełniającego tzw. kardynalną triadę uwarunkowań decydujących o pełnym powodzeniu inwestycji (mimo
szeregu wewnętrznych sprzeczności)[5,7]:
*EFEKTYWNOŚĆ EKONOMICZNA*
*SKUTECZNOŚĆ EKOLOGICZNA*
*AKCEPTACJA SPOŁECZNA*
O ile czynnik ekologiczny (jak to zostanie niżej wykazane) jest w tym przypadku niemal bezdyskusyjny, o tyle
dwa pozostałe elementy układu rwnowagi obarczone są silną interakcję finansową i społeczną. Wynika ona m.in. ze
stosunkowo wysokich kosztw inwestycyjnych [10,11].
Natomiast z punktu widzenia czysto energetycznych uwarunkowań użycia zrębkw jako paliwa dla celw energetycznych
można wskazać szereg dominujących cech pozytywnych [2,3,5,8].
Należy jednak pamiętać iż dla rzetelnego ich wypełnienia konieczny jest stosunkowo wysoki poziom techniczny instalacji,
przez co należy rozumieć m.in. jej wysoką sprawność energetyczną, trwałość (powyżej 20 lat), proekologiczny charakter
oraz taki system automatyki i nadzoru ktry gwarantuje wysoką jakość pracy instalacji i jej absolutne bezpieczeństwo.
Systemowi automatyki przypada niezwykle ważna rola czynnika zapewniającego, a nawet gwarantującego wypełnienie
wspomnianych warunkw powodzenia inwestycji.
II. ZRĘBKI JAKO SZCZEGìLNY TYP PALIWA Z PUNKTU WIDZENIA AUTOMATYZACJI PROCESìW
ENERGETYCZNYCH
Pozyskiwane metodami przemysłowymi paliwo zrębkowe jest szczeglna formą odtwarzalnego surowca
energetycznego pochodzącego z drewna. Zrębki mogą być pozyskiwane zarwno w warunkach typowej produkcji leśnej ( z
obrbki zrębkarkami niehandlowych lub gorszych jakościowo asortymentw drewna) jak i w wyniku zagospodarowania
odpadw powstających przy produkcji nowych lub utylizacji wyeksploatowanych materiałw drewnopochodnych [2]. Jest
to więc silnie proekologiczna cecha tego paliwa. Koncepcja pracy układu automatyki sterującego typową ciepłownią
zrębkową małej lub średniej mocy jest ściśle związana ze specyficznymi właściwościami tego paliwa. Jego wartość
energetyczna waha się na poziomie: 2,5-5,5 MJ/kg przy stosunkowo dużej , przekraczającej zwykle 60-70% wilgotności
[1]. Do rżnego rodzaju oszacowań jako wartość porwnawcza używa się zwykle rwnoważnika kalorycznego Rc=0,12-
0,20 t.p.u./1 mp (a nie 1 m
3
!) zrębkw. Kaloryczność i wilgotność poszczeglnych partii paliwa zrębkowego jest na ogł
silnie zrżnicowana,co zwłaszcza podczas pracy z dużym wysterowaniem kotła oraz w niskich temperaturach otoczenia (a
zdarzenia te zwykle się nakładają) tworzy określone utrudnienia eksploatacyjne [3,5]. Zrębki maja stosunkowo niskie
właściwości kaloryczne (zasadniczo gorsze np. od słomy), co wymaga gromadzenia nawet na krtkie okresy eksploatacyjne
znacznych zapasw paliwa i operowania dużymi jego ilościami w procesie produkcji energii [2,3,4,5] (są to ilości rzędu 1-
1,5 m
3
/MWh co oznacza zapas 10 dniowy zimą na poziomie ok.300 m
3
, w okresie wiosna-jesień ok.60-75 m
3
na 1 MW
mocy [5]). Jest to zarazem paliwo o wręcz znakomitych parametrach ekologicznych. Tabela 1 pozwala porwnać
najbardziej interesujące użytkownika parametry zrębkw na tle innych paliw ciepłowniczych [2,14,5]:
TAB 1: GŁìWNE INFORM. O TYPOWYCH PALIWACH CIEPŁOWNICZYCH
RODZAJ PALIWA:
WĘG.KAM.
DREW.OP.
ZRĘBKI
SŁOMA
GAZ ZIEMNY
WART.OPAŁ MJ/kg :
16-29,3
2,5-13,0
3,5-5,5
10,5-14,0
37,5-40,5
ZAWARTOŚĆ PRODUKTìW SPALANIA w %
POPIOŁY
10
1
<1
4
0
CHLOR
0,1
0,1
0,1
0,7
0
AZOT
1,0
0,1
0,1
0,3
0,9
SIARKA
0,8
0,1
0,1
0,16
0
WILGOĆ
12
35
45
15
0
CZĘŚCI LOTNE
30
55
<50
63
0
Paliwo to wyłącznie w prawidłowo prowadzonym procesie spalania charakteryzuje się wyjątkowo korzystnymi
wskaźnikami ekologicznymi. Jest to jeden z zasadniczych czynnikw kompensujących stosunkowo wysokie koszty
podstawowe inwestycji przy budowie ciepłowni zrębkowej. Jest to zarazem zasadniczy i trudny warunek początkowy dla
układu automatyki. Na tle innych popularnych paliw, zrębki energetyczne są obok gazu ziemnego najczystszym z punktu
widzenia produktw spalania paliwem. Powyższe dane należy uzupełnić istotną zdaniem autorw informacją iż powstałe w
procesie spalania zrębkw odpady stałe w postaci popiołu drzewnego mają istotne znaczenie gospodarcze w
proekologicznych procesach uprawy gruntu. Jest to bowiem nie tyle odpad po produkcji ciepła co raczej wyjątkowo cenny
nawz naturalny o składzie (na 100 kg masy popiołu ): 10 kg czystego potasu (K),4 kg czystego fosforu (P), ok. 10 kg.
czystego wapnia (Ca). Odpad ten jest zatem doskonałym nawozem kompleksowym, szczeglnie na ziemie kwaśne a także
do produkcji ekologicznie czystych warzyw i owocw. Powstaje stąd nie tylko ważny efekt ekologiczny, ale także
określony dodatkowy efekt ekonomiczny. Tę jego cechę podkreślają zwłaszcza Skandynawowie, ktrzy operując w swych
siłowniach o mocy 75-120 MW znacznymi ilościami popiołu drzewnego dalej go przetwarzają (granulowanie,
wzbogacanie humusem etc.) i odsprzedają rolnictwu [5,7,13].
Do niewątpliwych zalet eksploatacyjnych paliwa zrębkowego należą :
znaczna dostępność
łatwość utylizacji rżnego typu surowca drzewnego i drewnopochodnego na cele opałowe
możliwość zapewnienia poprzez procesy spalania porażonych asortymentw drewna efektu sanitarnego (i to w
najwyższym stopniu), istotnego dla zdrowotności lasw
bardzo korzystne wskaźniki ekologiczne paliwa zrębkowego (prawidłowo spalanego)
względnie niska (ale tylko w niektrych ściśle zdefiniowanych sytuacjach ) cena paliwa
Do zasadniczych problemw eksploatacyjnych z paliwem zrębkowym zaliczyć należy:
* porwnywalnie zdecydowanie niższa kaloryczność w stosunku do innych paliw stałych
** możliwość znacznego zrżnicowania wartości opałowej w ramach jednej partii paliwa
** konieczne duże kubatury składowiska opału (powinno ono najlepiej być zadaszone i wyposażone w system nadzoru oraz
p.poż, co znacząco podraża jego koszty)
** podatność na zawilgocenie, skutkująca obniżką kaloryczności a w określonych warunkach prowadząca nawet do tzw.
zaparzania się paliwa i ew. zagrożenia samozapłonem
**podatność zasobw paliwa na zmrażanie co wymaga systemu zabezpieczeń i stosowania kotłw wielopaliwowych
* stosunkowo duża pracochłonność procesw przygotowania paliwa z jednoczesną praktyczną niemożliwością pełnego
zmechanizowaniu tych prac (na obszarach o znacznym bezrobociu cecha ta, parodoksalnie, staje się zaletą)
* podatność ceny paliwa na zmiany cen paliw płynnych i kosztw transportu, co wymaga specyficznej lokalizacji ciepłowni
w rejonach leśnych lub ich pobliżu.
(cechy oznaczone ** mają ścisły związek z projektowaniem i eksploatacją układu sterowania)
Z powyższej analizy wynikają istotne dla procesw eksploatacyjnych (a więc i pracy układu automatyki)
konstatacje iż dla prawidłowo sterowanego procesu produkcji energii cieplnej ze zrębkw [1,5]:
paliwo zrębkowe pozwala uzyskać konieczne ilości energii- pod warunkiem prawidłowej pracy źrdła energii i
sterującego nim układu automatyki
wielkość ekwiwalentnego zasobu paliwa drzewnego musi być ponad 5 razy większa aniżeli np. zapasu węgla
kamiennego i podlegać nadzorowi systemu sterowania
jedynie paliwa gazowe posiadają niższy od drewna wskaźnik zawartości siarki
z paliw stałych drewno posiada najniższy wskaźnik zawartości popiołw(ktre są ponadto w całości możliwe do
zagospodarowania jako wysokogatunkowy nawz naturalny),co jest swoistym ewenementem w produkcji energii
cieplnej poprzez spalanie
Cechy te zdecydowanie przemawiają za szerszym wykorzystaniem tego paliwa w praktyce to zaś jest możliwe wyłącznie z
użyciem rozbudowanego systemu lokalnej automatyki i nadzoru-diagnostyki [5,6,7,9].
III. CHARAKTERYSTYKA POSZCZEGìLNYCH ELEMENTìW PROCESU TECHNOLOGICZNEGO Z
PUNKTU WIDZENIA SYNTEZY UKŁADU AUTOMATYKI
Proces produkcji energii cieplnej ze zrębkw składa się z III zasadniczych etapw[1,5]:
I. składowania paliwa i zasilania nim instalacji
II. właściwego spalania wraz z koniecznymi operacjami pomocniczymi
III. procesu konwersji strumienia cieplnego do parametrw sieci i jego dalszego przesyłu
Przykładowy schemat autonomicznej ciepłowni o mocy ok. 1 MW pokazuje rys.1
LEGENDA:
1. Zasadniczy skład opału + wstępne podsuszanie
2. Kontener zasobu bieżącego
3. Zespł hydrauliczny napędu ślimakw
4. Podajniki ślimakowe
5. Waga dozoru zapasu paliwa (+ew. pomiar dobowego zużycia)
6. Zespł automatyki i obsługi kotła
7. Zespł automatyki dozoru ciepłowni
8. Kocioł do spalania zrębkw
9. Pompa cyrkulacyjna obiegu wewn. (krtkiego) wody kotłowej
10.Wymiennik ciepła
11.Przewd dymowy i komin
12.Nadajni zadlnego alarmowania
13.Układ uzupełniania i uzdatniania wody kotłowej
14i ł d
SYGNAŁY:
A- Pomiary temperatur krytycznych
B
1
- Sygnalizacja awarii zasilania paliwem
B
2
- Sygnalizacja awarii napędu podajnikw ślimakowych
C- Waga dozorująca ilość zapasu paliwa
D- Sygnały pomiarowe i sterujące automatyki kotła
E- Sygnały testowo-kontrolne sprawdzające układ automatyki
F- Sygnał alarmu przyzywania
Rys. 1 Uproszczony schemat kontenerowej ciepłowni zrębkowej 1 MW mocy z pełnym układem automatyki zapewniającym jej bezobsługową pracę
Każdy z wymienionych etapw procesu jest w przypadku ciepłowni zrębkowej istotnym ogniwem łańcucha
technologicznego i jak pokazują doświadczenia eksploatacyjne winien podlegać co najmniej nadzorowi i diagnostyce
systemu sterującego ciepłownią [5,6,9]
III.1 SKŁADOWANIE PALIWA I ZASILANIE NIM INSTALACJI
Jak wspomniano zrębki stanowią specyficzny rodzaj paliwa odtwarzalnego. Uwaga ta dotyczy rwnież procesw
składowania i zadawania paliwa do kotła. Z uwagi na wydzielanie się w procesie składowania zrębkw gazw palnych, tzw.
zaparzanie się paliwa oraz skłonność do zmrażania i zbrylania się tego paliwa przy większych temperaturach ujemnych
operacja składowania i zadawania paliwa nie może odbywać się w sposb niekontrolowany, zwłaszcza jeśli siłownia ma
uzyskać status co najmniej A-12. Istnieje szereg technik składowania paliwa zrębkowego- zależnych od typu siłowni i
finansowych możliwości jej posiadacza. W skrcie zawierają się one od prostych technik zasypowych, poprzez zasobnie
wgłębne (bunkry), aż po obiekty typu elewatorowego, z okresowym przesypywaniem zasobu paliwowego.
Niezależnie od szczegłw rozwiązania tej części łańcucha technologicznego konieczne jest wykonywanie
następujących operacji diagnostyczno-analitycznych na rzecz systemu sterującego :
ochrona przeciwwybuchowa i p.poż. (analiza składu powietrza na obecność wybuchowych stężeń gazw palnych i
kontrola termiczna zasobu paliwa) z sygnalizacją alarmową i rejestracją bieżącą (data logger)
ochrona obiektu składowiska przed osobami niepowołanymi, większymi zwierzętami i dużymi ciałami obcymi
(realizowana zazwyczaj w systemie czujnikw pojemnościowych i (lub) ultradźwiękowych z alarmem i bieżącą
rejestracją zdarzenia; szczeglnie niebezpieczne są sytuacje w zasobniach typu bunkier jeśli intruz lub ciało obce
dostanie się do mechanizmu stołu podawczego i podajnika- w skrajnym przypadku może to wymagać zatrzymania pracy
podajnika i jeśli nie nastąpi odpowiednio szybka interwencja obsługi także zatrzymania kotła lub jego przesterowania na
paliwo awaryjne
ocena stanu paliwa zgromadzonego w składowisku (wilgotność, zlodowacenie paliwa, także ew. nadmierna zawartość
ciał obcych (zwłaszcza ziemi); wynikiem tak pomyślanej całościowej lub ograniczonej analizy jest generowanie
ostrzeżeń dla systemu, odnotowanie zdarzeń, a w skrajnych przypadkach realizowanie procedur blokad
eksploatacyjnych
ocena pozostającego w składowisku zasobu paliwa z raportowaniem wielkości zasobu do jednostki centralnej; czynność
ta umożliwia pośrednią ocenę wydolności systemu w krtkim horyzoncie i generowanie koniecznych ostrzeżeń dla
obsługi
sterowanie procesem zadawania paliwa do kotła (cykliczne, ciągłe lub na żądanie). Operacja ta niekiedy połączona jest
z operowaniem zasobem rozchodowym paliwa ktry znajduje się bezpośrednio przy kotle (możliwe jest wtedy m.in.
jego ew. rozmrażanie). W jej ramach realizowana jest procedura sterowania napędami (elektryczne lub
elektrohydrauliczne te ostatnie dla większych strumieni paliwa) oraz ochrony tych napędw przed celowymi lub
przypadkowymi zdarzeniami destrukcyjnymi, w szczeglności zakleszczaniem przez bryły zlodowaconego paliwa.
diagnostyka urządzeń technologicznych składowiska (zwłaszcza napędw i podajnikw, systemu zasilania
elektrycznego oraz czujnikw stanw krytycznych);konieczność realizacji tych funkcji potwierdziło kilka dotkliwych
awarii w już eksploatowanych siłowniach szwedzkich; rezultatem działania tych procedur są ostrzeżenia i sygnały
blokad oraz rejestracje zdarzeń w systemie rejestracji bieżących danych operacyjnych
niezależna funkcja gaśnicza obszaru składowiska paliwa (w stan aktywny przechodzi gdy zachodzi zagrożenie
samozapłonem lub wybuchem w obrębie składowiska, możliwe jest także doraźne uruchomienie ręcznie).
Pomimo sporych doświadczeń eksploatacyjnych obserwuje się (nawet u najbardziej doświadczonych producentw
skandynawskich) istotne braki w realizacji w/w funkcji kontrolnych i diagnostycznych w obrębie składowiska paliwa.
Zazwyczaj w krtkim czasie prowadzą one do awaryjnych blokad pracy siłowni a nawet poważniejszych jej uszkodzeń
[5,7,9].Wydaje się zasadne aby na tę część (w pewnym sensie zewnętrzną)systemu automatyki ciepłowni zrębkowych
zwracać większą uwagę, zwłaszcza w części systemu odpowiedzialnej za bezpieczeństwo zasobu paliwa i sygnalizację jego
stanw niepożądanych oraz prewencyjną diagnostykę w obrębie składowiska (zasobnika) paliwa.
III.2 PROCES WŁAŚCIWEGO SPALANIA WRAZ Z KONIECZNYMI OPERACJAMI POMOCNICZYMI
Regulacja kotłw w ciepłowniach zrębkowych ma na ogł charakter hierarchiczny, quasikaskadowy z wyodrębnieniem II
zasadniczych pętli :
* nadrzędnej pętli ciepłowniczej, regulującej ilość i temperaturę wody wychodzącej na sieć w funkcji temperatury
zewnętrznej (funkcja regulatora pogodowego);układ posiada 2-3 wejść ( w tym tzw. czujnik otoczenia) i 3-4 wyjść(w tym
zwykle co najmniej 1 wyjście sygnału wartości zadanej dla kotła i 1 wyjście do sterowania zaworem zmieszania)
* podporządkowanej pętli regulacji mocy cieplnej kotła(z koniecznymi funkcjami pomocniczymi)- realizującej zadanie
optymalnego wytworzenia niezbędnej mocy cieplnej
Pierwsza z wymienionych pętli jest dobrze znana w literaturze i w omawianej kategorii ciepłowni nie odbiega
zasadniczo od typowych rozwiązań innych regulatorw tego typu. Bardziej interesująca z uwagi na konstrukcję kotła,
właściwości paliwa i uwarunkowania eksploatacyjne jest pętla druga -odpowiadająca za nadzr i regulację procesu spalania.
Ta część zadania regulacyjnego jest realizowana także w obrębie jednostki centralnej sterującej pracą systemu automatyki.
W ramach podsystemu wejść binarnych jednostka ta może i powinna realizować także szereg odrębnie wymienionych nieco
niżej niezbędnych procedur pomocniczych i diagnostycznych.
Istotną rżnicą pomiędzy systemami sterowania dla obiektw rozpatrywanej klasy i ciepłowni zrębkowych
większej mocy jest podyktowane względami ekonomicznymi zblokowanie w jednej jednostce systemowej wszystkich
wymienionych wyżej funkcji systemu regulacji. Ma to określone i nie zawsze pozytywne implikacje techniczne i
ekonomiczne. Jednak szczeglnie dla ciepłowni małych mocy (<50 kW) wydaje się być jedynym racjonalnym
[ Pobierz całość w formacie PDF ]