Что такое разряжение в топке

Датчики для газовых котлов: виды, принцип работы, характеристики

Тяга – это естественный аэродинамический процесс, который обеспечивает приток кислорода в камеру сгорания и вывод отработанных газов наружу. Простыми словами можно сказать, что

Тяга — это движение воздуха или газов в системе, которое обусловлено естественными факторами или обеспечивается принудительно за счет специальных устройств.

От показателей этой силы зависит эффективность и безопасность работы отопительных приборов.

При чрезмерно сильной тяге в топку будет поступать большое количество кислорода. Это может привести к повышению рабочей температуры. Продукты горения, выходящие через дымоход, также будут иметь высокую температуру. Подобное явление может иметь серьезные последствия, поскольку работа отопительного устройства не будет соответствовать пожарной безопасности. К тому же при сильной тяге топливо используется нерационально. Большое количество тепла уходит через трубу на улицу.

При недостаточной тяге возникает другая проблема. Система дымоудаления не будет справляться с отводом продуктов горения. Из-за этого дым буде проникать в помещение. Главная опасность подобного явления в том, что в дыме содержится угарный газ, отравление которым может стать смертельным для человека. Вот почему важно знать, что влияет на тягу и как ее регулировать для эффективной работы котла.

Что такое разрежение в топке котла

Разрежение в топке котла – это снижение в ней давления под влиянием разницы температур, вследствие чего в топочную камеру естественным путем осуществляется приток свежих воздушных масс, а продукты сгорания вытесняются через дымоход.

Схематическое изображение процесса разрежения в топке котла.

Простыми словами, плотность воздуха зависит от температуры: чем она выше, тем плотность воздуха меньше. Отсюда и термин «разрЕжение», который часто путают с «разрЯжением». Соответственно, к зоне низкой плотности (топке котла) осуществляется приток воздуха из зоны более высокой плотности (помещения), поскольку давление там выше. Нагретые воздушные массы и продукты сгорания стремятся вверх и дополнительно вытесняются свежими воздушными массами через дымоход. Иными словами явление называют естественной тягой котла.

Способы и единицы измерения

Единицы измерения разряжения в топке котла – Паскали (Па). Измеряется показатель приборами, принцип работы которых основан на чувствительности жидкостного или пружинного датчика давления: манометром или вакуумметром. Также применяются анемометры, измеряющие непосредственно силу естественной тяги.

Для бытового водогрейного котла с традиционным вертикальным дымоходом нормой считаются показатели 10-20 Па.

От группы МЕТА

Целых четыре варианта топок для каминов выпускает компания МЕТА:

Причины падения разрежения в топке котла и способы решения проблемы

Критическим считается падение ниже минимального порога 9-10 Па, при нем могут наблюдаться проблемы с горением, попадание в помещение недожженного топлива, продуктов его сгорания. Если исключить ошибки в конструкции топочной камеры и самого котла, причины падения разрежения в топке котла обычно просты и легко исправимы:

Оптимальная высота дымохода согласно СНиП 41-01-2003.

Также важно понимать, что разрежение может быть нестабильным и недостаточным, если разница температур в топочной камере и атмосфере не столь существенна, например, в относительно теплые времена вне отопительного сезона при работе котлоагрегата в минимальном температурном режиме.

От компании Keddy

Шведские инженеры славятся свое способностью работать с чугуном. Топки Кедди отличает качество используемого чугуна в первую очередь. Технологии его производства и обработки засекречены. Уже очень давно они освоили тонкости работы с этим материалом. По этой причине каждое их изделие отличает:

Регулирование с помощью датчика

В бытовых целях постоянный контроль тяги не оправдан в виду дороговизны контрольно-измерительных устройств. В современных отопительных котлах для контроля показателя применяются представляющие собой несколько иное устройство датчики тяги. Однако в промышленных масштабах устанавливаются специальные датчики разрежения: АДР-0,125.4.1 или АДР-0,25.4.1; Метран-100-ДИВ-1310. Стоимость датчиков начинается от 5 тыс. руб.

Разрежение в топочной камере является основным и наиболее важным явлением, на котором строится функционирование котлов с естественной тягой через дымоход. При недостаточном разрежении горение сильно затрудняется или прекращается вовсе, в помещение попадают токсичные продукты сгорания. При чрезмерном – происходит перерасход топлива.

В бытовых целях постоянный контроль тяги не оправдан в виду дороговизны контрольно-измерительных устройств. В современных отопительных котлах для контроля показателя применяются представляющие собой несколько иное устройство датчики тяги. Однако в промышленных масштабах устанавливаются специальные датчики разрежения: АДР-0,125.4.1 или АДР-0,25.4.1; Метран-100-ДИВ-1310. Стоимость датчиков начинается от 5 тыс. руб.

Основные виды датчиков

Главный принцип работы всех датчиков – это преобразование сигнала и интерпретация результата для оперативного информирования пользователя об изменениях в работе газового котла.

Газовое оборудование оснащено комплектом дополнительного оборудования, благодаря которому его можно программировать на эксплуатацию в определенном режиме.

Компактный датчик перегрева продлевает срок эксплуатации газового котла и не дает ему испортиться из-за высокой температуры воды

Ключевые датчики, отвечающие за безопасность оборудования:

Рассмотрим характеристики и особенности эксплуатации каждого из них.

Для определения силы тяги в аппарате используется датчик тяги или термореле для газового котла, он же отвечает за корректное сжигание газа.

Благодаря этому небольшому датчику тяги угарный газ не попадёт в помещение, а будет выведен через дымоход на улицу

Тяга необходима для избавления котла от угарного газа. Нормальная тяга «выводит» продукты сгорания из помещения, а не в него, слабая может спровоцировать затухание колонки и, как следствие, аварию.

Чаще всего такие датчики устанавливаются в дымоуловителе. В случае поломки датчика дым от продуктов сгорания проникает в помещение и создает угрозу безопасности жизни.

Тип датчика зависит от вида котла, к которому хотите его подключить. Первый вид – котлы с естественный тягой, второй – с принудительной.

На схеме наглядно изображена разница в работе открытой и закрытой камер сгорания в газовых котлах, а также в устройстве дымохода

В устройствах с естественной тягой камера сгорания – открытая. При нормальной работе угарный газ выходит через дымоход, а предохранительный термостат следит за наличием тяги и температурой уходящих газов. В таких котлах используется датчик в виде металлической пластины с прикреплённым к ней контактом.

Принцип его работы заключается в подаче сигнала клапану, который в нужный момент перекроет поток газа к горелке. Внутри термореле расположена металлическая полоска, реагирующая на изменение температуры.

Термореле настраивается на определённую температуру в соответствии с находящимся в котле топливом. Если используется природный газ, то границы температуры будут от +75 °С до +950 °С, в случае применения сжиженного – +75-+1500 °С.

Если происходит сбой в процессе выхода угарного газа (через дымоход на улицу), иными словами, нарушается сила тяги, то приспособление срабатывает. Когда это происходит, температура внутри аппарата повышается, металл расширяется, датчик срабатывает и котёл остывает.

Владельцам газовых аппаратов с естественной тягой стоит обратить внимание на понятие «обратная тяга». Простыми словами – это процесс, при котором угарный газ поступает в помещение, а не выводится в дымоход.

Сбой происходит при колебании температур, некорректном монтаже дымохода или его засорении, также могут повлиять и неточные расчёты размеров дымохода. Независимо от причины возникновения обратной тяги, её необходимо немедленно устранить, дабы избежать отравления угарным газом.

Сильная обратная тяга в действии. Она может спровоцировать отравление жителей квартиры или дома из-за большого количества угарного газа в помещении

В устройствах с принудительной тягой установлена закрытая камера сгорания и газ выводится за счёт турбины-вентилятора. Здесь используется датчик-пневмореле, выполненный в виде мембраны.

При нормальной тяге мембрана немного деформируется под силой угарных газов. Когда поток становится слишком слабым и мембрана остаётся без движения, контакты разъединяются и газовый клапан закрывается. Такой датчик контролирует и работу вентилятора, и скорость продуктов сгорания.

Если есть сомнения в срабатывании устройства, прерывающего подачу газа в случае его утечки, рядом с газовым оборудованием желательно установить датчик угарного газа. Установка его настойчиво рекомендована, но необязательна.

Причины срабатывания датчика тяги: ошибки в установке котла или дымохода, засорение дымохода или остановка вентилятора (только в аппаратах с принудительной тягой).

Принцип работы и устройства системы автоматизации работы газового котла детально описаны в следующей статье, с которой мы рекомендуем ознакомиться.

Принцип работы прессостата

Прессостат или датчик давления защищает котёл от перегрева во время резкого изменения давления газа или уменьшения тока воды.

Установка прессостата оберегает газовое оборудование от резких или слишком больших скачков давления и, при необходимости, отключит газовый аппарат

Визуально – это стандартный электрический датчик или реле, в большинстве случаев с двумя электрическими цепями-корректировщиками. Именно эти цепи и определяют два ключевых режима работы прибора:

Датчик срабатывает даже в случае малейшего повышения температуры в камере сгорания. Он отслеживает минимальное/максимальное значение силы давления, а также регистрирует начало конденсации влаги в продуктах горения или непосредственно в самом газе.

Что контролирует датчик перегрева?

Датчик перегрева – это небольшое устройство, предохраняющее газовый котёл от закипания, которое может произойти при повышении температуры более +100 °С. Когда достигается граничная температура в контуре нагрева, датчик перегрева разъединяет контакты и выключает газовый аппарат.

Специальный датчик NTC (аббревиатура означает «позитивный температурный коэффициент») – это погружное устройство. которое контролирует температуру внутри газового котла

Основу устройства составляют либо терморезисторы, либо биометрические пластины, иногда это могут быть рабочие датчики NTC.

Причины перегрева газового котла и варианты их устранения:

При любой причине перегрева её необходимо немедленно удалить, чтобы избежать поломки котла или взрыва. Избавится от перегрева пользователь сможет как самостоятельно, так и используя услуги опытного мастера.

Уличные и комнатные датчики температуры

Основная задача датчика температуры для газового котла заключается в контроле температуры и своевременном информировании об её изменениях. Современные устройства реагирования работают по принципу электрического сопротивления, позволяющего фиксировать рабочие показания.

По способу передачи информации датчики температуры бывают:

По типу управления они делятся на простые (поддерживают температуру в помещении) и программируемые (в наличии много функций, позволяющих влиять на тепловой режим в доме).

Сложный программируемый датчик температуры удобно разместить в комнате и, используя несколько кнопок, регулировать температурный режим

В некоторых моделях датчиков есть встроенный термостат, который позволяет контролировать уровень влажности в помещении. Также есть функция уменьшения/увеличения влажности.

По способу размещения различают следующие приборы:

При этом комнатные расположены непосредственно в помещении, а уличные устанавливаются снаружи и реагируют на изменения температуры за окном.

Первые два вида используются для теплоносителя, т.е. для бойлера, а вторые два – для контроля температуры воздуха. Накладные монтируются на наружную поверхность трубопровода с помощью специальной ленты или хомута.

С помощью простого накладного датчика температуры пользователь сможет без труда настроить комфортные температурные показатели, которые и будет поддерживать котёл

Погружные датчики нагрева воды для котла размещаются только в специальных местах внутри аппарата в непосредственной близости к теплоносителю.

Элементом реагирования для измерения градуса температуры может быть электрический преобразователь (термопара, термометр сопротивления), заранее настроенный на определённой диапазон. Такие приборы могут быть с дисплеем, в некоторых моделях заранее заложена возможность калибровки.

Уличный датчик температуры позволяет работать котлу не все время, а только по необходимости. Это увеличивает срок эксплуатации газового котла и потребление самого газа. При его установке следует заранее предусмотреть защиту от механических и погодных (влаги, мороза) воздействий.

В комплект выносного оборудования входят:

При изменениях температуры за окном датчик газового котла приводит в работу погодозависимую программу, которая вносит изменения в температурный режим нагрева воды для отопления.

Уличный датчик температуры крепится на наружную стену помещения. При его выборе следует заранее проверить защитные механизмы устройства

Комнатный датчик реагирует на изменение температуры в помещении, затем отправляет информацию автоматике, которая управляет котлом. И уже она даёт сигнал для уменьшения или увеличения мощности нагрева отопительного контура.

Принцип работы состоит в том, что пользователю необходимо изначально установить необходимую температуру в помещении, а техника уже сама будет контролировать газовое оборудование.

Котёл будет включённым только в том случае, если температура воздуха в отапливаемом помещении будет ниже установленной раннее. Таким образом, вы сократите ежемесячный счёт за газ примерно на треть.

Комнатный температурный датчик позволит вам настроить границы комфортного температурного режим, а дальше техника будет его поддерживать в постоянном режиме

При выборе датчика температуры особое внимание обращайте на диапазон температур. Оптимальным вариантом будет от – 10 °С до + 70 °С. Также учтите и пороговую температуру. Есть модели, реагирующие на снижение температуры на 1/4 градуса.

Это не очень удобно, так как котёл будет часто отключаться. Однако большинство срабатывают при смене температуры в 0.5 или 1 градус.

Размеры самого устройства, в основном, небольшие: 2×3 см. В проводных моделях длина кабеля должна быть не меньше 5 м. Если будет использоваться беспроводная связь, то обязательно протестируйте радиосигнал.

Правила и нюансы регулировки автоматики газового отопительного оборудования подробно изложены в статье, материал которой полностью посвящен указанному вопросу.

Датчик пламени – надёжная защита вашего котла

Одним из ключевых гарантов безопасной работы для газового котла является датчик пламени. Его основная задача – максимально быстро отправить сигнал о затухании пламени на горелке системе автоматики для перекрывания газа, чтобы не допустить его утечки и взрыва всего устройства. Также этот датчик должен информировать контроллер о качестве сжигания газа, о наличии пламени, и об интенсивности горения.

Разновидности датчиков пламени

Они зависят от метода контроля пламени при работе газового котла. Контроль может быть прямым или косвенным. Термометрический, фотоэлектрический, ультразвуковой, ионизационный и относятся к прямым методам.

Косвенным принято считать контроль за формированием угарного газа в топке, за давлением топлива в трубопроводе, через который оно поступает, за силой давления или его колебаниями перед горелкой. Сюда же входит проверка неиссякаемого источника воспламенения.

Базирующийся на термоэлектрическом методе контроля датчик включает в себя термопару (в неё входит датчик и электромагнитный клапан). Термопара размещена в непосредственной близости к горелке котла, а электромагнитный клапан монтируется на газопроводе, по которому подаётся газ в поджигаемую горелку.

Подключение датчика пламени позволяет вам использовать газовый котёл или колонку в домашних условиях, не опасаясь за собственную жизнь

Во многих современных аппаратах устанавливают датчики ионизации пламени. Их принцип работы состоит в том, что при сжигании пламени между корпусом и электродом датчика возникает ионизационный ток. Он формируется в случае притяжения ионов. Если такой ток отсутствует, то это становится сигналом для прекращения подачи газа.

Если при сгорании пламени запальника образуется необходимое количество свободных электронов и отрицательных ионов, то автоматика активизирует ключевое устройство, разрешающее работу основной горелки.

Обратите внимание, что корректная работа ионизационного датчика возможна только при точном фазном подключении котла отопления к электрической сети.

Именно этот механизм намного эффективнее других в случае сгорании газа, так как газ фактически не вырабатывает свет, поэтому не всегда реагирует фотоэлемент. Инфракрасное излучение сохраняется ещё немного времени, которого может быть достаточно для скопления большого количества газа, что автоматически делает инфракрасный датчик пламени менее безопасным.

Датчик ионизации монтируется внутри самого котла. Он предотвращает аварии на газовом оборудовании и оберегает жизнь и имущество владельцев дома или квартиры

Фотодатчики контролируют пламя ключевой горелки, но они не применяются для диагностики пламени запальника из-за недостаточного размера его пламени. Разделяют такие датчики по их реагированию на длину волны светового потока: одни срабатывают на видимый и инфракрасный спектр потока света от горящего пламени, другие же «видят» только его ультрафиолетовый компонент.

Для корректной работы фотодатчики должны иметь «непосредственный контакт» с пламенем горелки, поэтому их монтируют в непосредственной близости от него. Их устанавливают со стороны горелки под углом к её оси в 20-30°. Из-за этого фотодатчики подвержены перегреву тепловым излучением от стенок агрегата и нагрева через смотровое окно.

Дабы защитить фотодатчик от перегрева, применяют жароустойчивые кварцевые стекла и принудительный обдув, который осуществляется или сжатым воздухом пониженного давления, или производимым вентилятором воздухом.

Датчик пламени может срабатывать. когда нарушается ключевое соотношение газ-воздух или происходит загрязнение устройства розжига или клапана. Если датчик пламени сломался по каким-либо причинам, его следует немедленно заменить. Это сохранит жизнь и здоровье вам и вашей семье.

Оснащение газового отопительного оборудования полным набором датчиков безопасности и устройствами автоматики не исключает необходимости в регулярном обслуживании. О том, как производятся техосмотры и ремонты газовых агрегатов, детально описано в рекомендуемой нами статье.

Регулирование разряжения в топке котла — современный подход

В статье рассматривается вопрос построения системы автоматического регулирования разряжения в топке котла на базе современных микропроцессорных средств автоматизации с использованием в контуре регулирования частотного преобразователя-инвертора. Предлагается способ поэтапного перехода от существующей системы к предлагаемой.

Реализация данной системы позволит значительно снизить потребление электроэнергии на привод дымососа котельного агрегата, работающего большую часть времени в регулирующем режиме.

Данное решение предлагается для внедрения на котельных агрегатах малой и средней мощности.

Введение

Призывы правительства к бережному отношению к энергоресурсам и внедрению энергосберегающих технологий выглядят по меньшей мере странными для страны, ставшей на рельсы рыночной экономики. Рыночная экономика, основанная на жесткой конкуренции, предполагает такой подход «по умолчанию». Однако братья славяне, упорно придерживаясь принципа «пока гром не грянет:», ждут своего часа. Наконец, он настал («не было бы счастья :»). Сразу появились призывы к срочным действиям, уже организовываются летние семинары в Ялте и т.д. Однако, некоторые решения лежат на поверхности. Как говорил мой давний знакомый — изобретатель: «Когда я хожу по территории завода (цеха…), то мне кажется, что я хожу по ассигнациям». Быстрого результата в сфере теплоэнергетики можно достичь, уделив должное внимание контуру регулирования разряжения в топке котельного агрегата.

Еще в технической литературе 30-летней давности в качестве одного из возможных способов регулирования разряжения в топке котла предлагалось скоростное регулирование либо изменением числа оборотов дымососа с помощью гидравлических муфт, либо посредством изменения частоты вращения электропривода. Показано, что такой способ наиболее экономичен.

Появление на рынке частотных преобразователей-инверторов создали условия для реализации давней технической идеи в жизнь.

Автоматическая система регулирования разряжения

1.1. Характеристика участка регулирования

Объект регулирования по разряжению представляет собой последовательно расположенные топку (камеру сгорания) и газоходы до всасывающих патрубков дымососа. Наличие небольшого разряжения 2-3 мм. вод. ст.(20-30 Па) в верхней части топочного пространства необходимо для устойчивости факела в зоне горения, предотвращения выбивания продуктов горения из котла и косвенно характеризует материальный баланс между воздухом-окислителем топлива и отходящими газами-продуктами горения. Входное регулирующее воздействие-расход отсасываемых дымовых газов, определяемый производительностью дымососа. Внешнее возмущающее воздействие-изменение расхода воздуха, подаваемого в топку при изменении тепловой нагрузки котельного агрегата. Внутренние возмущения — нарушения газовоздушного режима.

Динамические свойства объекта регулирования характеризуются отсутствием запаздывания, малой инерционностью (постоянная времени порядка 5-10 сек), самовыравниванием. Особенностью являются колебания регулируемой величины около среднего значения с амплитудой 3-4 мм. вод. ст.(30-40 Па) с частотой несколько герц. Такие низкочастотные колебания обусловлены, в частности, пульсациями расходов топлива и воздуха, кроме того, процесс горения сам является источником высокочастотных колебаний(100-150 Гц), отдельные низкочастотные моды которых могут резонировать.

1.2. Способы регулирования

Регулирующее воздействие можно осуществлять путем изменения производительности дымососа:

Из графиков видно, что при нагрузках отличных от 100%-ной наиболее экономичным является скоростной способ реализации регулирующего воздействия.

С точки зрения структуры контура регулирования наибольшее распространение получила одноконтурная схема с импульсным регулирующим блоком, который совместно с исполнительным механизмом постоянной скорости реализует ПИ-закон в импульсном режиме.

Однако стоит отметить, что контуры регулирования соотношения топливо-воздух и разряжения физически связаны через объект регулирования, поэтому при работе котла в регулирующем режиме (т.е.при частом изменении нагрузки котла) изменение расхода воздуха для поддержания соотношения с топливом нарушает баланс материальных потоков и для предотвращения такой ситуации вводят упреждающий исчезающий сигнал от регулятора воздуха (реальное дифференцирования выходного сигнала регулятора воздуха).

1.3. Существующие технические средства регулирования разряжения

Как правило для котлов малой и средней мощности используются следующие средства автоматизации:

В случае необходимости осуществить динамическую связь между контурами соотношения топливо-воздух и разряжения используется комплект динамической связи КДС (МЗТА).

Как видим весь комплекс технических средств производится в России. Живучесть такого комплекса обусловлена не только консервативностью эксплуатационников, но и наличием мощного рынка так называемых «неликвидов», сроки существования которого предопределены.

Если ориентироваться на реальные цены новых средств автоматизации, то получим следующее:

Таким образом замена приборов(а они рано или поздно выйдут из строя окончательно) в рамках старой схемы регулирования обойдется примерно в 7000 грн., при этом ни шагу не будет сделано в сторону получения каких либо экономических дивидендов.

Источник