Boiler dan Sistem Kontrol Boiler Fired Burner
Abstrak
Banyak fasilitas komersial dan industri
menggunakan boiler untuk menghasilkan uap atau air panas untuk pemanasan ruang atau untuk pemanasan proses. Boiler biasanya adalah pengguna utama energi, dan siapa pun yang terlibat dalam manajemen energi perlu mengetahui cara kerja boiler dan bagaimana kinerja boiler dapat dipertahankan atau ditingkatkan. Artikel ini menguraikan jenis boiler yang digunakan untuk memanaskan fasilitas, sambil memberikan tinjauan umum tentang kontrol boiler dasar dan parameter yang memengaruhi efisiensi energi.
PENGANTAR
Boiler adalah kapal tertutup yang dimaksudkan untuk memanaskan air dan menghasilkan air panas atau uap melalui pembakaran bahan bakar atau melalui aksi elektroda atau elemen resistensi listrik. Banyak fasilitas komersial dan industri menggunakan boiler untuk menghasilkan uap atau air panas untuk pemanasan ruang atau untuk pemanasan proses.
Fired Steam Boier
Boiler biasanya adalah pengguna utama energi, dan siapa pun yang terlibat dalam manajemen energi fasilitas perlu mengetahui cara kerja boiler dan bagaimana kinerja boiler dapat dipertahankan atau ditingkatkan. Secara khusus, penting untuk mengetahui parameter apa dari sistem boiler yang paling penting. Untuk boiler berbahan bakar fosil, efisiensi pembakaran adalah parameter utama yang diminati; ini paling sering dikontrol dengan menyediakan jumlah udara pembakaran optimal yang dicampur dengan bahan bakar. Demikian, Memahami sistem kontrol boiler sangat penting. Ketel uap dan air panas tersedia dalam ukuran standar dari ketel sangat kecil untuk apartemen dan tempat tinggal hingga ketel sangat besar untuk keperluan komersial dan industri.
JENIS BOILER
Selanjutnya mengenai jenis logam yang digunakan dalam konstruksi (besi tuang, baja, atau tembaga), berdasarkan jenis bahan bakar atau elemen panas (minyak, gas, atau listrik), atau dengan hubungan api atau udara dengan tabung. (Yaitu, firetube atau watertube).
– Boiler bertekanan rendah yang dirancang untuk menghasilkan uap hingga 15 psig atau udara panas hingga 250 ° F dengan tekanan hingga 160 psig.
– Boiler dengan tekanan sedang dan tinggi menghasilkan di atas 15 psig atau udara panas di atas 160 psig atau 250 ° F atau seluruhnya.
Boiler biasanya dibuat dari besi tuang atau baja yang dilas. Boiler besi tuang (Gbr. 1) dibuat dari bagian tuang yang terpisah dan disatukan menggunakan sekrup atau mur dan batang pengikat atau paku keling berulir. Jumlah bagian dapat bervariasi untuk menyediakan berbagai kapasitas.
Boiler baja memiliki beragam konfigurasi.
Mereka dirakit pabrik dan dikirim sebagai satu unit. Gambar. 2 bayangan boiler firetube. Api dan gas Produk melewati tabung ke belakang lalu ke depan dan sekali lagi ke belakang sebelum akhirnya keluar di depan. Ini membuatnya menjadi boiler empat lintasan. Firetube Boiler dibuat dalam banyak konfigurasi lain seperti:
– Kotak api eksternal – Kotak api tidak disetujui oleh air.
– Dry back – Firetubes tersedia langsung dari pintu pembersihan di bagian belakang boiler.
– Scotch-Marine – Menggunakan volume udara rendah dan respons yang cepat.
Boiler Watertube adalah boiler body baja yang digunakan untuk kebutuhan kapasitas lebih dari 2 juta Btu per jam (Btu / jam). Boiler Watertube menggunakan tungku berpendingin air yang diperbarui usia tungku dan refraktori.
Boiler modular
Boiler modular adalah boiler air panas yang diberi input dari 200.000 hingga 900.000 Btu / jam. Boiler ini tersedia dengan efisiensi kotor 85% atau lebih tinggi. Gambar. 3 menunjukkan fitur-fitur boiler modular khas. Boiler ini sering digunakan bersama-sama untuk menyediakan udara panas untuk ruang pemanasan dan / atau udara panas domestik. Misalnya, jika beban pemanas yang dirancang adalah 2 juta Btu / jam, modular boiler 600,000 Btu / jam (input) dapat digunakan. Jika25% atau kurang pada hari tertentu, hanya satu boiler yang akan diputar dan diputar-putar untuk memasok beban. Tiga boiler lainnya akan tetap mati tanpa aliran udara. Ini mengurangi asap dan jaket (penutup ketel) kehilangan panas.
Beberapa boiler modular perlu penyimpanan yang sangat kecil dan dipindahkan panas yang sangat cepat aliran udara harus dibuktikan sebelum pembakar dimulai.
Boiler listrik memanaskan udara atau menghasilkan uap dengan mengubah energi listrik menjadi panas menggunakan elemen resistensi atau elektroda. Boiler listrik dianggap 100% efisien karena semua daya yang dibutuhkan langsung menghasilkan air panas atau uap. Kehilangan panas melalui jaket dan isolasi dapat diabaikan dan tidak ada sesegera mungkin. [1]
Boiler elektroda memiliki elektroda yang melekat pada udara .
Arus listrik melewati udara antara elektroda, dan arus ini dan resistansi udara menghasilkan panas yang dihasilkan. Boiler elektroda tersedia dalam ukuran hingga 11.000 kW. Boiler resistan memiliki elemen resistansi (pemanas) yang dicelupkan, tetapi diisolasi dari udara listrik, dan dilengkapi dalam ukuran hingga 3.000 kW. Elemen listrik dan elektroda biasanya dikelompokkan untuk menyediakan empat atau lebih dari satu instalasi. Pengontrol langkah merespons tekanan udara atau panas, mengaktifkan setiap pemasangan sesuai kebutuhan untuk memanaskan bangunan.
PERINGKAT DAN EFISIENSI BOILER
Boiler dapat diakses dalam beberapa cara. Gambar. 5 menunjukkan peringkat dan istilah yang umum digunakan. Istilah Btu / jam (Btu per jam) dan MBtu / jam atau MB / H (1000 Btu / jam) menunjukkan tingkat input boiler. Masukan Peringkat Rata-rata pada pelat nama boiler (atau burner). Istilah bhp (tenaga kuda ketel), EDR (radiasi langsung setara), dan pound per jam (uap) menunjukkan tingkat output boiler.
Efisiensi boiler tinggi modular.
Efisiensi boiler adalah keluaran (volume udara dan panas) dibagi dengan bahan bakar input (diukur dengan bahan bakar meter pada kondisi pembakaran kondisi-mapan). Efisiensi pembakaran, seperti yang dikeluarkan oleh gas buang, tidak mengurangi kerugian jaket, pipa, dan lainnya, sehingga lebih tinggi dari efisiensi.
Ketel uap elektroda.
Sebuah prosedur mengeluarkan yang dikeluarkan oleh Departemen Energi AS pada tahun 1978 mengukur kerugian on-cycle dan off-cycle berdasarkan pada prosedur laboratorium yang melibatkan kondisi siklik. Tampak sebagai peringkat AFUE (Efisiensi Penggunaan Bahan Bakar Tahunan), atau efisiensi pertimbangan, yang lebih rendah dari efisiensi kotor.
KOMBUSI DALAM BOILER
Ketika gas, minyak, atau bahan bakar dibakar, beberapa faktor harus dilepaskan, proses harus aman, efisien, dan tidak meningkat pada lingkungan. Proses pembakaran harus diperbarui.
1. Berikan udara yang cukup sempurna, dan jumlah karbon monoksida atau polutan lain yang tidak diinginkan tidak dihasilkan.
2. Menghindari kelebihan udara dalam campuran udara-bahan bakar yangakan menghasilkan efisiensi yang rendah.
3. Campur udara sepenuhnya dengan bahan bakar sebelum dimasukkan ke dalam tungku.
4. Berikan kontrol keamanan agar bahan bakar tidak dipasang tanpa adanya nyala api atau percikan api dan agar nyala api tidak dimasukkan di hadapan bahan bakar yang tidak terbakar.
5. Hindari suhu udara di bawah titik embun gas buang untuk menghindari kondensasi pada api unggun boiler.
Pembakaran dapat dipantau dengan analisis gas buang.
Untuk ketel besar, lebih dari 1.000.000 Btu / jam, analisisnya biasanya kontinu. Untuk ketel kecil, gas buang diimplementasikan menggunakan instrumen portabel. Analisis komposisi gas karbon (karbon dioksida) atau 02 (oksigen), tetapi umumnya tidak lengkap. Konsentrasi CO2 ideal dalam kisaran 10% -12%. Persentase oksigen yang tersisa merupakan indikasi paling lengkap untuk pembakaran sempurna.
Konsentrasi 02 ideal dalam gas buang berada dalam kisaran 3% -5%. Konsentrasi yang lebih rendah tidak praktis dan rumit tidak aman. Konsentrasi 02 yang lebih tinggi berarti jumlah udara yang berlebihan dimasukkan ke ruang bakar dan harus dipanaskan oleh bahan bakar. Udara berlebih ini melewati boiler terlalu cepat agar tidak ditransfer ke udara atau uap,
Konsentrasi CO2 atau 02,
ditambah suhu, memberikan efisiensi pembakaran burner dalam persen – baik langsung atau dengan cara memetakan. Efisiensi pembakaran ini hanya menunjukkan jumlah panas yang dihasilkan dari bahan bakar. Itu tidak menambah penghematan berlebih dari udara pembakaran, atau kerugian dari kebocoran atau jaket ketel, di antara faktor-faktor lainnya.
Untuk boiler berbahan bakar minyak, pembakar minyak biasanya dari variasi atomisasi, yaitu, mereka menyediakan semprotan minyak yang halus. Ada beberapa jenis minyak pembakar ini:
– Pistol tipe pembakar menyemprotkan minyak ke dalam pasokan udara yang berputar.
– Pembakar rotari horisontal, menggunakan cangkir pemintalan untuk memutar minyak dan udara ke dalam tungku.
– Pembakar atomisasi uap atau udara menggunakan udara bertekanan tinggi atau uap 25 psig untuk memecah minyak menjadi butiran halus.
Untuk aplikasi modulasi atau kontrol api tinggi / rendah, putar burner atau uap / udara-atomisasi adalah yang paling umum.
Untuk boiler berbahan bakar gas alam,
dua jenis pembakar gas yang khas adalah pembakar injeksi atmosferik dan pembakar jenis tenaga. Burner injeksi atmosfer menggunakan jet gas untuk menyedot udara pembakaran dan umumnya digunakan di tungku gas rumah dan boiler. Pembakar cincin gas mentah (lihat Gambar 6) adalah pembakar injeksi atmosfer. Pembakar daya (lihat Gbr. 7) menggunakan kipas dengan memaksa untuk mencampur udara dan gas saat memindahkan tungku. Aplikasi pembakar daya umum di sektor komersial dan industri.
KONTROL DASAR BOILER
Ketel harus menyediakan uap atau udara setiap kali panas yang dibutuhkan.
BMCS konvensional (sistem kontrol manajemen boiler) sering diatur untuk menyediakan pasokan udara panas atau gas terus-menerus antara Oktober dan Mei kapan saja suhu OA (udara luar) turun ke 60 ° F selama lebih dari 30 menit dan unit AHU (penanganan udara)) panas BCMS harus menginstal perangkat lunak hidup / mati / otomatis. Tidak seperti pendingin, ketel dapat dibiarkan aktif pada kondisi tanpa beban, selama waktu itu suhu udara akan tergantung pada suhu yang dirancang. Pemanasan dan penghentian boiler yang sering menyebabkan penumpukan stres. Rekomendasi pabrikan boiler memberikan petunjuk khusus dalam area operasi ini.
Pembakar gas draft paksa multiport.
Batas suhu, suhu rendah, pembakar ketel udara panas tidak dikontrol untuk menyediakan suhu udara berdasarkan suhu luar ruangan, karena jadwal pengaturan ulang mensyaratkan suhu udara dipasok di bawah suhu tinggi dari titik ketinggian dari gas buang. Beberapa ketel membutuhkan air panas yang masuk di atas 140 ° F sebelum terbakar. Dalam hal ini, jika bangunan menggunakan sistem udara panas dan ketel dikunci ke dalam api rendah karena udara yang masuk terlalu dingin, sistem mungkin tidak akan pernah pulih.
Berikut ini adalah tiga cara untuk mengontrol output boiler komersial:
1. Kontrol hidup / mati (rotasi)
2. Kontrol api tinggi / api rendah
3. Kontrol modulasi
Kontrol hidup / mati paling umum untuk boiler kecil hingga 1.000.000 Btu / jam.
Kompor minyak atau gas menyala dan mati untuk mempertahankan suhu udara. Kontrol putaran karena penurunan efisiensi yang diperlukan untuk keselamatan permukaan unggun oleh angin alami dari selama siklus mati, pra-pemeliharaan, dan pasca-pemeliharaan.
Pembakar api tinggi / rendah menghasilkan lebih banyak kerugian off-cycle karena burner mati hanya kompilasi beban bawah di bawah laju pembakaran rendah input bahan bakar.
Kontrol modulasi digunakan pada sebagian besar boiler besar karena
menyesuaikan output agar sesuai dengan beban setiap kali lebih besar dari batas api rendah, yang biasanya tidak kurang dari 15% dari kapasitas beban penuh. Tekanan gas atau suhu udara panas ditentukan untuk menentukan volume gas atau minyak yang dimasukkan ke burner.
Kontrol penembakan dan keselamatan boiler dilengkapi dengan pabrik boiler dan kode lengkap. BMCS dapat mengaktifkan boiler menyala, menyediakan setpoint, kontrol pompa dan katup pencampur, serta mengendalikan operasi dan alarm.
Kontrol pembakaran
Kontrol pembakaran yang disuplai ke burner untuk mempertahankan efisiensi yang tinggi dalam proses perbaikan. Sistem yang lebih canggih menggunakan sensor oksigen dalam kombinasi untuk mengontrol jumlah udara yang disediakan. Perangkat pendeteksi densitas dapat digunakan dalam penyelesaian untuk kebutuhan udara. Pembacaan terus menerus dan / atau rekaman kondisi gas buang – persentase konsentrasi O2, suhu disetujui – tergantung pada paket kontrol boiler besar.
Sistem kontrol perbekalan yang menyediakan kembali pasokan udara dari motor modulasi yang sama yang menyesuaikan suplai bahan bakar Mungkin ada perbekalan untuk mengalirkan pasokan udara melalui kotak fluida selama off-cycle.
Kontrol Pengamanan Api
Kontrol kebutuhan api pada semua burner. Kontrol api untuk burner besar dapat sangat rumit Kontrol otomatis untuk burner kecil seperti tungku perumahan relatif sederhana. Kontrol harus memberikan operasi yang sangat mudah – yaitu, mereka harus sulit atau tidak mungkin untuk menebus salah satu fitur keselamatan sistem. Kontrol juga harus terus diperbarui. Untuk pembakar komersial dan industri,
Kontrol perlindungan melalui publikasi operasi yang diumumkan.
– Bersihkan tungku pembakaran dari bahan bakar yang tidak terbakar (prepurge).
– Nyalakan pilotnya.
– Pastikan pilot menyala.
– Buka katup bahan bakar utama.
– Dapatkan api segera setelah bahan bakar dipasang.
– Potong persediaan bahan bakar segera jika nyala gagal.
– Bersihkan kotak api dari setiap bahan bakar yang tidak terbakar setelah setiap siklus.
Pelindung api sederhana untuk tungku gas.
Kunci dari sistem pengamanan nyala api adalah cara yang andal dan cepat untuk memfasilitasi ada atau tidaknya nyala api. Metode pendeteksian:
– Sensor respon bimetal terhadap panas (respons lambat).
– Respons termokopel terhadap panas (respons lambat).
– Konduktivitas api (respon cepat, tetapi tidak dapat diandalkan)
– Perbaikan api (respon cepat, andal).
– Deteksi nyala ultraviolet (cepat, respons yang andal).
– Sel timbal sulfida (foto) (respons cepat dan andal jika memeriksa frekuensi nyala disertakan).
Beberapa sensor diselesaikan gagal karena korsleting,
refraktori panas, atau sumber cahaya eksternal. Sensor lain, seperti penyearahan nyala dan deteksi ultraviolet, hanya merespons nyala api. Sistem pengamanan harus dilindungi oleh Underwriter’s Laboratory (UL) atau Factory Mutual untuk aplikasi spesifik. Gambar 9 menunjukkan sistem pengaman api yang biasa diterapkan pada boiler atau tungku gas kecil. Nyala api pilot gas menimpa termokopel yang memasok arus listrik untuk memasok pilot gas tetap terbuka. Jika pilot keluar atau termokopel gagal, katup pilotstat ditutup atau tetap tertutup aliran gas ke burner dan pilot utama. Status pilot harus diatur ulang secara manual.
Gambar 10 menunjukkan bagaimana mengontrol perlindungan terpadu dengan kontrol pembakaran pada ketel uap berbahan bakar minyak yang kecil. Detektor nyala ultraviolet (UV) terletak di tempat ia dapat melihat nyala api dan akan mengaktifkan kompor jika tidak ada nyala api.
– Persentase O2 atau CO 2 dalam gas buang
– Temperatur gas buang
– Kolom tungku draft (dalam inci air)
– Aliran uap dengan penghitung atau air panas Btu dengan penghitung
– Aliran minyak dan / atau gas dengan mesin penghitung
– Kepadatan pembayaran secepatnya
KONTROL SISTEM BOILER BERGANDA
Sambungan ketel dasar untuk sistem air panas tiga zona
Dalam sistem ini, dua boiler terhubung secara paralel. Udara panas dari bagian atas boiler bergerak ke pemisah udara yang diambil udara yang terperangkap dari udara. Tangki ekspansi yang terhubung ke separator mempertahankan tekanan dalam sistem. Tangki sekitar setengah penuh air dalam kondisi operasi normal.
Tekanan udara di dalam tangki membuat sistem tetap bertekanan dan memungkinkan udara mengembang dan menyusut karena suhu udara bervariasi. Udara dari boiler bergerak melalui pemisah ke pompa tiga zona, yang masing-masing dipindahkan oleh termostatnya sendiri. Dalam beberapa sistem, setiap zona dapat memiliki pompa pusat dan katup. Air yang dikembalikan dari masing-masing zona kembali ke boiler di garis belakang. Beberapa variasi mungkin dalam sistem tipe ini, tetapi prosesnya sama.
Kontrol Dual Boiler Plant dual boiler dengan boiler yang dikendalikan oleh api tinggi / api rendah.
Diperlukan suhu udara masuk minimum 145 ° F sebelum kebakaran tinggi, aliran udara harus mulai dari boiler diaktifkan, dan jadwal reset udara panas sekunder 110 ° F pada suhu 55 ° F OA dan suhu 180 ° F udara pada suhu 5 ° F OA. Konsep-konsep ini berfokus pada sistem boiler tunggal atau ganda.
Kontrol grafis dual boiler plant.
Deskripsi Fungsional Boiler dan Sistem Kontrol Boiler
| Item no. | Fungsi |
| 15-18 | Setpoint air sekunder diatur ulang dari OA |
| 19, 20 | Katup memodulasi untuk mencegah udara masuk jatuh di bawah setpoint batas rendah (145 ° F) |
| 21-23 | Operator informasi |
| 24 | Ikon, pilih Sistem Boiler |
| Kontrol tampilan dinamis (seperti terlihat pada Gambar. 13) | |
| 25, 26 | Fungsi pemilihan sinyal perangkat lunak, mengaktifkan katup pengaturan suhu HW sekunder, menetapkan pada batas rendah boiler |
| 27 | OA reset katup kontrol PID |
fitur
1. Aliran penuh melalui operasi boiler
2. Batas suhu minimum pada air masuk boiler
3. Sistem aliran variabel sekunder dengan aliran boiler penuh
4. Pementasan boiler otomatis
5. Pemantauan dan Diskusi yang mudah digunakan
Kondisi untuk Operasi yang Sukses
1. Kontrol jaringan, perangkat lunak, dan pemrograman untuk memberi saran kepada pengontrol instalasi pemanas dari kipas sekunder dan aliran udara.
2. Interlock dan kontrol kabel dikoordinasikan dengan pabrik boiler.
3. Kontrol sesuai dengan persetujuan produsen boiler.
4. Pengaturan setpoint dan parameter spesifik proyek yang tepat.
Spesifikasi
Pabrik Pemanas harus mengaktifkan di bawah kontrol otomatis kapan saja fungsi on / off / otomatis pompa sekunder tidak “OFF,”
tergantung pada fungsi perangkat lunak on / off / sistem pemanas otomatis. Boiler timbal, ditentukan oleh fungsi pemilihan boiler-timbal yang digerakkan oleh perangkat lunak, harus diaktifkan kapan pun dimulai antara 1 Oktober dan 1 Mei, suhu OA di bawah 60 ° F selama lebih dari 30 menit, dan AHU meminta panas. Setiap pompa utama boiler harus memiliki fungsi hidup / mati / perangkat lunak, dan setiap boiler harus memiliki fungsi otomatis / mati perangkat lunak. Instalasi Pemanasan harus kapan saja suhu OA naik hingga 65 ° F selama lebih dari 1 menit
Perpipaan primer-sekunder khas untuk modular boiler.
Kapan pun pabrik boiler diaktifkan
, pompa utama boiler timbal harus dimulai dan, seperti terbukti alirannya, boiler akan diaktifkan di bawah pabriknya untuk mempertahankan 180 ° F. Jika status boiler timbal tidak berubah menjadi “hidup,” atau jika aliran tidak terbukti dalam 5 menit , lag boiler harus diaktifkan.
Selama operasi ketel,
katup pencampur tiga arah harus diposisikan untuk mengalirkan boiler dalam mode resirkulasi sampai udara yang masuk ketel melebihi nilai ambang batas 145 ° F, pada saat itu katup pencampur harus memodulasi untuk memperbaharui udara kedua antara 110 dan 180 ° F karena suhu OA bervariasi dari 55 hingga 5 ° F.
Boiler lag harus dikunci dari operasi selama 60 menit setelah boiler mulai.
Setelah itu, kapan saja satu katup kontrol ketel diperintahkan terbuka penuh oleh loop kontrol suhu sekunder selama lebih dari 5 menit dan suhu udara sekunder kurang dari 5 ° F di bawah titik setel suhu udara sekunder, “ketel ‘(lag) ketel pompa akan Dan, saat aliran terbukti, ketel “off” harus diaktifkan di bawah kontrol pabriknya untuk mempertahankan 180 ° F.
Katup pencampur ketel yang baru saja mulai harus dikontrol oleh sensor batas rendah suhu masuk 145 ° F udara dan setpoint yang Terkait dengan ketel uap timbal, dan kemudian, bersamaan dengan katup pencampur ketel lainnya untuk mempertahankan reset, air panas sekunder suhu.
Setiap kali kedua boiler dioperasikan dan katup kontrolnya terbuka kurang dari 40% ke saluran balik sekunder, boiler dan pompa yang telah berjalan paling lama harus ditutup.
Modular Boiler
Boiler modular menyediakan panas pada rentang yang besar dan terhindar dari siaga dan kerugian lain yang terkait dengan boiler yang besar pada beban yang kecil. Gambar. 14 menunjukkan pengaturan perpipaan primer-sekunder di mana setiap boiler modular memiliki pompa sendiri. Pompa ketel menyala saat ketel dihidupkan.
Boiler yang mati tidak memiliki aliran dan dibiarkan dingin
.Setiap ketel yang dioperasikan pada atau diaktifkan dengan kapasitas penuh. Menghindari operasi yang terputus-putus harus dikembalikan atau menuju area dekat saat boiler mati.
Kontrol normal boiler modular siklus salah satu boiler on-line untuk suhu udara untuk pasokan utama untuk memenuhi kebutuhan biaya. Kontrol sensor untuk boiler siklus berurutan. Jika beban meningkat melebihi kapasitas boiler yang on-line, boiler tambahan dimulai. Boiler timbal (diaktifkan) dapat diputar setiap hari atau setiap minggu untuk menyamakan keausan di antara semua boiler atau saat menggunakan kontrol digital, program ini dapat memulai boiler yang telah terpanjang.
KESIMPULAN
Di banyak fasilitas, boiler merupakan bagian terpenting dari peralatan pengkonsumsi energi. Memahami cara kerja boiler, dan bagaimana cara terbaik untuk mengendalikan dapat digunakan pada penghematan energi yang besar untuk perumahan, komersial, dan industri.
