W jaki sposób spójna technologia sterowania w kotłach zmniejsza ryzyko przestojów?

Biogaz wykorzystywany w kotłach jest wytwarzany w procesie fermentacji osadów powstających podczas oczyszczania ścieków. Jego skład i ilość bezpośrednio wpływają na możliwości wykorzystania biogazu do produkcji ciepła, więc poprawny przebieg tych operacji jest kluczowy.

W systemach, w których kilka kotłów pracuje w ramach jednego układu ciepłowniczego, spójność sterowania ma bezpośredni wpływ na niezawodność całego procesu. Różne algorytmy regulacji, odmienne podejście do pomiaru temperatury kotła oraz kontroli ciśnienia biogazu, a także brak jednolitej logiki zabezpieczeń naruszają stabilność działań.

Taka sytuacja wystąpiła w oczyszczalni ścieków naszego klienta, gdzie dwa kotły pracowały w oparciu o różne układy sterownicze. Przy zmiennych wskaźnikach biogazu różnice te zaczęły wpływać na stabilność spalania, zwiększając ryzyko przestojów i utrudniając utrzymanie ruchu.

Wspomniana oczyszczalnia ścieków wykorzystuje biogaz do celów energetycznych, głównie do produkcji ciepła, a pośrednio także energii elektrycznej, przy czym skład gazu – złożony m.in. z metanu i dwutlenku węgla, siarkowodoru oraz związków azotu – wymaga stabilnego i nieprzerwanego procesu spalania.

Brak spójności w kotłowniach, stosowana kogeneracja oraz opisane powyżej wymagania stały się punktem wyjścia do modernizacji technologicznej, którą się zajęliśmy.

Jak zapewnić stabilną pracę kotła w oczyszczalni ścieków przy zmiennym ciśnieniu biogazu? Wyzwanie klienta

Zakres działalności naszego klienta obejmuje głównie zarządzanie źródłami ciepła oraz zapewnienie nieprzerwanych dostaw energii cieplnej do obiektów mieszkalnych i komercyjnych. W takim środowisku niepożądane są nawet krótkotrwałe zakłócenia.

W procesie oczyszczania ścieków wykorzystywano dwa kotły zasilane biogazem pochodzącym z dużej ilości osadów ściekowych. Jeden z nich pracował w oparciu o nowy układ automatyki. Drugi jednak wciąż wykorzystywał starszy system sterowania, niedostosowany do zmiennych parametrów paliwa. Przy tak niestabilnym procesie, jakim jest produkcja biogazu, różnice te miały negatywny wpływ na pracę całego układu ciepłowniczego.

Głównym wyzwaniem było tym samym zapewnienie stabilnej regulacji temperatury kotła przy zmiennym ciśnieniu gazu w komorach zbiornika. Spadki ciśnienia biogazu powodowały ryzyko niekontrolowanego obniżenia mocy palnika, a w skrajnych przypadkach mogły prowadzić do zakłóceń spalania i przestojów. Istniejący układ sterowania nie reagował automatycznie na te zmiany i nie ograniczał mocy kotła w zależności od warunków.

Dodatkowym wymaganiem było odnowienie kotła bez znacznej przebudowy instalacji i wyłączenia go z użycia. Klient oczekiwał rozwiązania typu plug-and-play, które umożliwi szybkie uruchomienie, zwiększy bezpieczeństwo oraz ujednolici sterowanie obu kotłów, poprawiając niezawodność całego systemu ciepłowniczego.

Podsumowując – modernizacja musiała spełnić jednocześnie kilka warunków:

• zapewnić automatyczne ograniczanie mocy kotła przy spadkach ciśnienia biogazu,

• ustabilizować regulację temperatury kotła przy zmiennych właściwościach paliwa,

• umożliwić modernizację kotła w oczyszczalni ścieków bez przebudowy instalacji,

• wyeliminować konieczność długich przestojów podczas uruchomienia,

• ujednolicić sterowanie obu kotłów i poprawić niezawodność całego systemu ciepłowniczego.

Te ograniczenia stały się punktem wyjścia do opracowania rozwiązania, które miało zapewnić stabilną i bezpieczną pracę kotła przy zmiennych parametrach biogazu.

Autonomiczny układ regulacji temperatury i ciśnienia w zmodernizowanym kotle. Nasze rozwiązanie

Modernizacja systemu sterowania kotłem w oczyszczalni ścieków opierała się na wdrożeniu autonomicznego układu regulacji. Rozwiązanie zaprojektowano w taki sposób, aby stabilizować pracę przy zmiennych parametrach biogazu oraz zapewnić bezpieczną eksploatację bez ingerencji w istniejącą infrastrukturę.

Centralnym elementem układu był regulator JUMO DICON touch, który przejął sterowanie procesem i wizualizację właściwości pracy kotła. Pomiar temperatury realizowano za pomocą rezystancyjnego czujnika JUMO PROCESStemp przeznaczonego do pracy w wymagających warunkach procesowych. Na podstawie sygnału z czujnika regulator nieprzerwanie korygował temperaturę kotła, sterując przepływem gazu do palnika.

Równolegle do regulacji temperaturowej wdrożono stały pomiar ciśnienia w zbiorniku biogazu. Przetwornik ciśnienia JUMO dTRANS p33 monitorował aktualne ciśnienie gazu i przekazywał sygnał do układu sterowania. Dzięki temu możliwe było powiązanie mocy palnika z rzeczywistą dostępnością paliwa, co miało bezpośredni wpływ na stabilność spalania.

Cały układ został wstępnie skonfigurowany i zamontowany w prefabrykowanej szafie sterowniczej. Takie podejście umożliwiło szybki montaż i uruchomienie systemu bez przebudowy instalacji i konieczności długiego wyłączania kotła z eksploatacji. W efekcie oba z nich uzyskały spójną logikę sterowania, a obsługa i diagnostyka procesu zostały znacząco uproszczone.

Ograniczenie przestojów, stabilizacja procesów i modernizacja oczyszczalni ścieków bez przebudowy instalacji. Korzyści klienta

Zastosowane rozwiązanie umożliwiło stabilną pracę kotła mimo zmiennych parametrów biogazu. Ciągły pomiar temperatury kotła oraz ciśnienia gazu pozwolił na automatyczne dostosowanie mocy palnika do aktualnych warunków, co przełożyło się na bezpieczne spalanie biogazu, ograniczenie ryzyka nieplanowanych przestojów, a w dalszej perspektywie – zmniejszenie kosztów eksploatacji.

Ujednolicenie logiki sterowania obu kotłów uprościło obsługę i diagnostykę, a prefabrykowana szafa sterownicza pozwoliła przeprowadzić uaktualnienie bez przebudowy instalacji i bez długiego wyłączania źródła ciepła z działania. W efekcie system stał się bardziej przewidywalny, niezawodny i łatwiejszy w utrzymaniu.

W ten sposób oczyszczalnia ścieków zmodernizowała i ujednoliciła infrastrukturę, która była od teraz lepiej przystosowana do zmiennych warunków produkcji biogazu i codziennej eksploatacji odnawialnych źródeł energii.

O autorze

Mam na imię Michał, a moją codziennością od kilku lat są pisanie i content marketing. Tworzę treści zarówno zawodowo, jak i hobbystycznie – przelewanie słów na papier (lub ekran) i nagrywanie podcastów sprawia mi wielką satysfakcję. Prywatnie miłośnik sportu, spacerów, książek i krzyżówek.