Stokerikattilan ohjausjärjestelmän modernisointi
Hietaranta, Erkki (2019)
Hietaranta, Erkki
2019
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019053013416
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2019053013416
Tiivistelmä
Opinnäytetyössä pyrittiin modernisoimaan kattilan ohjauksesta täysautomaattinen, mikä lisää käyttömukavuutta ja parantaa palamisen hallintaa merkittävästi. Palamisen hyvä hallinta kasvattaa kattilan hyötysuhdetta ja käyttövarmuutta. Lisäetuna syntyi mahdollisuus helppokäyttöisyyttä parantavien ominaisuuksien, kuten etävalvonnan tai automaattisen sytytyksen, lisäämiseen. Alkuperäinen stokerikattila on ollut käyttömukavuudeltaan kohtuullinen. Kun sopivat säädöt oli löydetty, voitiin kattilaa käyttää varsinkin kylmällä säällä melko huolettomasti. Kuormitusvaihteluiden takia kattilaa oli kuitenkin säädettävä käsivaralta esimerkiksi sään tai polttoaineen laadun muuttuessa.
Opinnäytetyön on tilannut neljän veljeksen omistama maatalousyhtymä Etelä-Pohjanmaalta. Maatilan lämmöntarve jakautuu kolmen asuinrakennuksen, korjaamohallin ja navetan kesken. Lämpö tuotetaan polttamalla stokerikattilassa haketta, joka on tehty maatilan metsistä korjatusta harvennuspuusta.
Kattilan modernisointi aloitettiin tutkimalla puun palamisen teoriaa ja sen pohjalta valittiin mitattavat suureet, joilla kattilan automaatiota ohjataan. Suureiksi valikoituivat kattilaveden ja savukaasujen lämpötila sekä savukaasujen jäännöshappipitoisuus. Näillä suureilla ohjataan kattilaan ohjattavaa palamisilman sekä polttoaineen määrää. Kattilaan lisättiin anturoinnit edellä mainittujen suureiden mittaamiseksi. Lisäksi turvallisuusnäkökohtien takia lisättiin anturointia takapalon havaitsemiseen ja polttoainevaraston turvallisuuteen. Anturointien lisäksi opinnäytetyötä varten hankittiin säädettävä paloilmapuhallin ja automaatiojärjestelmä oheislaitteineen. Valittujen komponenttien pohjalta piirrettiin kytkentäkaavio, joka helpotti piirien johdotusta ja muiden oheiskomponenttien valintaa. Kun automaatiojärjestelmä oli saatu kasattua ja johdotettua, kytkettiin se ensin monitoroimaan järjestelmän toimintaa alkuperäisen ohjauksen rinnalla. Samalla automaatiojärjestelmää alettiin ohjelmoimaan tehtyjen havaintojen perusteella. Kun ohjelman perustoiminnot vaikuttivat toimivilta, ryhdyttiin koeajoon, jonka aikana ohjelmaan ja kattilaan tehtiin useita muutoksia ja korjauksia.
Vaikka kattilan viritystä ei voida pitää vielä loppuun asti optimoituna, on siinä merkittäviä parannuksia turvallisuudessa ja energiatehokkuudessa. Voidaankin todeta, että opinnäytetyön tavoitteet saavutettiin. Tulevaisuudessa etähallintaa ja kattilan säätimien viritystä voidaan parantaa entisestään.
Opinnäytetyön on tilannut neljän veljeksen omistama maatalousyhtymä Etelä-Pohjanmaalta. Maatilan lämmöntarve jakautuu kolmen asuinrakennuksen, korjaamohallin ja navetan kesken. Lämpö tuotetaan polttamalla stokerikattilassa haketta, joka on tehty maatilan metsistä korjatusta harvennuspuusta.
Kattilan modernisointi aloitettiin tutkimalla puun palamisen teoriaa ja sen pohjalta valittiin mitattavat suureet, joilla kattilan automaatiota ohjataan. Suureiksi valikoituivat kattilaveden ja savukaasujen lämpötila sekä savukaasujen jäännöshappipitoisuus. Näillä suureilla ohjataan kattilaan ohjattavaa palamisilman sekä polttoaineen määrää. Kattilaan lisättiin anturoinnit edellä mainittujen suureiden mittaamiseksi. Lisäksi turvallisuusnäkökohtien takia lisättiin anturointia takapalon havaitsemiseen ja polttoainevaraston turvallisuuteen. Anturointien lisäksi opinnäytetyötä varten hankittiin säädettävä paloilmapuhallin ja automaatiojärjestelmä oheislaitteineen. Valittujen komponenttien pohjalta piirrettiin kytkentäkaavio, joka helpotti piirien johdotusta ja muiden oheiskomponenttien valintaa. Kun automaatiojärjestelmä oli saatu kasattua ja johdotettua, kytkettiin se ensin monitoroimaan järjestelmän toimintaa alkuperäisen ohjauksen rinnalla. Samalla automaatiojärjestelmää alettiin ohjelmoimaan tehtyjen havaintojen perusteella. Kun ohjelman perustoiminnot vaikuttivat toimivilta, ryhdyttiin koeajoon, jonka aikana ohjelmaan ja kattilaan tehtiin useita muutoksia ja korjauksia.
Vaikka kattilan viritystä ei voida pitää vielä loppuun asti optimoituna, on siinä merkittäviä parannuksia turvallisuudessa ja energiatehokkuudessa. Voidaankin todeta, että opinnäytetyön tavoitteet saavutettiin. Tulevaisuudessa etähallintaa ja kattilan säätimien viritystä voidaan parantaa entisestään.