Show simple item record

dc.creatorHaapa-aho, Jonne
dc.date.accessioned2011-07-08T06:21:15Z
dc.date.available2011-07-08T06:21:15Z
dc.date.issued2011-07-08
dc.identifier.urihttp://dspace.cc.tut.fi/dpub/handle/123456789/20607
dc.description.abstractCombustion control plays a major role in regards of efficiency and emissions in energy production. The goal in this thesis was to design, implement and test feedback combustion control strategies in a commercial small-scale pellet boiler (25 kW) equipped with additional measurement equipment and customized actuators. The boiler was situated in the laboratory of Czech Technical University in Prague. The thesis was conducted as cooperation between Tampere University of Technology and Czech Technical University in Prague. Introduction of small-scale combustion appliances and wood pellets as a fuel are carried out in this thesis. Combustion theory is also covered in order to make reasoned conclusions when choosing suitable control variables for the combustion control. The potential of some selected combustion control strategies are evaluated in respect of this particular combustion appliance. The control methods that were utilized are presented. The three feedback control strategies designed and tested in this thesis were residual oxygen in flue gas controlled by air or fuel feed and temperature in the upper end of the combustion chamber controlled by fuel feed. Also a cascade control structure which controlled both oxygen and temperature was designed and utilized. The main focus in the combustion control development was to minimize carbon monoxide (CO) emissions simultaneously maintaining high efficiency by reducing the amount of excess combustion air. It was concluded in this thesis that due to the heavy dynamics of the process from inputs to outputs, the performance improvement of the boiler obtainable by the feedback control was limited. Thus compensation of short term disturbances was out of question with the actuators available. However, the tendency of the process to drift could be avoided with the control strategies that were proposed. Had the primary and secondary air feeds been conducted by two separate fans, the situation would have been very different and the potential of utilizing feedback control would have been greater. Also the long measurement delay of the gas analyzer limited the combustion improvement. Additionally, it was concluded that the operation point plays a significant role in the boiler operation and on partial load the emissions can be higher due to insufficient mixing of gases and lower combustion chamber temperature. /Kir11en
dc.description.abstractPoltonhallinnalla on tärkeä rooli energian tuotannon päästöjen vähennyksessä sekä hyötysuhteen ylläpidossa. Tämän diplomityön tavoitteena oli suunnitella, toteuttaa ja testata takaisinkytketyllä säädöllä toteutettuja poltonhallintastrategioita markkinoilla olevaan pienen kokoluokan pellettikattilaan, joka oli varustettu lisämittalaitteilla sekä osittain kustomoiduilla toimilaitteilla. Kattila sijaitsi Prahan teknillisen yliopiston laboratoriossa. Työ tehtiin yhteistyössä Tampereen teknillisen yliopiston ja Prahan teknillisen yliopiston kanssa. Diplomityön alussa esitellään nykyisiä pienen kokoluokan pellettipolttolaitteita sekä käydään läpi puupelletin ominaisuudet polttoaineena. Polton teoria käydään läpi jotta työn aikana voidaan perustellusti valita sopivat säätösuureet poltonhallinnalle. Muutamien valittujen säätöstrategioiden soveltamispotentiaali kyseessä olevalle kattilalle arvioidaan ja esitellään säädön suunnitteluun käytettävät metodit. Toteutetut ja testatut säätöstrategiat olivat savukaasun jäännöshapen säätö sekä ilman että polttoaineen syöttöä ohjaamalla ja polttokammion yläosan lämpötilan säätö polttoaineen syöttöä ohjaamalla. Edellä mainittujen muuttujien yhtäaikaiseen säätöön suunniteltiin ja testattiin kaskadisäätörakennetta. Päätavoite poltonhallinnan kehitykselle oli minimoida häkäpäästöt (CO) ja ylläpitää samalla korkeaa hyötysuhdetta vähentämällä ylimääräistä polttoilman syöttöä kattilaan. Työssä ilmeni että prosessin raskas dynamiikka sisäänmenoista ulostuloihin rajoitti mahdollisuuksia parantaa kattilan toimintaa takaisinkytketyllä säädöllä. Tästä johtuen lyhyen aikavälin häiriöiden kompensointi säädöllä oli mahdotonta käytettävissä olevilla toimilaitteilla. Prosessin taipumus ajelehtia vakio sisäänmenoilla toiselle toiminta-alueelle pystyttiin kuitenkin esitetyillä säätömenetelmillä estämään. Mikäli prosessissa olisi ollut erilliset ensiö- ja toisioilmapuhaltimet olisi saatava parannus kattilan toimintaan ollut mitä todennäköisimmin suurempi ja näin ollen takaisinkytketyn säädön soveltamispotentiaali ollut suurempi. Hapen mittaukseen käytetyn kaasuanalysaattorin pitkä mittausviive myös osaltaan rajoitti saavutettavissa olevaa polton parannusta. Lisäksi työssä kävi ilmi että toimintapiste vaikuttaa huomattavasti palamisen laatuun kattilassa. Tämä kävi ilmi erityisesti toimittaessa osateholla, jolloin päästöt olivat suuremmat johtuen kaasujen ja polttoilman huonommasta sekoittumisesta sekä matalammasta polttokammion lämpötilasta.en
dc.format.extent79 p, app. 1 p
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.language.isoenen
dc.rightsThis publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.en
dc.titleCombustion Improvement of Small-Scale Pellet Boiler by Continuous Controlen
dc.title.alternativePienen kokoluokan pellettikattilan polton parannus takaisinkytketyllä poltonhallinnalla
dc.identifier.urnURN:NBN:fi:tty-2011070814754
dc.contributor.laitosSysteemitekniikan laitos – Department of Automation Science and Engineeringen
dc.contributor.tiedekuntaAutomaatio-, kone- ja materiaalitekniikan tiedekunta – Faculty of Automation, Mechanical and Materials Engineering
dc.contributor.yliopistoTampereen teknillinen yliopisto - Tampere University of Technologyfi
dc.programmeAutomaatiotekniikan koulutusohjelmaen
dc.date.published2011-06-08
dc.contributor.laitoskoodiase
dc.contributor.thesisadvisorLautala, Pentti
dc.contributor.degreesupervisorLautala, Pentti
dc.type.ontasotDiplomityö - Master's thesis


Files in this item

Thumbnail

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record