Montag, 10. November 2014

Update

Ein kleines Update an dieser Stelle. Im Moment habe ich wirklich gar keine Zeit, denn ein größeres Bauvorhaben an unserem Haus bindet derzeit meine Arbeitskraft. Das einzige was mir bisher gelang, ist ein I2C LCD an die Steuerung zu hängen um alle Daten live zu sehen. Über kurz oder lang werde ich da noch ein LCD Menü hinterlegen in dem man auch alle Daten ändern kann. Das ist einfacher als über eine Modbus-Kopplung.

Samstag, 30. August 2014

Nach dem Outage ist vor dem Outage

Die Heizsaison 14/15 steht vor der Tür bzw. hat an mancher Stelle hier zu Lande schon begonnen.
Die letzten zwei Wochen gab es ein Heizungsoutage, bedingt durch einen Heizkörperwechsel.
Dabei gab es folgende Neuerungen auch am Holzvergaser:
  • Ultraschall-Wärmemengenzähler von Landis&Gyr
  • Optimierung der Attack Regel-Kulisse: Da die Klappen zu klein waren, war ein dichter Abschluss nicht möglich. Kurzer Hand ein bisschen Blech angeschweißt.
  • Innenauskleidung der Vergasungskammer mit einem Sandwich-Aufbau Steinwolle und Stahlblech.
  • Entgegen der oft zitierten Meinung, scheidet sich die Luft nicht unbedingt an der heißesten Stelle, d.h. direkt nach dem Kessel, sondern an der heißesten und der höchsten Stelle ab. Der Spirovent sollte also nicht nach dem Kessel installiert werden, sondern vor dem ersten Puffer. Begründung: Das thermische Austreiben von Luft aus Wasser braucht Zeit. Die hat das Wasser im Puffer, aber eben nicht im Kessel. Aus diesem Grund habe ich nun noch ein paar Schnellentlüfter über die Heizungsanlage verteil.
Was die nächsten Wochen noch ansteht?
Die Lambdasonde soll an die untere Wartungsklappe. Ich habe den leisen Verdacht das der Kessel an diversen Stellen Falschluft zieht.

Die zweite Revision meiner Steuerung steht immer noch aus. Ich weiß noch nicht genau wann ich dazu komme das Routing zu komplettieren. Mal schauen was der Winter bringt.

Die Proview-Devlopment/processs Station soll demnächst auf ein Cubieboard umziehen. 


Mittwoch, 30. April 2014

Wie gehts weiter?

Die Heizsaison ist ja langsam beendet. Ich hatte die letzten Wochen faktisch keine Zeit um irgendwas zu machen. Die gute Nachricht, soweit lief die Steuerung ohne Probleme durch diese Heizsaison.
Die schlechte Nachricht? Nun ich weiß nicht genau bis wann ich das Projekt fertigstellen kann. Ich hoffe aber das ich spätestens im Herbst eine erst beta Version präsentieren kann.

Sonntag, 23. Februar 2014

Durchsatz

Nach ein paar miserablen Abbränden wurde wieder einmal klar, dass die Düse sehr wohl die Leistung vorgibt. Sobald ein zu geringer Gesamtdurchsatz vorhanden ist, wird der Kessel unregelbar. In meinen Fall sind das etwa 40% Primär und 20% Sekundär. Nur ein paar Prozent weniger und der Kessel schwingt sich auf.
Die kaskadierte Regelung ist erstmal wieder Geschichte. Stattdessen werde ich den kommenden Abbränden versuchen eine Mehrgrößenregelung mit Gewichtung zu bauen. Damit kann man dann entscheiden, ob die Abgastemperaturbegrenzung oder die Pyrolyse wichtiger ist.
Die Entkopplung (zig-zag-Unterdrücken) ist weiterhin aktiv, aber mit einem jetzt zusätzlichen I-Glied.

Im Vergleich zu vielen Hochpreis-Kesseln liefert meine Regelung doch schon deutliche bessere Ergebnis in Bezug auf den Restsauerstoff.

Mein Ziel bleibt weiterhin den Abbrand so wenig wie es geht zu manipulieren. Wesentliche Messgröße ist dabei für mich die Sekundärluft bzw. die Größe ihrer Änderungsgeschwindigkeit d.h. ihrer zeitlichen Ableitung.




Mittwoch, 12. Februar 2014

Massenmessung

Die Blendenmessung scheitert vermutlich am bleibenden Druckverlust. Bei einem Kaminzug von vielleicht 20 Pa kann man nicht mehr viel opfern um den Abfall über die Blende zu messen.
Überschlägig würde sich ein Durchmesser von 25mm bei 5 Pa bleibend Druckverlust ergeben. Ich glaub nicht, dass sich das messen lässt. Zumindest hab ich keine Erfahrung mit so geringen Differenzdrücken.

Also werde ich mich dann eher am Schornsteinkopf mit diesem Messprinzip begnügen müssen:
Wiki
Dieses Messprinzip ist vergleichsweise günstig. IFM Sensor z.B..
Mal schauen ob man sowas nicht auch günstig gebraucht bekommt.


Warum will er das überhaupt?

Ich hoffe mir dadurch endlich zu Aussagen über die tatsächlichen Strömungsverhältnissen im Vergaser zu kommen. Nur dann ist man in meinen Augen überhaupt erst in der Lage sinnvolle Verbesserung zu machen ohne das man einfach wild drauf los probiert und zwei Jahre später feststellt "das war wohl doch nicht so gut als gemeint" oder gut gemeint ist oft nicht gut gemacht...

Dienstag, 4. Februar 2014

Wirkungsgrad

Ein wesentliches Problem von Holz ist, dass es sich um einen praktisch heterogenen Stoff handelt. Man kann den Heizwert der Kesselfüllung im Prinzip nie genau vorhersagen. Diese wesentliche Unsicherheit bei der Bestimmung des Wirkungsgrad geht voll zu Lasten der Genauigkeit. 10% Abweichung sind sogar in den einschlägigen Tabellen eher die Regel als die Ausnahme. Wer meint mit dem Restfeuchtegehalt des Brennstoffs ließe sich der Heizwert genauer beschreiben, der sollte sich einmal mit der Messung Selbigen beschäftigen.

Will sagen, vielleicht wäre es also sinnvoll den Wirkungsgrad auf eine andere Weise zu messen und ggf. Verbesserungen (neudeutsch: Tuning) relative zueinander zu betrachten.
Die Thermodynamik gibt uns dazu folgende Überlegungen:
Das heißt also der Wirkungsgrad kann auch durch die beiden anderen Wärmeströme ausgedrückt werden.
Der Abgasverlust und die eigentliche Heizleistung - sofern man den Kesselverlust vernachlässigt (In meinen Augen ist das okay, da er erstens relativ gering ist. Zweitens interessiert mich beim Tuning eher der vorher und nachher Vergleich. Der Absolutwert ist dagegen erstmal nicht ganz so wichtig.)

Was müssen wir kennen? Nun, um den Wärmestrom des Abgases zu kennen, müssen wir den Massenstrom kennen, die molare Wärmekapazität und natürlich die Abgastemperatur.
Problematisch wird es beim Massenstrom. Zwei Dinge die mir dazu einfallen: Messblende oder thermische Massenmessung am Schornsteinkopf (niedrige Temperatur erfolderlich). 
Beides habe ich noch nicht näher betrachtet.

cp ist leider auch abhängig von der Zusammensetzung des Brennstoffes, aber das spielt sich in einem unwesentlichen Bereich ab. Die Abhängigkeit von der Temperatur wird über gemitteltes cp nachbildetet und ist Stand der Technik.

Warum das ganze? Nun weil der Unterschied zwischen vorher und nachher nun nicht mehr von einem zufälligen Fehler (Heizwert) abhängig ist. Der systematische Fehler (Kesselverlust) spielt bei dieser Betrachtung nämlich keine Rolle - freilich aber wenn man den Absolutwert ermittelt. 
D. h. 1% mehr Wirkungsgrad ist mit diesem Verfahren tatsächlich ein 1% mehr. Bei der Messung über den Heizwert kann dieses eine Prozent auch zufällig, über einen besseren Heizwert bei der nachher Messung dazu kommen.

Es gibt aber auch noch jede Menge andere Dinge die man aus dem Abgasanfall ermitteln kann. Aber nicht mehr heute :)



Sonntag, 2. Februar 2014

Pyrolyse Regler 3.00

Ich hatte hier schon einmal vor einiger Zeit über die seltsame Bewandtnis der sich gegenseitig beeinflussenden Luftzuführungen berichtet.
Das Problem liegt eigentlich auf der Hand:

  1. Das Saugzuggebläse liefert je nach Gesamtdruckverlust (ideale Kennlinie wäre eine Parallele) einen definierten Förderstrom.
  2. Der Gesamtdruckverlust ist die Summe alle einzelnen Druckverluste. In meinem Fall also: $\Delta p_{v} = p_{v KlappenGes} + p_{v Wärmetauscher} ...$ 
  3. Für die Parallelschaltung von zwei Strömungswiderständen gilt analog zum elektr. Widerstand die reziproke Addition.
  4. Ändert man nun die Klappenstellung einer Klappe und damit ihren Druckverlust wird sich ein neuer Gesamtdruckverlust ergeben (unwesentliche Änderung) aber wegen der Parallelschaltung wird sich auch an der nicht bewegten Klappe ein neuer Widerstand ergeben (wesentliche Änderung).
  5. Auf gut Deutsch: Ändert man die Stellung einer Klappe ändert sich trotzdem beide Durchflüsse
Ein Beispiel: Die Sekundärklappe öffnet um 10%. Es strömt aufgrund des fast gleichen Gesamtdruckverlusts (siehe 1.) nun z.B. 5% mehr Luft ein. Dies wird aufgrund der Parallelschaltung nun von der Primärluft kompensiert. Hier muss zwangsläufig 5% weniger Luft einströmen.
Was passiert dadurch?
Die Regelung hatte eine unterschreiten des Restsauerstoffs festgestellt und benötigt nun mehr Sekundärluft. Die Klappe öffnet. Der Restsauerstoff wird wieder eingeholt. Zwischenzeitlich strömt aber 5% weniger Luft in die Vergasungskammer was als erstes die Wärmebilanz der Pyrolyse stört. Das führt (das ist jetzt eine These) dazu das die chemischen Reaktionen mit hohem endothermen Anteil ausgebremst werden (H2 Bildung) und sich die Vergasung auf die eher exothermen Reaktionen umstellt (C - CO Vergasung). 

Damit ändert sich nun 1. der Heizwert des Holzgases 2. der Sauerstoffbedarf zur Vollständigen Verbrennung. Was uns wieder an den Anfang des Problem führt. Es ensteht das schöne zick zack Fahren der Sekundärluft.
 Meine Pyrolyse Regelung unterbindet nun diesen Teufelskreis durch geschicktes gegensteuern. Hier sind einige Fallstricke enthalten die ich zwar schon erkannt habe aber noch nicht 100% in einen Algorithmus gepackt habe. 

Diese Erkenntnis führt nun zu ein paar weiteren möglichen Gedankenexperimenten:
  1. Die Messung des Wassergehaltes im Abgas könnte zu eine weiteren Führungsgröße für die Pyrolyse Regelung ergeben. Denn das Wasser aus dem Abgas wird ja bei der Verbrennung des Wasserstoffs aus der Pyrolyse gebildet und ist damit ein erste Klasse Indikator.
  2. Man kann eine Glut bzw. Kohle reduzierende Ausbrand-Fahrweise entwickeln. Dadurch wäre es nicht mehr notwendig einen Ausbrand mit reiner Kohle zu fahren und damit eine noch bessere Ausnutzung des Brennstoffes zu erzeugen. (Problem ist hier der hohe Luftüberschuss bei der Kohleverbrennung). 
Mit "zick-zack-Unterdrückung"

Dieser Screen ist zwar schon etwas älter, aber erzeigt das typische Zick Zack (Grün: Klappenstellung Sekundär)



Samstag, 1. Februar 2014

Danke an meine treuen Leser ;)

Heute warens dann 5200 Leute. Ein Ansporn weiter zu machen :). Morgen gibts hoffentlich wieder ein paar Bilder...

Montag, 6. Januar 2014

Heizen was sonst

Wie versprochen kommen hier noch ein paar Fotos:

Das war der gestrige Abbrand. Orange: Restsauerstoff, Gelb Abgastemperatur, Blau Primärluft, Grün Sekundärluft. 
Das Regelband liegt derzeit bei 7%. Ich finde das ziemlich gut zumal der Restsauerstoff nur eine Auflösung von 0,1 % Sauerstoff bringt und das schon 2,5% bezogen auf den Sollwert von 4,5 % Sauerstoff sind.

 Die Steuerung fertig aufgebaut. Es wäre noch platz für eine Ethernetkarte oder Display oder x-beliebige Arduino Shields.
Mein Leitstand ;).

Zurück im Netz

Leider war ich bis kurz vor Weihnachten vom Internet getrennt, so dass es erst jetzt wieder ein kleines Update gibt.

Hier mal meine Zusammenfassung zur Halbzeit dieser Heizperiode:
1. Eine Regelung nach Restsauerstoff und Abgastemperatur ist zwar [b]ein[/b] Ansatz - ich bezweifele aber, dass es der Richtige ist. Denn diese Vorgehensweise bildet das System Holzvergasung nicht nach. Ich selber arbeite daher seit geraumer Zeit mit drei Reglern. Wobei der dritte ein "virtueller" Regler ist.

2. Bei meinem Attack hab ich eine Totzeit von 300-360 Sekunden auf der Abgastemperatur. Alleine deswegen verbietet sich eine Primärgasregelung über die Abgastemperatur schon.

3. Die innerer Regelung, also die Restsauerstoff-Regelung hat dabei Priorität. D. h. ich versuch den Prozess über die beiden äußeren Regelungen so zu beeinflussen, dass ich möglichst lange und möglichst konstant auf dem eingestellten Restsauerstoff bleiben kann. Dabei ist es mir egal, ob die Abgastemperatur mal etwas höher oder niedriger liegt, die paar Joule Wärme die ich hier verliere Opfere ich gerne einer viel besseren Regelung mit weniger kumulativen Restsauerstoff.

4. Wie zu erwarten war, beeinflusst die Reststauerstoffregelung die Gasproduktion erheblich. Dummerweise mit unterschiedlichen Totzeiten. Anregeln der Holzgasmenge geschieht mit ca. 60 Sekunden Totzeit, das Abregeln allerdings mit 120 Sekunden. Was mich zu Punkt 5 bringt:

5. Das Stellglied Primärluft ist ne ziemliche Hure beim eindrosseln, denn das schließen der Klappe bewirkt erstmal gar nix im Sinne der Gasproduktion. In meinen Augen verändert sich erstmal nur die Gaszusammensetzung und erst wenn der Energiespeicher Glut nach ca. 60 Sekunden aufgebraucht ist, verringert sich die Primärgasmenge erkennbar.

6. Die Restsauerstoffregelung muss sehr schnell sein, da man ansonsten aufgrund von Punkt 4. in eine Rückkopplung kommt, dass sich im Zick Zack Fahren der Sekundärluft bemerkbar macht (obwohl der Restsauerstoffsollwert eingehalten wird).
Eine negative Rückkopplung zwischen den zeitlichen Ableitungen der beiden Stellglieder wäre hier vielleicht hilfreich, wurde aber noch nicht implementiert.

7. Die Belimos sind gerade so an der Grenze. Langsamer wäre schon nicht mehr drin.

8. Totzeiten im Stellglied sind tunlichst zu vermeiden (Spiel). Denn die mittlere Totzeit bei der Restsauerstoffregelung liegt bei ca. 1 Sekunde! Hat man jetzt noch Spiel beim Klappenmechanismus ist eine stabile Regelung praktisch nicht machbar.


Wie geht's weiter?
Nachdem ich im Moment jeden Tag heizen muss, kann ich nur wenig an der Steuerung ändern, da ich ansonsten den Vergaser jedes mal stark störe.
Drei Funktionen der Platine sind noch nicht getestet. Thermoelemente und externe AD-Wandler.
Sobald ich das habe, werde ich die eine neue Revision der Platine fertigstellen und in Produktion geben. Zeitplan sieht dafür Ende der Heizperiode vor.
Danach möchte ich einen Schaltschrank bauen, da derzeit fliegende Installation der Messstechnik.

Zwischendurch möchte ich dann Proview mal auf Version 5 updaten und meine Visualisierung über das Internet zugänglich machen, dass war auch der Grund warum ich meinen Internetprovider gewechselte hatte.