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...