Optimerad eldning

PIC, AVR, Arduino, Raspberry Pi, Basic Stamp, PLC mm.
Användarvisningsbild
pi314
Inlägg: 5676
Blev medlem: 23 oktober 2021, 19:22:37
Ort: Stockholm

Re: Optimerad eldning

Inlägg av pi314 »

@danei:

Varför inte?

/Pi
danei
EF Sponsor
Inlägg: 26335
Blev medlem: 2 juni 2003, 14:21:34
Ort: Östergötland
Kontakt:

Re: Optimerad eldning

Inlägg av danei »

Efter som du kör luften genom bränslet så kommer du att få syreunderskott oavsett hur mycket luft du kör på. Det du kan reglera är effekten.
Användarvisningsbild
pi314
Inlägg: 5676
Blev medlem: 23 oktober 2021, 19:22:37
Ort: Stockholm

Re: Optimerad eldning

Inlägg av pi314 »

Nivån på utmaningen ökar ett steg när någon hävdar att det jag vill göra är omöjligt! :)

Har jag sagt att jag tycker om utmaningar?

Jag återkommer med rapport när jag fått dom delar som jag ännu saknar för att kunna testa.

Utöver lambda-sond och interface har jag även beställt en termokopplare och en MAX6675 modul så att jag kan mäta rökgastemperaturen. Den underlättar för att dels se när förbränningen kommit igång och dels se när det brunnit färdigt och lufttillförseln kan först minskas och sedan efter ett tag stängas helt.

De resultat som jag hoppas åstadkomma är dessa.
1. Minskat krav på övervakning av eldningen. Jag måste gå ut för att komma in i källaren/pannrummet. Vilket kan vara okomfortabelt när vädret är dåligt.
2. Förbättrad verkningsgrad så att jag får mer energi från veden som jag stoppar in.
3. Bättre förbränning och därmed mindre sotning och renare avgaser.

Jag återkommer med rapport när jag börjat testa.

Om någon är intresserad kan jag lägga upp en lista på länkar till sidor och dokument som jag tittat på och där liknande styrningar gjorts och utvärderats. Min intryck från de mätningar och tester som jag läst om är att styrning mot 7,5 - 8,5% syre i rökgaserna ger nära optimal förbränning. Syretillförsel till sekundärförbränning och styrning av spjäll kommer jag inte att reglera med styrdatorn. Jag kommer att nöja mig med schabloninställningar för sekundärluft och spjäll med spjällets inställning baserad på utetemperatur och vind.

Torr ved gör vedeldning roligare på flera sätt. Jag torkar minst två år i vedförråd med tak men med mycket ventilation utomhus. Jag har två korgar med ca 8-10 kg vardera i pannrummet. Jag ska göra ett litet vedförråd intill pannan så att jag kan ta in lite mer ved före eldning. Om man kan sänka vattenmängden i veden från 25% till 12,5% så ökar energiutbytet med ca 15%.

/Pi
danei
EF Sponsor
Inlägg: 26335
Blev medlem: 2 juni 2003, 14:21:34
Ort: Östergötland
Kontakt:

Re: Optimerad eldning

Inlägg av danei »

Du får väldigt gärna lägga ut länkar. Jag har spånat på något liknande men inte kommit igång. Sannolikt blir det inte mycket av det. Men det skulle inte vara ett dumt projekt att genomföra.
Användarvisningsbild
pi314
Inlägg: 5676
Blev medlem: 23 oktober 2021, 19:22:37
Ort: Stockholm

Re: Optimerad eldning

Inlägg av pi314 »

Länkar
Här är lite länkar för den som vill läsa lite mer om lambdastyrd vedeldning.

Den sista länken tycker jag är lite rolig. Den fick mig att associera till vad den europeiska bilindustrin hävdade mellan ungefär 1975 och 1985 ("det går inte") och som gjorde att Europa fick lambda-styrning i bilar och blyfria och renare bilavgaser ungefär 10 år senare än USA. En mentalitet som även ger associationer till "dieselgate".

Här är några länkar till text om lambdastryrd vedeldning.

Oxygen Sensor for Control of Wood Combustion

Lambda Controlled Wood Boilers
Lambda controlled combustion in wood burning boilers combines modern computer processing and control with the ancient use of wood as fuel.
https://woodboilers.com/lambda-controlled-wood-boilers/

DIY Lambda
However, I can tell you as a Lambda owner, that efficiency was not my biggest reason for buying the unit. I'll also say that the Lambda controller makes a huge difference to me. This is because I really bought the unit for the convenience it offers, and also because of my nature. I'm the kind of person that would spent a lot of time fiddling with a traditional unit and making sure it is running just so. The geek in me also enjoys seeing this unit do it's thing.
https://www.hearth.com/talk/threads/diy-lambda.121980/

Not your grandpa's garn
The desired result is to maintain a setpoint of 7% O2 residual in the fluestream. This is basically how most all o2 controlled boilers operate, just not done with a garn before.
https://www.hearth.com/talk/threads/not ... arn.80938/

How much can lambda sensor technology improve burning efficiency?
These boilers all boast improved designs and smokeless operation, with running efficiencies often over 90% LHV (normal wood stoves have efficiencies ranging from 60-90%). If lambda control is turned off or is defective, the boilers operate as conventional boilers without the increased efficiency.
https://forgreenheat.blogspot.com/2012/ ... ensor.html

Development of an air fuel control system for a domestic wood pellet boiler
The O2 concentration in flue gas can be controlled to be 8.5% ± 1% without significant change of CO and NOx concentration.
https://www.researchgate.net/publicatio ... let_boiler

Oxygen Sensor for Control of Wood Combustion: A Review
Custom designed and manufactured in the UK, this module gives an easy way to add lambda feedback data to any biomass combustion process.
https://secure.lambdapower.co.uk/partsearch/biomass.asp

The controller Lambda-Control 1
This system fundamentally operates by automatically “learning” and “gathering” pertinent characteristics of your heating system and its operating methods. This information is then used to calculate the optimal settings resulting in the highest level of comfort and efficiency, an extraordinary eco-friendliness and last but not least in a significant reduction of energy costs.
https://www.zerobiomass.co.uk/Document% ... ol%201.pdf

Potential of Integrated Emissions Reduction Systems in a Firewood Stove under Real Life Operation Conditions
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.en ... ls.7b00803

9 Reasons Manufacturers Don't Use Sensors in Wood Stoves
https://forgreenheat.blogspot.com/2013/ ... t-use.html

Dom "9" orsakerna är faktiskt 12...

/Pi
DennisCA
Inlägg: 2248
Blev medlem: 13 maj 2014, 08:44:18
Ort: Finland, österbotten

Re: Optimerad eldning

Inlägg av DennisCA »

Henry skrev: 15 november 2021, 15:50:15 De blir väldigt snabbt uppvärmda och det bränner bort allt som inte skall vara där.
Så ser det ut i kakelugnen min efter den har brunnit bra, väggarna på insidan är gråa och inte svarta. Om det brunnit sämre så blir det svart sot och det finns alltid delar med sot på dom. Men jag behöver sota väldigt sällan... Ska väl ha en att komma igen nästa sommar, då var han sist 2017. Kakelugnen har passiv sekundär förbränning, tar in extra luft framför elden.

Är det något jag skulle vilja automatisera i eldandet är det stängandet av spjället. Man glömmer så ofta och det borde stängas halvvägs efter elden börjat brinna ner och sen helt då glöden slocknat.
Användarvisningsbild
pi314
Inlägg: 5676
Blev medlem: 23 oktober 2021, 19:22:37
Ort: Stockholm

Re: Optimerad eldning

Inlägg av pi314 »

@DennisCA:

Min nuvarande eldningsrutin
En typisk eldning för mig nu består av ca 6-7 promenader ut och ner i källaren till pannrummet.
Inom parantes ungefärligt antal minuter efter att jag tänt.
1. Tänd och fyll pannan med ved.
2. Kolla att det brinner bra och ställ ner lufttillförseln (5-10).
3. Kolla temperaturen och hur mycket det är kvar av veden. Fyll eventuellt på med ved (ca 35).
4. Fyll på med ved, om det inte gick vid punkt 3 (ca 50).
5. Titta till, så att pannan inte blir för varm (ca 1 timme 15 minuter).
6. Stäng luft och spjäll när elden brunnit ut (ca 2,5 till 3 timmar).

Om jag kan göra en påfyllning i samband med tändning och sedan gå ner och stänga spjället efter några timmar så har jag förenklat eldningen betydligt. Automatisk stängning av spjället vore ännu bättre, men det kräver ett "servo" som jag inte vet riktigt hur jag ska tillverka. Min styrning till dragluckan är klar men inte monterad ännu. Nu har jag kopplat bort dragregulatorn och styr dragluckan manuellt. Jag kom just på att jag kan använda dragregulatorn som "temperaturvakt" om jag kopplar en sensor till Arduinon så att den ser när temperaturen i pannan passerar ca 90°C. Då kan jag strypa lufttillförseln och därigenom undvika att pannan blir för varm.

Användargränssnitt
Inte väl genomtänkt ännu, men ungefär så här tänker jag mig användargränssnittet.
Arduinon har två tryckknappar och tre lysdioder.
LED 1 = Ready och standby (aktiveras vid påslag).
LED 2 = Styrning aktiv. Blinkar vid paus för påfyllning av ved.
LED 3 = Tänds när eldningen är avslutad och dragluckan stängts.
Tryckknapp 1 = Aktivera styrning.
Tryckknapp 2 = Pausa styrning för påfyllnad av ved.

Paus är för att lambdasonden kommer att få konstiga värden när luckan på pannan öppnas.

Med en display kan man tänka sig att visa syrehalt, rökgastemperatur, m.m. Kanske trevlig att ha när man "trimmar in" PID-algoritmen för styrning av lufttillförseln.

/Pi
Användarvisningsbild
AndLi
Inlägg: 17045
Blev medlem: 11 februari 2004, 18:17:59
Ort: Knivsta
Kontakt:

Re: Optimerad eldning

Inlägg av AndLi »

När jag eldade i panna så övervakade jag temperaturen in till tanken, när den började sjunka visste jag att det var dags att gå och fylla på.

Hade stora planer men flyttade till isolerat hus med elpanna istället...:)
Användarvisningsbild
pi314
Inlägg: 5676
Blev medlem: 23 oktober 2021, 19:22:37
Ort: Stockholm

Re: Optimerad eldning

Inlägg av pi314 »

Kort rapport
Jag har fått lambdasensor och styrkort från Bylund.
Jag har beställt en M18 x 1,5 gängtapp.
Jag har plockat fram en rökgastermometer som jag tänkte mäta lite med innan jag monterar lambdasonden.
Sonden ska helst inte monteras vertikalt eller horisontellt utan minst 10° från horisontellt och minst 15° från vertikalt. Min rökgaskanal mellan panna och skorsten är i stål och rektangulär, så jag vet inte riktigt hur jag ska montera sensorn för att få lämplig vinkel. Kanske gör jag en liten "kil" i stål som jag monterar på översidan på kanalen som ger en lutning på 15°?

Vad är målsättningen med lambdastyrd vedeldning?
Jag hittade den här bilden (högerklicka på bilden och öppna i nytt fönster) som jag tycker ganska bra beskriver vad jag vill åstadkomma.

Bild

Bilden kommer från en broschyr från ett japanskt företag som tillverkar och säljer en lambdasond som tagits fram speciellt för styrning av eldning med gas och biomassa.

https://plug.fkk-corporation.com/images ... log_EN.pdf

I bilden ovan finns inga siffror på vad som är den optimala syrehalten i rökgaserna. Från vad jag hittat i andra dokument om lambdastyrd vedeldning är min slutsats att ca 7 - 8,5% syre i rökgaserna är optimalt.

Ungefär som vid lambdastyrning av förbränningsmotorer så uppnås bästa verkningsgrad ungefär samtidigt som utsläpp av koloxid, kväveoxider och sot är låg. Något som kanske minskar risken för att grannar ska uttrycka missnöje med eldningen. Att rökgaserna är osynliga är kanske ett plus i det sammanhanget.

Det kommer att ta ett tag (kanske någon eller några veckor) innan jag kan testa, men jag kommer att väga veden och mäta temperaturhöjning med stängd shunt, så att jag kan mäta energiutbytet.
Först några eldningar utan lambdastyrning och sedan några eldningar med lambdastyrning, så att jag kan se skillnaden.

Mest av allt hoppas jag att det blir enklare att elda. Jag hoppas kunna minska antalet promenader till källaren vid ett eldningstillfälle från nuvarande 5-7 till 2 om styrningen fungerar som jag vill.

Ser med spänning fram emot resultatet... :)

Mätare för rökgastemperaturen (termokopplare och MAX6675 modul) som jag kan koppla till Arduinon har jag beställt från Kina, så det tar nog några veckor innan jag får dom. Dom kan jag börja testa utan eftersom dom inte kommer att påverka styrningen. Jag har beställt en liten display, med 20 x 4 tecken så att jag kan se t.ex. syrehalten och rökgastemperaturen löpande. Även den är beställd från Kina.

Jag har inte bestämt ännu hur jag ska strömförörja styrningen, men jag har några "små" aggregat med 5 volt (till Arduino och linjärmotor) och 12 volt (till uppvärmning av lambdan) som bör fungera.

/Pi
Användarvisningsbild
säter
Inlägg: 32514
Blev medlem: 22 februari 2009, 21:16:35
Ort: Säter

Re: Optimerad eldning

Inlägg av säter »

För länge sedan läste jag på något forum om en gubbe som förespråkade att man skulle tända i toppen av brasan.
I morse såg jag samma sak på nyhetsmorgon.
Själv är jag helt inne på den linjen.
danei
EF Sponsor
Inlägg: 26335
Blev medlem: 2 juni 2003, 14:21:34
Ort: Östergötland
Kontakt:

Re: Optimerad eldning

Inlägg av danei »

Ja, om man har en kokspanna är det definitivt vettigt. Det funkar ju tyvärr inte när man lägger på mer ved.
Användarvisningsbild
pi314
Inlägg: 5676
Blev medlem: 23 oktober 2021, 19:22:37
Ort: Stockholm

Re: Optimerad eldning

Inlägg av pi314 »

Tända i toppen?
Hur är det bäst att tända? I toppen eller längre ner?

Här har naturvårdsverket sammansällt råd för hur man ska elda.

https://www.naturvardsverket.se/vedeldning

I kamin, spis och ugn är rådet att tända nära toppen. Dom använder något tändmedel som placeras under översta lagret med ved. Veden travas korsvis. med väldigt mycket luft.

När det gäller vedpannor anges att man i första hand ska följa tillverkarens anvisningar. Men, även här är den generella rekommendationen att trava veden luftigt "korsvis", som en virkesstapel, och sedan tända under det översta lagret i stapeln.

För min panna är instruktionen från tillverkaren CTC denna.
  • När pannan ska tändas
    Öppna spjället helt. Gör upp en liten fyr med torr ved, så fort det tagit sig, fyll på mer ved. Öppna påfyllningsluckans luftventil (sekundärluft) ett varv. Den härigenom tillförda sekundärluften bidrager till en god slutförbränning.
Kanske varierar det optimala förfarandet beroende på pannans/kaminens/eldstadens konstruktion?

Att trava veden på det sätt om Naturvårdsverket rekommenderar är närmast omöjligt genom den "lilla" luckan i eldstadens framkant/överkant på min panna. I alla fall utan att stoppa in armarna i pannan på ett sätt som jag helst undviker.

Min panna är konstruerad så att en bimetall styr dragluckan. När pannan når 75-80°C är det tänkt att dragluckan ska stängas och strypa lufttillförseln. Jag har tagit bort den kopplingen och styr förbränningen med dragluckan manuellt. Den styrningen tänker jag överlåta till Arduinon baserat på data från lambdasonden.

Med lambdastyrning ska man nog vara beredd på att de anvisningar som finns för "manuell" eldning inte gäller.

/Pi
danei
EF Sponsor
Inlägg: 26335
Blev medlem: 2 juni 2003, 14:21:34
Ort: Östergötland
Kontakt:

Re: Optimerad eldning

Inlägg av danei »

Stapla in veden relativt
tätt och tänd på toppen. Det är det vettigaste i din panna. Du kommer sannolikt att upptäcka det när du börja mäta lambdavärdet.
Användarvisningsbild
säter
Inlägg: 32514
Blev medlem: 22 februari 2009, 21:16:35
Ort: Säter

Re: Optimerad eldning

Inlägg av säter »

danei skrev: 19 november 2021, 17:18:14 Det funkar ju tyvärr inte när man lägger på mer ved.
Det är nackdelen med den metoden.
Gubben lyckades tydligen få till riktig blålågeförbränning med den metoden.
danei
EF Sponsor
Inlägg: 26335
Blev medlem: 2 juni 2003, 14:21:34
Ort: Östergötland
Kontakt:

Re: Optimerad eldning

Inlägg av danei »

Jag slängde up kokspannan som var i huset när vi köpte det. Den brann hyfsat första brasan, men när man la på blev det inget bra. Nu har jag en keramiskpanna med omvänd förbränning.
Skriv svar