Вентилаторите с принудителна тяга на котела поддържат стабилно подаване на въздух за горене в промишлени предприятия

В един промишлен котел стабилността на горене зависи не само от самата горелка. Горивната система трябва да получава точното количество въздух при необходимото налягане, дори когато натоварването на котела се променя. Вентилаторите с принудителна тяга на котела осигуряват този въздух за горене, като избутват околния или предварително загрят въздух към горелката, вятърната кутия, решетката или пещта. В системите с балансирана тяга вентилаторът с принудителна тяга работи заедно с вентилатора с индуцирана тяга, за да контролира въздушния поток през котела.

Защо подаването на въздух за горене е важно

Горивото не може да гори ефективно, ако наличният кислород е недостатъчен. В същото време простото подаване на повече въздух не е решение. Излишният въздух абсорбира топлина и отвежда допълнителна топлина през комина, което може да намали ефективността на котела. Поради тази причина вентилаторите с принудителна тяга на котела трябва да осигурят достатъчен въздушен поток в целия работен диапазон, вместо просто да произвеждат максималния възможен обем въздух.

Например, помислете за котел на биомаса, работещ между 60% и 100% натоварване. Ако вентилаторът работи с почти пълна скорост, независимо от натоварването на котела, системата може да получи прекомерен въздух за горене при ниско натоварване. По-добрият подход е да се контролира въздушния поток според действителното търсене на гориво, като се използва входящ амортисьор, входяща направляваща лопатка или VFD в зависимост от дизайна на системата. Изследванията върху управлението на променлива скорост в котелната централа също показаха връзката между работата на вентилатора, излишния въздух и ефективността на котела. 

Не избирайте вентилатора само от мощността на двигателя

Една от най-честите грешки при смяна на вентилатор на бойлер е да се изисква двигател с мощност 30 kW, 45 kW или 75 kW и да се очаква производителят на вентилатора да определи всичко от това число. Мощността на двигателя е резултат от процеса на избор на вентилатора, а не основният параметър за избор.

За вентилатори с принудителна тяга на котела основната информация трябва да включва:

Необходим въздушен поток, като m³/h или CFM

Необходимо статично налягане или общо налягане

Температура на входящия въздух

Тип гориво

Капацитет на котела

Работна надморска височина

Очакван диапазон на натоварване

Загуби на налягане в канали и оборудване

Устойчивост на горелка или решетка

Падане на налягането на въздушния подгревател, ако е инсталиран

Метод на контрол

Напрежение и честота на двигателя

Монтаж на вентилатора

Посока на въртене и позиция на изхода

Изискването за налягане трябва да се изчисли от целия въздушен път. Въздуховоди, колена, амортисьори, филтри, въздушни подгреватели, вятърни кутии, регистри на горелките и други компоненти допринасят за устойчивост. 

Практически пример за избор на вентилатор

Да предположим, че промишлен котел изисква 18 000 m³/h въздух за горене при 2 200 Pa статично налягане при проектни работни условия. Вентилаторът не трябва да се избира просто като „18 000 m³/h вентилатор“.

Първо, инженерът трябва да потвърди дали 18 000 m³/h е действително необходимият оперативен въздушен поток или вече включва необходимия проектен резерв. След това трябва да се изчислят загубите на налягане между входа на вентилатора и пещта.

Например:

Загуба във въздуховода: 300 Pa

Загуба на амортисьор: 180 Pa

Загуба на въздух за подгряване: 450 Pa

Windbox и загуба на горелка: 700 Pa

Други загуби в системата: 350 Pa

Изискван марж: оценява се отделно според проекта

Тогава изборът на вентилатор трябва да се провери спрямо получената работна точка, а не само спрямо въздушния поток. Това е особено важно, когато вентилаторите с принудителна тяга на котела се използват като заместители на съществуващ модул, тъй като промените в тръбопровода или горелката могат да изместят действителната работна точка.

Налягането на вентилатора и въздушният поток трябва да съответстват на котела

Вентилаторът може да произведе голям въздушен поток при ниско налягане и пак да не успее да достави необходимия въздух към пещта. Обратно, изборът на прекомерно налягане може да доведе до ненужно дроселиране и по-висока работна мощност.

Ето защо кривата на производителността на вентилатора е важна. Проектната точка трябва да бъде разположена в подходяща област от кривата на вентилатора, с достатъчен обхват на регулиране за нормална работа на котела.

За вентилатори с принудителна тяга на котела обикновено проверявам поне три работни точки:

Минимално стабилно натоварване на котела

Нормално работно натоварване

Максимално непрекъснато натоварване

Ако котелът нормално работи при 70–90% натоварване, вентилаторът не трябва да се оптимизира само за теоретична точка от 100%. Действителният работен обхват има значение, тъй като търсенето на въздух за горене се променя с входящото гориво.

VFD контролът може да бъде полезен, но не е автоматично най-доброто решение

Задвижванията с променлива честота често се разглеждат като вентилатори с принудителна тяга на котела, тъй като скоростта на вентилатора може да се регулира според натоварването на котела. За центробежните вентилатори законите на вентилатора предоставят полезна основа за разбиране на ефекта от промените в скоростта: въздушният поток се променя приблизително със скоростта, налягането се променя приблизително с квадрата на скоростта и мощността се променя приблизително с куба на скоростта.

Това означава, че относително малко намаление на скоростта може да доведе до значително намаляване на мощността на вентилатора.

Изборът на VFD обаче трябва също така да вземе предвид двигателя, минималната работна скорост, реакцията на управлението, изискванията за стартиране, хармоничните съображения и необходимата стратегия за контрол на въздушния поток. VFD не трябва просто да се добавя, защото звучи по-ефективно. Цялата система за управление на котела трябва да бъде разгледана. Какво се случва, когато вентилаторът е с недостатъчен размер? Вентилаторът с принудителна тяга на котела с малък размер може да изглежда приемлив по време на работа с ниско натоварване, но да се превърне в пречка, когато котелът достигне пълно натоварване.

Типичните симптоми включват:

Вентилаторът работи близо до максимална скорост

Невъзможност за постигане на необходимия въздушен поток

Нисък кислород в пещта

Нестабилно горене

Увеличаване на CO

Намалено производство на пара

По-висок разход на гориво

Прекомерен спад на налягането във въздушната система

Амортисьорът остава напълно отворен

Преди да сменят вентилатора обаче, техниците трябва да потвърдят, че проблемът всъщност е капацитетът на вентилатора. Мръсен филтър, запушен канал, неправилно позициониран амортисьор, замърсен въздушен подгревател или модифицирана горелка могат да увеличат съпротивлението на системата и да създадат симптоми, които изглеждат като недостатъчен вентилатор.

Примерен случай: Котел на биомаса с недостатъчен въздушен поток

Помислете за котел на биомаса, първоначално проектиран за приблизително 15 000 m³/h въздух за горене. След няколко години работа инсталацията премина към по-влажно гориво от биомаса.

Операторът забеляза, че котелът вече не може да поддържа предишното състояние на горене при високо натоварване. Първоначалното предположение беше, че FD вентилаторът е станал твърде малък.

Проверка на място установи три важни условия:

Вентилаторът все още достигаше приблизително първоначалната си проектна скорост.

Входящият амортисьор беше почти напълно отворен

Новото гориво съдържа значително повече влага.

Ето защо инженерният екип провери изискването за въздух за горене и системното налягане, преди да вземе решение за вентилатор за смяна. Това е важно, защото смяната на горивото може да промени необходимите условия на горене; простото увеличаване на размера на вентилатора може да не реши основния проблем с процеса.

Окончателният избор на вентилатор се основаваше на ревизираните изисквания за въздушен поток и налягане, а не на старата мощност на двигателя.

FD вентилатор и ID вентилатор трябва да се разглеждат заедно

В котел с балансирана тяга вентилаторът FD доставя въздух за горене, докато вентилаторът ID отстранява димните газове и помага да се поддържа необходимото налягане в пещта. Тези два вентилатора изпълняват различни функции, но пряко влияят на един и същ процес на горене.

Ако страната на FD доставя значително повече въздух, отколкото системата може да отстрани, налягането в пещта може да се увеличи. Ако страната на ID дърпа твърде силно спрямо входящия въздух за горене, може да се развие прекомерно отрицателно налягане.

Ето защо, когато подменяте вентилаторите с принудителна тяга на котела, е полезно да проверите и съществуващия ID режим на вентилатора. Новият FD вентилатор трябва да отговаря на работния обхват на цялата система за контрол на тягата, вместо да бъде оценяван като изолирана част от оборудването.

Температурата на въздуха също влияе върху избора на вентилатор

Температурата на въздуха за горене трябва да бъде уточнена, преди да изберете вентилатори с принудителна тяга на котела.

Ако вентилаторът работи с околния въздух, плътността е различна от система, в която въздухът е преминал през въздушен подгревател. С повишаването на температурата на въздуха, неговата плътност намалява, което се отразява на връзката между обемния поток, масовия поток, налягането и мощността на вентилатора.

Например, двете системи могат да показват 20 000 m³/h на хартия, докато работят при значително различни температури на въздуха. Поради това инженерното изчисление трябва да установи действителната работна температура и база на налягане, вместо да третира числото на обема като независимо от работните условия.

Това става особено важно при котли, използващи въздушни подгреватели или друго оборудване за възстановяване на топлината.

Проверки за поддръжка, които не бива да се пропускат

Дори правилно избран вентилатор може да загуби производителност поради проблеми с поддръжката. За вентилатори с принудителна тяга на котела рутинната проверка трябва да включва работно колело, лагери, вал, съединител, ток на двигателя, вибрации, състояние на входа, положение на клапата и тръбопровод.

Ако въздушният поток постепенно намалява, докато скоростта на вентилатора остава непроменена, не увеличавайте веднага скоростта. Първа проверка:

Запушване на входния филтър

Отваряне на амортисьора

Запушване на канала

Замърсяване на работното колело

Състояние на лагера

Състояние на ремъка или съединителя

Въртене на вентилатора

Налягане в системата

Съпротивление на горелка или вятърна кутия

Работно колело, замърсено с прах или отлагания, може да промени аеродинамичните условия и да увеличи дисбаланса. Увеличаването на скоростта за компенсиране може да увеличи механичното натоварване, без да реши първоначалния проблем. Каква информация трябва да се изпрати на производителя на вентилатора? За RFQ, включващ вентилатори с принудителна тяга на котела, полезното техническо запитване трябва да съдържа много повече от капацитета на котела.

Практически RFQ може да включва:

Капацитет на котела: 20 TPH

Гориво: биомаса / въглища / природен газ / нефт

Необходим въздушен поток: 18 000 m³/h

Необходимо налягане: 2200 Pa

Температура на въздуха: 40°C

Надморска височина: 35м

Работна честота: 50 Hz

Напрежение на двигателя: 415 V

Управление: VFD

Монтаж: Вътрешен

Ротация: Предстои потвърждение

Посока на изхода: Предстои потвърждение

Ако съществуващият вентилатор се подменя, снимките, информацията от табелката, кривата на вентилатора, данните за двигателя, размерите на канала и действителните работни измервания също са изключително полезни.

Колкото по-пълни са работните данни, толкова по-лесно е да изберете вентилатори с принудителна тяга на котела, които отговарят на реалната работа на котела, вместо да изберете модел от каталог, базиран само на номиналния въздушен поток.

Заключителни съображения

Основната цел на вентилаторите с принудителна тяга на котела е ясна: осигуряване на горивната система със стабилен, контролируем въздух при налягането, изисквано от котела. Инженерното предизвикателство е да се направи този въздушен поток достъпен в целия работен диапазон, като същевременно се поддържат под контрол мощността на вентилатора, налягането в пещта, условията на горене и механичната надеждност.

За проект на нов котел вентилаторът трябва да бъде избран от пълното изчисление на съпротивлението от страната на въздуха. За проект за подмяна действителните работни данни трябва да се сравнят с оригиналната крива на вентилатора, преди да се реши дали проблемът е недостатъчен капацитет на вентилатора, повишено съпротивление на системата или промяна в условията на горене.

Следователно добре подбраният вентилатор с принудителна тяга за котела не е просто вентилатор с висок въздушен поток. Това е компонент, съобразен с горивото на котела, горивната система, загубите на налягане, работната температура, метода на управление и очаквания диапазон на натоварване. Това е, което позволява на котела да поддържа стабилно горене без ненужна загуба на мощност на вентилатора.