Високоефективните вентилатори, предизвикани от котлите, помагат за намаляване на потреблението на енергия в промишлените котли

В много промишлени котелни инсталации индуцираният вентилатор е един от най-големите непрекъснати електрически натоварвания в системата за димни газове. Високоефективните вентилатори с индуцирана тяга от котела могат да намалят това натоварване, но простото инсталиране на по-голям или по-нов вентилатор не гарантира по-ниска консумация на енергия. Истинските спестявания идват от съгласуването на вентилатора с действителния въздушен поток, системното налягане, температурата на димните газове и натоварването на котела.

Често срещан проблем е, че ID вентилаторът се избира само според мощността на котела. При действителна работа, обаче, необходимото натоварване се променя в зависимост от типа гориво, излишния въздух, температурата на димните газове, съпротивлението на колектора за прах, конфигурацията на канала и натоварването на котела. Поради това високоефективните вентилатори с индуцирана тяга от котела трябва да се избират от цялостните работни условия на системата, а не само от мощността на двигателя или размера на вентилатора.

1. Започнете с въздушен поток при действителния вход на вентилатора

Преди да изберете високоефективни вентилатори с индуцирана тяга от котела, определете дали посоченият въздушен поток се дава при нормални условия или при действителното състояние на входа на вентилатора.

Димният газ се разширява значително с повишаване на температурата. За просто изчисление:

Q₂ = Q₁ × T₂ / T₁

където Q е обемен поток и T е абсолютна температура в Келвин.

Например, ако необходимият дебит на димни газове е 30 000 Nm³/h при 20°C и температурата на газа на входа на вентилатора е 180°C:

Q₂ = 30 000 × 453 / 293 ≈ 46 350 m³/h

Това означава, че вентилаторът действително обработва приблизително 46 350 m³/h при посочената температура, като се приеме, че корекцията на налягането е малка за това предварително изчисление.

Използването на потока при стандартни условия директно за избор на вентилатор следователно може да доведе до машина с недостатъчен размер. Високоефективните вентилатори с индуцирана тяга от котела трябва да бъдат избрани, като се използват ясно определени газови условия, така че работната точка на кривата на вентилатора да е правилна.

2. Изчислете пълната загуба на налягане в системата

Ефективността на вентилатора не може да компенсира неправилно проектирана система за димни газове.

За високоефективни вентилатори с индуцирана тяга от котли, необходимото налягане трябва да включва всички основни точки на съпротивление:

Котелни газови проходи

Икономайзер

Въздушен подгревател

Циклон

Ръкавен филтър или ESP

Скрубер

Въздуховод

Колена и преходи

Амортисьори

Комин

Компенсатори и други компоненти

Едно практическо изчисление може да изглежда така: Компонент Загуба на наляганеКотел и топлопреносна секция850 Pa Въздуховод450 PaBag филтър1200 Pa Амортисьор и преходи250 PaКомин и изход350 PaОбщо3100 PaАко съпротивлението на системата е подценено, вентилаторът няма да достигне необходимия въздушен поток. Ако е значително надценен, вентилаторът може да работи при ненужно високо налягане и да консумира повече енергия.

Това е една от причините винаги да се избират високоефективни вентилатори с индуцирана тяга от котела заедно с изчисление на съпротивлението на системата.

3. Не използвайте амортисьора като основно енергоспестяващо устройство

Един от най-лесните проблеми за откриване по време на инспекция на инсталацията е вентилатор, работещ на почти пълна скорост, докато неговият входящ или изходящ амортисьор е силно задушен.

Вентилаторът продължава да генерира налягане, докато амортисьорът създава допълнително съпротивление, за да намали въздушния поток. Енергията, използвана за преодоляване на това изкуствено съпротивление, се губи до голяма степен.

За високоефективни вентилатори с индуцирана тяга от котли, управлението с променлива скорост често е по-ефективно, когато котелът има широк работен диапазон.

Законите за афинитета на феновете осигуряват полезна първа оценка:

Q₂ / Q₁ = N₂ / N1

P₂ / P1 ≈ (N₂ / N1)³

Например, ако скоростта на вентилатора е намалена от 100% на 80%:

P₂ / P₁ ≈ 0,8³ = 0,512

Теоретичната мощност на вентилатора става приблизително 51% от първоначалната стойност при сравними работни условия.

Действителните икономии на инсталацията ще зависят от кривата на системата, ефективността на двигателя, ефективността на VFD и новата работна точка. И все пак, кубичната връзка обяснява защо контролът на скоростта може да бъде много по-ефективен от дроселирането.

4. Използвайте налягането в пещта като контролна цел

Инсталирането на VFD само по себе си не е достатъчно.

Лошо конфигуриран VFD все още може да губи енергия, ако вентилаторът работи по-бързо от необходимото. Системата за управление трябва да отговаря на действителното изискване за тяга на пещта.

Типична подредба е:

Сензор за налягане в пещта → PID контролер → VFD → ID двигател на вентилатора

Например, ако необходимото налягане в пещта е -50 Pa и измереното налягане е -80 Pa, системата за управление трябва постепенно да намали скоростта на вентилатора, вместо да позволи на вентилатора да продължи да работи на пълна скорост.

Целевото налягане трябва да се установи в съответствие с изискванията за горене на производителя на котела. Прекомерното отрицателно налягане не е автоматично по-добро.

С правилно конфигурирани високоефективни вентилатори с индуцирана тяга от котела, целта е да се поддържа стабилно налягане в пещта, като същевременно се движи само количеството димни газове, необходимо за текущото натоварване на котела.

5. Поддържайте работното колело чисто

Състоянието на работното колело има пряк ефект върху работата на вентилатора.

При приложения на котли с биомаса, въглища, изгаряне на отпадъци и други прашни котли, пепелта може да се натрупа върху лопатките. Ако отлагането е неравномерно, това променя разпределението на масата на въртящия се възел и може да причини вибрации.

Една проста проверка за поддръжка трябва да включва:

Заключете вентилатора и следвайте процедурата за изолиране на инсталацията.

Проверете работното колело през отвора за достъп.

Проверете за натрупване на пепел от двете страни на остриетата.

Проверете водещите ръбове за ерозия.

Проверете за пукнатини или деформации.

Завъртете модула ръчно, когато е безопасно да го направите.

Проверете състоянието на лагера и центровката на вала след почистване.

Вентилатор, който първоначално работи безпроблемно, но развива нарастващи вибрации в продължение на няколко месеца, не трябва веднага да се обвинява мотора.

За високоефективни вентилатори с индуцирана тяга от котли поддържането на аеродинамичната форма и баланса на масата на работното колело е от съществено значение за запазване на проектираната производителност.

6. Високата температура променя работните условия на вентилатора

Температурата влияе както на плътността на газа, така и на механичния дизайн.

Когато температурата на димните газове се повиши, тяхната плътност намалява. Следователно действителният обемен поток се увеличава за същия масов поток.

Високата температура също може да повлияе на:

Разширяване на вала

Температура на лагера

Живот на лубриканта

Подравняване на съединителя

Разширяване на корпуса

Запечатване

Охлаждане на мотора

Избор на материал за вентилатор

За високоефективни вентилатори с индуцирана тяга от котли максималната постоянна температура на газа трябва да бъде определена преди финализиране на конструкцията на вентилатора.

За приложения със значителни температурни колебания трябва да се има предвид топлинното разширение по време на монтажа. Студеното подравняване, което изглежда правилно по време на изключване, може да се промени, след като оборудването достигне работна температура.

7. Проверете спада на налягането във филтъра, преди да увеличите скоростта на вентилатора

Мръсният ръкавен филтър често се бърка с малък вентилатор.

Да предположим, че промишлен котел първоначално работи с пад на налягането на ръкавния филтър от 900 Pa. След месеци на работа спадът на налягането се повишава до 1500 Pa поради натоварване с прах или лошо почистване.

Сега вентилаторът трябва да преодолее допълнително:

1500 - 900 = 600 Pa

Ако скоростта на вентилатора се увеличи за компенсация, мощността на двигателя може да се повиши значително.

Преди да увеличат скоростта на високоефективните вентилатори с индуцирана тяга от котела, техниците трябва да измерят налягането преди и след колектора за прах.

Ако спадът на налягането се е увеличил необичайно, проверете:

Филтърни торби

Импулсно-струйно почистване

Система за изхвърляне на прах

Запушване на бункера

Изтичане на въздух

Сензор за диференциално налягане

Фиксирането на компонента с високо съпротивление може да бъде по-икономично от модифицирането на вентилатора.

8. Практически случай: Намаляване на мощността на ID вентилатора при частично натоварване

Помислете за котел на биомаса, работещ с:

Капацитет на пара: приблизително 12 t/h

Дебит на димни газове при работни условия: приблизително 42 000 m³/h

Входяща температура на вентилатора: 165°C

Необходимо налягане на вентилатора: приблизително 2800 Pa

Мощност на двигателя: 75 kW

Скорост на вентилатора: приблизително 1480 об./мин

Съществуващо управление: входящ демпфер

Типично натоварване на котела: 60–90%

По време на нормалното производство операторите забелязаха, че токът на двигателя на вентилатора на ID остава относително висок дори когато мощността на котела спадна.

Първата проверка не откри сериозен проблем с лагера и работното колело беше структурно приемливо.

Следващата стъпка беше да се сравнят скоростта на вентилатора, позицията на клапата, налягането в пещта и натоварването на котела.

При приблизително 65% натоварване на котела, вентилаторът все още работеше близо до пълна скорост, докато входящият амортисьор беше значително затворен. Следователно системата контролираше въздушния поток главно чрез дроселиране.

Решението беше да се инсталира VFD и да се промени логиката на управление, така че скоростта на вентилатора да отговаря на налягането в пещта и натоварването на котела.

След пускането в експлоатация вече не е необходимо вентилаторът да работи близо до максимална скорост по време на периоди на ниско натоварване. Точното спестяване на енергия зависи от крайната работна точка и производствения график на инсталацията, но модификацията намали ненужната работа на вентилатора и осигури по-стабилен контрол на тягата.

Този случай илюстрира важен момент: високоефективните вентилатори с индуцирана тяга от котела не се отнасят само до хардуера на вентилатора. Стратегията за контрол може да има също толкова голямо влияние върху потреблението на енергия.

9. Следете тока на двигателя, но не диагностицирайте вентилатора само от тока

Токът на двигателя е полезен, но трябва да се третира като един работен параметър, а не като пълна диагноза.

За високоефективни вентилатори с индуцирана тяга от котли операторите трябва да имат тенденция:

Ток на двигателя

Мощност на двигателя

Скорост на вентилатора

Налягане в пещта

Входящо налягане на вентилатора

Налягане на изхода на вентилатора

Температура на димните газове

Вибрация

Температура на лагера

Диференциално налягане на филтъра

Например, ако токът на двигателя се увеличи, докато въздушният поток остава непроменен, проучете дали съпротивлението на системата се е увеличило.

Ако токът и вибрациите се увеличават заедно, проверете работното колело, лагерите, съединителя и центровката.

Ако токът намалее, докато налягането в пещта стане недостатъчно, проверете дали скоростта на вентилатора, положението на клапата, изтичането на въздуховода или състоянието на работното колело са се променили.

Данните за тенденциите са много по-полезни от еднократно отчитане по време на посещение за поддръжка.

10. Избягвайте големия вентилатор

Преоразмеряването е друг често срещан източник на неефективна работа.

Вентилатор, избран с прекомерен въздушен поток и налягане, може да прекара по-голямата част от работното си време далеч от предвидената проектна точка. След това операторите компенсират, като затварят амортисьорите или намаляват скоростта.

Когато избирате високоефективни вентилатори с индуцирана тяга, дефинирайте поне три работни условия:

Минимално натоварване → Нормално натоварване → Максимално натоварване

Вентилаторът трябва да осигурява стабилна работа в очаквания работен диапазон.

Ако котелът обикновено работи с 60–90% капацитет, изборът на вентилатор само около екстремния теоретичен максимум може да доведе до неефективна работна точка през по-голямата част от годината.

Целта не е най-големият фен. Това е правилният вентилатор.

11. Практически график за поддръжка

Енергийната ефективност не приключва след въвеждане в експлоатация.

За високоефективните вентилатори с индуцирана тяга от котли, проста програма за поддръжка, базирана на състоянието, може да предотврати влошаване на производителността.

Ежедневни проверки или проверки на смени:

Ток на двигателя

Температура на лагера

Налягане в пещта

Ненормален шум

Вибрационна индикация

Седмични проверки:

Състояние на вентилатора и двигателя

Работа на амортисьора

Изтичане на канал

Диференциално налягане на филтъра

Месечни или планирани проверки при спиране:

Отлагания на работното колело

Ерозия на острието

Състояние на съединителя

Състояние на вала

Основни болтове

Годишна или основна поддръжка:

Динамично балансиране, когато е необходимо

Проверка на лагера

Проверка на подравняването

Подробна проверка на работното колело

Сравнение на производителността с данни за въвеждане в експлоатация

Точният интервал трябва да се коригира според горивото, концентрацията на прах, работните часове и препоръките на производителя.

Заключение

Високоефективните вентилатори с индуцирана тяга от котела могат да намалят спомагателната консумация на енергия на котела, но ефективността започва с правилния инженеринг, а не просто с избора на високоефективен двигател.

Най-важните стъпки са ясни: изчислете действителния обем на димните газове, определете общото съпротивление на системата, изберете вентилатора около реалната работна точка, контролирайте скоростта според тягата на пещта, поддържайте работното колело чисто и наблюдавайте цялата система, вместо да гледате само тока на двигателя.

За съществуващите котли най-бързите възможности за спестяване на енергия често се намират при работа с частично натоварване, прекомерно дроселиране на амортисьора, замърсени филтри, изтичане на въздуховод и замърсяване на работното колело.

Една добре проектирана високоефективна система за вентилатори с индуцирана тяга от котела трябва надеждно да доставя необходимата тяга, като същевременно избягва ненужно налягане и въздушен поток. В дългосрочен план тази комбинация от правилен избор на вентилатор, поддръжка на системата и интелигентно управление е това, което превръща една обикновена изпускателна система на котел в ефективна.