Вентилаторите за промишлени котли се адаптират към нарастващите изисквания за надежден въздушен поток за горене

Индустриалните котелни системи стават все по-взискателни, тъй като инсталациите се опитват да поддържат стабилно горене, като същевременно контролират разхода на гориво, емисиите и оперативните разходи. В тази среда промишлените вентилатори за котли вече не се избират просто според капацитета на котела или мощността на двигателя. Действителната работа на вентилатора зависи от изискванията за въздух за горене, съпротивлението на системата, характеристиките на горивото, работната температура и промяната на натоварването.

За инженерите първият въпрос не трябва да бъде „Колко kW трябва да има моторът на вентилатора?“ Трябва да бъде „Какъв въздушен поток и налягане са необходими в действителната работна точка?“ Това разграничение е важно, тъй като както вентилаторите с принудителна тяга (FD), така и вентилаторите с индуцирана тяга (ID) трябва да бъдат съобразени с цялата котелна система, а не да бъдат избрани като независими части от оборудването. Започнете с въздушен поток и налягане, а не с мощност на двигателя

Когато избирате промишлени вентилатори за котли, първо трябва да се установят два основни параметъра: необходим въздушен поток и необходимо налягане.

За FD вентилатор въздушният поток е свързан със скоростта на запалване на котела, типа гориво, дизайна на горелката или решетката и необходимото ниво на излишен въздух. Налягането на вентилатора трябва да преодолее съпротивлението от входящия въздух, филтъра, клапата, тръбопровода, въздушния подгревател, вятърната кутия и регистъра на горелката.

За фен на ID изчислението е различно. Вентилаторът трябва да извлича необходимия обем димни газове, като същевременно преодолява съпротивлението от газовите канали на котела, економайзера, въздушния подгревател, прахоуловителя, скрубера, каналите, амортисьорите и комина.

Ето защо един практически спецификационен лист трябва да включва най-малко:

Необходим въздушен поток: m³/h или CFM

Статично или общо налягане: Pa, kPa или mmWG

Температура на въздуха или газа

Тип гориво

Концентрация на прах

Състав на газа, където е приложимо

Работна надморска височина

Нормално и максимално натоварване

Скорост на вентилатора или обхват на VFD

Напрежение и честота на двигателя

Подреждане на инсталацията

Този подход предотвратява често срещана грешка при закупуване: избор на вентилатор въз основа само на съществуващата мощност на двигателя. Мотор от 160 kW, например, не казва на производителя какъв въздушен поток или налягане всъщност трябва да осигури вентилаторът.

FD фен и ID фен имат различни задачи

Не всички промишлени вентилатори за котли изпълняват една и съща функция.

Вентилатор с принудителна тяга доставя въздух за горене към пещта. Обикновено се справя с относително чист околен или предварително загрят въздух и работи от страната на положителното налягане на горивната система.

Вентилатор с индуцирана тяга работи от изпускателната страна. Той изтегля димните газове през котела и оборудването надолу по веригата, като същевременно помага за поддържане на необходимата тяга на пещта. В зависимост от горивото и процеса, газът може да съдържа пепел, прах, влага, корозивни съединения и други замърсители.

Тази разлика пряко засяга конструкцията на вентилатора.

Например, FD вентилатор за газов котел може да изисква преди всичко стабилен въздушен поток, ефективна работа и точно управление. Идентификационният вентилатор за котел на биомаса или въглища може да изисква допълнително разглеждане на абразията, натрупването на прах, високотемпературния газ, охлаждането на вала, разположението на лагерите и износването на работното колело.

Ето защо простото казване на производителя „Имам нужда от вентилатор за котел за 20-тонен котел“ не е достатъчна информация, за да изберете правилно оборудването.

Съпротивлението на системата често определя окончателния размер на вентилатора

Един от най-важните практически моменти при определяне на вентилатори за промишлени котли е, че вентилаторът не работи само срещу котела. Той работи срещу съпротивлението на цялата система за въздух или димни газове.

За FD система загубите на налягане могат да произтичат от:

Вход за въздух → филтър → шумозаглушител → въздуховод → амортисьор → подгревател на въздух → вятърна кутия → горелка

За ID система маршрутът може да бъде:

Котел → економайзер → прахоуловител → скрубер → канал → ID вентилатор → комин

Всеки компонент допринася за загуба на налягане. Замърсен ръкавен филтър или частично запушен канал може да увеличи значително съпротивлението на системата, без да възникне механичен проблем във вентилатора.

Ето защо техниците трябва да сравнят текущите работни данни с първоначалните данни за пускане в експлоатация, преди да сменят вентилатора. Ако скоростта на вентилатора остава приблизително постоянна, докато въздушният поток спада и налягането се повишава, трябва да се проучи увеличеното съпротивление на системата, преди да се приеме, че самият вентилатор е загубил производителност. 

Излишният въздух е друга важна контролна точка

Горенето изисква достатъчно въздух, но простото подаване на повече въздух не подобрява автоматично работата на котела.

Теоретичното количество въздух, необходимо за изгаряне, зависи от горивото. При действителна работа се подава допълнителен въздух, тъй като е трудно да се постигне перфектно смесване на горивото и въздуха. Това е известно като излишък на въздух.

Практическият проблем възниква, когато котелът работи при частично натоварване. Ако вентилаторът продължава да работи на пълна скорост и въздушният поток се контролира главно чрез затваряне на клапа, вентилаторът може да консумира значителна електрическа енергия, докато голяма част от наличния му въздушен поток е ограничен.

Контролът с променлива скорост може да намали този проблем. Изследване на управлението на вентилатора на котелното помещение показа, че контролирането на въздушния поток чрез скоростта на вентилатора, вместо да се разчита само на амортисьори, може да осигури значителни икономии на енергия по време на работа с частично натоварване.

Поради тази причина модерните промишлени вентилатори за котли все повече се специфицират с VFD управление, когато котелът има широк диапазон на натоварване.

Ключът обаче не е просто да инсталирате VFD. Системата за управление трябва да координира скоростта на вентилатора с потока на горивото, налягането в пещта, изискванията за горене и работните ограничения. Неконтролираното увеличаване на скоростта на вентилатора може да създаде прекомерен въздушен поток, ненужна консумация на енергия или нестабилни условия на пещта.

Практически пример: Избор на вентилатор за котел за биомаса

Помислете за котел на биомаса, където инсталацията първоначално е използвала съществуващ центробежен вентилатор. Операторът съобщи, че горенето става нестабилно, когато котелът достигне максимално натоварване.

Първата реакция беше съмнение за недостатъчен капацитет на вентилатора.

Вместо незабавна подмяна на вентилатора, екипът по поддръжката записа:

Обороти на вентилатора

Въздушен поток

Налягане на вентилатора

Ток на двигателя

Налягане в пещта

Скорост на подаване на гориво

Температура на въздуха

Положение на амортисьора

Измерванията показаха, че вентилаторът вече работи близо до номиналната си скорост. Действителният въздушен поток обаче беше под първоначалната проектна стойност.

След това екипът инспектира въздушния път и откри прекомерно съпротивление при въздушния подгревател и частично ограничените секции на канала.

Това беше важно: проблемът не беше непременно в това, че вентилаторите за промишлени котли са твърде малки. Системата пречеше на съществуващия вентилатор да достигне предвидената си работна точка.

След като ограниченията бяха коригирани, въздушният поток се увеличи без смяна на двигателя или вентилатора.

Този тип диагностика може да спести значително повече пари, отколкото простото инсталиране на по-голям вентилатор.

Не пренебрегвайте температурата и плътността на газа

Температурата е особено важна при избора на вентилатори за промишлени котли за страната на димните газове.

Тъй като температурата на газа се повишава, плътността на газа намалява. Следователно, вентилатор, работещ с горещи димни газове, не винаги може да бъде избран чрез директно използване на същите стойности на обем и налягане, които се прилагат за околния въздух.

Например вентилатор ID, работещ при 180°C димни газове, и вентилатор FD, работещ при 20°C околен въздух, може да имат напълно различни условия на плътност, дори ако техните обемни стойности на въздушния поток изглеждат подобни.

Следователно производителят трябва да получи действителната работна температура, а не общо изявление като „прилагане при висока температура“.

За фен на ID инженерите обикновено трябва да предоставят:

Нормална температура + максимална температура + въздушен поток при определената температура + налягане

Ако температурата може да варира значително по време на стартиране и изключване, тези условия също трябва да се вземат предвид.

Температурата, концентрацията на прах, влагата и съставът на корозивния газ могат допълнително да повлияят на избора на материал и механичния дизайн. 

Изборът на вентилатор трябва да включва действителната работна точка

Кривата на вентилатора е по-полезна от табелката с името на вентилатора, когато оценявате вентилаторите за промишлени котли.

Да предположим, че задължението за проектиране е:

Въздушен поток: 30 000 m³/h

Статично налягане: 2500 Pa

Температура на газа: 150°C

Работна скорост: 1 450 об./мин

Производителят трябва да провери къде се намира тази работна точка върху предложената крива на производителността на вентилатора.

Ако избраният вентилатор теоретично може да произведе 30 000 m³/h, но само при налягане значително по-ниско от 2 500 Pa, вентилаторът няма да отговаря на действителните изисквания на системата.

Обратно, изборът на прекалено голям вентилатор може да тласне системата към ненужно дроселиране. Моторът може също така да консумира повече енергия от необходимото в зависимост от метода на управление и работната точка.

Следователно целта не е да изберете най-големия наличен вентилатор. Целта е да се постави нормалната работна точка в подходяща област на кривата на вентилатора, като същевременно се позволи разумен работен запас.

Конструкцията на работното колело има значение при приложения на прашни котли

Работното колело е друга област, в която промишлените вентилатори за котли се нуждаят от инженеринг, специфичен за приложението.

Чистият въздух за горене позволява сравнително лесен избор на работно колело. Димните газове, съдържащи абразивна пепел, са различни.

Ако прахът непрекъснато удря работното колело, водещите ръбове на лопатките могат постепенно да се износят. Натрупването на материал също може да създаде дисбаланс. При някои приложения с биомаса лепкавите отлагания могат да се натрупат по-бързо от очакваното поради характеристиките на влага и пепел.

Следователно практическата инспекция за поддръжка трябва да включва:

Изключете и изолирайте вентилатора.

Проверете работното колело за износване.

Проверете за неравномерни отлагания по остриетата.

Измерете или проверете състоянието на вала и лагера.

Проверете съединителя или ремъчната предавка.

Проверете основата и анкерните болтове.

Извършете балансиране, ако се установи значителен дисбаланс.

За приложения със силно износване дизайнът на вентилатора може да изисква устойчива на износване конструкция или сменяеми износващи се компоненти, вместо да разчита само на по-дебели стандартни перки.

Как да подобрим енергийната ефективност

Енергийната ефективност трябва да се има предвид при първоначалния избор на вентилатори за промишлени котли, а не след като вентилаторът вече е инсталиран.

Три области заслужават специално внимание.

Първо, избягвайте ненужния натиск.

Ако системата изисква 2000 Pa, но вентилаторът е избран и работи така, че да генерира значително повече налягане, свръхналягането може просто да бъде разсеяно чрез амортисьори или други ограничения.

Второ, съобразете капацитета на вентилатора с реалния работен диапазон.

Ако котелът прекарва по-голямата част от работното си време при 50–70% натоварване, вентилаторът не трябва да се оптимизира само за теоретично състояние на 100% натоварване.

Трето, помислете за контрол на скоростта.

За системи с променливо натоварване намаляването на скоростта на вентилатора може да бъде по-ефективно от поддържането на пълна скорост и дроселиране на въздушния поток с амортисьор. Това е особено важно, тъй като мощността на вентилатора се променя силно със скоростта при връзката афинитет-закон.

Поради това вентилаторната система на котела трябва да се оценява въз основа на годишни работни часове, профил на натоварване, метод на управление и цена на електроенергия - не само първоначалната покупна цена.

Какво трябва да изпратят инженерите, преди да поискат оферта за вентилатор за бойлер

Преди да закупите промишлени вентилатори за котли, препоръчвам да подготвите лист с технически данни, вместо да изпращате само капацитета на котела.

Полезният RFQ трябва да включва:

Информация за котела

Капацитет на котела

Тип гориво

Метод на изпичане

Нормално и максимално натоварване

Дежурство на фен

Необходим въздушен поток

Статично или общо налягане

Нормална и максимална работна точка

Работна температура

Системна информация

Размер на канала и приблизително разположение

Тип прахоуловител

Въздушен подгревател

Скрубер, ако е приложимо

Информация за комина

Очаквано съпротивление на системата

Механични изисквания

Въртене на вентилатора

Посока на изхода

Устройство за задвижване

Мощност и напрежение на двигателя

Подреждане на лагерите

VFD или управление на амортисьора

Условия на сайта

Височина на монтаж

Околна температура

Вътрешен или външен монтаж

Непрекъсната или периодична работа

Тази информация дава на производителя достатъчно данни, за да оцени правилно кривата на вентилатора, мощността на двигателя, конструкцията на работното колело, материалите и метода на управление.

Последни мисли

Търсенето на промишлени вентилатори за котли е все повече свързано с нещо повече от просто подаване на въздух за горене или изпускане на димни газове. Модерните котелни системи изискват стабилен въздушен поток при променящи се натоварвания, точен контрол на налягането в пещта, по-ниска спомагателна консумация на енергия и надеждна работа при взискателни температурни и прахови условия.

За нов проект най-добрата отправна точка е пълното натоварване на системата: въздушен поток + налягане + температура + гориво + съпротивление на системата + работен диапазон. За съществуващ котел работните данни трябва да се сравнят с първоначалната проектна точка преди смяна на вентилатора.

В много случаи решението на лошата работа на котела не е просто по-голям двигател или по-голям вентилатор. Правилното съпротивление на системата, работната точка на вентилатора, контролът на скоростта, състоянието на работното колело и контролът на налягането в пещта могат да имат много по-голям ефект върху действителната производителност.