Ventilatorji s prisilnim vlekom kotla podpirajo stabilno oskrbo z zrakom za zgorevanje v industrijskih obratih

Pri industrijskem kotlu je stabilnost zgorevanja odvisna ne le od samega gorilnika. Zgorevalni sistem mora prejeti pravo količino zraka pri zahtevanem tlaku, tudi ko se spremeni obremenitev kotla. Ventilatorji s prisilnim vlekom kotla zagotavljajo ta zgorevalni zrak tako, da potiskajo zunanji ali predgret zrak proti gorilniku, vetrovniku, rešetki ali peči. V sistemih z uravnoteženim vlekom ventilator s prisilnim vlekom deluje skupaj z ventilatorjem z induciranim vlekom za nadzor pretoka zraka skozi kotel.

Zakaj je dovod zraka za zgorevanje pomemben

Gorivo ne more učinkovito goreti, če je razpoložljivega kisika premalo. Hkrati preprosto dovajanje več zraka ni rešitev. Presežek zraka absorbira toploto in odvaja dodatno toploto skozi dimnik, kar lahko zmanjša učinkovitost kotla. Iz tega razloga morajo ventilatorji s prisilnim vlekom kotlov zagotavljati zadosten pretok zraka v celotnem območju delovanja, namesto da preprosto proizvajajo največjo možno količino zraka.

Na primer, razmislite o kotlu na biomaso, ki deluje med 60 % in 100 % obremenitvijo. Če ventilator deluje s skoraj polno hitrostjo ne glede na obremenitev kotla, lahko sistem prejme prekomerno zgorevalni zrak pri nizki obremenitvi. Boljši pristop je nadzor pretoka zraka glede na dejansko potrebo po gorivu z uporabo vstopne lopute, vstopne vodilne lopatice ali VFD, odvisno od zasnove sistema. Raziskave o krmiljenju s spremenljivo hitrostjo v kotlovnici so pokazale tudi povezavo med delovanjem ventilatorja, presežnim zrakom in učinkovitostjo kotla. 

Ventilatorja ne izberite samo z močjo motorja

Ena najpogostejših napak pri zamenjavi ventilatorja kotla je, da zahtevate motor z močjo 30 kW, 45 kW ali 75 kW in pričakujete, da bo proizvajalec ventilatorja določil vse glede na to številko. Moč motorja je rezultat izbirnega postopka ventilatorja in ne primarni izbirni parameter.

Za ventilatorje s prisilnim vlekom kotlov morajo osnovne informacije vsebovati:

Potreben pretok zraka, kot je m³/h ali CFM

Potreben statični tlak ali skupni tlak

Temperatura vstopnega zraka

Vrsta goriva

Kapaciteta kotla

Delovna višina

Pričakovano območje obremenitve

Izgube tlaka v kanalih in opremi

Odpornost na gorilnik ali rešetko

Padec tlaka predgrelnika zraka, če je nameščen

Nadzorna metoda

Napetost in frekvenca motorja

Namestitev ventilatorja

Smer vrtenja in položaj izhoda

Potreben tlak je treba izračunati iz celotne zračne poti. Kanali, kolena, lopute, filtri, predgrelniki zraka, vetrovniki, registri gorilnikov in druge komponente prispevajo k odpornosti. 

Praktični primer izbire ventilatorja

Predpostavimo, da industrijski kotel potrebuje 18.000 m³/h zgorevalnega zraka pri statičnem tlaku 2.200 Pa pri načrtovanih delovnih pogojih. Ventilator ne bi smel biti izbran preprosto kot "ventilator 18.000 m³/h."

Najprej mora inženir potrditi, ali je 18.000 m³/h dejanski zahtevani obratovalni pretok zraka ali že vključuje zahtevano konstrukcijsko rezervo. Nato je treba izračunati izgube tlaka med vstopom ventilatorja in pečjo.

Na primer:

Izguba v zračnem kanalu: 300 Pa

Izguba blažilnika: 180 Pa

Izguba predgrelnika zraka: 450 Pa

Windbox in izguba gorilnika: 700 Pa

Druge sistemske izgube: 350 Pa

Zahtevana marža: ovrednotena ločeno glede na zasnovo projekta

Izbiro ventilatorja je treba nato preveriti glede na dobljeno delovno točko in ne samo glede na pretok zraka. To je še posebej pomembno, kadar se kotlovski ventilatorji s prisilnim vlekom uporabljajo kot zamenjava za obstoječo enoto, saj lahko spremembe v kanalih ali gorilniku premaknejo dejansko delovno točko.

Tlak ventilatorja in pretok zraka se morata ujemati s kotlom

Ventilator lahko proizvede velik pretok zraka pri nizkem tlaku in kljub temu ne uspe zagotoviti potrebnega zraka v peč. Nasprotno pa lahko izbira previsokega tlaka povzroči nepotrebno dušenje in večjo delovno moč.

Zato je krivulja delovanja ventilatorja pomembna. Načrtovana točka mora biti v ustreznem območju krivulje ventilatorja z zadostnim območjem krmiljenja za normalno delovanje kotla.

Za ventilatorje s prisilnim vlekom kotla bi običajno preveril vsaj tri delovne točke:

Minimalna stabilna obremenitev kotla

Normalna delovna obremenitev

Največja neprekinjena obremenitev

Če kotel običajno deluje pri 70–90 % obremenitvi, ventilatorja ne bi smeli optimizirati le za teoretično 100 % točko. Dejansko območje delovanja je pomembno, ker se potreba po zraku za zgorevanje spreminja z dovodom goriva.

Nadzor VFD je lahko koristen, ni pa samodejno najboljša rešitev

Pogoni s spremenljivo frekvenco se pogosto upoštevajo pri ventilatorjih s prisilnim vlekom kotla, ker je hitrost ventilatorja mogoče prilagoditi glede na obremenitev kotla. Za centrifugalne ventilatorje so zakoni ventilatorjev uporabna osnova za razumevanje učinka sprememb hitrosti: pretok zraka se spreminja približno s hitrostjo, tlak se spreminja približno s kvadratom hitrosti in moč se spreminja približno s kubom hitrosti.

To pomeni, da lahko relativno majhno zmanjšanje hitrosti povzroči pomembno zmanjšanje moči ventilatorja.

Vendar pa je treba pri izbiri VFD upoštevati tudi motor, najmanjšo delovno hitrost, krmilni odziv, zahteve za zagon, harmonične vidike in zahtevano strategijo za nadzor pretoka zraka. VFD ne bi smeli preprosto dodati, ker se sliši bolj učinkovito. Upoštevati je treba celoten krmilni sistem kotla. Kaj se zgodi, če je ventilator premajhen? Premajhen ventilator s prisilnim vlekom kotla se lahko zdi sprejemljiv med delovanjem pri nizki obremenitvi, vendar postane ozko grlo, ko se kotel približa polni obremenitvi.

Tipični simptomi vključujejo:

Ventilator deluje blizu največje hitrosti

Nezmožnost doseganja zahtevanega pretoka zraka

Nizka vsebnost kisika v peči

Nestabilno zgorevanje

Povečanje CO

Zmanjšana proizvodnja pare

Večja poraba goriva

Prevelik padec tlaka v zračnem sistemu

Loputa ostane popolnoma odprta

Pred zamenjavo ventilatorja pa morajo tehniki potrditi, da je težava dejansko v zmogljivosti ventilatorja. Umazan filter, zamašen kanal, nepravilno nameščena loputa, umazan predgrelnik zraka ali spremenjen gorilnik lahko povečajo odpornost sistema in povzročijo simptome, ki so videti kot premajhen ventilator.

Primer primera: Kotel na biomaso z nezadostnim pretokom zraka

Razmislite o kotlu na biomaso, ki je bil prvotno zasnovan za približno 15.000 m³/h zgorevalnega zraka. Po nekaj letih obratovanja je obrat prešel na bolj mokro biomaso.

Upravljavec je opazil, da kotel ne more več vzdrževati prejšnjega stanja zgorevanja pri visoki obremenitvi. Prvotna predpostavka je bila, da je FD ventilator postal premajhen.

Pregled kraja je odkril tri pomembne pogoje:

Ventilator je še vedno dosegal približno prvotno konstrukcijsko hitrost.

Dovodna loputa je bila skoraj popolnoma odprta

Novo gorivo je vsebovalo bistveno več vlage.

Inženirska ekipa je zato preverila potrebe po zraku za zgorevanje in sistemski tlak, preden se je odločila za nadomestni ventilator. To je pomembno, ker lahko zamenjava goriva spremeni zahtevane pogoje zgorevanja; preprosto povečanje velikosti ventilatorja morda ne bo rešilo osnovne težave s procesom.

Končna izbira ventilatorja je temeljila na revidiranih zahtevah za pretok zraka in tlak in ne na stari nazivni vrednosti motorja.

Ventilator FD in ventilator ID je treba obravnavati skupaj

V kotlu z uravnoteženim vlekom ventilator FD dovaja zrak za zgorevanje, medtem ko ventilator ID odstranjuje dimne pline in pomaga vzdrževati zahtevani tlak v peči. Ta dva ventilatorja opravljata različni nalogi, vendar neposredno vplivata na isti proces zgorevanja.

Če stran FD dovaja bistveno več zraka, kot ga lahko sistem odstrani, se lahko tlak v peči poveča. Če ID stran vleče premočno glede na vstopni zrak za zgorevanje, se lahko razvije čezmeren podtlak.

Zato je pri zamenjavi ventilatorjev s prisilnim vlekom v kotlu koristno preveriti tudi obstoječo funkcijo ID ventilatorja. Novi ventilator FD bi moral ustrezati območju delovanja celotnega sistema za nadzor vleke, namesto da bi bil ocenjen kot izoliran kos opreme.

Temperatura zraka vpliva tudi na izbiro ventilatorja

Temperaturo zraka za zgorevanje je treba določiti pred izbiro ventilatorjev s prisilnim vlekom kotla.

Če ventilator deluje z zunanjim zrakom, je gostota drugačna od gostote sistema, kjer je zrak šel skozi predgrelnik zraka. Z naraščanjem temperature zraka se njegova gostota zmanjšuje, kar vpliva na razmerje med volumetričnim pretokom, masnim pretokom, tlakom in močjo ventilatorja.

Na primer, oba sistema lahko na papirju prikazujeta 20.000 m³/h, medtem ko delujeta pri bistveno različnih temperaturah zraka. Inženirski izračun mora torej določiti dejansko osnovo delovne temperature in tlaka, namesto da bi število prostornine obravnaval kot neodvisno od pogojev delovanja.

To postane še posebej pomembno pri kotlih, ki uporabljajo predgrelnike zraka ali drugo opremo za rekuperacijo toplote.

Vzdrževalni pregledi, ki jih ne smete preskočiti

Tudi pravilno izbran ventilator lahko izgubi zmogljivost zaradi težav z vzdrževanjem. Pri ventilatorjih s prisilnim vlekom kotlov mora rutinski pregled vključevati rotor, ležaje, gred, sklopko, tok motorja, vibracije, vstopno stanje, položaj lopute in kanale.

Če se pretok zraka postopoma zmanjšuje, hitrost ventilatorja pa ostaja nespremenjena, hitrosti ne povečajte takoj. Prvi pregled:

Blokada vstopnega filtra

Odpiranje lopute

Obstrukcija kanala

Umazanija rotorja

Stanje ležaja

Stanje jermena ali sklopke

Vrtenje ventilatorja

Sistemski tlak

Odpornost gorilnika ali vetrnice

Tekač, onesnažen s prahom ali usedlinami, lahko spremeni aerodinamične pogoje in poveča neravnovesje. Povečanje hitrosti za kompenzacijo lahko poveča mehansko obremenitev, ne da bi rešili prvotni problem. Katere informacije je treba poslati proizvajalcu ventilatorjev? Za RFQ, ki vključuje ventilatorje s prisilnim vlekom kotla, mora uporabna tehnična poizvedba vsebovati veliko več kot zmogljivost kotla.

Praktični RFQ lahko vključuje:

Zmogljivost kotla: 20 TPH

Gorivo: Biomasa / premog / zemeljski plin / olje

Potreben pretok zraka: 18.000 m³/h

Potreben tlak: 2.200 Pa

Temperatura zraka: 40°C

Nadmorska višina: 35 m

Delovna frekvenca: 50 Hz

Napetost motorja: 415 V

Nadzor: VFD

Namestitev: notranja

Rotacija: še potrditi

Smer odtoka: še potrditi

Če se zamenja obstoječi ventilator, so izjemno koristne tudi fotografije, podatki na imenski tablici, krivulja ventilatorja, podatki o motorju, dimenzije kanala in dejanske meritve delovanja.

Bolj ko so podatki o delovanju popolni, lažje je izbrati ventilatorje s prisilnim vlekom kotla, ki ustrezajo dejanski moči kotla, namesto da bi izbrali model iz kataloga, ki temelji le na nazivnem pretoku zraka.

Končni premisleki

Glavni namen ventilatorjev s prisilnim vlekom kotlov je preprost: zagotoviti zgorevalnemu sistemu stabilen zrak, ki ga je mogoče nadzorovati, pri tlaku, ki ga zahteva kotel. Inženirski izziv je zagotoviti, da je ta zračni tok na voljo v celotnem območju delovanja, hkrati pa ohranjati moč ventilatorja, tlak v peči, pogoje zgorevanja in mehansko zanesljivost pod nadzorom.

Za projekt novega kotla je treba ventilator izbrati iz celotnega izračuna upora na strani zraka. Za nadomestni projekt je treba dejanske podatke o delovanju primerjati z izvirno krivuljo ventilatorja, preden se odločite, ali je težava nezadostna zmogljivost ventilatorja, povečan upor sistema ali sprememba pogojev zgorevanja.

Dobro izbran ventilator s prisilnim vlekom kotla torej ni le ventilator z visokim pretokom zraka. Je komponenta, ki se ujema z gorivom kotla, zgorevalnim sistemom, izgubami tlaka, delovno temperaturo, načinom krmiljenja in pričakovanim obsegom obremenitve. To je tisto, kar kotlu omogoča stabilno zgorevanje brez nepotrebnega izgubljanja moči ventilatorja.