Visoko učinkoviti vlečni ventilatorji, ki jih povzroča kotel, pomagajo zmanjšati porabo energije v industrijskih kotlih

V mnogih industrijskih kotlovnicah je inducirani vlečni ventilator ena največjih stalnih električnih obremenitev v sistemu dimnih plinov. Vlečni ventilatorji z visokim izkoristkom kotla lahko zmanjšajo to obremenitev, vendar preprosta namestitev večjega ali novejšega ventilatorja ne zagotavlja manjše porabe energije. Resnični prihranki izhajajo iz ujemanja ventilatorja z dejanskim pretokom zraka, tlakom v sistemu, temperaturo dimnih plinov in obremenitvijo kotla.

Pogosta težava je, da je ID ventilator izbran samo glede na zmogljivost kotla. Med dejanskim delovanjem pa se zahtevana moč spreminja z vrsto goriva, presežnim zrakom, temperaturo dimnih plinov, uporom zbiralnika prahu, konfiguracijo kanala in obremenitvijo kotla. Vlečne ventilatorje z visokim izkoristkom kotla je zato treba izbrati glede na celotne pogoje delovanja sistema in ne samo glede na moč motorja ali velikost ventilatorja.

1. Začnite s pretokom zraka pri dejanskem vstopu ventilatorja

Preden izberete vlečne ventilatorje z visokim izkoristkom kotla, ugotovite, ali je navedeni pretok zraka zagotovljen pri normalnih pogojih ali pri dejanskih vstopnih pogojih ventilatorja.

Dimni plin se močno razširi, ko se temperatura poveča. Za preprost izračun:

Q₂ = Q₁ × T₂ / T₁

kjer je Q volumetrični pretok in T absolutna temperatura v Kelvinih.

Na primer, če je zahtevani pretok dimnih plinov 30.000 Nm³/h pri 20 °C in je temperatura plina na vstopu v ventilator 180 °C:

Q₂ = 30.000 × 453 / 293 ≈ 46.350 m³/h

To pomeni, da ventilator dejansko prenese približno 46.350 m³/h pri navedeni temperaturi, ob predpostavki, da je korekcija tlaka majhna za ta predhodni izračun.

Uporaba pretoka standardnih pogojev neposredno za izbiro ventilatorja bi torej lahko povzročila premajhen stroj. Vlečne ventilatorje z visokim izkoristkom kotla je treba izbrati z jasno definiranimi plinskimi pogoji, tako da je delovna točka na krivulji ventilatorja pravilna.

2. Izračunajte celotno izgubo tlaka v sistemu

Učinkovitost ventilatorja ne more nadomestiti nepravilno načrtovanega dimovodnega sistema.

Za vlečne ventilatorje z visokim izkoristkom kotla mora zahtevani tlak vključevati vse glavne uporne točke:

Plinski prehodi kotla

Ekonomizator

Predgrelnik zraka

Ciklon

Vrečasti filter ali ESP

Pralnik

Razvod vode

Komolci in prehodi

blažilniki

Dimnik

Dilatacijski spoji in druge komponente

Praktičen izračun bi lahko izgledal takole: KomponentaIzguba tlakaKotel in odsek za prenos toplote850 PaDuctwork450 PaBag filter1.200 PaDamper in prehodi250 PaDimnik in izhod350 PaTotal3.100 PaČe je upor sistema podcenjen, ventilator ne bo dosegel zahtevanega pretoka zraka. Če je znatno precenjen, lahko ventilator deluje pri nepotrebno visokem tlaku in porabi več energije.

To je eden od razlogov, zakaj je treba vlečne ventilatorje z visokim izkoristkom vedno izbrati skupaj z izračunom odpornosti sistema.

3. Lopute ne uporabljajte kot glavno napravo za varčevanje z energijo

Ena najlažjih težav, ki jih je najlažje odkriti med inšpekcijskim pregledom obrata, je ventilator, ki teče s skoraj polno hitrostjo, medtem ko je njegov vstopni ali izhodni dušilec močno zadušen.

Ventilator še naprej ustvarja pritisk, medtem ko loputa ustvarja dodaten upor za zmanjšanje pretoka zraka. Energija, porabljena za premagovanje tega umetnega upora, je v veliki meri izgubljena.

Za visokoučinkovite vlečne ventilatorje, ki jih povzroča kotel, je nadzor s spremenljivo hitrostjo pogosto bolj učinkovit, če ima kotel široko območje delovanja.

Zakoni o afiniteti oboževalcev zagotavljajo koristno prvo oceno:

Q₂/Q₁ = N₂/N₁

P₂ / P₁ ≈ (N₂ / N1)³

Na primer, če se hitrost ventilatorja zmanjša s 100 % na 80 %:

P₂ / P₁ ≈ 0,8³ = 0,512

Teoretična moč ventilatorja postane približno 51 % prvotne vrednosti v primerljivih pogojih delovanja.

Dejanski prihranki naprave bodo odvisni od krivulje sistema, učinkovitosti motorja, učinkovitosti VFD in nove delovne točke. Kljub temu kubično razmerje pojasnjuje, zakaj je nadzor hitrosti lahko veliko bolj učinkovit kot dušenje.

4. Uporabite tlak peči kot kontrolni cilj

Namestitev VFD sama po sebi ni dovolj.

Slabo konfiguriran VFD lahko še vedno zapravlja energijo, če ventilator deluje hitreje, kot je potrebno. Nadzorni sistem se mora odzivati ​​na dejansko zahtevo po vleku peči.

Tipična ureditev je:

Senzor tlaka v peči → PID regulator → VFD → ID motor ventilatorja

Na primer, če je zahtevani tlak v peči -50 Pa in izmerjeni tlak -80 Pa, mora nadzorni sistem postopoma zmanjšati hitrost ventilatorja, namesto da bi ventilatorju omogočil, da še naprej deluje s polno hitrostjo.

Ciljni tlak je treba določiti v skladu z zahtevami proizvajalca kotla za zgorevanje. Prevelik podtlak ni samodejno boljši.

S pravilno konfiguriranimi vlečnimi ventilatorji z visokim izkoristkom kotla je cilj vzdrževati stabilen tlak v peči, medtem ko premika le količino dimnih plinov, ki jih zahteva trenutna obremenitev kotla.

5. Tekač naj bo čist

Stanje rotorja neposredno vpliva na delovanje ventilatorja.

Pri kotlih na biomaso, premog, na odpadke in drugih prašnih kotlih se lahko pepel nabira na rezilih. Če je usedlina neenakomerna, spremeni porazdelitev mase vrtljivega sklopa in lahko povzroči vibracije.

Preprost vzdrževalni pregled mora vključevati:

Zaklenite ventilator in sledite postopku izolacije naprave.

Preglejte rotor skozi dostopno odprtino.

Preverite kopičenje pepela na obeh straneh rezil.

Preglejte sprednje robove glede erozije.

Preverite razpoke ali deformacije.

Ročno zavrtite sklop, ko je to varno.

Po čiščenju preverite stanje ležajev in poravnavo gredi.

Ventilatorja, ki je prvotno deloval nemoteno, vendar v več mesecih razvije vse večje vibracije, ne bi smeli takoj kriviti motor.

Pri visoko učinkovitih vlečnih ventilatorjih s kotlom je ohranjanje aerodinamične oblike in masnega ravnovesja rotorja bistvenega pomena za ohranjanje načrtovane zmogljivosti.

6. Visoka temperatura spremeni pogoje delovanja ventilatorja

Temperatura vpliva tako na gostoto plina kot na mehansko zasnovo.

Ko se temperatura dimnih plinov poveča, se njihova gostota zmanjša. Dejanski volumetrični pretok se torej poveča za enak masni pretok.

Visoka temperatura lahko vpliva tudi na:

Razširitev gredi

Temperatura ležaja

Življenjska doba maziva

Poravnava sklopke

Razširitev ohišja

Tesnjenje

Hlajenje motorja

Izbira materiala ventilatorja

Za vlečne ventilatorje z visokim izkoristkom kotlov je treba pred dokončanjem konstrukcije ventilatorja določiti najvišjo stalno temperaturo plina.

Pri aplikacijah z velikimi temperaturnimi nihanji je treba med namestitvijo upoštevati toplotno raztezanje. Hladna poravnava, ki je med zaustavitvijo videti pravilna, se lahko spremeni, ko oprema doseže delovno temperaturo.

7. Preverite padec tlaka filtra, preden povečate hitrost ventilatorja

Umazan vrečasti filter pogosto zamenjamo za premajhen ventilator.

Recimo, da industrijski kotel prvotno deluje s padcem tlaka vrečastega filtra 900 Pa. Po mesecih delovanja padec tlaka naraste na 1.500 Pa zaradi obremenitve s prahom ali slabe učinkovitosti čiščenja.

Ventilator mora zdaj premagati še dodatno:

1.500 - 900 = 600 Pa

Če se zaradi kompenzacije poveča hitrost ventilatorja, se lahko moč motorja znatno poveča.

Preden povečajo hitrost vlečnih ventilatorjev z visoko učinkovitostjo kotla, morajo tehniki izmeriti tlak pred in za zbiralnikom prahu.

Če se je padec tlaka nenormalno povečal, preverite:

Filterske vrečke

Čiščenje s pulznim curkom

Sistem za odvajanje prahu

Blokada lijaka

Uhajanje zraka

Senzor diferenčnega tlaka

Popravilo komponente z visokim uporom je lahko bolj ekonomično kot spreminjanje ventilatorja.

8. Praktični primer: Zmanjšanje moči ID ventilatorja pri delni obremenitvi

Razmislite o kotlu na biomaso, ki deluje z:

Kapaciteta pare: približno 12 t/h

Pretok dimnih plinov v obratovalnem stanju: približno 42.000 m³/h

Vstopna temperatura ventilatorja: 165°C

Potreben tlak ventilatorja: približno 2.800 Pa

Moč motorja: 75 kW

Hitrost ventilatorja: približno 1.480 vrt/min

Obstoječa regulacija: vstopna loputa

Tipična obremenitev kotla: 60–90 %

Med normalno proizvodnjo so operaterji opazili, da je tok motorja ventilatorja ID ostal razmeroma visok, tudi ko je moč kotla padla.

Prvi pregled ni odkril nobene resne težave z ležaji in rotor je bil strukturno sprejemljiv.

Naslednji korak je bila primerjava hitrosti ventilatorja, položaja lopute, tlaka v peči in obremenitve kotla.

Pri približno 65 % obremenitvi kotla je ventilator še vedno deloval pri polni hitrosti, medtem ko je bila vstopna loputa precej zaprta. Sistem je torej nadzoroval pretok zraka predvsem z dušenjem.

Rešitev je bila namestitev VFD in sprememba krmilne logike, tako da je hitrost ventilatorja ustrezala tlaku v peči in obremenitvi kotla.

Po zagonu ventilatorju ni bilo treba več delovati blizu največje hitrosti v obdobjih nizke obremenitve. Natančen prihranek energije je odvisen od končne delovne točke in urnika proizvodnje naprave, vendar je sprememba zmanjšala nepotrebno delovanje ventilatorja in zagotovila stabilnejši nadzor vleke.

Ta primer ponazarja pomembno točko: visokoučinkoviti vlečni ventilatorji s kotlom ne zadevajo samo strojne opreme ventilatorjev. Strategija nadzora lahko prav tako vpliva na porabo energije.

9. Spremljajte tok motorja, vendar ventilatorja ne diagnosticirajte samo na podlagi toka

Tok motorja je uporaben, vendar ga je treba obravnavati kot en parameter delovanja in ne kot popolno diagnozo.

Upravljavci bi morali pri vlečnih ventilatorjih z visokim izkoristkom kotla slediti:

Tok motorja

Moč motorja

Hitrost ventilatorja

Tlak v peči

Vhodni tlak ventilatorja

Izhodni tlak ventilatorja

Temperatura dimnih plinov

Vibracije

Temperatura ležaja

Diferenčni tlak filtra

Na primer, če se tok motorja poveča, pretok zraka pa ostane nespremenjen, raziščite, ali se je upor sistema povečal.

Če se tok in vibracije povečajo skupaj, preglejte rotor, ležaje, sklopko in poravnavo.

Če se tok zmanjša, medtem ko tlak v peči postane nezadosten, preverite, ali se je spremenila hitrost ventilatorja, položaj lopute, puščanje kanala ali stanje rotorja.

Podatki o trendih so veliko bolj uporabni kot ena sama meritev med vzdrževalnim obiskom.

10. Izogibajte se prevelikemu ventilatorju

Prevelikost je še en pogost vir neučinkovitega delovanja.

Ventilator, izbran s čezmernim pretokom zraka in tlakom, lahko večino svojega časa delovanja preživi stran od predvidene projektne točke. Operaterji nato kompenzirajo z zapiranjem blažilnikov ali zmanjšanjem hitrosti.

Ko izbirate visokoučinkovite vlečne ventilatorje kotla, določite vsaj tri pogoje delovanja:

Najmanjša obremenitev → Normalna obremenitev → Največja obremenitev

Ventilator mora zagotavljati stabilno delovanje v celotnem pričakovanem območju delovanja.

Če kotel običajno deluje s 60–90 % zmogljivosti, lahko izbira ventilatorja samo okoli skrajnega teoretičnega maksimuma povzroči neučinkovito delovno točko večji del leta.

Cilj ni največji oboževalec. To je pravi ventilator.

11. Praktični urnik vzdrževanja

Energetska učinkovitost se ne konča po zagonu.

Za visoko učinkovite vlečne ventilatorje kotla lahko preprost vzdrževalni program, ki temelji na stanju, prepreči poslabšanje delovanja.

Dnevni ali izmenski pregledi:

Tok motorja

Temperatura ležaja

Tlak v peči

Nenormalen hrup

Indikacija vibracij

Tedenski pregledi:

Stanje ventilatorja in motorja

Delovanje lopute

Puščanje kanala

Diferenčni tlak filtra

Mesečni ali načrtovani pregledi zaustavitve:

Obloge rotorja

Erozija rezila

Stanje sklopke

Stanje gredi

Temeljni vijaki

Letno ali večje vzdrževanje:

Dinamično uravnoteženje po potrebi

Pregled ležajev

Preverjanje poravnave

Podroben pregled rotorja

Primerjava zmogljivosti s podatki o zagonu

Natančen interval je treba prilagoditi glede na gorivo, koncentracijo prahu, delovne ure in priporočila proizvajalca.

Zaključek

Vlečni ventilatorji z visokim izkoristkom kotla lahko zmanjšajo porabo pomožne energije kotla, vendar se učinkovitost začne s pravilnim inženiringom in ne zgolj z izbiro motorja z visokim izkoristkom.

Najpomembnejši koraki so enostavni: izračunajte dejansko prostornino dimnih plinov, določite skupni upor sistema, izberite ventilator okoli dejanske delovne točke, krmilite hitrost glede na vlek peči, vzdržujte rotor čist in spremljajte celoten sistem, namesto da bi gledali samo na tok motorja.

Za obstoječe kotle se najhitrejše možnosti za varčevanje z energijo pogosto najdejo pri delovanju z delno obremenitvijo, čezmernem dušenju lopute, umazanih filtrih, puščanju v kanalu in umazaniji rotorja.

Dobro zasnovan sistem visoko učinkovitih vlečnih ventilatorjev s kotlom bi moral zanesljivo zagotavljati zahtevani vlek, hkrati pa se izogibati nepotrebnemu tlaku in pretoku zraka. Na dolgi rok je kombinacija pravilne izbire ventilatorja, vzdrževanja sistema in inteligentnega krmiljenja tista, ki navaden kotlovski odvodni sistem spremeni v učinkovitega.