Вентилатори индустријских котлова прилагођавају се растућим захтевима за поуздан проток ваздуха за сагоревање

Индустријски котловски системи постају све захтевнији јер постројења покушавају да одрже стабилно сагоревање уз контролу потрошње горива, емисија и оперативних трошкова. У овом окружењу, вентилатори за индустријске котлове се више не бирају једноставно према капацитету котла или снази мотора. Стварни рад вентилатора зависи од захтева ваздуха за сагоревање, отпора система, карактеристика горива, радне температуре и варијације оптерећења.

За инжењере, прво питање не би требало да буде „Колико кВ треба да има мотор вентилатора?“ Требало би да буде „Који проток ваздуха и притисак су потребни у стварној радној тачки?“ Ова разлика је важна јер и вентилатори са принудном вуком (ФД) и вентилатори са индукованом вуцом (ИД) морају бити усклађени са комплетним системом котла, а не одабрани као независни комади опреме. Почните са протоком ваздуха и притиском, а не снагом мотора

Приликом одабира вентилатора за индустријске котлове потребно је прво одредити два основна параметра: потребан проток ваздуха и потребан притисак.

За ФД вентилатор, проток ваздуха је повезан са брзином ложења котла, врстом горива, дизајном горионика или решетке и потребним нивоом вишка ваздуха. Притисак вентилатора мора да превазиђе отпор улаза ваздуха, филтера, клапне, канала, предгрејача ваздуха, ветробрана и регистра горионика.

За обожаватеља ИД-а рачуница је другачија. Вентилатор мора извући потребну запремину димних гасова док савладава отпор гасних пролаза котла, економајзера, предгрејача ваздуха, сакупљача прашине, чистача, канала, клапни и димњака.

Према томе, практична спецификација треба да садржи најмање:

Потребан проток ваздуха: м³/х или ЦФМ

Статички или укупни притисак: Па, кПа или ммВГ

Температура ваздуха или гаса

Врста горива

Концентрација прашине

Састав гаса, где је применљиво

Радна висина

Нормално и максимално оптерећење

Брзина вентилатора или ВФД опсег

Напон и фреквенција мотора

Распоред инсталације

Овај приступ спречава уобичајену грешку при куповини: одабир вентилатора само на основу постојеће снаге мотора. Мотор од 160 кВ, на пример, не говори произвођачу који проток ваздуха или притисак вентилатор заправо мора да испоручи.

ФД вентилатор и ИД вентилатор имају различите послове

Не обављају сви индустријски вентилатори за котлове исту функцију.

Вентилатор са принудним протоком доводи ваздух за сагоревање у пећ. Обично ради са релативно чистим амбијенталним или претходно загрејаним ваздухом и ради на страни са позитивним притиском система сагоревања.

Вентилатор индуковане промаје ради на издувној страни. Он вуче димни гас кроз котао и низводну опрему док помаже у одржавању потребне промаје пећи. У зависности од горива и процеса, гас може да садржи пепео, прашину, влагу, корозивна једињења и друге загађиваче.

Ова разлика директно утиче на конструкцију вентилатора.

На пример, ФД вентилатор за котао на гас може првенствено захтевати стабилан проток ваздуха, ефикасан рад и прецизну контролу. ИД вентилатора за котао на биомасу или угаљ може захтевати додатно разматрање хабања, акумулације прашине, високотемпературног гаса, хлађења вратила, распореда лежајева и хабања радног кола.

Стога, једноставно рећи произвођачу „Треба ми вентилатор котла за котао од 20 тона“ није довољна информација за исправан одабир опреме.

Отпорност система често одређује коначну величину вентилатора

Једна од најважнијих практичних тачака при одређивању индустријских вентилатора за бојлере је да вентилатор не ради само против котла. Делује против отпора целог система ваздуха или димних гасова.

За ФД систем, губици притиска могу доћи из:

Улаз ваздуха → филтер → пригушивач → канал → клапна → предгрејач ваздуха → ветробран → горионик

За ИД систем, рута може бити:

Котао → економајзер → сакупљач прашине → чистач → канал → ИД вентилатор → димњак

Свака компонента доприноси губитку притиска. Прљава врећасти филтер или делимично блокиран канал може значајно повећати отпор система без икаквих механичких проблема унутар вентилатора.

Због тога техничари треба да упореде тренутне радне податке са оригиналним подацима за пуштање у рад пре него што замене вентилатор. Ако брзина вентилатора остаје приближно константна док проток ваздуха пада и притисак расте, повећани отпор система треба испитати пре него што се претпостави да је сам вентилатор изгубио перформансе. 

Вишак ваздуха је још једна важна контролна тачка

За сагоревање је потребно довољно ваздуха, али једноставно снабдевање више ваздуха не побољшава аутоматски перформансе котла.

Теоретска количина ваздуха потребна за сагоревање зависи од горива. У стварном раду се доводи додатни ваздух јер је тешко постићи савршено мешање горива и ваздуха. Ово је познато као вишак ваздуха.

Практични проблем се јавља када котао ради са делимичним оптерећењем. Ако вентилатор настави да ради пуном брзином и проток ваздуха се контролише углавном затварањем клапне, вентилатор може да троши значајну електричну енергију док је већи део његовог доступног протока ваздуха ограничен.

Контрола променљиве брзине може смањити овај проблем. Истраживање контроле вентилатора у котларници показало је да контрола протока ваздуха кроз брзину вентилатора уместо ослањања само на клапне може обезбедити значајне уштеде енергије током рада са делимичном оптерећењем.

Из тог разлога, савремени индустријски вентилатори за котлове се све више користе са ВФД контролом када котао има широк опсег оптерећења.

Међутим, кључ није једноставно инсталирати ВФД. Контролни систем треба да координира брзину вентилатора са протоком горива, притиском у пећи, захтевима за сагоревањем и радним границама. Неконтролисано повећање брзине вентилатора може створити превелик проток ваздуха, непотребну потрошњу енергије или нестабилне услове у пећи.

Практични пример: Избор вентилатора котла на биомасу

Размотрите котао на биомасу где је постројење првобитно користило постојећи центрифугални вентилатор. Оператер је пријавио да је сагоревање постало нестабилно кад год би се котао приближио максималном оптерећењу.

Прва реакција је била сумња на недовољан капацитет вентилатора.

Уместо да одмах замени вентилатор, тим за одржавање је забележио:

Фан РПМ

Проток ваздуха

Притисак вентилатора

Струја мотора

Притисак пећи

Брзина напајања горивом

Температура ваздуха

Положај амортизера

Мерења су показала да вентилатор већ ради близу своје номиналне брзине. Међутим, стварни проток ваздуха био је испод првобитне пројектоване вредности.

Тим је затим прегледао ваздушни пут и открио превелик отпор на предгрејачу ваздуха и делимично ограниченим деловима канала.

Ово је било важно: проблем није нужно био у томе што су вентилатори индустријских бојлера били премали. Систем је спречавао постојећи вентилатор да достигне предвиђену радну тачку.

Након што су ограничења исправљена, проток ваздуха се повећао без замене мотора или вентилатора.

Ова врста дијагнозе може уштедети знатно више новца од једноставног инсталирања већег вентилатора.

Не занемарите температуру и густину гаса

Температура је посебно важна када се бирају вентилатори индустријских котлова на страни димних гасова.

Како температура гаса расте, густина гаса се смањује. Због тога, вентилатор који ради на топлом димном гасу не може увек да се изабере директно коришћењем истих вредности запремине и притиска које важе за амбијентални ваздух.

На пример, ИД вентилатор који ради са димним гасом од 180°Ц и ФД вентилатор који рукује амбијенталним ваздухом од 20°Ц могу имати потпуно различите услове густине чак и ако се њихове запреминске вредности протока ваздуха чине сличне.

Произвођач би стога требало да добије стварну радну температуру, а не генеричку изјаву као што је „примена на високим температурама“.

За ИД вентилатора, инжењери би обично требало да обезбеде:

Нормална температура + максимална температура + проток ваздуха на наведеној температури + на бази притиска

Ако температура може значајно да варира током покретања и искључивања, те услове такође треба узети у обзир.

Температура, концентрација прашине, влага и састав корозивног гаса могу додатно утицати на избор материјала и механички дизајн. 

Избор вентилатора треба да укључује стварну радну тачку

Крива вентилатора је кориснија од натписне плочице вентилатора када се процењују вентилатори индустријских котлова.

Претпоставимо да је задатак дизајна:

Проток ваздуха: 30.000 м³/х

Статички притисак: 2.500 Па

Температура гаса: 150°Ц

Радна брзина: 1.450 о/мин

Произвођач треба да провери где се ова радна тачка налази на предложеној кривој перформанси вентилатора.

Ако изабрани вентилатор теоретски може да произведе 30.000 м³/х, али само при притиску знатно нижем од 2.500 Па, вентилатор неће задовољити стварне системске захтеве.

Супротно томе, избор претерано великог вентилатора може гурнути систем ка непотребном пригушивању. Мотор такође може да троши више енергије него што је потребно у зависности од начина управљања и радне тачке.

Стога није циљ одабрати највећи доступни вентилатор. Циљ је да се нормална радна тачка постави у погодно подручје криве вентилатора, уз омогућавање разумне радне маргине.

Дизајн радног кола је важан у апликацијама за прашњаве котлове

Радно коло је још једна област у којој је вентилаторима индустријских котлова потребан инжењеринг специфичан за примену.

Чист ваздух за сагоревање омогућава релативно једноставан избор радног кола. Димни гас који садржи абразивни пепео је другачији.

Ако прашина непрекидно утиче на радно коло, предње ивице сечива могу постепено да се хабају. Нагомилавање материјала такође може створити неравнотежу. У неким апликацијама за биомасу, лепљиве наслаге се могу акумулирати брже него што се очекивало због карактеристика влаге и пепела.

Практична инспекција одржавања стога треба да укључује:

Искључите и изолујте вентилатор.

Проверите да ли је радно коло истрошено.

Проверите да ли има неравних наслага на сечивима.

Измерите или проверите стање осовине и лежаја.

Прегледајте спојницу или каиш.

Проверите темељне и анкер вијке.

Извршите балансирање ако се утврди значајна неравнотежа.

За апликације са тешким хабањем, дизајн вентилатора може захтевати конструкцију отпорну на хабање или заменљиве хабајуће компоненте уместо да се ослања само на дебље стандардне лопатице.

Како побољшати енергетску ефикасност

Енергетску ефикасност треба узети у обзир приликом почетног избора вентилатора за индустријске котлове, а не након што је вентилатор већ инсталиран.

Три области заслужују посебну пажњу.

Прво, избегавајте непотребан притисак.

Ако је систему потребно 2.000 Па, али је вентилатор одабран и ради тако да генерише знатно већи притисак, вишак притиска може једноставно да се распрши кроз клапне или друга ограничења.

Друго, ускладите капацитет вентилатора са стварним радним опсегом.

Ако котао већину свог радног времена проводи на 50–70% оптерећења, вентилатор не треба оптимизовати само за теоретски услов оптерећења од 100%.

Треће, размислите о контроли брзине.

За системе са променљивим оптерећењем, смањење брзине вентилатора може бити ефикасније од одржавања пуне брзине и пригушивања протока ваздуха помоћу пригушивача. Ово је посебно релевантно јер се снага вентилатора снажно мења са брзином под односом афинитета и закона.

Систем вентилатора котла стога треба проценити на основу годишњих радних сати, профила оптерећења, начина управљања и трошкова електричне енергије – не само на почетној набавној цени.

Шта инжењери треба да пошаљу пре него што затраже понуду за вентилатор котла

Пре куповине индустријских вентилатора за бојлере, препоручујем да припремите технички лист уместо да шаљете само капацитет котла.

Користан РФК треба да садржи:

Информације о котлу

Капацитет котла

Врста горива

Метода печења

Нормално и максимално оптерећење

Дужност навијача

Потребан проток ваздуха

Статички или тотални притисак

Нормална и максимална радна тачка

Радна температура

Информације о систему

Величина канала и приближни распоред

Тип сакупљача прашине

Предгрејач ваздуха

Чистач, ако постоји

Информације о димњаку

Процењена отпорност система

Механички захтеви

Ротација вентилатора

Смер излаза

Аранжман вожње

Снага и напон мотора

Распоред лежајева

ВФД или контрола амортизера

Услови локације

Висина инсталације

Температура околине

Унутрашња или спољашња инсталација

Континуирани или повремени рад

Ове информације дају произвођачу довољно података да правилно процени криву вентилатора, снагу мотора, дизајн радног кола, материјале и начин управљања.

Финал Тхоугхтс

Потражња за индустријским вентилаторима за котлове је све више повезана са више од пуког довода ваздуха за сагоревање или одвода димних гасова. Модерни котловски системи захтевају стабилан проток ваздуха при променљивим оптерећењима, прецизну контролу притиска у пећи, нижу потрошњу помоћне енергије и поуздан рад под захтевним условима температуре и прашине.

За нови пројекат, најбоља полазна тачка је комплетна функција система: проток ваздуха + притисак + температура + гориво + отпор система + радни опсег. За постојећи котао, радне податке треба упоредити са оригиналном тачком пројектовања пре замене вентилатора.

У многим случајевима, решење за лоше перформансе котла није једноставно већи мотор или већи вентилатор. Тачан отпор система, радна тачка вентилатора, контрола брзине, стање радног кола и контрола притиска у пећи могу имати много већи утицај на стварне перформансе.