Вентилятори з примусовою тягою для котлів забезпечують стабільну подачу повітря для горіння на промислових підприємствах

У промислових котлах стабільність горіння залежить не тільки від самого пальника. Система спалювання повинна отримувати потрібну кількість повітря під необхідним тиском, навіть коли змінюється навантаження котла. Вентилятори з примусовою тягою котла забезпечують це повітря для горіння, штовхаючи навколишнє або попередньо нагріте повітря до пальника, вітряної камери, решітки або печі. У системах зі збалансованою тягою примусовий вентилятор працює разом із примусовим вентилятором, щоб контролювати потік повітря через котел.

Чому подача повітря для горіння має значення

Паливо не може горіти ефективно, якщо доступного кисню недостатньо. У той же час просто подавати більше повітря - це не вихід. Надлишок повітря поглинає тепло і виносить додаткове тепло через трубу, що може знизити ефективність котла. З цієї причини вентилятори з примусовою тягою котла повинні забезпечувати достатній потік повітря в усьому робочому діапазоні, а не просто виробляти максимально можливий об’єм повітря.

Наприклад, розглянемо котел на біомасі, який працює з навантаженням від 60% до 100%. Якщо вентилятор працює на майже повній швидкості незалежно від навантаження котла, система може отримувати надлишок повітря для горіння при низькому навантаженні. Кращий підхід полягає в тому, щоб контролювати потік повітря відповідно до фактичної потреби в паливі за допомогою впускної заслінки, впускної направляючої лопатки або VFD залежно від конструкції системи. Дослідження регулювання частоти обертання котельні також показали взаємозв’язок між роботою вентилятора, надлишком повітря та ефективністю котла. 

Не вибирайте вентилятор лише з потужності двигуна

Однією з найпоширеніших помилок під час заміни вентилятора котла є запит на двигун потужністю 30 кВт, 45 кВт або 75 кВт і очікування, що виробник вентилятора визначить все з цього числа. Потужність двигуна є результатом процесу вибору вентилятора, а не основним параметром вибору.

Для вентиляторів котла з примусовою тягою основна інформація повинна містити:

Необхідний потік повітря, наприклад м³/год або CFM

Необхідний статичний тиск або загальний тиск

Температура повітря на вході

Тип палива

Ємність котла

Робоча висота

Очікуваний діапазон навантаження

Втрати тиску в повітроводах і обладнанні

Стійкість до пальника або решітки

Перепад тиску в підігрівачі повітря, якщо встановлено

Метод контролю

Напруга і частота двигуна

Схема установки вентилятора

Напрямок обертання та положення виходу

Необхідний тиск слід розраховувати на основі повного повітряного шляху. Повітроводи, коліна, заслінки, фільтри, підігрівачі повітря, вітряні камери, регістри пальників та інші компоненти створюють опір. 

Практичний приклад вибору вентилятора

Припустимо, промисловий котел потребує 18 000 м³/год повітря для горіння при статичному тиску 2 200 Па за проектних робочих умов. Вентилятор не слід вибирати просто як «вентилятор 18 000 м³/год».

По-перше, інженер повинен підтвердити, чи є 18 000 м³/год фактично необхідним робочим потоком повітря, чи він уже включає необхідний проектний запас. Далі потрібно розрахувати втрати тиску між входом вентилятора та топкою.

Наприклад:

Втрати в повітропроводі: 300 Па

Втрати демпфера: 180 Па

Втрати на підігрівач повітря: 450 Па

Втрати вітрової коробки та пальника: 700 Па

Інші системні втрати: 350 Па

Необхідний запас: оцінюється окремо відповідно до дизайну проекту

Потім вибір вентилятора слід перевіряти на відповідність кінцевій робочій точці, а не лише на повітряний потік. Це особливо важливо, коли вентилятори з примусовою тягою котла використовуються як заміна існуючого агрегату, оскільки зміни в системі повітроводів або пальнику можуть змінити фактичну робочу точку.

Тиск вентилятора та потік повітря мають відповідати котлу

Вентилятор може створити великий потік повітря за низького тиску, але все одно не зможе доставити необхідне повітря в піч. І навпаки, вибір надмірного тиску може призвести до непотрібного дроселювання та підвищення робочої потужності.

Ось чому важлива крива продуктивності вентилятора. Розрахункова точка повинна бути розташована в межах відповідної області кривої вентилятора з достатнім діапазоном регулювання для нормальної роботи котла.

Для вентиляторів з примусовою тягою котла я зазвичай перевіряю принаймні три робочі точки:

Мінімальне стабільне навантаження котла

Нормальне робоче навантаження

Максимальне безперервне навантаження

Якщо котел зазвичай працює з навантаженням 70–90%, вентилятор не слід оптимізувати лише для теоретичної точки 100%. Фактичний робочий діапазон має значення, оскільки потреба в повітрі для горіння змінюється залежно від витрати палива.

Управління VFD може бути корисним, але автоматично не є найкращим рішенням

Приводи змінної частоти часто розглядаються як вентилятори з примусовою тягою котла, оскільки швидкість вентилятора можна регулювати відповідно до навантаження котла. Для відцентрових вентиляторів закони вентилятора забезпечують корисну основу для розуміння впливу змін швидкості: потік повітря змінюється приблизно зі швидкістю, тиск змінюється приблизно з квадратом швидкості, а потужність змінюється приблизно з кубом швидкості.

Це означає, що відносно невелике зниження швидкості може призвести до значного зниження потужності вентилятора.

Однак при виборі VFD також слід враховувати двигун, мінімальну робочу швидкість, реакцію керування, вимоги до запуску, гармонічні міркування та необхідну стратегію керування повітряним потоком. VFD не слід просто додавати, оскільки це звучить ефективніше. Необхідно розглянути всю систему керування котлом. Що відбувається, коли вентилятор малого розміру? Занижений вентилятор котла з примусовою тягою може виглядати прийнятним під час роботи з низьким навантаженням, але стати вузьким місцем, коли котел наближається до повного навантаження.

Типові симптоми включають:

Вентилятор працює близько до максимальної швидкості

Неможливість досягти необхідного потоку повітря

Низький рівень кисню в печі

Нестійке горіння

Збільшення CO

Зменшення вироблення пари

Вища витрата палива

Надмірний перепад тиску в системі повітря

Заслінка залишається повністю відкритою

Однак перед заміною вентилятора технічні спеціалісти повинні переконатися, що проблема насправді полягає в потужності вентилятора. Брудний фільтр, заблокований повітропровід, неправильно розташована заслінка, забруднений підігрівач повітря або модифікований пальник можуть збільшити опір системи та створити симптоми, схожі на занижений вентилятор.

Приклад: котел на біомасі з недостатнім потоком повітря

Розглянемо котел на біомасі, спочатку розроблений приблизно на 15 000 м³/год повітря для горіння. Після кількох років роботи завод перейшов на більш вологе біопаливо.

Оператор помітив, що котел більше не може підтримувати попередній режим горіння при високому навантаженні. Початкове припущення полягало в тому, що вентилятор FD став занадто малим.

Перевірка місця виявила три важливі умови:

Вентилятор все ще досягав приблизно початкової проектної швидкості.

Впускна заслінка була майже повністю відкрита

Нове паливо містило значно більше вологи.

Тому команда інженерів перевірила вимоги до повітря для горіння та тиск у системі, перш ніж прийняти рішення про заміну вентилятора. Це важливо, оскільки зміна палива може змінити необхідні умови горіння; просте збільшення розміру вентилятора може не вирішити основну проблему процесу.

Остаточний вибір вентилятора ґрунтувався на переглянутих вимогах до потоку повітря та тиску, а не на старій потужності двигуна.

Вентилятор FD і вентилятор ID слід розглядати разом

У котлі зі збалансованою тягою вентилятор FD подає повітря для горіння, тоді як вентилятор ID видаляє димовий газ і допомагає підтримувати необхідний тиск у топці. Ці два вентилятори виконують різні функції, але безпосередньо впливають на той самий процес згоряння.

Якщо сторона FD подає значно більше повітря, ніж може видалити система, тиск у печі може зрости. Якщо внутрішня сторона тягне надто сильно відносно вхідного повітря для горіння, може виникнути надмірний негативний тиск.

Таким чином, під час заміни вентиляторів котла з примусовою тягою також корисно перевірити наявну ідентифікаційну потужність вентилятора. Новий вентилятор FD має відповідати робочому діапазону повної системи контролю тяги, а не розглядатися як ізольована частина обладнання.

Температура повітря також впливає на вибір вентилятора

Перед вибором вентиляторів з примусовою тягою для котлів слід указати температуру повітря для горіння.

Якщо вентилятор обробляє навколишнє повітря, щільність відрізняється від щільності системи, де повітря проходить через підігрівач повітря. З підвищенням температури повітря його щільність зменшується, що впливає на співвідношення між об’ємною витратою, масовою витратою, тиском і потужністю вентилятора.

Наприклад, обидві системи можуть показувати на папері 20 000 м³/год, працюючи при істотно різних температурах повітря. Таким чином, інженерний розрахунок повинен встановити фактичну робочу температуру та тиск, а не вважати об’єм незалежним від умов експлуатації.

Це стає особливо важливим для котлів, які використовують підігрівачі повітря або інше обладнання для рекуперації тепла.

Перевірки технічного обслуговування, які не можна пропускати

Навіть правильно підібраний вентилятор може втратити продуктивність через проблеми з обслуговуванням. Для вентиляторів з примусовою тягою для котлів планова перевірка повинна включати робоче колесо, підшипники, вал, муфту, струм двигуна, вібрацію, стан входу, положення заслінки та повітропроводу.

Якщо потік повітря поступово зменшується, а швидкість вентилятора залишається незмінною, не збільшуйте швидкість одразу. Перша перевірка:

Засмічення вхідного фільтра

Відкриття заслінки

Закупорка протоки

Забруднення робочого колеса

Стан підшипника

Стан ременя або муфти

Обертання вентилятора

Тиск в системі

Стійкість до пальника або вітряної коробки

Крильчатка, забруднена пилом або відкладеннями, може змінити аеродинамічний стан і збільшити дисбаланс. Збільшення швидкості для компенсації може збільшити механічне навантаження без вирішення початкової проблеми. Яку інформацію слід надіслати виробнику вентиляторів? Для запиту пропозицій, що стосується вентиляторів з примусовою тягою котла, корисний технічний запит має містити набагато більше, ніж потужність котла.

Практичний запит пропозицій може включати:

Потужність котла: 20 т/год

Паливо: біомаса / вугілля / природний газ / нафта

Необхідний потік повітря: 18 000 м³/год

Необхідний тиск: 2200 Па

Температура повітря: 40°C

Висота: 35 м

Робоча частота: 50 Гц

Напруга двигуна: 415 В

Управління: VFD

Монтаж: Внутрішній

Ротація: буде підтверджено

Напрямок виходу: Буде підтверджено

У разі заміни існуючого вентилятора надзвичайно корисними також будуть фотографії, інформація з паспортної таблички, крива вентилятора, дані двигуна, розміри повітроводу та фактичні робочі вимірювання.

Чим повніші експлуатаційні дані, тим простіше вибрати вентилятори з примусовою тягою для котла, які відповідають реальній навантаженості котла, замість того, щоб обирати модель із каталогу лише на основі номінального потоку повітря.

Заключні міркування

Основне призначення вентиляторів з примусовою тягою для котлів є простим: забезпечити систему згоряння стабільним, регульованим повітрям під тиском, необхідним для котла. Інженерне завдання полягає в тому, щоб зробити потік повітря доступним у всьому робочому діапазоні, зберігаючи під контролем потужність вентилятора, тиск у топці, умови горіння та механічну надійність.

Для проекту нового котла вентилятор слід вибрати з повного розрахунку опору повітряної сторони. Для проекту заміни фактичні робочі дані слід порівняти з оригінальною кривою вентилятора, перш ніж вирішити, чи проблема полягає в недостатній продуктивності вентилятора, підвищеному опорі системи чи зміні умов горіння.

Отже, правильно підібраний вентилятор для котла – це не просто вентилятор із високим потоком повітря. Це компонент, який відповідає паливу котла, системі спалювання, втратам тиску, робочій температурі, методу керування та очікуваному діапазону навантаження. Саме це дозволяє котлу підтримувати стабільне горіння без зайвих витрат потужності вентилятора.