Katla sundtõmbeventilaatorid toetavad stabiilset põlemisõhu juurdevoolu tööstusettevõtetes

Tööstuslikus katlas sõltub põlemisstabiilsus enamast kui põletist endast. Põletussüsteem peab saama vajaliku rõhuga õige koguse õhku ka katla koormuse muutumisel. Katla sundtõmbeventilaatorid tagavad selle põlemisõhu, surudes ümbritsevat või eelsoojendatud õhku põleti, tuulekasti, resti või ahju suunas. Tasakaalustatud tõmbesüsteemides töötab sundtõmbeventilaator koos indutseeritud tõmbeventilaatoriga, et juhtida õhuvoolu läbi katla.

Miks on põlemisõhu juurdevool oluline?

Kütus ei saa tõhusalt põleda, kui saadaolevast hapnikust ei piisa. Samas ei ole lahendus lihtsalt õhu juurde andmine. Liigne õhk neelab soojust ja kannab lisasoojust läbi korstna välja, mis võib vähendada katla efektiivsust. Sel põhjusel peavad katla sundtõmbeventilaatorid tagama piisava õhuvoolu kogu tööpiirkonna ulatuses, mitte lihtsalt tootma maksimaalset võimalikku õhuhulka.

Näiteks võtke arvesse biomassi katelt, mis töötab 60% ja 100% koormusega. Kui ventilaator töötab peaaegu täiskiirusel olenemata katla koormusest, võib süsteem saada madalal koormusel liigset põlemisõhku. Parem lähenemisviis on juhtida õhuvoolu vastavalt tegelikule kütusevajadusele, kasutades sõltuvalt süsteemi konstruktsioonist sisselaske siibrit, sisselaske juhtlaba või VFD-d. Katlamaja muudetava kiirusega reguleerimise uuringud on näidanud ka seost ventilaatori töö, liigse õhu ja katla efektiivsuse vahel. 

Ärge valige ventilaatorit ainult mootori jõul

Üks levinumaid vigu katla ventilaatori vahetamisel on 30 kW, 45 kW või 75 kW mootori küsimine ja eeldamine, et ventilaatori tootja määrab kõik selle numbri järgi. Mootori võimsus on ventilaatori valikuprotsessi väljund, mitte esmane valikuparameeter.

Katla sundtõmbeventilaatorite puhul peaks põhiteave sisaldama järgmist:

Nõutav õhuvool, nt m³/h või CFM

Nõutav staatiline rõhk või kogurõhk

Õhu sisselaske temperatuur

Kütuse tüüp

Katla võimsus

Töökõrgus merepinnast

Eeldatav koormusvahemik

Kanalite ja seadmete rõhukaod

Põleti või resti vastupidavus

Õhu eelsoojendi rõhulang, kui see on paigaldatud

Kontrolli meetod

Mootori pinge ja sagedus

Ventilaatori paigaldamise korraldus

Pöörlemissuund ja väljalaskeasend

Rõhuvajadus tuleks arvutada kogu õhutee põhjal. Kanalid, põlved, siibrid, filtrid, õhueelsoojendid, tuulekastid, põletiregistrid ja muud komponendid annavad kõik takistuse. 

Praktiline näide ventilaatorite valikust

Oletame, et tööstuslik katel vajab kavandatud töötingimustes 18 000 m³/h põlemisõhku 2200 Pa staatilise rõhu juures. Ventilaatorit ei tohiks valida lihtsalt 18 000 m³/h ventilaatoriks.

Esmalt peaks insener kinnitama, kas 18 000 m³/h on tegelik nõutav tööõhuvool või sisaldab see juba nõutavat projekteerimisvaru. Järgmisena tuleb arvutada ventilaatori sisselaskeava ja ahju vahelised rõhukaod.

Näiteks:

Õhukanali kadu: 300 Pa

Siibri kadu: 180 Pa

Õhu eelsoojendi kadu: 450 Pa

Tuulekoksi ja põleti kadu: 700 Pa

Muud süsteemikaod: 350 Pa

Nõutav varu: hinnatakse eraldi vastavalt projekti kavandile

Seejärel tuleks ventilaatori valikut kontrollida pigem saadud tööpunkti kui ainult õhuvoolu suhtes. See on eriti oluline, kui katla sundtõmbeventilaatoreid kasutatakse olemasoleva seadme asendusena, kuna kanali või põleti muudatused võivad tegelikku tööpunkti nihutada.

Ventilaatori rõhk ja õhuvool peavad vastama katlale

Ventilaator võib madalal rõhul tekitada suure õhuvoolu ja ei suuda ikkagi vajalikku õhku ahju juhtida. Vastupidi, ülemäärase rõhu valimine võib põhjustada tarbetut drosselsüsteemi ja suuremat töövõimsust.

Seetõttu on ventilaatori jõudluse kõver oluline. Projekteerimispunkt peaks asuma ventilaatori kõvera sobivas piirkonnas, kus on piisavalt reguleerimisvahemikku katla normaalseks tööks.

Katla sundtõmbeventilaatorite puhul kontrollin tavaliselt vähemalt kolme tööpunkti:

Minimaalne stabiilne katla koormus

Normaalne töökoormus

Maksimaalne pidev koormus

Kui boiler töötab tavaliselt 70–90% koormusel, ei tohiks ventilaatorit optimeerida ainult teoreetilise 100% punkti jaoks. Tegelik töövahemik on oluline, kuna põlemisõhu vajadus muutub vastavalt kütuse sissevoolule.

VFD juhtimine võib olla kasulik, kuid see pole automaatselt parim lahendus

Boiler Forced Draft ventilaatorite puhul kaalutakse sageli muutuva sagedusega ajamid, kuna ventilaatori kiirust saab reguleerida vastavalt katla koormusele. Tsentrifugaalventilaatorite puhul annavad ventilaatoriseadused kasuliku aluse kiiruse muutuste mõju mõistmiseks: õhuvool muutub ligikaudu kiirusega, rõhk muutub ligikaudu kiiruse ruuduga ja võimsus muutub ligikaudu kiiruse kuubikuga.

See tähendab, et suhteliselt väike kiiruse vähendamine võib ventilaatori võimsust oluliselt vähendada.

Kuid VFD valikul tuleks arvesse võtta ka mootorit, minimaalset töökiirust, juhtimisreaktsiooni, käivitusnõudeid, harmoonilisi kaalutlusi ja nõutavat õhuvoolu reguleerimise strateegiat. VFD-d ei tohiks lihtsalt lisada, sest see kõlab tõhusamalt. Arvestada tuleb kogu katla juhtimissüsteemiga. Mis juhtub, kui ventilaator on alamõõduline? Alamõõduline katla sundtõmbeventilaator võib tunduda vastuvõetav madala koormuse korral, kuid muutuda kitsaskohaks, kui boiler läheneb täiskoormusele.

Tüüpiliste sümptomite hulka kuuluvad:

Ventilaator töötab maksimaalse kiiruse lähedal

Suutmatus saavutada vajalikku õhuvoolu

Madal ahjuhapnik

Ebastabiilne põlemine

Suurenev CO

Vähendatud auru tootmine

Kõrgem kütusekulu

Liigne rõhulangus õhusüsteemis

Siiber jääb täielikult avatuks

Enne ventilaatori vahetamist peaksid tehnikud siiski kinnitama, et probleem on tegelikult ventilaatori võimsuses. Määrdunud filter, ummistunud kanal, valesti paigutatud siiber, määrdunud õhu eelsoojendi või muudetud põleti võivad suurendada süsteemi takistust ja tekitada sümptomeid, mis näevad välja nagu alamõõduline ventilaator.

Juhtumi näide: ebapiisava õhuvooluga biomassi katel

Mõelge biomassi katlale, mis oli algselt kavandatud umbes 15 000 m³/h põlemisõhu jaoks. Pärast mitut aastat töötamist läks jaam üle märjema biomassi kütuse vastu.

Operaator märkas, et katel ei suuda enam suurel koormusel säilitada eelmist põlemisseisundit. Esialgne oletus oli, et FD ventilaator on liiga väikeseks jäänud.

Kohapeal tehtud kontrollimisel leiti kolm olulist tingimust:

Ventilaator saavutas endiselt ligikaudu oma esialgse disainikiiruse.

Sisselaske siiber oli peaaegu täielikult avatud

Uus kütus sisaldas oluliselt rohkem niiskust.

Seetõttu kontrollis insenerimeeskond enne asendusventilaatori kasuks otsustamist põlemisõhu vajadust ja süsteemi rõhku. See on oluline, kuna kütuse vahetamine võib muuta vajalikke põlemistingimusi; lihtsalt ventilaatori suuruse suurendamine ei pruugi protsessi aluseks olevat probleemi lahendada.

Ventilaatori lõplik valik põhines pigem muudetud õhuvoolu- ja rõhunõuetel, mitte vana mootori võimsusel.

FD-fänni ja ID-fänni tuleb käsitleda koos

Tasakaalustatud tõmbega katlas varustab FD ventilaator põlemisõhku, ID-ventilaator eemaldab suitsugaasid ja aitab säilitada vajalikku ahjurõhku. Need kaks ventilaatorit täidavad erinevaid töid, kuid mõjutavad otseselt sama põlemisprotsessi.

Kui FD-pool annab oluliselt rohkem õhku, kui süsteem suudab eemaldada, võib ahju rõhk suureneda. Kui ID-pool tõmbab sissetuleva põlemisõhu suhtes liiga tugevalt, võib tekkida liigne alarõhk.

Seetõttu on Boiler Forced Draft Ventilaatorite vahetamisel kasulik kontrollida ka olemasolevat ID ventilaatori töökorda. Uus FD-ventilaator peaks sobima kogu tõmbekontrollisüsteemi tööpiirkonnaga, selle asemel, et seda hinnata eraldiseisva seadmena.

Õhutemperatuur mõjutab ka ventilaatori valikut

Põlemisõhu temperatuur tuleks täpsustada enne Boiler Forced Draft ventilaatorite valimist.

Kui ventilaator käsitleb ümbritsevat õhku, erineb tihedus süsteemist, kus õhk on läbinud õhu eelsoojendi. Õhutemperatuuri tõustes selle tihedus väheneb, mis mõjutab mahuvoolu, massivoolu, rõhu ja ventilaatori võimsuse vahelist suhet.

Näiteks kaks süsteemi võivad mõlemad näidata paberil 20 000 m³/h, töötades oluliselt erinevatel õhutemperatuuridel. Seetõttu tuleb tehnilistes arvutustes kindlaks määrata tegelik töötemperatuur ja -rõhu alus, mitte käsitleda mahunumbrit töötingimustest sõltumatuna.

See muutub eriti oluliseks kateldes, mis kasutavad õhueelsoojendeid või muid soojustagastusseadmeid.

Hoolduskontrollid, mida ei tohiks vahele jätta

Isegi õigesti valitud ventilaator võib hooldusprobleemide tõttu jõudluse kaotada. Katla sundtõmbeventilaatorite korral peaks rutiinne kontroll hõlmama tiivikut, laagreid, võlli, sidurit, mootori voolu, vibratsiooni, sisselaske seisukorda, siibri asendit ja kanalit.

Kui õhuvool väheneb järk-järgult ja ventilaatori kiirus jääb muutumatuks, ärge kohe kiirust suurendage. Esimene kontroll:

Sisselaskefiltri ummistus

Klapi avamine

Kanali ummistus

Tööratta saastumine

Laagri seisukord

Rihma või siduri seisukord

Ventilaatori pöörlemine

Süsteemi rõhk

Põleti või tuulekasti takistus

Tolmu või ladestustega saastunud tiivik võib muuta aerodünaamilist seisundit ja suurendada tasakaalutust. Kiiruse suurendamine kompenseerimiseks võib suurendada mehaanilist koormust ilma algset probleemi lahendamata. Millist teavet tuleks ventilaatoritootjale saata? Katla sundtõmbeventilaatoreid hõlmava pakkumise puhul peaks kasulik tehniline päring sisaldama palju enamat kui katla võimsust.

Praktiline RFQ võib sisaldada:

Katla võimsus: 20 TPH

Kütus: biomass / kivisüsi / maagaas / nafta

Vajalik õhuvool: 18 000 m³/h

Nõutav rõhk: 2200 Pa

Õhutemperatuur: 40°C

Kõrgus: 35 m

Töösagedus: 50 Hz

Mootori pinge: 415 V

Juhtimine: VFD

Paigaldamine: siseruumides

Pööramine: kinnitamisel

Väljalaske suund: kinnitamisel

Kui olemasolevat ventilaatorit vahetatakse, on väga kasulikud ka fotod, andmesildi teave, ventilaatori kõver, mootori andmed, kanali mõõtmed ja tegelikud töömõõtmised.

Mida täielikumad on tööandmed, seda lihtsam on valida katla sundventilaatoreid, mis vastavad katla tegelikule töökoormusele, selle asemel, et valida kataloogist mudel, mis põhineb ainult nominaalsel õhuvoolul.

Lõplikud kaalutlused

Boiler Forced Draft ventilaatorite põhieesmärk on lihtne: tagada põlemissüsteemi stabiilne, juhitav õhk katla nõutava rõhu juures. Tehniline väljakutse on muuta see õhuvool kättesaadavaks kogu tööpiirkonnas, hoides samal ajal ventilaatori võimsust, ahju rõhku, põlemistingimusi ja mehaanilist töökindlust kontrolli all.

Uue katlaprojekti jaoks tuleks ventilaator valida täielikust õhupoolse takistuse arvutusest. Asendusprojekti puhul tuleks tegelikke tööandmeid võrrelda ventilaatori esialgse kõveraga, enne kui otsustada, kas probleemiks on ventilaatori ebapiisav võimsus, suurenenud süsteemi takistus või põlemistingimuste muutus.

Hästi valitud Boiler Forced Draft Ventilaator ei ole seega lihtsalt suure õhuvooluga ventilaator. See on komponent, mis sobib katla kütusele, põlemissüsteemile, rõhukadudele, töötemperatuurile, juhtimismeetodile ja eeldatavale koormusvahemikule. Just see võimaldab katlal säilitada stabiilset põlemist ilma ventilaatori võimsust asjatult raiskamata.