Tööstuslikud katlaventilaatorid kohanduvad kasvavate nõudlustega usaldusväärse põlemisõhuvoolu järele

Tööstuslikud katlasüsteemid muutuvad nõudlikumaks, kuna tehased püüavad säilitada stabiilset põlemist, kontrollides samal ajal kütusekulu, heitkoguseid ja tegevuskulusid. Selles keskkonnas ei valita tööstuslikke katlaventilaatoreid enam lihtsalt katla võimsuse või mootori võimsuse järgi. Ventilaatori tegelik töökoormus sõltub põlemisõhu nõuetest, süsteemi takistusest, kütuse omadustest, töötemperatuurist ja koormuse muutumisest.

Inseneride jaoks ei tohiks esimene küsimus olla "Mitu kW peaks ventilaatori mootoril olema?" See peaks olema "Milline õhuvool ja rõhk on tegelikus tööpunktis vaja?" See eristamine on oluline, kuna nii sundtõmbeventilaatorid (FD) kui ka indutseeritud tõmbeventilaatorid (ID) tuleb sobitada kogu katlasüsteemiga, mitte valida iseseisvate seadmetena. Alustage õhuvoolust ja rõhust, mitte mootori võimsusest

Tööstuslike katlaventilaatorite valimisel tuleks kõigepealt kindlaks määrata kaks põhiparameetrit: vajalik õhuvool ja nõutav rõhk.

FD-ventilaatori puhul on õhuvool seotud katla põlemiskiiruse, kütuse tüübi, põleti või resti konstruktsiooni ja vajaliku üleõhu tasemega. Ventilaatori rõhk peab ületama takistuse õhu sisselaskeavast, filtrist, siibrist, kanalistikust, õhu eelsoojendist, tuulekastist ja põletiregistrist.

ID-fänni puhul on arvutus erinev. Ventilaator peab eemaldama vajaliku suitsugaasi koguse, ületades samal ajal takistuse katla gaasikanalitest, ökonomaiserist, õhu eelsoojendist, tolmukogujast, pesurist, kanalitest, siibridest ja korstnast.

Seetõttu peaks praktiline spetsifikatsioonileht sisaldama vähemalt järgmist:

Nõutav õhuvool: m³/h või CFM

Staatiline või kogurõhk: Pa, kPa või mmWG

Õhu või gaasi temperatuur

Kütuse tüüp

Tolmu kontsentratsioon

Gaasi koostis, kui see on asjakohane

Töökõrgus merepinnast

Normaalne ja maksimaalne koormus

Ventilaatori kiirus või VFD vahemik

Mootori pinge ja sagedus

Paigaldamise korraldus

See lähenemine hoiab ära levinud ostuvea: ventilaatori valimine ainult olemasoleva mootorivõimsuse põhjal. Näiteks 160 kW mootor ei ütle tootjale, millist õhuvoolu või rõhku ventilaator tegelikult tooma peab.

FD fännil ja ID-fännil on erinevad töökohad

Mitte kõik tööstuslikud katlaventilaatorid ei täida sama funktsiooni.

Sundtõmbeventilaator varustab ahju põlemisõhku. Tavaliselt käsitleb see suhteliselt puhast ümbritsevat või eelsoojendatud õhku ja töötab põlemissüsteemi ülerõhu poolel.

Väljalaske poolel töötab indutseeritud tõmbeventilaator. See tõmbab suitsugaasid läbi katla ja allavoolu seadmete, aidates samal ajal säilitada vajalikku ahju tõmmet. Olenevalt kütusest ja protsessist võib gaas sisaldada tuhka, tolmu, niiskust, söövitavaid ühendeid ja muid saasteaineid.

See erinevus mõjutab otseselt ventilaatori ehitust.

Näiteks gaasiküttel töötava katla FD-ventilaator võib eelkõige nõuda stabiilset õhuvoolu, tõhusat tööd ja täpset juhtimist. Biomassil või kivisöeküttel töötava katla ID-ventilaator võib vajada täiendavat arvessevõtmist hõõrdumise, tolmu kogunemise, kõrge temperatuuriga gaasi, võlli jahutuse, laagrite paigutuse ja tiiviku kulumise kohta.

Seetõttu ei piisa seadmete õigeks valimiseks pelgalt tootjale ütlemisest: "Mul on vaja 20-tonnise katla jaoks boileri ventilaatorit".

Süsteemi takistus määrab sageli ventilaatori lõpliku suuruse

Üks olulisemaid praktilisi punkte tööstuslike katlaventilaatorite määramisel on see, et ventilaator ei tööta ainult katla vastu. See töötab kogu õhu- või suitsugaasisüsteemi takistuse vastu.

FD-süsteemi puhul võivad rõhukadud tuleneda järgmistest põhjustest:

Õhu sisselaskeava → filter → summuti → kanal → siiber → õhu eelsoojendus → tuulekast → põleti

ID-süsteemi puhul võib marsruut olla:

Boiler → ökonomaiser → tolmukoguja → gaasipesuri → kanal → ID ventilaator → korsten

Iga komponent aitab kaasa rõhukadu. Määrdunud kottfilter või osaliselt ummistunud kanal võib oluliselt suurendada süsteemi takistust, ilma et ventilaatoris tekiks mehaanilisi probleeme.

Seetõttu peaksid tehnikud enne ventilaatori vahetamist võrdlema praeguseid tööandmeid algsete kasutuselevõtuandmetega. Kui ventilaatori kiirus jääb õhuvoolu languse ja rõhu tõusmise ajal ligikaudu konstantseks, tuleks enne ventilaatori töövõime kaotamise eeldamist uurida süsteemi suurenenud takistust. 

Liigne õhk on veel üks oluline kontrollpunkt

Põlemiseks on vaja küllaldaselt õhku, kuid lihtsalt suurema õhu juurdevool ei paranda automaatselt katla jõudlust.

Põlemiseks vajalik teoreetiline õhuhulk sõltub kütusest. Tegelikus töös tarnitakse lisaõhku, sest täiuslikku kütuse-õhu segunemist on raske saavutada. Seda nimetatakse liigseks õhuks.

Praktiline probleem ilmneb siis, kui boiler töötab osalise koormusega. Kui ventilaator jätkab tööd täiskiirusel ja õhuvoolu juhitakse peamiselt siibri sulgemisega, võib ventilaator tarbida märkimisväärset elektrienergiat, samal ajal kui suur osa saadaolevast õhuvoolust on piiratud.

Muutuva kiirusega juhtimine võib seda probleemi vähendada. Katlamaja ventilaatori juhtimist käsitlevad uuringud on näidanud, et õhuvoolu reguleerimine ventilaatori kiiruse kaudu, mitte ainult siibritele lootmine, võib osalise koormuse korral oluliselt säästa energiat.

Sel põhjusel on kaasaegsed tööstuslikud katlaventilaatorid üha enam varustatud VFD-juhtimisega, kui katla koormusvahemik on lai.

Võti pole siiski lihtsalt VFD installimine. Juhtsüsteem peaks kooskõlastama ventilaatori kiiruse kütusevoolu, ahju rõhu, põlemisnõuete ja tööpiirangutega. Ventilaatori kiiruse kontrollimatu suurendamine võib põhjustada liigset õhuvoolu, tarbetut energiatarbimist või ebastabiilseid ahju tingimusi.

Praktiline näide: Biomassi katla ventilaatori valik

Mõelge biomassi katlale, kus tehas kasutas algselt olemasolevat tsentrifugaalventilaatorit. Operaator teatas, et põlemine muutus ebastabiilseks alati, kui boiler lähenes maksimaalsele koormusele.

Esimene reaktsioon oli kahtlus, et ventilaatori võimsus on ebapiisav.

Selle asemel, et ventilaator kohe välja vahetada, salvestas hooldusmeeskond:

Ventilaatori pöörete arv

Õhuvool

Ventilaatori rõhk

Mootori vool

Ahju surve

Kütuse etteande kiirus

Õhutemperatuur

Amortisaatori asend

Mõõtmised näitasid, et ventilaator töötas juba nimikiiruse lähedal. Tegelik õhuvool jäi aga alla algse projekteerimisväärtuse.

Seejärel kontrollis meeskond õhuteed ja leidis õhu eelsoojendil ja osaliselt piiratud kanaliosadel liigset takistust.

See oli oluline: probleem ei olnud tingimata selles, et tööstuslikud boileri ventilaatorid olid liiga väikesed. Süsteem takistas olemasoleval ventilaatoril ettenähtud tööpunkti jõudmast.

Pärast piirangute parandamist suurenes õhuvool ilma mootorit või ventilaatorit vahetamata.

Seda tüüpi diagnostika võib säästa oluliselt rohkem raha kui lihtsalt suurema ventilaatori paigaldamine.

Ärge ignoreerige temperatuuri ja gaasi tihedust

Temperatuur on eriti oluline suitsugaaside poole tööstuslike katlaventilaatorite valimisel.

Gaasi temperatuuri tõustes gaasi tihedus väheneb. Seetõttu ei saa kuuma suitsugaasi käitlevat ventilaatorit alati valida, kasutades samu ruumala ja rõhu väärtusi, mis kehtivad välisõhule.

Näiteks 180°C suitsugaase käitleval ID-ventilaatoril ja 20°C välisõhku käitleval FD-ventilaatoril võivad olla täiesti erinevad tihedustingimused, isegi kui nende mahulised õhuvoolu väärtused tunduvad sarnased.

Seetõttu peaks tootja saama tegeliku töötemperatuuri, mitte üldise avalduse, näiteks „kõrgtemperatuuriline rakendus”.

ID-fänni jaoks peaksid insenerid tavaliselt pakkuma:

Normaalne temperatuur + maksimaalne temperatuur + õhuvool kindlaksmääratud temperatuuril + rõhk

Kui temperatuur võib käivitamise ja seiskamise ajal oluliselt erineda, tuleks ka neid tingimusi arvesse võtta.

Temperatuur, tolmu kontsentratsioon, niiskus ja söövitava gaasi koostis võivad lisaks mõjutada materjali valikut ja mehaanilist disaini. 

Ventilaatori valik peaks sisaldama tegelikku tööpunkti

Tööstuslike boilerite ventilaatorite hindamisel on ventilaatori kõver kasulikum kui ventilaatori nimesilt.

Oletame, et projekteerimiskohustus on:

Õhuvool: 30 000 m³/h

Staatiline rõhk: 2500 Pa

Gaasi temperatuur: 150°C

Töökiirus: 1450 pööret minutis

Tootja peaks kontrollima, kus see tööpunkt asub kavandatud ventilaatori jõudluskõveral.

Kui valitud ventilaator suudab teoreetiliselt toota 30 000 m³/h, kuid ainult rõhul, mis on oluliselt madalam kui 2500 Pa, ei vasta ventilaator tegelikele süsteeminõuetele.

Vastupidiselt võib liiga suure ventilaatori valimine suruda süsteemi tarbetu drosseliga. Sõltuvalt juhtimismeetodist ja tööpunktist võib mootor tarbida ka rohkem energiat kui vaja.

Seetõttu ei ole eesmärk valida suurimat saadaolevat ventilaatorit. Eesmärk on paigutada normaalne tööpunkt ventilaatori kõvera sobivasse piirkonda, võimaldades samal ajal mõistlikku töömarginaali.

Tolmukatelde puhul on tiiviku disain oluline

Tööratas on veel üks valdkond, kus tööstuslikud katlaventilaatorid vajavad rakendusepõhist projekteerimist.

Puhas põlemisõhk võimaldab suhteliselt lihtsat tiiviku valikut. Abrasiivset tuhka sisaldavad suitsugaasid on erinevad.

Kui tolm puutub pidevalt tiivikuga kokku, võivad labade esiservad järk-järgult kuluda. Materjali kogunemine võib samuti põhjustada tasakaalustamatust. Mõnes biomassi kasutamises võivad kleepuvad ladestused niiskuse ja tuha omaduste tõttu koguneda oodatust kiiremini.

Seetõttu peaks praktiline hoolduskontroll hõlmama:

Lülitage ventilaator välja ja isoleerige.

Kontrollige tiivikut kulumise suhtes.

Kontrollige, kas teradel pole ebaühtlasi sadestusi.

Mõõtke või kontrollige võlli ja laagrite seisukorda.

Kontrollige sidurit või rihmaülekannet.

Kontrollige vundamenti ja ankrupolte.

Kui tuvastatakse oluline tasakaalustamatus, viige läbi tasakaalustamine.

Tugeva kulumise korral võib ventilaatori konstruktsioon vajada kulumiskindlat konstruktsiooni või vahetatavaid kulumiskomponente, selle asemel et tugineda ainult paksematele standardsetele labadele.

Kuidas parandada energiatõhusust

Energiatõhusust tuleks kaaluda tööstuslike boilerite ventilaatorite esmasel valikul, mitte pärast seda, kui ventilaator on juba paigaldatud.

Kolm valdkonda väärivad erilist tähelepanu.

Esiteks vältige tarbetut survet.

Kui süsteem vajab 2000 Pa, kuid ventilaator valitakse ja seda kasutatakse oluliselt suurema rõhu tekitamiseks, võib ülerõhu lihtsalt hajutada siibrite või muude piirangute kaudu.

Teiseks sobitage ventilaatori võimsus tegeliku tööpiirkonnaga.

Kui boiler veedab suurema osa oma tööajast 50–70% koormusel, ei tohiks ventilaatorit optimeerida ainult teoreetilise 100% koormuse jaoks.

Kolmandaks kaaluge kiiruse reguleerimist.

Muutuva koormusega süsteemide puhul võib ventilaatori kiiruse vähendamine olla tõhusam kui täiskiiruse säilitamine ja õhuvoolu summutamine siibriga. See on eriti oluline, kuna ventilaatori võimsus muutub tugevalt kiirusega afiinsusseaduse suhte alusel.

Seetõttu tuleks boileri ventilaatorisüsteemi hinnata iga-aastaste töötundide, koormusprofiili, juhtimismeetodi ja elektrikulu – mitte ainult esialgse ostuhinna – põhjal.

Mida peaksid insenerid saatma enne katlaventilaatori hinnapakkumise küsimist

Enne tööstuslike boilerite ventilaatorite ostmist soovitan ainult katla võimsuse saatmise asemel koostada tehniline andmeleht.

Kasulik RFQ peaks sisaldama:

Katla teave

Katla võimsus

Kütuse tüüp

Põletamise meetod

Normaalne ja maksimaalne koormus

Fänni kohustus

Nõutav õhuvool

Staatiline või täielik rõhk

Tavaline ja maksimaalne tööpunkt

Töötemperatuur

Süsteemiteave

Kanali suurus ja ligikaudne paigutus

Tolmukollektori tüüp

Õhu eelsoojendaja

Skraber, kui see on olemas

Korstnateave

Hinnanguline süsteemi takistus

Mehaanilised nõuded

Ventilaatori pöörlemine

Väljalaske suund

Sõidukorraldus

Mootori võimsus ja pinge

Laagrite paigutus

VFD või siibri juhtimine

Saidi tingimused

Paigalduskõrgus

Ümbritsev temperatuur

Paigaldamine sise- või välistingimustesse

Pidev või katkendlik töö

See teave annab tootjale piisavalt andmeid ventilaatori kõvera, mootori võimsuse, tiiviku konstruktsiooni, materjalide ja juhtimismeetodi õigeks hindamiseks.

Viimased Mõtted

Nõudlus tööstuslike katlaventilaatorite järele on üha enam seotud enamaga kui lihtsalt põlemisõhu tarnimise või suitsugaaside väljalaskmisega. Kaasaegsed katlasüsteemid nõuavad stabiilset õhuvoolu muutuvatel koormustel, ahju rõhu täpset reguleerimist, väiksemat lisaenergiatarbimist ja usaldusväärset tööd nõudlikes temperatuuri- ja tolmutingimustes.

Uue projekti jaoks on parim lähtepunkt kogu süsteemi töö: õhuvool + rõhk + temperatuur + kütus + süsteemi takistus + tööpiirkond. Olemasoleva katla puhul tuleks enne ventilaatori vahetamist võrrelda tööandmeid esialgse projekteerimispunktiga.

Paljudel juhtudel ei ole katla halva jõudluse lahendus lihtsalt suurem mootor või suurem ventilaator. Õige süsteemi takistus, ventilaatori tööpunkt, kiiruse reguleerimine, tiiviku seisund ja ahju rõhu reguleerimine võivad tegelikule jõudlusele palju suuremat mõju avaldada.