Tööstuslike katelde tõmbeventilaatorlahendused parandavad suitsugaaside heitgaaside tõhusust

Tööstuslikus boileris käsitletakse indutseeritud tõmbeventilaatorit sageli kui lihtsat väljatõmbeseadet. Praktikas on see üks peamisi seadmeid, mis reguleerivad ahju rõhku, suitsugaaside liikumist, põlemisstabiilsust ja lisaenergiatarbimist. Õigesti valitud tööstusliku katla indutseeritud tõmbeventilaator peab liigutama vajaliku suitsugaasi koguse, ületades samal ajal katla, kanali, tolmukoguja, pesuri, korstna ja muude allavoolu seadmete takistuse.

Viga, mida ma näen kõige sagedamini, on tööstusliku katla indutseeritud tõmbeventilaatori valimine ainult katla võimsuse või mootori võimsuse põhjal. Näiteks 10 MW katel ei vaja automaatselt kindlat ventilaatori suurust. Tegelik tööpunkt sõltub suitsugaaside mahust, gaasi temperatuurist, süsteemi takistusest, kütusest, liigsest õhust, tolmu kontsentratsioonist ja ahju väljalaskeavas nõutavast rõhust.

1. Alustage tegelikust suitsugaasi seisukorrast

Tööstusliku katla indutseeritud tõmbeventilaatori valimise esimene samm on tegeliku gaasimahu määramine ventilaatori sisselaskeava juures.

See on oluline, kuna suitsugaaside temperatuur muudab oluliselt nende tihedust. Standardtingimustel arvutatud mahtu ei saa ilma korrigeerimiseta lihtsalt ventilaatori töömahuna kasutada.

Näiteks oletame, et katel toodab standardtingimustel suitsugaase 30 000 Nm³/h ja gaasi temperatuur ventilaatori sisselaskeava juures on 180°C. Ligikaudset tegelikku mahtu saab hinnata järgmiselt:

Q₂ = Q1 × (T2 / T1)

kus temperatuur on kelvinites.

Kasutades viitena 20 °C:

30 000 × (453/293) ≈ 46 350 m³/h

See on oluline erinevus.

Kui ventilaatoriks valitakse 30 000 m³/h, mitte umbes 46 350 m³/h tegelikul töötemperatuuril, ei pruugi paigaldatud ventilaator pakkuda oodatud tõmmet.

Tööstusliku katla indutseeritud tõmbeventilaatori puhul peaksid hinnapakkumise andmed seetõttu täpsustama, kas õhuvool on esitatud Nm³/h, Sm³/h või tegelik m³/h koos vastava gaasi temperatuuri ja rõhuga.

2. Ventilaatori rõhu arvamise asemel arvutage süsteemi kogutakistus

Ventilaatori rõhk on sama oluline kui õhuvool. Tööstusliku katla tekitatud tõmbeventilaator peab ületama kogu suitsugaasikanali takistuse. See võib hõlmata katelde gaasikäike, ökonomaisereid, õhu eelsoojendajaid, tsükloneid, kottfiltreid, ESP-sid, pesureid, siibrid, põlved, paisumissektsioonid, kanalid ja korsten.

Praktilise rõhuarvutuse saab korraldada järgmiselt:

ΔPtotal = ΔPboiler + ΔPkanal + ΔSeade + ΔPsiiber + ΔPstack

Arvutamine tuleks läbi viia kavandatud gaasitingimustes.

Mõelge süsteemile, millel on:

Boiler ja soojusülekande osa: 850 Pa

Torustik ja põlved: 450 Pa

Kottfilter: 1200 Pa

Siiber ja üleminekusektsioonid: 250 Pa

Korstna ja väljalaske kaod: 350 Pa

Kogu hinnanguline takistus on:

850 + 450 + 1200 + 250 + 350 = 3100 Pa

Seejärel peaks insener looma sobiva projekteerimisvaru, mis põhineb projekti nõuetel, selle asemel, et meelevaldselt lisada suur protsent.

Seetõttu võivad kaks sarnase võimsusega boilerit vajada täiesti erinevaid tööstusliku katla tõmbeventilaatori mudeleid.

3. Ärge ignoreerige tolmu laadimist

Tolm on üks suurimaid erinevusi katla väljatõmbeventilaatori ja puhta õhu ventilaatori vahel.

Biomassi katel, söekatel, jäätmeküttel töötav katel ja gaasiküttel töötav katel võivad olla väga erinevate tolmuomadustega. Lendtuhk võib tiivikut järk-järgult kulutada, samas kui labadele võivad koguneda kleepuvad osakesed.

Tööratta kogunemine tekitab veel ühe probleemi: tasakaalustamatuse.

Näiteks kui suurele tiivikule koguneb ebaühtlaselt vaid paarsada grammi materjali, muutub massijaotus. Saadud tsentrifugaaljõud suureneb pöörlemiskiirusega kiiresti.

Sel põhjusel tuleks tolmuste suitsugaasidega töötavat tööstusliku katla tõmbeventilaatorit perioodiliselt kontrollida:

Tööratta tuha kogunemine

Tera erosioon

Eesrindlik kulumine

Võlli seisukord

Laagri temperatuur

Vibratsioon

Korpuse hoiused

Paisumisvuugi leke

Kui vibratsioon pärast mitmekuulist töötamist järk-järgult suureneb, ei ole mootori väljavahetamine tavaliselt esimene asi. Esmalt tuleks kontrollida tiivikut ja töötingimusi.

4. Ventilaatori efektiivsus on tihedalt seotud tööpunktiga

Suur ventilaator ei tähenda automaatselt tõhusamat ventilaatorit. Tööstusliku katla indutseeritud tõmbeventilaator peaks oma jõudluskõveral töötama nõutava tööpunkti lähedal. Kui tegelik süsteem vajab 40 000 m³/h 3000 Pa juures, kuid valitud ventilaator on konstrueeritud väga erineva tööpunkti ümber, võib süsteem õhuvoolu juhtimiseks suuresti toetuda siibritele.

Siiber vähendab voolu, lisades takistust. Ventilaator tekitab endiselt survet, kuid osa sellest rõhust hajub lihtsalt üle siibri.

Katla pideva töötamise korral on see sageli ebaefektiivne viis muutuva koormuse juhtimiseks.

Muutuva kiirusega juhtimine tagab parema lähenemise, kui töövahemik seda õigustab. Fännide afiinsuse seadused näitavad, et võrreldavatel tingimustel:

Q ∝ N

ΔP ∝ N²

P ∝ N³

Seetõttu võib ventilaatori kiiruse vähendamine põhjustada palju suurema võimsuse vähenemise kui üksi õhuvoolu vähendamine.

Näiteks kiiruse vähendamine 80%-ni algsest kiirusest annab ligikaudu:

Võimsussuhe = 0,8³ = 0,512

Ventilaatori teoreetiline võimsus on ligikaudu 51% algsest väärtusest, eeldades, et töötingimused jäävad kohaldatava ventilaatoriseaduse vahemikku.

Tegelik sääst sõltub süsteemi kõverast, mootori efektiivsusest, VFD kadudest ja tööpunktist, seega tuleks seda käsitleda pigem tehnilise hinnanguna kui garanteeritud 49% vähenemisena.

5. VFD-juhtimine võib parandada osakoormusega töötamist

Paljud katlad ei tööta pidevalt 100% koormusel.

Tootmise vähenemise perioodidel väheneb vajalik suitsugaaside maht. Kui tööstusliku katla indutseeritud tõmbeventilaator jätkab tööd täiskiirusel ja siiber juhib tõmmet, võib elektrienergia olla tarbetult kõrge.

Parem juhtimisstrateegia on mõõta ahju või suitsugaaside staatilist rõhku ja reguleerida ventilaatori kiirust vastavalt vajalikule tõmbejõule.

Tüüpiline juhtimisjada on järgmine:

Katla koormus → Tõmbe rõhuandur → PID-regulaator → VFD → ID Ventilaatori kiirus

Kontrolli eesmärk ei tohiks olla lihtsalt "maksimaalne imemine". Liigne negatiivne rõhk võib viia ahju lisaõhku või mõjutada põlemistingimusi.

Eesmärk on kontrollitud alarõhk, mitte suurim võimalik alarõhk.

VFD-põhine ID-ventilaatori juhtimise strateegia on dokumenteeritud ka katlarakendustes, et viia ventilaatori kiirus paremini vastavusse nõutava suitsurõhuga ning vähendada tarbetuid õhuvoolu ja elektrikadusid.

6. Praktiline juhtum: liigse energiatarbimise vähendamine

Kaaluge biomassi katlat järgmiste töötingimustega:

Katla võimsus: ligikaudu 12 t/h auru

Suitsugaaside vooluhulk: 42 000 m³/h

Ventilaatori sisselasketemperatuur: 165°C

Nõutav kogurõhk: ligikaudu 2800 Pa

Olemasolev mootor: 75 kW

Olemasoleva ventilaatori kiirus: 1480 pööret minutis

Juhtimismeetod: sisselaske siiber

Töökoormus: tavaliselt 60–90%

Tehas teatas, et ventilaatori mootor töötas sageli nimivoolu lähedal isegi siis, kui katla toodang oli alla maksimaalse võimsuse.

Esimesel ülevaatusel ilmset laagririket ei leitud. Tööratas oli ka ehituslikult vastuvõetav.

Probleem sai alguse kontrollimeetodist.

Umbes 65% katla koormuse juures töötas ventilaator endiselt peaaegu täiskiirusel, samal ajal kui sisselaske siiber oli oluliselt suletud. Seetõttu tekitas ventilaator rohkem rõhku, kui süsteem nõudis, ja siiber muutis osa sellest rõhust täiendavaks takistuseks.

Soovitatav modifikatsioon oli paigaldada VFD ja juhtida ID ventilaatorit vastavalt ahju tõmbe rõhule.

Pärast kasutuselevõttu muudeti tööprotseduuri nii, et ventilaatori kiirus järgis pigem katla koormust ja tõmberõhku, mitte ei jäänud maksimaalse kiiruse lähedale.

Selle juhtumi oluline õppetund on see, et ventilaatori asendamine suurema või võimsama mudeliga poleks probleemi lahendanud. Olemasoleval tööstusliku katla tõmbeventilaatoril oli piisav võimsus; probleem oli kontrollistrateegias.

7. Kõrge temperatuur nõuab rohkem kui kuumakindlat tiivikut

Temperatuur on veel üks parameeter, mida tuleks enne tööstusliku katla indutseeritud tõmbeventilaatori valimist kinnitada.

Kui suitsugaaside temperatuur tõuseb, väheneb gaasi tihedus. Sama massivoolu korral muutub tegelik mahuvool suuremaks.

Kõrge temperatuur mõjutab ka:

Võlli soojuspaisumine

Laagrite paigutus

Määrimine

Korpuse laiendamine

Materjali valik

Ühenduse paigutus

Mootori asukoht

Jahutusnõuded

Tihenduskorraldus

Kõrgema temperatuuriga rakenduste puhul tuleks ventilaatori struktuur seetõttu kujundada vastavalt tegelikule sisselasketemperatuurile, selle asemel et valida lihtsalt standardne ventilaator ja eeldada, et see saab hakkama kuuma gaasiga.

Kui temperatuur käivituse ja normaalse töö vahel oluliselt muutub, tuleks soojuspaisumist arvesse võtta ka võlli, laagrite ja siduri joondamisel.

8. Mida kontrollida, kui ID-ventilaator ei suuda tuuletõmbust säilitada

Kui tööstusliku katla indutseeritud tõmbeventilaator ei suuda säilitada nõutavat ahju negatiivset rõhku, ärge eeldage kohe, et ventilaator on alamõõduline.

Praktiline tõrkeotsingu jada on järgmine:

1. samm – kontrollige tegelikku ventilaatori kiirust

Kinnitage mootori sagedus, pöörlemiskiirus ja VFD väljund.

2. samm – kontrollige siibri asendit

Kui siiber on peaaegu täielikult avatud ja tõmme jääb ebapiisavaks, võib ventilaator olla alamõõduline või süsteemi takistus suurenenud.

Kui siiber on tugevalt drosseldatud, võib probleemiks olla hoopis ventilaatori liigne võimsus või sobimatu juhtimisstrateegia.

3. samm – mõõtke rõhku enne ja pärast suuremaid seadmeid

Kontrollige rõhulangust:

Boiler

Ekonomiseerija

Õhu eelsoojendaja

Tsüklon

Kottfilter

Puhastaja

Peamine kanal

Siiber

Määrdunud kottfilter võib oluliselt suurendada süsteemi takistust.

4. samm – kontrollige tiivikut

Otsige tuha kogunemist, erosiooni, pragusid, deformatsioone ja tera kahjustusi.

5. samm – kontrollige vibratsiooni ja laagreid

Suurenev vibratsioon võib viidata tiiviku tasakaalustamatusele, nihkele, laagrite halvenemisele, lõtvusele või kogunemisele.

6. samm – võrrelge tegelikke andmeid algse projekteerimispunktiga

Salvestus:

Õhuvool

Staatiline rõhk

Ventilaatori kiirus

Mootori vool

Mootori võimsus

Gaasi temperatuur

Ahju surve

Vibratsioon

Need andmed on palju kasulikumad kui lihtsalt öelda, et "ventilaatori imemine on nõrk".

9. Miks võib probleemiks olla ka tööstusliku katla tõmbeventilaator?

Liiga suurust käsitletakse mõnikord kui ohutut võimalust, sest insenerid eeldavad, et "rohkem võimsust on parem".

See ei ole alati parem.

Kui tööstusliku katla tekitatud tõmbeventilaator on oluliselt liiga suur, võib süsteem vajada agressiivset siibri drosselit. See suurendab rõhukadu ja võib suurendada elektritarbimist.

Liigne tõmme võib samuti häirida ettenähtud põlemistingimusi.

Parem lähenemine on enne ventilaatori valimist kindlaks määrata normaalne tööpunkt, maksimaalne tööpunkt, minimaalne eeldatav koormus ja tulevased töönõuded.

Näiteks kui boiler töötab tavaliselt 60–90% koormusega, võib ainult äärmusliku teoreetilise maksimumi alusel ventilaatori valimine põhjustada masina, mis veedab suurema osa oma tööeast oma parima kasuteguriga piirkonnast eemal.

10. Parim fänn on see, mis sobib kogu süsteemiga

Tööstusliku katla tõmbeventilaatori jõudlust ei saa hinnata katla väljalaskesüsteemist eraldi.

Tehniliselt õige ventilaatori valimisel tuleks arvestada:

Boiler → Soojusülekande seadmed → Tolmukollektor → Kanal → ID Ventilaator → Korsten

Kui hiljem paigaldatakse uus kottfilter, võib selle rõhulang muuta olemasoleva ventilaatori tööpunkti. Samuti võib gaasipuhasti lisamine, kütuse vahetamine, katla võimsuse suurendamine või korstna muutmine muuta vajalikku ventilaatori töökorda.

Seetõttu tuleks ventilaatorite valikul lähtuda süsteemi täielikust takistusest, mitte lihtsalt sobitada vana ventilaatori mudelit.

Järeldus

Tõhus tööstusliku katla tõmbeventilaator ei ole lihtsalt suure võimsusega tsentrifugaalventilaator. Selle tegelik jõudlus sõltub sellest, kas õhuvool, rõhk, temperatuur, tolmukoormus, tiiviku konstruktsioon, juhtimismeetod ja süsteemi takistus on õigesti sobitatud.

Uute paigalduste puhul arvutage enne ventilaatori valimist tegelik suitsugaaside maht ja kogu rõhukadu. Asendusprojektide puhul koguge tööandmeid enne, kui otsustate, et olemasolev ventilaator on alamõõduline. Muutuva koormusega katelde puhul hinnake VFD juhtimist selle asemel, et usaldada täielikult siibritele.

Praktilises töös toovad suurimat kasu sageli suhteliselt lihtsad toimingud: tiiviku puhastamine, süsteemi liigse takistuse parandamine, kanali lekke parandamine, ahju korraliku tõmbe säilitamine ja ventilaatori kiiruse sobitamine katla tegelikule koormusele.

Eesmärk ei ole tööstusliku katla indutseeritud tõmbeventilaatorit raskemaks muuta. Eesmärk on tagada, et see pakuks täpselt seda, mida katel vajab – madalaima mõistliku energiatarbimisega ja stabiilse tööga täiskoormusel.