Вентиляторы с принудительной тягой котлов обеспечивают стабильную подачу воздуха для горения на промышленных предприятиях

В промышленном котле стабильность горения зависит не только от самой горелки. Система сгорания должна получать нужное количество воздуха под необходимым давлением даже при изменении нагрузки котла. Вентиляторы с принудительной тягой котла обеспечивают воздух для горения, нагнетая окружающий или предварительно нагретый воздух к горелке, воздушной камере, решетке или печи. В системах с сбалансированной тягой вентилятор с принудительной тягой работает вместе с вентилятором с принудительной тягой, контролируя поток воздуха через котел.

Почему важна подача воздуха для горения

Топливо не может гореть эффективно, если доступного кислорода недостаточно. В то же время простая подача большего количества воздуха не является решением проблемы. Излишек воздуха поглощает тепло и выводит дополнительное тепло через дымовую трубу, что может снизить эффективность котла. По этой причине вентиляторы с принудительной тягой котла должны обеспечивать достаточный воздушный поток во всем рабочем диапазоне, а не просто производить максимально возможный объем воздуха.

Например, рассмотрим котел на биомассе, работающий с нагрузкой от 60% до 100%. Если вентилятор работает почти на полной скорости независимо от нагрузки котла, в систему может поступать избыточное количество воздуха для горения при низкой нагрузке. Лучшим подходом является управление потоком воздуха в соответствии с фактической потребностью в топливе с использованием впускной заслонки, впускного направляющего аппарата или ЧРП в зависимости от конструкции системы. Исследования по управлению регулируемой скоростью котельной также показали взаимосвязь между работой вентилятора, избытком воздуха и эффективностью котла. 

Не выбирайте вентилятор только по мощности двигателя

Одна из наиболее частых ошибок при замене вентилятора котла — запросить двигатель мощностью 30, 45 или 75 кВт и ожидать, что производитель вентилятора определит все по этому числу. Мощность двигателя является результатом процесса выбора вентилятора, а не основным параметром выбора.

Для котловых вентиляторов с принудительной тягой основная информация должна включать:

Требуемый расход воздуха, например, м³/ч или CFM

Требуемое статическое давление или полное давление

Температура воздуха на входе

Тип топлива

Мощность котла

Рабочая высота

Ожидаемый диапазон нагрузки

Потери давления в воздуховодах и оборудовании

Сопротивление горелки или решетки

Падение давления в подогревателе воздуха, если он установлен

Метод управления

Напряжение и частота двигателя

Схема установки вентилятора

Направление вращения и положение выхода

Требуемое давление следует рассчитывать на основе всего воздушного пути. Воздуховоды, колена, заслонки, фильтры, воздухоподогреватели, воздуховоды, регистры горелок и другие компоненты — все они вносят свой вклад в сопротивление. 

Практический пример выбора вентилятора

Предположим, что промышленному котлу требуется 18 000 м³/ч воздуха для горения при статическом давлении 2 200 Па в расчетных рабочих условиях. Вентилятор не следует выбирать просто как «вентилятор мощностью 18 000 м³/ч».

Во-первых, инженер должен подтвердить, является ли 18 000 м³/ч фактически требуемым рабочим расходом воздуха или он уже включает в себя требуемый расчетный запас. Далее необходимо рассчитать потери давления между входом вентилятора и печью.

Например:

Потери в воздуховоде: 300 Па

Демпферные потери: 180 Па

Потери в подогревателе воздуха: 450 Па

Потери в ветровой камере и горелке: 700 Па.

Другие системные потери: 350 Па

Требуемая маржа: оценивается отдельно в соответствии с дизайном проекта.

Затем выбор вентилятора следует проверить по полученной рабочей точке, а не только по потоку воздуха. Это особенно важно, когда вентиляторы с принудительной тягой котла используются в качестве замены существующего агрегата, поскольку изменения в воздуховодах или горелке могут изменить фактическую рабочую точку.

Давление вентилятора и поток воздуха должны соответствовать мощности котла.

Вентилятор может производить большой поток воздуха при низком давлении, но при этом не сможет доставить необходимый воздух в печь. И наоборот, выбор избыточного давления может привести к ненужному дросселированию и повышению рабочей мощности.

Вот почему кривая производительности вентилятора важна. Расчетная точка должна находиться в подходящей области кривой вентилятора с достаточным диапазоном регулирования для нормальной работы котла.

Для котловых вентиляторов с принудительной тягой я обычно проверяю как минимум три рабочие точки:

Минимальная стабильная нагрузка котла

Нормальная рабочая нагрузка

Максимальная продолжительная нагрузка

Если котел обычно работает с нагрузкой 70–90 %, вентилятор не следует оптимизировать только для теоретической точки 100 %. Фактический рабочий диапазон имеет значение, поскольку потребность в воздухе для горения меняется в зависимости от подачи топлива.

Управление ЧРП может быть полезным, но автоматически не является лучшим решением

Частотно-регулируемые приводы часто рассматривают для вентиляторов с принудительной тягой котла, поскольку скорость вентилятора можно регулировать в зависимости от нагрузки котла. Для центробежных вентиляторов законы вентиляторов обеспечивают полезную основу для понимания эффекта изменения скорости: воздушный поток изменяется примерно со скоростью, давление меняется примерно с квадратом скорости, а мощность изменяется примерно с кубом скорости.

Это означает, что относительно небольшое снижение скорости может привести к значительному снижению мощности вентилятора.

Однако при выборе частотно-регулируемого привода следует также учитывать двигатель, минимальную рабочую скорость, реакцию управления, требования к запуску, соображения гармоник и требуемую стратегию управления воздушным потоком. ЧРП не следует добавлять просто потому, что это звучит более эффективно. Необходимо учитывать всю систему управления котлом. Что происходит, когда размер вентилятора слишком мал? Вентилятор с принудительной тягой котла меньшего размера может показаться приемлемым во время работы с низкой нагрузкой, но становится узким местом, когда котел приближается к полной нагрузке.

Типичные симптомы включают в себя:

Вентилятор работает на максимальной скорости

Невозможность добиться необходимого воздушного потока.

Низкий уровень кислорода в печи

Нестабильное горение

Увеличение выбросов CO

Снижение производства пара

Повышенный расход топлива

Чрезмерное падение давления в воздушной системе.

Заслонка остается полностью открытой

Однако перед заменой вентилятора технические специалисты должны убедиться, что проблема на самом деле заключается в мощности вентилятора. Грязный фильтр, заблокированный воздуховод, неправильно расположенная заслонка, загрязненный подогреватель воздуха или модифицированная горелка могут увеличить сопротивление системы и вызвать симптомы, похожие на вентилятор недостаточного размера.

Пример случая: котел на биомассе с недостаточным потоком воздуха

Рассмотрим котел, работающий на биомассе, изначально рассчитанный на производительность воздуха для горения примерно 15 000 м³/ч. После нескольких лет работы установка перешла на более влажное топливо из биомассы.

Оператор заметил, что котел больше не может поддерживать прежний режим горения при высокой нагрузке. Первоначальное предположение заключалось в том, что вентилятор FD стал слишком маленьким.

Осмотр объекта выявил три важных условия:

Вентилятор все еще достигал примерно своей проектной скорости.

Впускная заслонка была почти полностью открыта

Новое топливо содержало значительно больше влаги.

Поэтому команда инженеров проверила потребность в воздухе для горения и давление в системе, прежде чем принять решение о замене вентилятора. Это важно, поскольку смена топлива может изменить необходимые условия сгорания; простое увеличение размера вентилятора может не решить основную проблему процесса.

Окончательный выбор вентилятора был основан на пересмотренных требованиях к воздушному потоку и давлению, а не на старых номиналах двигателя.

Вентилятор FD и вентилятор ID следует рассматривать вместе

В котле с уравновешенной тягой вентилятор FD подает воздух для горения, а вентилятор ID удаляет дымовые газы и помогает поддерживать необходимое давление в печи. Эти два вентилятора выполняют разные функции, но напрямую влияют на один и тот же процесс сгорания.

Если сторона FD подает значительно больше воздуха, чем система может удалить, давление в печи может увеличиться. Если внутренняя сторона слишком сильно тянет относительно входящего воздуха для горения, может возникнуть чрезмерное отрицательное давление.

Поэтому при замене вентиляторов с принудительной тягой котла полезно также проверить работу существующего внутреннего вентилятора. Новый вентилятор FD должен соответствовать рабочему диапазону всей системы регулирования тяги, а не рассматриваться как изолированное оборудование.

Температура воздуха также влияет на выбор вентилятора

Перед выбором вентиляторов с принудительной тягой котла необходимо указать температуру воздуха для горения.

Если вентилятор обрабатывает окружающий воздух, его плотность отличается от плотности системы, в которой воздух проходит через воздухоподогреватель. При повышении температуры воздуха его плотность снижается, что влияет на соотношение объемного расхода, массового расхода, давления и мощности вентилятора.

Например, обе системы могут показывать на бумаге производительность 20 000 м³/ч, работая при существенно разных температурах воздуха. Поэтому при инженерном расчете необходимо установить фактическую рабочую температуру и давление, а не рассматривать объем как независящий от условий эксплуатации.

Это становится особенно важным в котлах, использующих воздухоподогреватели или другое оборудование для рекуперации тепла.

Проверки технического обслуживания, которые нельзя пропускать

Даже правильно выбранный вентилятор может потерять производительность из-за проблем с обслуживанием. Для котловых вентиляторов с принудительной тягой регулярный осмотр должен включать в себя рабочее колесо, подшипники, вал, муфту, ток двигателя, вибрацию, состояние впускного отверстия, положение заслонки и воздуховоды.

Если поток воздуха постепенно уменьшается, а скорость вентилятора остается неизменной, не увеличивайте скорость сразу. Первая проверка:

Засорение впускного фильтра

Открытие заслонки

Обструкция протока

Загрязнение рабочего колеса

Состояние подшипника

Состояние ремня или муфты

Вращение вентилятора

Давление в системе

Сопротивление горелки или ветрового короба

Крыльчатка, загрязненная пылью или отложениями, может изменить аэродинамические условия и увеличить дисбаланс. Увеличение скорости для компенсации может увеличить механическую нагрузку без решения исходной проблемы. Какую информацию следует отправлять производителю вентиляторов? Для запроса предложений по вентиляторам с принудительной тягой котлов полезный технический запрос должен содержать гораздо больше, чем просто мощность котла.

Практический запрос предложений может включать в себя:

Производительность котла: 20 т/ч

Топливо: биомасса/уголь/природный газ/нефть.

Требуемый расход воздуха: 18 000 м³/ч.

Требуемое давление: 2200 Па

Температура воздуха: 40°С

Высота: 35 м

Рабочая частота: 50 Гц

Напряжение двигателя: 415 В

Управление: ЧРП

Установка: Крытый

Ротация: подлежит подтверждению

Направление выхода: подлежит подтверждению

Если заменяется существующий вентилятор, фотографии, информация на паспортной табличке, характеристики вентилятора, данные двигателя, размеры воздуховода и фактические рабочие измерения также будут чрезвычайно полезны.

Чем полнее эксплуатационные данные, тем легче выбрать вентиляторы с принудительной тягой, соответствующие реальной нагрузке котла, вместо того, чтобы выбирать модель из каталога, основываясь только на номинальном расходе воздуха.

Заключительные соображения

Основная цель котловых вентиляторов с принудительной тягой проста: обеспечить систему сгорания стабильным, контролируемым воздухом под давлением, необходимым котлу. Инженерная задача состоит в том, чтобы обеспечить доступность воздушного потока во всем рабочем диапазоне, сохраняя при этом мощность вентилятора, давление в печи, условия сгорания и механическую надежность.

Для нового проекта котла вентилятор следует выбирать на основе полного расчета сопротивления со стороны воздуха. В случае проекта замены следует сравнить фактические рабочие данные с исходной кривой вентилятора, прежде чем решить, заключается ли проблема в недостаточной мощности вентилятора, повышенном сопротивлении системы или изменении условий сгорания.

Таким образом, правильно выбранный вентилятор с принудительной тягой для котла — это не просто вентилятор с высоким расходом воздуха. Это компонент, соответствующий топливу котла, системе сгорания, потерям давления, рабочей температуре, методу управления и ожидаемому диапазону нагрузок. Именно это позволяет котлу поддерживать стабильное горение без излишней траты мощности вентилятора.