Центрифугалните вентилатори за котелски системи помагаат во подобрување на индустриското согорување и издувните перформанси

Работата на котелот е тесно поврзана со стабилноста на системот за воздух и димни гасови. Ако доводот на воздух за согорување е недоволно или димните гасови не можат да се испуштаат непречено, операторите може да забележат нестабилни услови на пламен, поголема потрошувачка на гориво, флуктуации на притисокот во печката и зголемени емисии. Во овие системи, најчесто се користат центрифугални вентилатори бидејќи тие можат да генерираат притисок потребен за надминување на отпорот од каналите, економајзерите, предгрејачите на воздухот, колекторите за прашина, амортизерите и другата опрема за котел.

За примена на котелот, изборот на Центрифугални вентилатори не е само прашање на усогласување на моќноста на моторот со капацитетот на котелот. Вентилаторот треба да работи со потребниот проток на воздух и притисок под реалната температура на гасот и работните услови. Вентилаторот кој обезбедува соодветен проток на воздух при низок отпор може да не го одржи потребниот нацрт на печката кога ќе се зголеми отпорноста на системот. Спротивно на тоа, изборот на прекумерен притисок може да резултира со непотребна потрошувачка на енергија и нестабилна контрола. Затоа, првиот чекор е да се утврди вистинската работна точка пред да се избере вентилаторот.

Разбирање на улогата на центрифугалните вентилатори во котелските системи

Типичен индустриски котел може да користи вентилатори за неколку различни задачи. Вентилаторите со принуден влечење снабдуваат воздух со согорување во печката, индуцираните вентилатори го отстрануваат димниот гас од печката и одржуваат негативен притисок, додека примарните или секундарните вентилатори може да се користат во специфични системи за согорување. Иако овие апликации имаат различни работни задачи, Центрифугалните вентилатори се широко користени бидејќи нивната способност за производство на притисок ги прави погодни за системи со значителен отпор.

За примена на индуцирана провев, вентилаторот мора да ги надмине загубите на притисокот преку излезот на печката, конвекционите делови, економајзерот, предгрејачот на воздухот, каналите, филтерот за циклон или вреќи, оџакот и амортизерите. Ако вкупниот отпор се потцени при изборот, вистинскиот проток на воздух може да биде значително помал од очекуваното по пуштањето во работа. Ова е една од најчестите причини зошто Центрифугалните вентилатори се чини дека „не работат“ иако моторот и работното коло работат нормално.

Во пресметката треба да се вклучи и температурата. Топлиот димен гас има помала густина од амбиенталниот воздух, така што односот помеѓу волуметрискиот проток, масовниот проток, притисокот и моќноста на вентилаторот се менува со температурата. На пример, системот за димни гасови дизајниран за 180°C не треба едноставно да ги користи истите претпоставки за густина како и системот за ракување со воздух од 20°C. При изборот на Центрифугални вентилатори, инженерот треба да ја потврди температурата на гасот, надморската височина, содржината на влага, составот на гасот и дали наведениот притисок е статички притисок или вкупен притисок.

Протокот на воздух и притисокот треба да се пресметаат заедно

Една практична грешка при изборот на вентилаторот е обезбедувањето само на потребниот проток на воздух. На пример, спецификацијата како „20.000 m³/h вентилатор“ не е доволна за да се изберат центрифугални вентилатори. Неколку модели на вентилатори можат да обезбедат 20.000 m³/h, но нивните можности за притисок може значително да се разликуваат.

Покорисна спецификација би била нешто како:

Проток на воздух: 20.000 m³/h

Потребен притисок: 2.500 Pa

Температура на гасот: 180°C

Медиум: димни гасови на котелот

Работна надморска височина: 500 m

Концентрација на прашина: специфицирана според процесот

Потребно работно време: континуирано

Напојување со мотор: според електричниот систем на постројката

Со овие параметри, производителот на вентилаторот може да ја оцени работната точка во однос на кривата на перформансите на вентилаторот. Избраните центрифугални вентилатори по можност треба да работат во стабилен регион на кривата наместо на крајната лева или десна страна. Може да се земе предвид и разумна работна маржа, но едноставно додавањето голема маржа на притисок не е добра инженерска практика бидејќи може да ја зголеми моќноста на моторот и загубите при гаснење.

Зошто притисокот на вентилаторот може да се промени по пуштањето во употреба на котелот

Котелскиот систем ретко работи токму како што работеше за време на оригиналната проектна пресметка. Филтрите акумулираат прашина, површините за пренос на топлина се валкаат, амортизерите се прилагодуваат, каналите може да се изменат и карактеристиките на горивото може да се променат. Секој од овие фактори може да влијае на отпорноста на системот.

Размислете за индуциран систем за влечење првично дизајниран за 25.000 m³/h при 3.000 Pa. По неколку месеци работа, диференцијалниот притисок на филтерот за кеси се зголемува поради оптоварување на прав. Брзината на вентилаторот останува непроменета, но отпорот на системот се движи нагоре. Работната точка на центрифугалните вентилатори затоа се поместува по кривата на вентилаторот, што потенцијално го намалува протокот на воздух.

Во оваа ситуација, зголемувањето на големината на моторот не е нужно правилно решение. Тимот за одржување прво треба да го измери диференцијалниот притисок на филтерот, положбата на амортизерот, притисокот на влезот и излезот на вентилаторот, брзината на вентилаторот, струјата на моторот и вистинскиот проток на воздух. Ако отпорот на филтерот е значително поголем од оригиналната дизајнерска вредност, чистењето или заменувањето на филтерот може да ги врати перформансите без да го измени вентилаторот.

Практична процедура за пуштање во употреба за вентилатори на котел

За време на пуштањето во работа, операторите треба да снимаат повеќе од струја и вибрации на моторот. За центрифугалните вентилатори, корисниот запис за пуштање во работа треба да вклучува брзина на вентилаторот, влезен притисок, излезен притисок, проток на воздух, температура на гасот, температура на лежиштето, струја на моторот и позиција на амортизерот.

Редоследот на мерење може да биде едноставен:

Потврдете дека работното коло се ротира во правилна насока.

Проверете дали амортизерите за влез и излез се во правилна положба за пуштање во работа.

Вклучете го вентилаторот според одобрената процедура за работа.

Постепено движете го амортизерот додека ја следите струјата на моторот.

Измерете го протокот на воздух и притисокот на неколку стабилни работни точки.

Споредете ги измерените вредности со кривата на изведба на производителот.

Запишете ги вибрациите и температурата на лежиштето откако системот ќе достигне стабилна состојба.

Овој процес им дава на операторите основа за идно решавање на проблеми. Ако истите Центрифугални вентилатори покажат постепено зголемување на вибрациите или струјата на моторот неколку месеци подоцна, оригиналните податоци за пуштање во работа даваат корисна референца наместо да се потпираат на субјективни набљудувања.

Студија на случај: Подобрување на системот за вентилатор со индуциран нацрт

Практичен пример може да се види во индустриски котел на биомаса. Системот со индуциран влечење на котелот првично беше дизајниран за приближно 30.000 m³/h димни гасови. За време на првичната работа, нацртот на печката беше стабилен. Меѓутоа, по неколку месеци, операторите забележаа дека притисокот во печката станува сè потешко да се контролира кога котелот се приближува до целосното оптоварување.

Првата претпоставка беше дека Центрифугалните вентилатори имаат недоволен капацитет. Наместо веднаш да го смени вентилаторот, тимот за одржување го мереше системот чекор по чекор.

Резултатите покажаа дека брзината на вентилаторот е блиску до првобитната вредност, струјата на моторот е во очекуваниот опсег и вибрациите не се зголемија значително. Сепак, падот на притисокот низ опремата за собирање прашина низводно беше значително повисок од вредноста за пуштање во работа.

Колекторот за прашина беше прегледан и беше откриено дека има прекумерно губење на притисокот предизвикано од нечисти елементи на филтерот. Откако елементите на филтерот беа исчистени и отпорот на системот се врати поблиску до првобитната конструктивна состојба, индуцираниот вентилатор го врати потребниот проток на воздух и притисокот во печката повторно стана стабилен.

Важната лекција од овој случај е дека Центрифугалните вентилатори не треба да се судат независно од системот. Вентилаторот, каналот, филтерот, амортизерот и оџакот формираат еден аеродинамичен систем. Промената на вентилаторот без да се идентификува вистинскиот извор на отпор може да ги зголеми трошоците на проектот без да го реши основниот проблем.

Моќта на моторот не е иста како и перформансите на вентилаторот

Друга честа заблуда е дека поголем мотор автоматски значи помоќен вентилатор. Моќноста на моторот кажува само дел од приказната. Вистинските перформанси на Центрифугалните вентилатори зависат од дијаметарот на работното коло, ширината на работното коло, геометријата на сечилото, брзината на ротација, густината на гасот, отпорноста на системот и аеродинамичната ефикасност.

Законите за афинитет на вентилаторот се корисни кога се оценуваат промените во брзината. Под споредливи услови:

Протокот на воздух е приближно пропорционален на брзината на вентилаторот.

Притисокот е приближно пропорционален на квадратот на брзината на вентилаторот.

Моќноста е приближно пропорционална на коцката на брзината на вентилаторот.

Ова значи дека релативно малото зголемување на брзината може да предизвика значително зголемување на побарувачката за енергија. На пример, зголемувањето на брзината на вентилаторот за 10% може да ја зголеми теоретската побарувачка за моќност до приближно 1,33 пати поголема од првобитната вредност, под претпоставка за иста густина на гас и слични работни услови.

Поради оваа причина, преголемата брзина на центрифугалните вентилатори за да се компензира за неправилно дизајниран или сè поотпорен систем не треба да се третира како трајно решение. Мора да се проверат електричното оптоварување, напрегањето на работното коло, брзината на вратилото, состојбата на лежиштето и дозволениот опсег на работа.

Прашината и високата температура бараат различни дизајни на вентилатори

Димниот гас од котелот може да содржи пепел, прашина, корозивни соединенија и влага. Овие услови влијаат на механичкиот дизајн на центрифугалните вентилатори.

За правливиот гас, една важна грижа е абењето на работното коло. Честичките со голема брзина може постепено да ги еродираат површините на сечилото, особено околу предниот раб. Ако котелот согорува абразивно гориво, вентилаторот може да бара материјали отпорни на абење или заменливи плочи за абење.

Услугата со висока температура создава уште еден сет на проблеми. Треба да се земат предвид проширувањето на вратилото, температурата на лежиштето, изборот на лубрикант, топлинската изолација и распоредот за ладење. Во зависност од дизајнот, распоредот на лежиштето можеби ќе треба да се одвои од патеката за топол гас.

Изборот на материјалот, исто така, треба да се заснова на вистинскиот состав на гасот, а не само на температурата. Ако има сулфурни соединенија, хлориди, влага или други корозивни компоненти, стандардниот јаглероден челик може да не обезбеди соодветен век на употреба. Во такви услови, градежниот материјал и заштитата на површината на Центрифугалните вентилатори треба да се одберат според вистинската работна средина.

Дијагностицирање на абнормални вибрации

Вибрациите се еден од најкорисните показатели за состојбата на вентилаторот. Меѓутоа, едноставното набљудување дека вентилаторот вибрира не е доволно за да се идентификува причината.

За центрифугалните вентилатори, персоналот за одржување прво треба да утврди дали вибрациите се поврзани со брзината на ротација. Вообичаените причини вклучуваат нерамнотежа на работното коло, акумулација на материјал на сечилата, неусогласеност на вратилото, лабави завртки на основата, влошување на лежиштето, проблеми со спојување и структурна резонанца.

Во примената на котелот, акумулацијата на пепел на работното коло заслужува посебно внимание. Дури и релативно мала количина на нерамномерно натрупување може да создаде динамичен дисбаланс. Вибрациите може да се влошат како што се зголемува брзината на вентилаторот.

Практична процедура за одржување е да се забележат вибрации на лежиштата на погонскиот крај и на лежиштата што не се во хоризонтална, вертикална и аксијална насока. Читањата треба да се споредат со претходните записи. Ненадејната промена од утврдената основна линија е често позначајна отколку изолирана вредност.

Пред да го балансираат работното коло, техничарите треба да го проверат и работното коло за пукнатини, деформации, корозија и насобран материјал. Динамичкото балансирање треба да се изврши според важечките барања за балансирање откако ќе се решат механичките дефекти.

Како да се подобри енергетската ефикасност

Потрошувачката на енергија е уште едно големо внимание при работа со центрифугални вентилатори. Во котлара која работи непрекинато, дури и релативно мало намалување на моќноста на вентилаторот може да донесе значителни годишни заштеди.

Првиот чекор е да се утврди дали вентилаторот работи со потребниот проток на воздух. Ако процесот бара 80% од проектираниот проток на воздух, но вентилаторот постојано обезбедува 100%, вишокот проток на воздух може да претставува потрошувачка на енергија што може да се избегне.

Погоните со променлива фреквенција може да бидат корисни кога оптоварувањето на котелот значително се менува. Наместо да се контролира протокот на воздух првенствено преку амортизерот со пригушување, брзината на вентилаторот може да се прилагоди за да одговара на бараната работна состојба. Бидејќи моќноста на вентилаторот се менува приближно со коцката брзина, намалувањето на брзината може да обезбеди значителна заштеда на енергија.

Сепак, инсталацијата на VFD не треба да се третира како автоматска мерка за заштеда на енергија. Прво треба да се проценат вистинската крива на системот, минималниот потребен проток на воздух, карактеристиките на моторот, опсегот на работа на вентилаторот и барањата за контрола на процесот. Правилно применетата, контролата на брзината може да ги направи Центрифугалните вентилатори многу поодговорни на менувањето на оптоварувањето на котелот. Што треба да биде вклучено во спецификацијата на вентилаторот? Кога барате понуда за центрифугални вентилатори на котелот, обезбедувањето целосни информации за работа може значително да го намали ризикот од избор на несоодветен модел.

Во најмала рака, техничката спецификација треба да содржи:

Потребен проток на воздух

Статички или вкупен притисок

Температура на гасот

Состав на гас

Концентрација на прашина

Густина на гас или работен притисок

Инсталациона надморска височина

Брзина на вентилаторот или максимална дозволена брзина

Напон и фреквенција на моторот

Работен режим

Насока на ротација

Распоред на вентилаторот

Барања за материјали

Распоред на лежиштата

Барања за бучава, доколку е применливо

Барања за вибрации и балансирање

Ако апликацијата вклучува димни гасови со висока температура, добавувачот треба да знае и дали наведениот проток на воздух се заснова на реалната работна температура или стандардните услови. Оваа разлика е важна затоа што вредноста во Nm³/h и вредноста во вистински m³/h не се заменливи.

Конечни размислувања

Изведбата на системот за издувни гасови на котелот зависи од многу повеќе отколку од самиот вентилатор. Правилниот аеродинамичен избор, соодветните материјали, правилната инсталација, мерењата за пуштање во работа и одржувањето засновано на услови придонесуваат за сигурна работа. Добро избраните центрифугални вентилатори можат да обезбедат стабилен проток на воздух и притисок додека поддржуваат контрола на согорувањето и ефикасно отстранување на димните гасови.

За инженерите кои избираат или заменуваат центрифугални вентилатори, најважната почетна точка е вистинската работна точка: проток на воздух, притисок, температура, состав на гас и отпорност на системот. Откако ќе се утврдат овие параметри, кривата на перформансите на вентилаторот, дизајнот на работното коло, моќноста на моторот, изборот на материјал и методот на контрола може да се евалуираат систематски.

Во апликациите за котел, најевтиниот вентилатор ретко е најевтиното решение во текот на неговиот работен век. Вентилаторот кој работи блиску до неговата предвидена работна точка, ги издржува вистинските услови на гас и може да се одржува без прекумерно прекинување, генерално, ќе обезбеди многу подобра долгорочна вредност.