Kattilan pakkotuulettimet tukevat vakaata palamisilman syöttöä teollisuuslaitoksissa

Teollisuuskattilassa palamisen vakaus riippuu muustakin kuin itse polttimesta. Polttojärjestelmän tulee saada oikea määrä ilmaa vaaditulla paineella, vaikka kattilan kuormitus muuttuu. Kattilan pakkotuulettimet tuottavat tämän palamisilman työntämällä ympäröivää tai esilämmitettyä ilmaa poltinta, tuulilaatikkoa, arinaa tai uunia kohti. Tasapainotetuissa vedoissa tuuletin toimii yhdessä indusoidun vetopuhaltimen kanssa säätämään ilmavirtausta kattilan läpi.

Miksi palamisilman syöttö on tärkeää

Polttoaine ei voi palaa tehokkaasti, jos käytettävissä oleva happi ei riitä. Samaan aikaan pelkkä ilman lisääminen ei ole ratkaisu. Ylimääräinen ilma imee lämpöä ja kuljettaa lisälämpöä ulos piipun läpi, mikä voi heikentää kattilan hyötysuhdetta. Tästä syystä Boiler Forced Draft -puhaltimien on tarjottava riittävä ilmavirta koko toiminta-alueella sen sijaan, että ne tuottaisivat vain suurimman mahdollisen ilmamäärän.

Ajatellaan esimerkiksi biomassakattilaa, joka toimii 60-100 %:n kuormalla. Jos puhallin käy lähes täydellä nopeudella kattilan kuormituksesta riippumatta, järjestelmään saattaa tulla liikaa palamisilmaa alhaisella kuormituksella. Parempi tapa on ohjata ilmavirtaa todellisen polttoainetarpeen mukaan käyttämällä tulopeltiä, tuloaukon ohjaussiipeä tai VFD:tä järjestelmän suunnittelusta riippuen. Kattilahuoneen nopeussäädön tutkimus on osoittanut myös puhaltimen toiminnan, ylimääräisen ilman ja kattilan hyötysuhteen välisen suhteen. 

Älä valitse tuuletinta pelkästään moottorin tehosta

Yksi yleisimmistä virheistä kattilan tuulettimen vaihdossa on pyytää 30 kW, 45 kW tai 75 kW moottoria ja odottaa puhaltimen valmistajan määrittävän kaiken sen perusteella. Moottorin teho on puhaltimen valintaprosessin tulos, ei ensisijainen valintaparametri.

Boiler Forced Draft -puhaltimien perustietojen tulee sisältää:

Vaadittu ilmavirta, kuten m³/h tai CFM

Vaadittu staattinen paine tai kokonaispaine

Tuloilman lämpötila

Polttoainetyyppi

Kattilan kapasiteetti

Toimintakorkeus

Odotettu kuormitusalue

Kanavien ja laitteiden painehäviöt

Polttimen tai arinan kestävyys

Ilman esilämmittimen painehäviö, jos asennettu

Valvontamenetelmä

Moottorin jännite ja taajuus

Tuulettimen asennusjärjestely

Pyörimissuunta ja ulostulon asento

Painevaatimus tulee laskea koko ilmareitistä. Kanavat, kulmakulmat, vaimentimet, suodattimet, ilman esilämmittimet, tuulilaatikot, poltinrekisterit ja muut komponentit lisäävät vastustusta. 

Käytännön esimerkki tuulettimen valinnasta

Oletetaan, että teollisuuskattila tarvitsee 18 000 m³/h palamisilmaa 2200 Pa:n staattisella paineella suunnitellussa käyttötilassa. Tuuletinta ei pidä valita vain "18 000 m³/h tuulettimeksi".

Ensin insinöörin tulee varmistaa, onko 18 000 m³/h todellinen vaadittu käyttöilmavirta vai sisältääkö se jo vaaditun suunnittelumarginaalin. Seuraavaksi on laskettava painehäviöt puhaltimen tuloaukon ja uunin välillä.

Esimerkiksi:

Ilmakanavahäviö: 300 Pa

Pellin häviö: 180 Pa

Ilman esilämmittimen häviö: 450 Pa

Tuulilaatikon ja polttimen häviö: 700 Pa

Muut järjestelmähäviöt: 350 Pa

Vaadittu marginaali: arvioidaan erikseen projektisuunnitelman mukaan

Puhaltimen valinta tulee sitten tarkistaa tuloksena olevaan toimintapisteeseen verrattuna pelkän ilmavirran sijaan. Tämä on erityisen tärkeää, kun kattilan painetuulettimet käytetään olemassa olevan yksikön tilalle, koska kanavaan tai polttimeen tehdyt muutokset voivat muuttaa todellista toimintapistettä.

Tuulettimen paineen ja ilmavirran on vastattava kattilaa

Puhallin voi tuottaa suuren ilmavirran matalassa paineessa, mutta silti ei pysty toimittamaan tarvittavaa ilmaa uuniin. Sitä vastoin liiallisen paineen valitseminen voi johtaa tarpeettomaan kuristukseen ja suurempaan käyttötehoon.

Tästä syystä tuulettimen suorituskykykäyrä on tärkeä. Suunnittelupisteen tulee sijaita sopivalla puhallinkäyrän alueella, jossa on riittävästi säätöaluetta kattilan normaalia toimintaa varten.

Kattilan pakotetuilla tuulettimilla tarkastan yleensä vähintään kolme toimintapistettä:

Minimi vakaa kattilan kuormitus

Normaali käyttökuorma

Suurin jatkuva kuormitus

Jos kattila toimii normaalisti 70–90 % kuormituksella, puhallin ei saa olla optimoitu vain teoreettiselle 100 % pisteelle. Todellinen toiminta-alue on tärkeä, koska palamisilman tarve muuttuu polttoaineen syöttämisen myötä.

VFD-ohjaus voi olla hyödyllinen, mutta se ei ole automaattisesti paras ratkaisu

Taajuusmuuttujakäyttöä harkitaan usein Boiler Forced Draft -puhaltimissa, koska puhaltimen nopeutta voidaan säätää kattilan kuormituksen mukaan. Keskipakopuhaltimille puhallinlait tarjoavat hyödyllisen perustan nopeuden muutosten vaikutuksen ymmärtämiselle: ilmavirta muuttuu suunnilleen nopeuden mukaan, paine muuttuu suunnilleen nopeuden neliön mukaan ja teho noin nopeuden kuution mukaan.

Tämä tarkoittaa, että suhteellisen pieni nopeuden aleneminen voi vähentää merkittävästi tuulettimen tehoa.

VFD:n valinnassa tulee kuitenkin ottaa huomioon myös moottori, pienin käyttönopeus, ohjausvaste, käynnistysvaatimukset, harmoniset näkökohdat ja vaadittu ilmavirran ohjausstrategia. VFD:tä ei pitäisi vain lisätä, koska se kuulostaa tehokkaammalta. Koko kattilan ohjausjärjestelmä on otettava huomioon. Mitä tapahtuu, kun puhallin on alimitoitettu? Alikokoinen kattilan pakotettu vetopuhallin voi näyttää hyväksyttävältä alhaisen kuormituksen aikana, mutta siitä voi tulla pullonkaula, kun kattila lähestyy täyttä kuormaa.

Tyypillisiä oireita ovat:

Tuuletin toimii lähellä maksiminopeutta

Kyvyttömyys saavuttaa vaadittua ilmavirtaa

Alhainen uunin happi

Epävakaa palaminen

Kasvava CO

Vähentynyt höyryntuotanto

Korkeampi polttoaineenkulutus

Liiallinen painehäviö ilmajärjestelmässä

Pelti jää täysin auki

Ennen puhaltimen vaihtamista teknikkojen tulee kuitenkin varmistaa, että ongelma on itse asiassa tuulettimen kapasiteetti. Likainen suodatin, tukkeutunut kanava, väärin sijoitettu pelti, likaantunut ilman esilämmitin tai muunnettu poltin voi lisätä järjestelmän vastusta ja aiheuttaa oireita, jotka näyttävät alimitoista tuulettimelta.

Tapausesimerkki: Biomassakattila, jossa on riittämätön ilmavirta

Tarkastellaan biomassakattilaa, joka on alun perin suunniteltu noin 15 000 m³/h palamisilmalle. Useiden vuosien käytön jälkeen laitos siirtyi kosteampaan biomassapolttoaineeseen.

Käyttäjä havaitsi, että kattila ei enää pystynyt ylläpitämään aiempaa palamistilaa suurella kuormituksella. Alkuperäinen oletus oli, että FD-tuulettimesta oli tullut liian pieni.

Paikkatarkastuksessa havaittiin kolme tärkeää ehtoa:

Tuuletin saavutti edelleen suunnilleen alkuperäisen suunnittelunopeudensa.

Tulopelti oli lähes täysin auki

Uusi polttoaine sisälsi huomattavasti enemmän kosteutta.

Siksi insinööritiimi tarkisti palamisilmavaatimuksen ja järjestelmän paineen ennen kuin päätti vaihtaa tuulettimen. Tämä on tärkeää, koska polttoaineen vaihtaminen voi muuttaa vaadittuja palamisolosuhteita; pelkkä tuulettimen koon kasvattaminen ei välttämättä ratkaise taustalla olevaa prosessiongelmaa.

Lopullinen puhallinvalinta perustui tarkistettuihin ilmavirta- ja painevaatimuksiin vanhan moottorin tehon sijaan.

FD-tuuletin ja ID-tuuletin on harkittava yhdessä

Tasapainotetussa kattilassa FD-puhallin syöttää palamisilmaa, kun taas ID-puhallin poistaa savukaasut ja auttaa ylläpitämään vaadittua uunin painetta. Nämä kaksi tuuletinta suorittavat eri tehtäviä, mutta vaikuttavat suoraan samaan palamisprosessiin.

Jos FD-puoli syöttää huomattavasti enemmän ilmaa kuin järjestelmä pystyy poistamaan, uunin paine voi nousta. Jos sisäpuoli vetää liian voimakkaasti tulevaan palamisilmaan nähden, voi kehittyä liiallinen alipaine.

Siksi kattilan pakkopuhaltimia vaihdettaessa on hyödyllistä tarkistaa myös olemassa oleva ID-puhaltimen toiminta. Uuden FD-tuulettimen tulisi sopia täydellisen vedonohjausjärjestelmän toiminta-alueelle sen sijaan, että sitä arvioitaisiin erillisenä laitteena.

Ilman lämpötila vaikuttaa myös tuulettimen valintaan

Palamisilman lämpötila on määritettävä ennen kuin valitset Boiler Forced Draft -puhaltimet.

Jos puhallin käsittelee ympäröivää ilmaa, tiheys on erilainen kuin järjestelmässä, jossa ilma on kulkenut ilman esilämmittimen läpi. Ilman lämpötilan noustessa sen tiheys pienenee, mikä vaikuttaa tilavuusvirtauksen, massavirran, paineen ja puhaltimen tehon väliseen suhteeseen.

Esimerkiksi kaksi järjestelmää voivat molemmat näyttää 20 000 m³/h paperilla toimiessaan olennaisesti erilaisissa ilmanlämpötiloissa. Teknisessä laskelmassa on siksi määritettävä todellinen käyttölämpötila ja painepohja sen sijaan, että tilavuuslukua käsitettäisiin käyttöolosuhteista riippumattomana.

Tämä on erityisen tärkeää kattiloissa, joissa käytetään ilman esilämmittimiä tai muita lämmön talteenottolaitteita.

Huoltotarkastukset, joita ei pidä ohittaa

Jopa oikein valittu puhallin voi menettää tehonsa huoltoongelmien vuoksi. Kattilan pakkovetopuhaltimien rutiinitarkastuksen tulee sisältää juoksupyörä, laakerit, akseli, kytkin, moottorin virta, tärinä, tuloaukon kunto, vaimentimen asento ja kanava.

Jos ilmavirta pienenee vähitellen tuulettimen nopeuden pysyessä muuttumattomana, älä lisää nopeutta välittömästi. First check:

Tulosuodattimen tukos

Pellin aukko

Kanavan tukos

Juoksupyörän likaantuminen

Laakerin kunto

Hihnan tai kytkimen kunto

Tuulettimen pyöriminen

Järjestelmän paine

Polttimen tai tuulilaatikon vastus

Pölyllä tai kerrostumilla likaantunut juoksupyörä voi muuttaa aerodynaamista tilaa ja lisätä epätasapainoa. Nopeuden lisääminen kompensoimiseksi voi lisätä mekaanista kuormitusta ilman, että alkuperäinen ongelma ratkeaa. Mitä tietoja tuulettimen valmistajalle tulisi lähettää? Kattilan pakotettuja tuulettimia koskevassa tarjouspyynnössä hyödyllisen teknisen tiedustelun tulisi sisältää paljon muutakin kuin kattilan kapasiteetti.

Käytännön tarjouspyyntö voi sisältää:

Kattilan teho: 20 TPH

Polttoaine: Biomassa / kivihiili / maakaasu / öljy

Vaadittu ilmavirta: 18 000 m³/h

Vaadittu paine: 2200 Pa

Ilman lämpötila: 40°C

Korkeus: 35 m

Toimintataajuus: 50 Hz

Moottorin jännite: 415 V

Ohjaus: VFD

Asennus: Sisään

Kierto: Vahvistetaan

Poistosuunta: Vahvistetaan

Jos olemassa oleva puhallin vaihdetaan, valokuvat, tyyppikilven tiedot, puhallinkäyrä, moottoritiedot, kanavan mitat ja todelliset käyttömitat ovat myös erittäin hyödyllisiä.

Mitä täydellisemmät käyttötiedot ovat, sitä helpompi on valita kattilan todellista käyttöarvoa vastaavat paineilmapuhaltimet sen sijaan, että valitsisit mallin luettelosta pelkän nimellisilmavirran perusteella.

Viimeiset huomiot

Boiler Forced Draft Fans -puhaltimien päätarkoitus on yksinkertainen: tarjota polttojärjestelmään vakaa, säädettävä ilma kattilan vaatimalla paineella. Tekninen haaste on saada ilmavirta saataville koko toiminta-alueella pitäen samalla tuulettimen tehon, uunin paineen, palamisolosuhteet ja mekaanisen luotettavuuden hallinnassa.

Uutta kattilaprojektia varten puhallin tulee valita täydellisestä ilmapuolen vastuslaskelmasta. Vaihtoprojektissa todellisia käyttötietoja tulee verrata alkuperäiseen puhallinkäyrään ennen kuin päätetään, onko ongelma riittämätön tuulettimen teho, lisääntynyt järjestelmän vastus vai palamisolosuhteiden muutos.

Hyvin valittu Boiler Forced Draft -tuuletin ei siis ole vain korkean ilmavirran tuuletin. Se on kattilan polttoaineeseen, polttojärjestelmään, painehäviöihin, käyttölämpötilaan, säätötapaan ja odotettuun kuormitusalueeseen sovitettu komponentti. Tämän ansiosta kattila voi ylläpitää vakaata palamista tuhlaamatta tarpeettomasti tuulettimen tehoa.