Teollisuuden kattiloiden tuulettimet mukautuvat luotettavan polttoilmavirran kasvaviin vaatimuksiin

Teollisuuden kattilajärjestelmät ovat yhä vaativampia, kun laitokset yrittävät ylläpitää vakaata palamista ja samalla hallita polttoaineen kulutusta, päästöjä ja käyttökustannuksia. Tässä ympäristössä teollisuuskattilapuhaltimia ei enää valita pelkästään kattilan tehon tai moottorin tehon mukaan. Todellinen puhaltimen käyttömäärä riippuu palamisilman vaatimuksista, järjestelmän resistanssista, polttoaineen ominaisuuksista, käyttölämpötilasta ja kuormituksen vaihtelusta.

Insinööreille ensimmäinen kysymys ei saa olla "Kuinka monta kW tuulettimen moottorissa pitäisi olla?" Sen pitäisi olla "Mitä ilmavirtaa ja painetta vaaditaan todellisessa toimintapisteessä?" Tämä ero on tärkeä, koska sekä pakkovedon (FD) puhaltimet että indusoidun vedon (ID) puhaltimet on sovitettava koko kattilajärjestelmään sen sijaan, että ne valittaisiin itsenäisiksi laitteiksi. Aloita ilmavirrasta ja paineesta, ei moottorin tehosta

Teollisuuskattilapuhaltimia valittaessa on ensin määritettävä kaksi perusparametria: vaadittu ilmavirta ja vaadittu paine.

FD-puhaltimessa ilmavirtaus liittyy kattilan sytytysnopeuteen, polttoaineen tyyppiin, polttimen tai arinan rakenteeseen ja vaadittavaan ylimääräiseen ilmatasoon. Puhaltimen paineen on ylitettävä ilmanottoaukon, suodattimen, pellin, kanavan, ilman esilämmittimen, tuulilaatikon ja poltinrekisterin vastus.

ID-tuulettimelle laskenta on erilainen. Puhaltimen on poistettava vaadittu savukaasumäärä ja voitettava kattilan kaasukanavien, ekonomaiserin, ilman esilämmittimen, pölynkerääjän, pesurin, kanavien, peltien ja savupiippujen vastus.

Käytännön eritelmälomakkeen tulee siksi sisältää ainakin:

Vaadittu ilmavirta: m³/h tai CFM

Staattinen tai kokonaispaine: Pa, kPa tai mmWG

Ilman tai kaasun lämpötila

Polttoainetyyppi

Pölypitoisuus

Kaasun koostumus tarvittaessa

Toimintakorkeus

Normaali ja maksimi kuormitus

Tuulettimen nopeus tai VFD-alue

Moottorin jännite ja taajuus

Asennusjärjestely

Tämä lähestymistapa estää yleisen ostovirheen: tuulettimen valitsemisen vain olemassa olevan moottorin tehon perusteella. Esimerkiksi 160 kW:n moottori ei kerro valmistajalle, mitä ilmavirtaa tai painetta puhaltimen on todellisuudessa toimitettava.

FD-faneilla ja ID-faneilla on erilaisia ​​​​tehtäviä

Kaikki teollisuuskattilapuhaltimet eivät toimi samalla tavalla.

Pakotettu tuuletin syöttää palamisilmaa uuniin. Se käsittelee normaalisti suhteellisen puhdasta ympäröivää tai esilämmitettyä ilmaa ja toimii polttojärjestelmän ylipainepuolella.

Indusoitu vetopuhallin toimii pakopuolella. Se vetää savukaasut kattilan ja alavirran laitteiden läpi ja auttaa ylläpitämään vaadittua uunin vetoa. Polttoaineesta ja prosessista riippuen kaasu voi sisältää tuhkaa, pölyä, kosteutta, syövyttäviä yhdisteitä ja muita epäpuhtauksia.

Tämä ero vaikuttaa suoraan tuulettimen rakenteeseen.

Esimerkiksi kaasukäyttöisen kattilan FD-puhallin voi ensisijaisesti vaatia vakaan ilmavirran, tehokkaan toiminnan ja tarkan ohjauksen. Biomassa- tai hiilikäyttöisen kattilan ID-tuuletin voi vaatia lisähuomiota kulumisesta, pölyn kertymisestä, korkean lämpötilan kaasusta, akselin jäähdytyksestä, laakerijärjestelystä ja juoksupyörän kulumisesta.

Siksi pelkkä sanominen valmistajalle "Tarvitsen kattilan tuulettimen 20 tonnin kattilaan" ei riitä laitteiston valitsemiseen oikein.

Järjestelmän vastus määrittää usein lopullisen tuulettimen koon

Yksi tärkeimmistä käytännön seikoista teollisuuskattilapuhaltimia määriteltäessä on, että puhallin ei toimi yksin kattilaa vasten. Se toimii koko ilma- tai savukaasujärjestelmän vastusta vastaan.

FD-järjestelmässä painehäviöt voivat johtua:

Ilmanotto → suodatin → äänenvaimennin → kanava → pelti → ilman esilämmitin → tuulilaatikko → poltin

Tunnusjärjestelmässä reitti voi olla:

Kattila → ekonomaiseri → pölynkerääjä → pesuri → kanava → ID-tuuletin → savupiippu

Jokainen komponentti vaikuttaa painehäviöön. Likainen pussisuodatin tai osittain tukkeutunut kanava voi lisätä järjestelmän vastusta merkittävästi ilman, että tuulettimen sisällä ilmenee mekaanisia ongelmia.

Tästä syystä teknikoiden tulee verrata nykyisiä käyttötietoja alkuperäisiin käyttöönottotietoihin ennen puhaltimen vaihtamista. Jos tuulettimen nopeus pysyy suunnilleen vakiona ilmavirran laskeessa ja paineen noustessa, järjestelmän lisääntynyt vastus on tutkittava ennen kuin oletetaan, että puhallin itse on menettänyt tehonsa. 

Ylimääräinen ilma on toinen tärkeä ohjauspiste

Palaminen vaatii riittävästi ilmaa, mutta pelkkä ilman lisääminen ei automaattisesti paranna kattilan suorituskykyä.

Palamiseen tarvittava teoreettinen ilmamäärä riippuu polttoaineesta. Varsinaisessa käytössä syötetään lisäilmaa, koska täydellistä polttoaine-ilma-sekoitusta on vaikea saavuttaa. Tätä kutsutaan ylimääräiseksi ilmaksi.

Käytännön ongelma ilmenee, kun kattila toimii osakuormalla. Jos puhallin jatkaa toimintaansa täydellä nopeudella ja ilmavirtaa ohjataan pääasiassa sulkemalla pelti, puhallin voi kuluttaa huomattavasti sähköä samalla kun suuri osa käytettävissä olevasta ilmavirrasta on rajoitettua.

Säädettävä nopeus voi vähentää tätä ongelmaa. Kattilahuoneen tuulettimen ohjausta koskeva tutkimus on osoittanut, että ilmavirran ohjaaminen puhaltimen nopeuden kautta pelkkien peltien sijaan voi säästää huomattavasti energiaa osakuormituksen aikana.

Tästä syystä nykyaikaisissa teollisuuskattilapuhaltimissa on yhä enemmän VFD-säätöä, kun kattilan kuormitusalue on laaja.

Tärkeintä ei kuitenkaan ole vain VFD:n asentaminen. Ohjausjärjestelmän tulee koordinoida puhaltimen nopeus polttoainevirtauksen, uunin paineen, palamisvaatimusten ja käyttörajojen kanssa. Hallitsematon puhaltimen nopeuden lisäys voi aiheuttaa liiallisen ilmavirran, tarpeettoman virrankulutuksen tai epävakaita uuniolosuhteita.

Käytännön esimerkki: Biomassakattilan tuulettimen valinta

Harkitse biomassakattilaa, jossa laitoksessa käytettiin alun perin olemassa olevaa keskipakotuuletinta. Käyttäjä raportoi, että palaminen muuttui epävakaaksi aina, kun kattila lähestyi maksimikuormitusta.

Ensimmäinen reaktio oli epäily riittämättömästä tuulettimen tehosta.

Tuulettimen välittömän vaihtamisen sijaan huoltotiimi kirjasi:

Tuulettimen kierrosluku

Ilmavirta

Tuulettimen paine

Moottorin virta

Uunin paine

Polttoaineen syöttönopeus

Ilman lämpötila

Vaimentimen asento

Mittaukset osoittivat, että puhallin toimi jo lähellä nimellisnopeutta. Todellinen ilmavirta oli kuitenkin alkuperäisen suunnitteluarvon alapuolella.

Tämän jälkeen tiimi tarkasti ilmareitin ja havaitsi liiallisen vastuksen ilman esilämmittimessä ja osittain rajoittuneissa kanavaosissa.

Tämä oli tärkeää: ongelma ei välttämättä ollut liian pieni teollisuuskattilapuhaltimet. Järjestelmä esti olemassa olevaa tuuletinta saavuttamasta suunniteltua toimintapistettä.

Rajoitusten korjaamisen jälkeen ilmavirta lisääntyi ilman moottorin tai tuulettimen vaihtamista.

Tämäntyyppinen diagnoosi voi säästää huomattavasti enemmän rahaa kuin pelkkä suuremman tuulettimen asentaminen.

Älä jätä huomioimatta lämpötilaa ja kaasun tiheyttä

Lämpötila on erityisen tärkeä valittaessa teollisuuskattilapuhaltimia savukaasupuolelle.

Kaasun lämpötilan noustessa kaasun tiheys pienenee. Siksi kuumaa savukaasua käsittelevää puhallinta ei aina voida valita suoraan käyttämällä samoja tilavuus- ja painearvoja kuin ulkoilmassa.

Esimerkiksi ID-puhaltimella, joka käsittelee 180 °C:n savukaasuja ja FD-puhaltimella, joka käsittelee 20 °C:n ulkoilmaa, voi olla täysin erilaiset tiheysolosuhteet, vaikka niiden tilavuusilmavirta-arvot näyttäisivätkin samanlaisilta.

Valmistajan tulisi siksi saada todellinen käyttölämpötila yleisen lausunnon, kuten "korkean lämpötilan sovellus", sijaan.

ID-faneille insinöörien tulee yleensä toimittaa:

Normaali lämpötila + maksimilämpötila + ilmavirta määritetyssä lämpötilassa + painepohja

Jos lämpötila voi vaihdella merkittävästi käynnistyksen ja sammutuksen aikana, myös nämä olosuhteet tulee ottaa huomioon.

Lämpötila, pölypitoisuus, kosteus ja syövyttävä kaasukoostumus voivat lisäksi vaikuttaa materiaalin valintaan ja mekaaniseen suunnitteluun. 

Tuulettimen valinnan tulee sisältää todellinen toimintapiste

Puhallinkäyrä on hyödyllisempi kuin puhaltimen tyyppikilpi arvioitaessa teollisuuskattilapuhaltimia.

Oletetaan, että suunnittelutehtävä on:

Ilmavirta: 30 000 m³/h

Staattinen paine: 2500 Pa

Kaasun lämpötila: 150°C

Toimintanopeus: 1450 rpm

Valmistajan tulee tarkistaa, missä tämä toimintapiste sijaitsee ehdotetulla puhaltimen suorituskykykäyrällä.

Jos valittu puhallin voi teoriassa tuottaa 30 000 m³/h, mutta vain huomattavasti pienemmällä paineella kuin 2 500 Pa, puhallin ei täytä todellista järjestelmävaatimusta.

Päinvastoin, liian suuren tuulettimen valitseminen voi työntää järjestelmää kohti tarpeetonta kuristusta. Moottori voi myös kuluttaa enemmän tehoa kuin on tarpeen ohjaustavasta ja toimintapisteestä riippuen.

Tavoitteena ei siis ole valita suurinta saatavilla olevaa tuuletinta. Tavoitteena on sijoittaa normaali toimintapiste sopivalle puhallinkäyrän alueelle samalla kun sallitaan kohtuullinen käyttömarginaali.

Juoksupyörän suunnittelulla on merkitystä pölyisissä kattiloissa

Juoksupyörä on toinen alue, jossa Industrial Boiler Fans tarvitsee sovelluskohtaista suunnittelua.

Puhdas palamisilma mahdollistaa suhteellisen yksinkertaisen juoksupyörän valinnan. Hiomatuhkaa sisältävät savukaasut ovat erilaisia.

Jos pöly osuu jatkuvasti juoksupyörään, siipien etureunat voivat vähitellen kulua. Materiaalin kertyminen voi myös aiheuttaa epätasapainoa. Joissakin biomassasovelluksissa tahmeat kerrostumat voivat kerääntyä odotettua nopeammin kosteuden ja tuhkan ominaisuuksien vuoksi.

Käytännön huoltotarkastukseen tulisi siksi sisältyä:

Sammuta ja eristä tuuletin.

Tarkasta juoksupyörä kulumisen varalta.

Tarkista, onko terissä epätasaisia ​​kerrostumia.

Mittaa tai tarkista akselin ja laakerin kunto.

Tarkasta kytkin tai hihnakäyttö.

Tarkista perustus ja ankkuripultit.

Suorita tasapainotus, jos havaitaan merkittävää epätasapainoa.

Vakavassa kulumissovelluksissa tuulettimen rakenne voi vaatia kulutusta kestävää rakennetta tai vaihdettavia kuluvia komponentteja sen sijaan, että luottaisi vain paksumpiin vakiosiipiin.

Kuinka parantaa energiatehokkuutta

Energiatehokkuus tulee ottaa huomioon teollisuuskattilapuhaltimien valinnassa, ei sen jälkeen, kun puhallin on jo asennettu.

Kolme aluetta ansaitsevat erityistä huomiota.

Ensinnäkin, vältä tarpeetonta painetta.

Jos järjestelmä vaatii 2000 Pa, mutta puhallin valitaan ja sitä käytetään tuottamaan huomattavasti enemmän painetta, ylipaine voidaan yksinkertaisesti poistaa peltien tai muiden rajoitusten kautta.

Toiseksi sovita tuulettimen kapasiteetti todelliseen toiminta-alueeseen.

Jos kattila käyttää suurimman osan käyttöajastaan ​​50–70 % kuormituksella, puhallin ei saa olla optimoitu vain teoreettiselle 100 % kuormitukselle.

Kolmanneksi, harkitse nopeuden hallintaa.

Vaihtuvakuormajärjestelmissä tuulettimen nopeuden vähentäminen voi olla tehokkaampaa kuin täyden nopeuden ylläpitäminen ja ilmavirran kuristaminen pellin avulla. Tämä on erityisen tärkeää, koska tuulettimen teho muuttuu voimakkaasti nopeuden mukaan affiniteetti-lakisuhteen mukaisesti.

Kattilan puhallinjärjestelmä tulee siksi arvioida vuosittaisten käyttötuntien, kuormitusprofiilin, ohjaustavan ja sähkökustannusten perusteella – ei vain alkuperäisen ostohinnan perusteella.

Mitä insinöörien tulee lähettää ennen kattilan tuulettimen tarjouksen pyytämistä

Ennen kuin ostat teollisuuskattilapuhaltimia, suosittelen teknisen tiedotteen laatimista pelkän kattilan tehon lähettämisen sijaan.

Hyödyllinen tarjouspyyntö sisältää:

Kattilan tiedot

Kattilan kapasiteetti

Polttoainetyyppi

Polttomenetelmä

Normaali ja maksimi kuormitus

Fanivelvollisuus

Vaadittu ilmavirta

Staattinen tai kokonaispaine

Normaali ja maksimi toimintapiste

Käyttölämpötila

Järjestelmätiedot

Kanavan koko ja likimääräinen asettelu

Pölynkerääjän tyyppi

Ilman esilämmitin

Pesuri, jos sellainen on

Savupiipun tiedot

Arvioitu järjestelmän vastus

Mekaaniset vaatimukset

Tuulettimen pyöriminen

Ulostulon suunta

Ajojärjestely

Moottorin teho ja jännite

Laakereiden järjestely

VFD tai pellin ohjaus

Sivuston ehdot

Asennuskorkeus

Ympäristön lämpötila

Asennus sisä- tai ulkotiloihin

Jatkuva tai ajoittainen toiminta

Nämä tiedot antavat valmistajalle tarpeeksi tietoa tuulettimen käyrän, moottorin tehon, juoksupyörän rakenteen, materiaalien ja ohjaustavan arvioimiseksi oikein.

Viimeisiä ajatuksia

Teollisuuskattilapuhaltimien kysyntä liittyy yhä useammin muuhun kuin vain polttoilman syöttämiseen tai savukaasujen poistoon. Nykyaikaiset kattilajärjestelmät vaativat vakaan ilmavirran vaihtuvien kuormien yli, tarkan uunin paineen säädön, pienemmän apuvirrankulutuksen ja luotettavan toiminnan vaativissa lämpötila- ja pölyolosuhteissa.

Uudelle projektille paras lähtökohta on täydellinen järjestelmä: ilmavirta + paine + lämpötila + polttoaine + järjestelmän vastus + toiminta-alue. Olemassa olevan kattilan käyttötietoja tulee verrata alkuperäiseen suunnittelupisteeseen ennen puhaltimen vaihtoa.

Monissa tapauksissa ratkaisu kattilan huonoon suorituskykyyn ei ole vain suurempi moottori tai suurempi tuuletin. Oikealla järjestelmän resistanssilla, puhaltimen toimintapisteellä, nopeuden säädöllä, juoksupyörän kunnon ja uunin paineen säädöllä voi olla paljon suurempi vaikutus todelliseen suorituskykyyn.