Teollisuuden kattiloiden vetopuhallinratkaisut parantavat savukaasujen pakokaasujen tehokkuutta

Teollisuuskattilassa indusoitunutta tuuletinta käsitellään usein yksinkertaisena poistolaitteena. Käytännössä se on yksi keskeisistä laitteista säätelee uunin painetta, savukaasujen liikettä, palamisen vakautta ja apuvirrankulutusta. Oikein valitun teollisuuskattilan aiheuttaman vedon tuulettimen on siirrettävä vaadittu savukaasumäärä ja voitettava samalla kattilan, kanavan, pölynkerääjän, pesurin, savupiipun ja muiden alavirran laitteiden vastus.

Useimmiten näkemäni virhe on teollisuuskattilan aiheuttaman vetotuulettimen valitseminen vain kattilan tehon tai moottorin tehon perusteella. Esimerkiksi 10 MW:n kattila ei automaattisesti vaadi tiettyä puhallinkokoa. Todellinen toimintapiste riippuu savukaasun tilavuudesta, kaasun lämpötilasta, järjestelmän resistanssista, polttoaineesta, ylimääräisestä ilmasta, pölypitoisuudesta ja uunin ulostulossa vaaditusta paineesta.

1. Aloita todellisesta savukaasun tilasta

Ensimmäinen vaihe teollisuuskattilan aiheuttaman vetotuulettimen valinnassa on määrittää todellinen kaasutilavuus puhaltimen tuloaukossa.

Tämä on tärkeää, koska savukaasujen lämpötila muuttaa sen tiheyttä merkittävästi. Vakioolosuhteissa laskettua tilavuutta ei voi yksinkertaisesti käyttää puhaltimen toimintatilavuutena ilman korjausta.

Oletetaan esimerkiksi, että kattila tuottaa 30 000 Nm³/h savukaasua normaaliolosuhteissa ja kaasun lämpötila puhaltimen sisääntulossa on 180°C. Likimääräinen todellinen tilavuus voidaan arvioida seuraavista:

Q₂ = Q1 × (T₂ / T1)

missä lämpötilat ovat kelvineissä.

Käyttämällä 20 °C:ta viitteenä:

30 000 × (453 / 293) ≈ 46 350 m³/h

Tämä on olennainen ero.

Jos puhallin valitaan nopeudella 30 000 m³/h todellisessa käyttölämpötilassa noin 46 350 m³/h sijasta, asennettu puhallin ei välttämättä tuota odotettua vetoa.

Teollisuuden kattilan aiheuttaman vetotuulettimen osalta tarjoustiedoissa on siksi ilmoitettava, annetaanko ilmavirta Nm³/h, Sm³/h vai todellinen m³/h yhdessä vastaavan kaasun lämpötilan ja paineen kanssa.

2. Laske järjestelmän kokonaisvastus tuulettimen paineen arvaamisen sijaan

Tuulettimen paine on yhtä tärkeä kuin ilmavirta. Teollisuuskattilan aiheuttaman vetotuulettimen on voitettava koko savukaasureitin vastus. Näitä voivat olla kattilan kaasukanavat, ekonomaisit, ilman esilämmittimet, syklonit, pussisuodattimet, ESP:t, pesurit, vaimentimet, kulmakappaleet, paisuntaosat, kanavat ja savupiippu.

Käytännön painelaskelma voidaan järjestää seuraavasti:

ΔPtotal = ΔPkattila + ΔPkanava + Δlaitteisto + ΔPpelti + ΔPpino

Laskelma tulee suorittaa mitoituskaasuolosuhteissa.

Harkitse järjestelmää, jossa on:

Kattila ja lämmönsiirtoosa: 850 Pa

Kanava ja kulmakulmat: 450 Pa

Pussisuodatin: 1 200 Pa

Pelti ja siirtymäosat: 250 Pa

Savupiipun ja ulostulon häviöt: 350 Pa

Arvioitu kokonaisvastus on:

850 + 450 + 1 200 + 250 + 350 = 3 100 Pa

Insinöörin tulee sitten määrittää sopiva suunnittelumarginaali projektin vaatimusten perusteella sen sijaan, että lisäisi mielivaltaisesti suurta prosenttiosuutta.

Tästä syystä kaksi kattilaa, joilla on samanlainen teho, voivat vaatia täysin erilaisia ​​Industrial Boiler Induced Draft Fan -malleja.

3. Älä jätä huomioimatta pölyä

Pöly on yksi suurimmista eroista kattilan poistopuhaltimen ja puhtaan ilman tuulettimen välillä.

Biomassakattilan, hiilikattilan, jätekattilan ja kaasukattilan pölyominaisuudet voivat olla hyvin erilaisia. Lentotuhka voi vähitellen kuluttaa juoksupyörää, kun taas tahmeita hiukkasia voi kerääntyä siipille.

Juoksupyörän kerääntyminen aiheuttaa toisen ongelman: epätasapainon.

Jos esimerkiksi vain muutama sata grammaa materiaalia kertyy epätasaisesti suurelle siipipyörälle, massajakauma muuttuu. Tuloksena oleva keskipakovoima kasvaa nopeasti pyörimisnopeuden myötä.

Tästä syystä teollisuuskattilan aiheuttama vetotuuletin, joka toimii pölyisillä savukaasuilla, on tarkastettava säännöllisesti:

Siipipyörän tuhkan kerääntyminen

Terän eroosio

Huippuluokan kulumista

Akselin kunto

Laakerin lämpötila

Tärinä

Kotelon talletukset

Liikuntasauman vuoto

Jos tärinä lisääntyy vähitellen useiden kuukausien käytön jälkeen, moottorin vaihto ei yleensä ole ensimmäinen asia. Juoksupyörä ja käyttöolosuhteet tulee tarkistaa ensin.

4. Tuulettimen tehokkuus liittyy läheisesti toimintapisteeseen

Suuri puhallin ei automaattisesti tarkoita tehokkaampaa puhallinta. Teollisuuskattilan aiheuttaman vetotuulettimen tulisi toimia lähellä vaadittua toimintapistettä suorituskykykäyrällä. Jos varsinainen järjestelmä vaatii 40 000 m³/h paineella 3 000 Pa, mutta valittu puhallin on suunniteltu hyvin erilaisen toimintapisteen ympärille, järjestelmä voi riippua suuresti pelleistä ilmavirran ohjaamisessa.

Pelti vähentää virtausta lisäämällä vastusta. Puhallin tuottaa edelleen painetta, mutta osa paineesta yksinkertaisesti haihtuu pellin läpi.

Kattilan jatkuvassa käytössä tämä on usein tehoton tapa säädellä vaihtelevaa kuormaa.

Nopeussäädin tarjoaa paremman lähestymistavan, kun toiminta-alue sen oikeuttaa. Fanisuhdelait osoittavat, että vastaavissa olosuhteissa:

Q ∝ N

ΔP ∝ N²

P ∝ N³

Siksi tuulettimen nopeuden vähentäminen voi aiheuttaa paljon suuremman tehon alenemisen kuin pelkkä ilmavirran vähentäminen.

Esimerkiksi nopeuden vähentäminen 80 prosenttiin alkuperäisestä nopeudesta antaa noin:

Tehosuhde = 0,8³ = 0,512

Teoreettinen puhallinteho tulee noin 51 % alkuperäisestä arvosta olettaen, että toimintaolosuhteet pysyvät soveltuvan tuulettimen lain sisällä.

Todelliset säästöt riippuvat järjestelmän käyrästä, moottorin tehokkuudesta, VFD-häviöistä ja toimintapisteestä, joten tätä tulisi käsitellä teknisenä arviona eikä taatun 49 %:n vähennyksenä.

5. VFD-ohjaus voi parantaa osakuormitustoimintoa

Monet kattilat eivät toimi jatkuvasti 100 %:n kuormituksella.

Tuotannon vähentymisen aikana tarvittava savukaasumäärä pienenee. Jos teollisuuskattilan aiheuttama vetopuhallin jatkaa toimintaansa täydellä nopeudella, kun pelti ohjaa vetoa, sähköteho voi olla tarpeettoman suuri.

Parempi ohjausstrategia on mitata uunin tai savukaasujen staattista painetta ja säätää puhaltimen nopeutta vaaditun vedon mukaan.

Tyypillinen ohjausjärjestys on:

Kattilan kuormitus → Vetopaineanturi → PID-säädin → VFD → ID Tuulettimen nopeus

Säätökohteena ei pitäisi olla vain "maksimiimu". Liiallinen alipaine voi tuoda lisäilmaa uuniin tai vaikuttaa palamisolosuhteisiin.

Tavoitteena on ohjattu alipaine, ei suurin mahdollinen alipaine.

VFD-pohjainen ID-puhaltimen ohjausstrategia on dokumentoitu myös kattilasovelluksissa keinona sovittaa puhaltimen nopeus paremmin vaadittuun savupainetta ja vähentää tarpeettomia ilmavirtauksia ja sähköhäviöitä.

6. Käytännön tapaus: Liiallisen virrankulutuksen vähentäminen

Harkitse biomassakattilaa seuraavilla käyttöolosuhteilla:

Kattilan teho: noin 12 t/h höyryä

Savukaasuvirtaus: 42 000 m³/h

Tuulettimen tulolämpötila: 165°C

Vaadittu kokonaispaine: noin 2800 Pa

Nykyinen moottori: 75 kW

Nykyinen tuulettimen nopeus: 1 480 rpm

Ohjausmenetelmä: tulopelti

Käyttökuorma: normaalisti 60-90 %

Laitos raportoi, että puhallinmoottori toimi usein lähellä nimellisvirtaansa, vaikka kattilan tuotanto oli maksimitehoa pienempi.

Ensimmäisessä tarkastuksessa ei havaittu ilmeistä laakerivikaa. Juoksupyörä oli myös rakenteellisesti hyväksyttävä.

Ongelma johtui ohjausmenetelmästä.

Noin 65 %:n kattilan kuormituksella puhallin kävi edelleen lähes täydellä nopeudella, kun taas tulopelti oli merkittävästi kiinni. Puhallin tuotti siksi enemmän painetta kuin järjestelmä vaati, ja vaimennin muutti osan paineesta lisävastukseksi.

Suositeltu muutos oli asentaa VFD ja ohjata ID-tuuletinta uunin vetopaineen mukaan.

Käyttöönoton jälkeen toimintatapaa muutettiin siten, että puhaltimen nopeus seurasi kattilan kuormitusta ja vetopainetta sen sijaan, että se pysyisi lähellä maksiminopeutta.

Tärkeä opetus tästä tapauksesta on, että tuulettimen vaihtaminen suurempaan tai tehokkaampaan malliin ei olisi ratkaissut ongelmaa. Olemassa olevan teollisuuskattilan tuulettimen kapasiteetti oli riittävä; Ongelmana oli ohjausstrategia.

7. Korkea lämpötila vaatii enemmän kuin lämmönkestävän juoksupyörän

Lämpötila on toinen parametri, joka tulee vahvistaa ennen teollisuuskattilan aiheuttaman vetotuulettimen valitsemista.

Kun savukaasujen lämpötila nousee, kaasun tiheys pienenee. Samalla massavirralla todellinen tilavuusvirta tulee suuremmaksi.

Korkea lämpötila vaikuttaa myös:

Akselin lämpölaajeneminen

Laakereiden järjestely

Voitelu

Kotelon laajennus

Materiaalin valinta

Kytkentäjärjestely

Moottorin sijainti

Jäähdytysvaatimukset

Tiivistysjärjestely

Korkeammissa lämpötiloissa puhaltimen rakenne tulisi siksi suunnitella todellisen tulolämpötilan mukaan sen sijaan, että valittaisiin vain vakiotuuletin ja oletetaan, että se kestää kuumaa kaasua.

Jos lämpötila muuttuu huomattavasti käynnistyksen ja normaalin käytön välillä, lämpölaajeneminen on myös otettava huomioon akselin, laakerin ja kytkimen kohdistuksen aikana.

8. Mitä tarkistetaan, kun ID-tuuletin ei pysty ylläpitämään vetoa

Kun teollisuuskattilan aiheuttama vetopuhallin ei pysty ylläpitämään vaadittua uunin alipainetta, älä oleta heti, että puhallin on alimitoitettu.

Käytännön vianmäärityssarja on:

Vaihe 1 – Tarkista todellinen tuulettimen nopeus

Vahvista moottorin taajuus, pyörimisnopeus ja VFD-lähtö.

Vaihe 2 – Tarkista pellin asento

Jos pelti on lähes täysin auki ja veto jää riittämättömäksi, puhallin voi olla alimitoitettu tai järjestelmän vastus voi olla kasvanut.

Jos pelti on voimakkaasti kuristettu, ongelma voi sen sijaan johtua liiallisesta tuulettimen tehosta tai sopimattomasta ohjausstrategiasta.

Vaihe 3 – Mittaa paine ennen ja jälkeen suuria laitteita

Tarkista painehäviö:

Kattila

Economisaattori

Ilman esilämmitin

Sykloni

Pussisuodatin

Pesuri

Pääkanava

Vaimennin

Likainen pussisuodatin voi merkittävästi lisätä järjestelmän vastusta.

Vaihe 4 – Tarkasta juoksupyörä

Etsi tuhkan kertymistä, eroosiota, halkeamia, muodonmuutoksia ja terävaurioita.

Vaihe 5 – Tarkista tärinä ja laakerit

Lisääntyvä tärinä voi olla merkki epätasapainosta, epätasapainosta, laakerin heikkenemisestä, löysyydestä tai siipipyörän kerääntymisestä.

Vaihe 6 – Vertaa todellisia tietoja alkuperäiseen suunnittelupisteeseen

Tallentaa:

Ilmavirta

Staattinen paine

Tuulettimen nopeus

Moottorin virta

Moottorin teho

Kaasun lämpötila

Uunin paine

Tärinä

Nämä tiedot ovat paljon hyödyllisempiä kuin pelkkä sanominen, että "tuulettimen imu on heikko".

9. Miksi teollisuuskattilan aiheuttaman vetotuulettimen ylimitoitus voi myös olla ongelma?

Ylimitoitusta pidetään joskus turvallisena vaihtoehtona, koska insinöörit olettavat, että "enemmän kapasiteettia on parempi".

Se ei ole aina parempi.

Jos teollisuuskattilan aiheuttama vetotuuletin on huomattavasti ylimitoitettu, järjestelmä saattaa vaatia aggressiivista pellin kuristusta. Tämä lisää painehäviötä ja voi lisätä sähkönkulutusta.

Liiallinen veto voi myös häiritä suunniteltuja palo-olosuhteita.

Parempi tapa on määrittää normaali toimintapiste, enimmäistoimintapiste, odotettu vähimmäiskuorma ja tulevat käyttövaatimukset ennen puhaltimen valintaa.

Esimerkiksi, jos kattila toimii normaalisti 60–90 %:n kuormalla, vain äärimmäisen teoreettisen maksimin perusteella puhaltimen valinta voi johtaa koneeseen, joka viettää suurimman osan käyttöikänsä poissa parhaan hyötysuhteen alueelta.

10. Paras tuuletin on se, joka sopii koko järjestelmään

Teollisuuskattilan aiheuttaman vetotuulettimen suorituskykyä ei voida arvioida erikseen kattilan pakojärjestelmästä.

Teknisesti oikean tuulettimen valinnassa tulee huomioida:

Kattila → Lämmönsiirtolaitteet → Pölynkerääjä → Kanava → Sisäpuhallin → Savupiippu

Jos uusi pussisuodatin asennetaan myöhemmin, sen painehäviö voi muuttaa olemassa olevan puhaltimen toimintapistettä. Samoin pesurin lisääminen, polttoaineen vaihtaminen, kattilan tehon lisääminen tai savupiipun muuttaminen voivat kaikki muuttaa vaadittua tuulettimen toimintaa.

Tästä syystä tuulettimen valinnan tulisi perustua järjestelmän täydelliseen resistanssiin sen sijaan, että se sopisi vain vanhaan tuuletinmalliin.

Johtopäätös

Tehokas Industrial Boiler Induced Draft -puhallin ei ole vain suuritehoinen keskipakotuuletin. Sen todellinen suorituskyky riippuu siitä, onko ilmavirta, paine, lämpötila, pölykuormitus, juoksupyörän rakenne, ohjausmenetelmä ja järjestelmän vastus sovitettu oikein.

Laske uusissa asennuksissa todellinen savukaasutilavuus ja kokonaispainehäviö ennen puhaltimen valintaa. Kerää vaihtoprojekteissa käyttötiedot ennen kuin päätät, että olemassa oleva puhallin on alimitoitettu. Vaihtelevan kuormituksen kattiloissa arvioi VFD-säätö sen sijaan, että luottaisit kokonaan peleihin.

Käytännössä suurimmat hyödyt tulevat usein suhteellisen yksinkertaisista toimenpiteistä: juoksupyörän puhdistaminen, järjestelmän liiallisen vastuksen korjaaminen, kanavavuotojen korjaaminen, oikeanlaisen uunin vedon ylläpitäminen ja puhaltimen nopeuden sovittaminen kattilan todelliseen kuormitukseen.

Tavoitteena ei ole saada Industrial Boiler Induced Draft -tuuletinta käymään kovemmin. Tavoitteena on saada se toimittamaan juuri sitä mitä kattila tarvitsee – pienimmällä kohtuullisella energiankulutuksella ja vakaalla toiminnalla täydellä kuormitusalueella.