Ventilatoarele cu tiraj forțat al cazanului susțin alimentarea stabilă cu aer de ardere în fabricile industriale

Într-un cazan industrial, stabilitatea arderii depinde de mai mult decât de arzătorul în sine. Sistemul de ardere trebuie să primească cantitatea potrivită de aer la presiunea necesară, chiar și atunci când sarcina cazanului se modifică. Ventilatoarele cu aspirație forțată a cazanului furnizează acest aer de ardere împingând aerul ambiental sau preîncălzit către arzător, ventil, grătar sau cuptor. În sistemele cu tiraj echilibrat, ventilatorul cu tiraj forțat funcționează împreună cu ventilatorul cu tiraj indus pentru a controla fluxul de aer prin cazan.

De ce este importantă alimentarea cu aer de ardere

Combustibilul nu poate arde eficient dacă oxigenul disponibil este insuficient. În același timp, pur și simplu furnizarea de mai mult aer nu este o soluție. Aerul în exces absoarbe căldură și transportă căldură suplimentară prin coș, ceea ce poate reduce eficiența cazanului. Din acest motiv, ventilatoarele cu aspirație forțată a cazanului trebuie să asigure un flux de aer suficient pe întregul interval de funcționare, mai degrabă decât să producă pur și simplu volumul maxim de aer posibil.

De exemplu, luați în considerare un cazan pe biomasă care funcționează între 60% și 100% sarcină. Dacă ventilatorul funcționează la viteză aproape maximă, indiferent de sarcina cazanului, sistemul poate primi aer de ardere excesiv la sarcină mică. Cea mai bună abordare este de a controla fluxul de aer în funcție de cererea reală de combustibil, folosind un clapete de admisie, o paletă de ghidare a admisiei sau un VFD, în funcție de designul sistemului. Cercetările privind controlul vitezei variabile a centralei au arătat, de asemenea, relația dintre funcționarea ventilatorului, excesul de aer și eficiența cazanului. 

Nu selectați ventilatorul numai din puterea motorului

Una dintre cele mai frecvente greșeli la înlocuirea unui ventilator al cazanului este solicitarea unui motor de 30 kW, 45 kW sau 75 kW și așteptarea ca producătorul ventilatorului să determine totul din acel număr. Puterea motorului este o ieșire a procesului de selecție a ventilatorului, nu parametrul de selecție principal.

Pentru ventilatoarele cu tiraj forțat al cazanului, informațiile de bază ar trebui să includă:

Debitul de aer necesar, cum ar fi m³/h sau CFM

Presiunea statică necesară sau presiunea totală

Temperatura de intrare a aerului

Tip de combustibil

Capacitatea cazanului

Altitudine de operare

Interval de sarcină așteptat

Pierderi de presiune în conducte și echipamente

Rezistenta arzatorului sau gratarului

Căderea de presiune a preîncălzitorului de aer, dacă este instalat

Metoda de control

Tensiunea și frecvența motorului

Aranjament de instalare a ventilatorului

Direcția de rotație și poziția de evacuare

Cerința de presiune trebuie calculată din traseul complet al aerului. Conductele, coturile, clapetele, filtrele, preîncălzitoarele de aer, cutiile de vânt, registrele arzătorului și alte componente contribuie toate la rezistență. 

Un exemplu practic de selecție a ventilatorului

Să presupunem că un cazan industrial necesită 18.000 m³/h de aer de ardere la o presiune statică de 2.200 Pa în condițiile de funcționare proiectate. Ventilatorul nu trebuie selectat doar ca „ventilator de 18.000 m³/h”.

În primul rând, inginerul ar trebui să confirme dacă 18.000 m³/h este debitul de aer de operare necesar real sau dacă include deja marja de proiectare necesară. În continuare, trebuie calculate pierderile de presiune dintre admisia ventilatorului și cuptor.

De exemplu:

Pierdere în conducta de aer: 300 Pa

Pierdere la amortizor: 180 Pa

Pierdere de preîncălzire a aerului: 450 Pa

Pierderi în cutia de vânt și arzător: 700 Pa

Alte pierderi de sistem: 350 Pa

Marja necesară: evaluată separat în funcție de designul proiectului

Selecția ventilatorului ar trebui apoi verificată în raport cu punctul de lucru rezultat, mai degrabă decât cu fluxul de aer. Acest lucru este deosebit de important atunci când ventilatoarele cu aspirație forțată a cazanului sunt folosite ca înlocuitori pentru o unitate existentă, deoarece modificările aduse conductelor sau arzătorului pot schimba punctul real de funcționare.

Presiunea ventilatorului și debitul de aer trebuie să se potrivească cu cazanul

Un ventilator poate produce un debit mare de aer la presiune scăzută și totuși nu poate furniza aerul necesar în cuptor. Dimpotrivă, selectarea presiunii excesive poate duce la stropitări inutile și o putere de operare mai mare.

Acesta este motivul pentru care curba de performanță a ventilatorului este importantă. Punctul de proiectare trebuie să fie situat într-o regiune adecvată a curbei ventilatorului, cu un domeniu de control suficient pentru funcționarea normală a cazanului.

Pentru ventilatoarele cu tiraj forțat al cazanului, aș verifica în mod normal cel puțin trei puncte de funcționare:

Sarcina minimă stabilă a cazanului

Sarcina de funcționare normală

Sarcina maximă continuă

Dacă centrala funcționează în mod normal la 70–90% sarcină, ventilatorul nu trebuie optimizat doar pentru un punct teoretic de 100%. Intervalul real de funcționare contează deoarece cererea de aer de ardere se modifică odată cu intrarea de combustibil.

Controlul VFD poate fi util, dar nu este automat cea mai bună soluție

Acționările cu frecvență variabilă sunt adesea luate în considerare pentru ventilatoarele cu tiraj forțat al cazanului, deoarece viteza ventilatorului poate fi ajustată în funcție de sarcina cazanului. Pentru ventilatoarele centrifugale, legile ventilatorului oferă o bază utilă pentru înțelegerea efectului schimbărilor de viteză: fluxul de aer se modifică aproximativ cu viteza, presiunea se modifică aproximativ cu pătratul vitezei și puterea se modifică aproximativ cu cubul vitezei.

Aceasta înseamnă că o reducere relativ mică a vitezei poate produce o reducere semnificativă a puterii ventilatorului.

Cu toate acestea, selecția VFD ar trebui să ia în considerare și motorul, viteza minimă de funcționare, răspunsul de control, cerințele de pornire, considerațiile armonice și strategia necesară de control al fluxului de aer. Un VFD nu ar trebui pur și simplu adăugat pentru că sună mai eficient. Trebuie luat în considerare întregul sistem de control al cazanului. Ce se întâmplă când ventilatorul este subdimensionat? Un ventilator cu tiraj forțat al cazanului subdimensionat poate părea acceptabil în timpul funcționării la sarcină mică, dar devine un blocaj atunci când cazanul se apropie de sarcina maximă.

Simptomele tipice includ:

Ventilatorul funcționează aproape de viteza maximă

Incapacitatea de a realiza fluxul de aer necesar

Oxigen scăzut al cuptorului

Combustie instabilă

Creșterea CO

Producție redusă de abur

Consum mai mare de combustibil

Cădere excesivă de presiune în sistemul de aer

Amortizorul rămâne complet deschis

Cu toate acestea, înainte de a înlocui ventilatorul, tehnicienii ar trebui să confirme că problema este de fapt capacitatea ventilatorului. Un filtru murdar, o conductă blocată, un clapete poziționat incorect, un preîncălzitor de aer murdar sau un arzător modificat pot crește rezistența sistemului și pot crea simptome care arată ca un ventilator subdimensionat.

Exemplu de caz: Cazan de biomasă cu flux de aer insuficient

Luați în considerare un cazan pe biomasă proiectat inițial pentru aproximativ 15.000 m³/h de aer de ardere. După câțiva ani de funcționare, instalația s-a schimbat la un combustibil din biomasă mai umed.

Operatorul a observat că centrala nu mai putea menține starea anterioară de ardere la sarcină mare. Presupunerea inițială a fost că ventilatorul FD devenise prea mic.

O inspecție la fața locului a găsit trei condiții importante:

Ventilatorul încă atingea aproximativ viteza de proiectare inițială.

Clapeta de admisie era aproape complet deschisă

Noul combustibil conținea mult mai multă umiditate.

Prin urmare, echipa de ingineri a verificat necesarul de aer de ardere și presiunea sistemului înainte de a decide asupra unui ventilator de înlocuire. Acest lucru este important deoarece schimbarea combustibilului poate modifica condițiile de ardere necesare; simpla creștere a dimensiunii ventilatorului poate să nu rezolve problema de bază a procesului.

Selecția finală a ventilatorului s-a bazat pe cerințele revizuite de flux de aer și presiune, mai degrabă decât pe vechiul motor nominal.

Ventilatorul FD și ventilatorul ID trebuie luate în considerare împreună

Într-un cazan cu tiraj echilibrat, ventilatorul FD furnizează aer de ardere, în timp ce ventilatorul ID elimină gazele arse și ajută la menținerea presiunii necesare în cuptor. Aceste două ventilatoare îndeplinesc sarcini diferite, dar afectează direct același proces de ardere.

Dacă partea FD furnizează mult mai mult aer decât poate elimina sistemul, presiunea cuptorului poate crește. Dacă partea ID trage prea puternic în raport cu aerul de ardere care intră, se poate dezvolta o presiune negativă excesivă.

Prin urmare, atunci când înlocuiți ventilatoarele cu tiraj forțat al cazanului, este util să verificați și funcția existentă a ventilatorului ID. Noul ventilator FD ar trebui să se potrivească domeniului de funcționare al sistemului complet de control al tirajului, mai degrabă decât să fie evaluat ca un echipament izolat.

Temperatura aerului afectează și selecția ventilatorului

Temperatura aerului de ardere trebuie specificată înainte de a selecta ventilatoarele cu aspirație forțată pentru cazan.

Dacă ventilatorul gestionează aerul ambiental, densitatea este diferită de un sistem în care aerul a trecut printr-un preîncălzitor de aer. Pe măsură ce temperatura aerului crește, densitatea acestuia scade, ceea ce afectează relația dintre debitul volumetric, debitul de masă, presiune și puterea ventilatorului.

De exemplu, două sisteme pot afișa ambele 20.000 m³/h pe hârtie în timp ce funcționează la temperaturi ale aerului substanțial diferite. Prin urmare, calculul de inginerie trebuie să stabilească temperatura reală de funcționare și baza presiunii, mai degrabă decât să trateze numărul de volum ca independent de condițiile de funcționare.

Acest lucru devine deosebit de important în cazanele care utilizează preîncălzitoare de aer sau alte echipamente de recuperare a căldurii.

Verificări de întreținere care nu ar trebui sărite

Chiar și un ventilator selectat corect poate pierde performanța din cauza problemelor de întreținere. Pentru ventilatoarele cu tiraj forțat al cazanului, inspecția de rutină ar trebui să includă rotorul, lagărele, arborele, cuplajul, curentul motorului, vibrațiile, starea de admisie, poziția clapetei și conductele.

Dacă fluxul de aer scade treptat, în timp ce viteza ventilatorului rămâne neschimbată, nu măriți imediat viteza. Prima verificare:

Blocarea filtrului de admisie

Deschiderea amortizorului

Obstrucția conductelor

Încrustarea rotorului

Starea rulmentului

Stare curelei sau cuplajului

Rotirea ventilatorului

Presiunea sistemului

Rezistenta arzatorului sau ventilului

Un rotor contaminat cu praf sau depuneri poate modifica starea aerodinamică și poate crește dezechilibrul. Creșterea vitezei de compensare poate crește încărcarea mecanică fără a rezolva problema inițială. Ce informații ar trebui trimise unui producător de ventilatoare? Pentru un RFQ care implică ventilatoare cu tiraj forțat al cazanului, o anchetă tehnică utilă ar trebui să conțină mult mai mult decât capacitatea cazanului.

Un RFQ practic poate include:

Capacitate cazan: 20 TPH

Combustibil: Biomasă / cărbune / gaz natural / petrol

Debitul de aer necesar: 18.000 m³/h

Presiune necesară: 2.200 Pa

Temperatura aerului: 40°C

Altitudine: 35 m

Frecventa de operare: 50 Hz

Tensiune motor: 415 V

Control: VFD

Instalare: Interior

Rotație: De confirmat

Direcția de ieșire: De confirmat

Dacă ventilatorul existent este înlocuit, fotografiile, informațiile de pe plăcuța de identificare, curba ventilatorului, datele motorului, dimensiunile conductelor și măsurătorile reale de funcționare sunt, de asemenea, extrem de utile.

Cu cât datele de funcționare sunt mai complete, cu atât este mai ușor să selectați ventilatoare cu tiraj forțat al cazanului care se potrivesc cu funcționarea reală a cazanului, în loc să selectați un model dintr-un catalog bazat doar pe debitul nominal de aer.

Considerații finale

Scopul principal al ventilatoarelor cu tiraj forțat al cazanului este simplu: furnizarea sistemului de ardere cu aer stabil, controlabil la presiunea cerută de cazan. Provocarea de inginerie este de a face acest flux de aer disponibil în întreaga gamă de operare, ținând în același timp sub control puterea ventilatorului, presiunea cuptorului, condițiile de ardere și fiabilitatea mecanică.

Pentru un nou proiect de cazan, ventilatorul trebuie selectat din calculul complet al rezistenței pe partea de aer. Pentru un proiect de înlocuire, datele reale de funcționare trebuie comparate cu curba inițială a ventilatorului înainte de a decide dacă problema este capacitatea insuficientă a ventilatorului, rezistența crescută a sistemului sau o modificare a condițiilor de ardere.

Prin urmare, un ventilator cu tiraj forțat al cazanului bine selectat nu este doar un ventilator cu debit mare de aer. Este o componentă potrivită cu combustibilul cazanului, sistemul de ardere, pierderile de presiune, temperatura de funcționare, metoda de control și domeniul de sarcină așteptat. Acesta este ceea ce permite cazanului să mențină arderea stabilă fără a pierde inutil puterea ventilatorului.