Ventilatoarele de cazane industriale se adaptează la cerințele tot mai mari pentru un flux de aer de ardere fiabil

Sistemele de cazane industriale devin din ce în ce mai solicitante, deoarece instalațiile încearcă să mențină arderea stabilă, controlând în același timp consumul de combustibil, emisiile și costurile de operare. În acest mediu, ventilatoarele de cazane industriale nu mai sunt selectate pur și simplu în funcție de capacitatea cazanului sau puterea motorului. Funcția reală a ventilatorului depinde de cerințele de aer de ardere, de rezistența sistemului, de caracteristicile combustibilului, de temperatura de funcționare și de variația sarcinii.

Pentru ingineri, prima întrebare nu ar trebui să fie „Câți kW ar trebui să aibă motorul ventilatorului?” Ar trebui să fie „Ce debit de aer și presiune sunt necesare la punctul real de funcționare?” Această distincție este importantă deoarece atât ventilatoarele cu tiraj forțat (FD) cât și ventilatoarele cu tiraj indus (ID) trebuie să fie potrivite cu sistemul complet al cazanului, mai degrabă decât selectate ca echipamente independente. Începeți cu fluxul de aer și presiunea, nu puterea motorului

La selectarea ventilatoarelor de cazane industriale, trebuie stabiliți mai întâi doi parametri de bază: debitul de aer necesar și presiunea necesară.

Pentru un ventilator FD, debitul de aer este legat de rata de ardere a cazanului, tipul de combustibil, designul arzătorului sau grătarului și nivelul necesar de exces de aer. Presiunea ventilatorului trebuie să învingă rezistența de la admisia de aer, filtrul, clapeta, conductele, preîncălzitorul de aer, cutia de vânt și registrul arzătorului.

Pentru un ventilator ID, calculul este diferit. Ventilatorul trebuie să extragă volumul necesar de gaze arse, învingând în același timp rezistența de la canalele de gaze ale cazanului, economizor, preîncălzitor de aer, colector de praf, epurator, conducte, clapete și coș.

Prin urmare, o fișă cu specificații practice ar trebui să includă cel puțin:

Debitul de aer necesar: m³/h sau CFM

Presiune statică sau totală: Pa, kPa sau mmWG

Temperatura aerului sau gazului

Tip de combustibil

Concentrația de praf

Compoziția gazului, acolo unde este cazul

Altitudine de operare

Sarcina normala si maxima

Viteza ventilatorului sau intervalul VFD

Tensiunea și frecvența motorului

Aranjament de instalare

Această abordare previne o greșeală obișnuită de cumpărare: selectarea unui ventilator bazat numai pe puterea motorului existent. Un motor de 160 kW, de exemplu, nu spune producătorului ce debit de aer sau presiune trebuie să furnizeze ventilatorul.

Fanul FD și Fanul ID au locuri de muncă diferite

Nu toate ventilatoarele de cazane industriale îndeplinesc aceeași funcție.

Un ventilator cu tiraj forțat furnizează aer de ardere cuptorului. În mod normal, gestionează aer ambiental relativ curat sau preîncălzit și funcționează pe partea cu presiune pozitivă a sistemului de ardere.

Un ventilator de tiraj indus funcționează pe partea de evacuare. Acesta trage gazele de ardere prin cazan și prin echipamentele din aval, ajutând în același timp la menținerea tirajului necesar cuptorului. În funcție de combustibil și proces, gazul poate conține cenușă, praf, umiditate, compuși corozivi și alți contaminanți.

Această diferență afectează direct construcția ventilatorului.

De exemplu, un ventilator FD pentru un cazan pe gaz poate necesita în primul rând un flux de aer stabil, o funcționare eficientă și un control precis. Un ventilator ID pentru un cazan pe biomasă sau pe cărbune poate necesita o luare în considerare suplimentară a abraziunii, acumulării de praf, gazului la temperatură înaltă, răcirea arborelui, aranjarea rulmenților și uzura rotorului.

Prin urmare, pur și simplu spuneți unui producător „Am nevoie de un ventilator pentru un cazan de 20 de tone” nu este suficientă informație pentru a selecta echipamentul corect.

Rezistența sistemului determină adesea dimensiunea finală a ventilatorului

Unul dintre cele mai importante puncte practice atunci când specificați ventilatoare industriale pentru cazane este că ventilatorul nu funcționează numai împotriva cazanului. Funcționează împotriva rezistenței întregului sistem de aer sau gaze arse.

Pentru un sistem FD, pierderile de presiune pot proveni din:

Admisie de aer → filtru → amortizor de zgomot → conductă → clapete → preîncălzitor de aer → ventil → arzător

Pentru un sistem de identificare, ruta poate fi:

Cazan → economizor → colector de praf → epurator → conductă → ventilator ID → coș de fum

Fiecare componentă contribuie la pierderea de presiune. Un filtru cu sac murdar sau o conductă parțial blocată poate crește rezistența sistemului în mod semnificativ, fără să apară nicio problemă mecanică în interiorul ventilatorului.

Acesta este motivul pentru care tehnicienii ar trebui să compare datele de funcționare curente cu datele originale de punere în funcțiune înainte de a schimba ventilatorul. Dacă viteza ventilatorului rămâne aproximativ constantă în timp ce fluxul de aer scade și presiunea crește, rezistența crescută a sistemului trebuie investigată înainte de a presupune că ventilatorul în sine și-a pierdut performanța. 

Excesul de aer este un alt punct de control important

Arderea necesită suficient aer, dar pur și simplu furnizarea de mai mult aer nu îmbunătățește automat performanța cazanului.

Cantitatea teoretică de aer necesară pentru ardere depinde de combustibil. În funcționarea efectivă, este furnizat aer suplimentar, deoarece amestecul perfect combustibil-aer este dificil de realizat. Acest lucru este cunoscut sub numele de exces de aer.

Problema practică apare atunci când centrala funcționează la sarcină parțială. Dacă ventilatorul continuă să funcționeze la viteză maximă și fluxul de aer este controlat în principal prin închiderea unui clapete, ventilatorul poate consuma energie electrică substanțială, în timp ce o mare parte din fluxul de aer disponibil este restricționat.

Controlul cu viteză variabilă poate reduce această problemă. Cercetările privind controlul ventilatorului cazanului au arătat că controlul fluxului de aer prin viteza ventilatorului, mai degrabă decât să se bazeze doar pe clapete, poate oferi economii substanțiale de energie în timpul funcționării cu sarcină parțială.

Din acest motiv, ventilatoarele industriale moderne sunt din ce în ce mai specificate cu control VFD atunci când cazanul are o gamă largă de sarcină.

Totuși, cheia nu este pur și simplu instalarea unui VFD. Sistemul de control trebuie să coordoneze viteza ventilatorului cu debitul de combustibil, presiunea cuptorului, cerințele de ardere și limitele de funcționare. O creștere necontrolată a vitezei ventilatorului poate crea un flux excesiv de aer, un consum inutil de energie sau condiții instabile ale cuptorului.

Un exemplu practic: selecția ventilatorului cazanului cu biomasă

Luați în considerare un cazan pe biomasă în care instalația a folosit inițial un ventilator centrifugal existent. Operatorul a raportat că arderea devine instabilă ori de câte ori cazanul se apropia de sarcina maximă.

Prima reacție a fost de a bănui o capacitate insuficientă a ventilatorului.

În loc să înlocuiască imediat ventilatorul, echipa de întreținere a înregistrat:

RPM ventilator

Flux de aer

Presiunea ventilatorului

Curentul motorului

Presiunea cuptorului

Viteza de alimentare cu combustibil

Temperatura aerului

Poziția amortizorului

Măsurătorile au arătat că ventilatorul funcționa deja aproape de viteza nominală. Cu toate acestea, fluxul de aer real a fost sub valoarea de proiectare inițială.

Echipa a inspectat apoi calea aerului și a găsit rezistență excesivă la preîncălzitorul de aer și secțiunile de conducte parțial restricționate.

Acest lucru a fost important: problema nu era neapărat că ventilatoarele industriale ale cazanelor erau prea mici. Sistemul împiedica ventilatorul existent să atingă punctul de funcționare prevăzut.

După ce restricțiile au fost corectate, debitul de aer a crescut fără a înlocui motorul sau ventilatorul.

Acest tip de diagnosticare poate economisi mult mai mulți bani decât simpla instalare a unui ventilator mai mare.

Nu ignorați temperatura și densitatea gazului

Temperatura este deosebit de importantă atunci când se selectează ventilatoare industriale pentru cazane pentru partea gazelor arse.

Pe măsură ce temperatura gazului crește, densitatea gazului scade. Prin urmare, un ventilator care manipulează gazele de ardere fierbinți nu poate fi întotdeauna selectat utilizând direct aceleași valori de volum și presiune care se aplică aerului ambiental.

De exemplu, un ventilator ID care manipulează gaze de ardere la 180°C și un ventilator FD care manipulează aerul ambiant la 20°C pot avea condiții de densitate complet diferite chiar dacă valorile lor volumetrice ale debitului de aer par similare.

Prin urmare, producătorul ar trebui să primească temperatura reală de funcționare, mai degrabă decât o declarație generică, cum ar fi „aplicare la temperatură înaltă”.

Pentru un ventilator ID, inginerii ar trebui să furnizeze în mod normal:

Temperatura normala + temperatura maxima + debitul de aer la temperatura specificata + baza de presiune

Dacă temperatura poate varia semnificativ în timpul pornirii și opririi, trebuie luate în considerare și acele condiții.

Temperatura, concentrația de praf, umiditatea și compoziția gazelor corozive pot afecta suplimentar selecția materialului și designul mecanic. 

Selecția ventilatorului ar trebui să includă punctul de funcționare real

O curbă a ventilatorului este mai utilă decât o plăcuță de identificare a ventilatorului atunci când se evaluează ventilatoarele de cazane industriale.

Să presupunem că sarcina de proiectare este:

Debit de aer: 30.000 m³/h

Presiune statică: 2.500 Pa

Temperatura gazului: 150°C

Viteza de operare: 1.450 rpm

Producătorul ar trebui să verifice unde se află acest punct de funcționare pe curba de performanță propusă a ventilatorului.

Dacă ventilatorul selectat poate produce teoretic 30.000 m³/h, dar numai la o presiune semnificativ mai mică de 2.500 Pa, ventilatorul nu va îndeplini cerințele actuale ale sistemului.

În schimb, selectarea unui ventilator excesiv de mare poate împinge sistemul spre o accelerare inutilă. De asemenea, motorul poate consuma mai multă putere decât este necesar, în funcție de metoda de control și punctul de funcționare.

Prin urmare, scopul nu este de a selecta cel mai mare ventilator disponibil. Scopul este de a plasa punctul normal de funcționare într-o regiune adecvată a curbei ventilatorului, permițând în același timp o marjă de funcționare rezonabilă.

Designul rotorului contează în aplicațiile cazanelor cu praf

Rotorul este un alt domeniu în care ventilatoarele industriale au nevoie de inginerie specifică aplicației.

Aerul curat de ardere permite o alegere relativ simplă a rotorului. Gazele de ardere care conțin cenușă abrazivă sunt diferite.

Dacă praful lovește continuu rotorul, marginile anterioare ale lamei se pot uza treptat. Acumularea de material poate crea, de asemenea, un dezechilibru. În unele aplicații de biomasă, depozitele lipicioase se pot acumula mai repede decât era de așteptat din cauza umidității și a caracteristicilor cenușii.

Prin urmare, o inspecție practică de întreținere ar trebui să includă:

Opriți și izolați ventilatorul.

Verificați rotorul pentru uzură.

Verificați dacă există depuneri neuniforme pe lame.

Măsurați sau verificați starea arborelui și a rulmenților.

Inspectați cuplajul sau transmisia prin curea.

Verificați fundația și șuruburile de ancorare.

Efectuați echilibrarea dacă este identificat un dezechilibru semnificativ.

Pentru aplicații cu uzură severă, designul ventilatorului poate necesita o construcție rezistentă la uzură sau componente de uzură înlocuibile, în loc să se bazeze doar pe palete standard mai groase.

Cum să îmbunătățiți eficiența energetică

Eficiența energetică ar trebui luată în considerare în timpul selecției inițiale a ventilatoarelor pentru cazane industriale, nu după ce ventilatorul a fost deja instalat.

Trei domenii merită o atenție deosebită.

În primul rând, evitați presiunea inutilă.

Dacă sistemul necesită 2.000 Pa, dar ventilatorul este selectat și operat pentru a genera o presiune substanțial mai mare, presiunea în exces poate fi pur și simplu disipată prin amortizoare sau alte restricții.

În al doilea rând, potriviți capacitatea ventilatorului cu domeniul de funcționare real.

Dacă un cazan își petrece cea mai mare parte a timpului său de funcționare la 50–70% sarcină, ventilatorul nu trebuie optimizat doar pentru o condiție teoretică de sarcină de 100%.

În al treilea rând, luați în considerare controlul vitezei.

Pentru sistemele cu sarcină variabilă, reducerea vitezei ventilatorului poate fi mai eficientă decât menținerea vitezei maxime și limitarea fluxului de aer cu un amortizor. Acest lucru este deosebit de relevant deoarece puterea ventilatorului se modifică puternic cu viteza în cadrul relației afinitate-lege.

Prin urmare, un sistem de ventilator al cazanului ar trebui evaluat pe baza orelor anuale de funcționare, a profilului de sarcină, a metodei de control și a costului energiei electrice - nu numai pe prețul inițial de achiziție.

Ce ar trebui să trimită inginerii înainte de a solicita o ofertă pentru ventilatorul cazanului

Inainte de a achizitiona Ventilatoare Cazane Industriale, va recomand intocmirea unei fise tehnice in loc sa trimiteti doar capacitatea cazanului.

Un RFQ util ar trebui să includă:

Informații cazan

Capacitatea cazanului

Tip de combustibil

Metoda de tragere

Sarcina normala si maxima

Datoria fanului

Flux de aer necesar

Presiune statică sau totală

Punct de funcționare normal și maxim

Temperatura de functionare

Informații despre sistem

Dimensiunea conductei și aspectul aproximativ

Tip colector de praf

Preîncălzitor de aer

Scrubber, dacă este cazul

Informații despre coșul de fum

Rezistența estimată a sistemului

Cerințe mecanice

Rotirea ventilatorului

Direcția de ieșire

Aranjamentul conducerii

Puterea și tensiunea motorului

Aranjamentul rulmentului

VFD sau control amortizor

Condițiile site-ului

Altitudinea de instalare

Temperatura mediului ambiant

Instalare în interior sau exterior

Funcționare continuă sau intermitentă

Aceste informații oferă producătorului suficiente date pentru a evalua corect curba ventilatorului, puterea motorului, designul rotorului, materialele și metoda de control.

Gânduri finale

Cererea de ventilatoare pentru cazane industriale este din ce în ce mai mult legată de mai mult decât simpla furnizare a aerului de ardere sau evacuarea gazelor arse. Sistemele moderne de cazane necesită un flux de aer stabil la sarcinile în schimbare, control precis al presiunii cuptorului, consum redus de energie auxiliară și funcționare fiabilă în condiții de temperatură și praf exigente.

Pentru un proiect nou, cel mai bun punct de plecare este sarcina completă a sistemului: debit de aer + presiune + temperatură + combustibil + rezistență sistemului + interval de funcționare. Pentru un cazan existent, datele de funcționare trebuie comparate cu punctul de proiectare original înainte de a înlocui ventilatorul.

În multe cazuri, soluția pentru performanța slabă a cazanului nu este doar un motor mai mare sau un ventilator mai mare. Rezistența corectă a sistemului, punctul de funcționare al ventilatorului, controlul vitezei, starea rotorului și controlul presiunii cuptorului pot avea un efect mult mai mare asupra performanței reale.