Pramoninių katilų traukos ventiliatoriaus sprendimai pagerina išmetamųjų dujų efektyvumą

Pramoniniame katile indukcinis ventiliatorius dažnai traktuojamas kaip paprastas išmetimo įtaisas. Praktiškai tai yra viena iš pagrindinių krosnies slėgį, išmetamųjų dujų judėjimą, degimo stabilumą ir pagalbinį energijos suvartojimą kontroliuojančių įrenginių. Tinkamai parinktas pramoninio katilo sukeltas traukos ventiliatorius turi išjudinti reikiamą išmetamųjų dujų tūrį, įveikdamas katilo, ortakių, dulkių surinkėjo, ploviklio, kamino ir kitos pasroviui skirtos įrangos pasipriešinimą.

Klaida, kurią matau dažniausiai, yra pramoninio katilo sukeltos traukos ventiliatoriaus pasirinkimas tik pagal katilo galią arba variklio galią. Pavyzdžiui, 10 MW katilui automatiškai nereikia konkretaus ventiliatoriaus dydžio. Faktinis veikimo taškas priklauso nuo išmetamųjų dujų tūrio, dujų temperatūros, sistemos pasipriešinimo, kuro, oro pertekliaus, dulkių koncentracijos ir slėgio, reikalingo krosnies išleidimo angoje.

1. Pradėkite nuo faktinės išmetamųjų dujų būklės

Pirmasis žingsnis renkantis pramoninio katilo sukeltą ventiliatorių yra nustatyti tikrąjį dujų tūrį ventiliatoriaus įleidimo angoje.

Tai svarbu, nes išmetamųjų dujų temperatūra labai keičia jų tankį. Standartinėmis sąlygomis apskaičiuotas tūris negali būti tiesiog naudojamas kaip ventiliatoriaus darbinis tūris be pataisos.

Pavyzdžiui, tarkime, kad katilas standartinėmis sąlygomis išmeta 30 000 Nm³/h išmetamųjų dujų, o dujų temperatūra ventiliatoriaus įleidimo angoje yra 180°C. Apytikslį faktinį tūrį galima apskaičiuoti pagal:

Q₂ = Q₁ × (T2 / T₁)

kur temperatūra yra kelvinais.

Naudojant 20 °C kaip atskaitą:

30 000 × (453 / 293) ≈ 46 350 m³/val.

Tai esminis skirtumas.

Jei ventiliatorius pasirenkamas naudojant 30 000 m³/h, o ne apytiksliai 46 350 m³/h esant faktinei darbo temperatūrai, sumontuotas ventiliatorius gali nesuteikti laukiamos traukos.

Dėl pramoninio katilo sukeltos traukos ventiliatoriaus citatos duomenys turėtų nurodyti, ar oro srautas nurodytas Nm³/h, Sm³/h, ar faktinis m³/h, kartu su atitinkama dujų temperatūra ir slėgiu.

2. Apskaičiuokite bendrą sistemos pasipriešinimą, o ne spėliodami ventiliatoriaus slėgį

Ventiliatoriaus slėgis yra toks pat svarbus kaip oro srautas. Pramoninio katilo sukeltas traukos ventiliatorius turi įveikti viso išmetamųjų dujų maršruto pasipriešinimą. Tai gali būti katilų dujų kanalai, ekonomaizeriai, oro pašildytuvai, ciklonai, maišiniai filtrai, ESP, skruberiai, sklendės, alkūnės, išsiplėtimo sekcijos, ortakiai ir dūmtraukis.

Praktinį slėgio skaičiavimą galima atlikti taip:

ΔPbendras = ΔP katilas + ΔP kanalas + Δ įranga + ΔP sklendė + ΔPstack

Skaičiavimai turėtų būti atliekami projektinėmis dujų sąlygomis.

Apsvarstykite sistemą su:

Katilas ir šilumos perdavimo sekcija: 850 Pa

Ortakiai ir alkūnės: 450 Pa

Maišinis filtras: 1 200 Pa

Sklendės ir perėjimo sekcijos: 250 Pa

Dūmtraukio ir išėjimo nuostoliai: 350 Pa

Bendras apskaičiuotas pasipriešinimas yra:

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

Tada inžinierius turėtų nustatyti tinkamą projektavimo maržą, pagrįstą projekto reikalavimais, o ne savavališkai pridėti didelę procentinę dalį.

Štai kodėl dviem panašios galios katilams gali prireikti visiškai skirtingų pramoninių katilų sukeltų ventiliatorių modelių.

3. Neignoruokite dulkių įkrovimo

Dulkės yra vienas didžiausių skirtumų tarp katilo ištraukiamojo ventiliatoriaus ir švaraus oro ventiliatoriaus.

Biomasės katilas, anglimi kūrenamas katilas, atliekomis kūrenamas katilas ir dujinis katilas gali turėti labai skirtingas dulkių charakteristikas. Lakieji pelenai gali palaipsniui ardyti sparnuotės ratą, o lipnios dalelės gali kauptis ant menčių.

Darbo rato susikaupimas sukuria dar vieną problemą: disbalansą.

Pavyzdžiui, jei ant didelio sparnuotės netolygiai susikaupia vos keli šimtai gramų medžiagos, pasikeičia masės pasiskirstymas. Susidaranti išcentrinė jėga sparčiai didėja, didėjant sukimosi greičiui.

Dėl šios priežasties pramoninio katilo sukeltas traukos ventiliatorius, veikiantis su dulkėtomis dūmų dujomis, turėtų būti periodiškai tikrinamas:

Darbaračio pelenų kaupimasis

Ašmenų erozija

Pažangiausias nusidėvėjimas

Veleno būklė

Guolių temperatūra

Vibracija

Korpuso indėliai

Išsiplėtimo jungties nuotėkis

Jei po kelių eksploatavimo mėnesių vibracija palaipsniui didėja, variklio keitimas paprastai nėra pirmas dalykas. Pirmiausia reikia patikrinti sparnuotę ir darbo sąlygas.

4. Ventiliatoriaus efektyvumas yra glaudžiai susijęs su veikimo tašku

Didelis ventiliatorius automatiškai nereiškia efektyvesnio ventiliatoriaus. Pramoninio katilo sukeltas traukos ventiliatorius turi veikti arti reikiamo darbo taško savo veikimo kreivėje. Jei tikroji sistema reikalauja 40 000 m³/h esant 3 000 Pa, bet pasirinktas ventiliatorius sukonstruotas aplink labai skirtingą veikimo tašką, sistema gali labai pasikliauti sklendėmis oro srautui valdyti.

Sklendė sumažina srautą padidindama pasipriešinimą. Ventiliatorius vis tiek sukuria slėgį, tačiau dalis to slėgio tiesiog išsisklaido sklendėje.

Nepertraukiamam katilo darbui tai dažnai yra neefektyvus būdas valdyti kintamą apkrovą.

Kintamo greičio valdymas suteikia geresnį požiūrį, kai tai pateisina veikimo diapazonas. Ventiliatorių giminystės dėsniai rodo, kad panašiomis sąlygomis:

Q∝ N

ΔP ∝ N²

P ∝ N³

Todėl sumažinus ventiliatoriaus greitį, galia gali sumažėti daug labiau, nei sumažinus vien oro srautą.

Pavyzdžiui, sumažinus greitį iki 80 % pradinio greičio, gaunama maždaug:

Galios santykis = 0,8³ = 0,512

Teorinė ventiliatoriaus galia tampa maždaug 51 % pradinės vertės, darant prielaidą, kad veikimo sąlygos neviršija taikomų ventiliatoriaus įstatymų.

Tikrasis sutaupymas priklauso nuo sistemos kreivės, variklio efektyvumo, VFD nuostolių ir veikimo taško, todėl tai turėtų būti traktuojama kaip inžinerinis įvertinimas, o ne garantuotas 49 % sumažinimas.

5. VFD valdymas gali pagerinti dalinės apkrovos veikimą

Daugelis katilų neveikia nuolat, esant 100% apkrovai.

Sumažėjusios gamybos laikotarpiais mažėja reikalingas išmetamųjų dujų kiekis. Jei pramoninio katilo sukeltas traukos ventiliatorius ir toliau veikia visu greičiu, o sklendė kontroliuoja trauką, elektros galia gali būti be reikalo didelė.

Geresnė valdymo strategija yra išmatuoti krosnies arba išmetamųjų dujų statinį slėgį ir reguliuoti ventiliatoriaus greitį pagal reikiamą trauką.

Įprasta valdymo seka yra tokia:

Katilo apkrova → Traukos slėgio jutiklis → PID valdiklis → VFD → ID Ventiliatoriaus greitis

Kontrolės tikslas neturėtų būti tiesiog „maksimalus siurbimas“. Per didelis neigiamas slėgis gali patekti į krosnį papildomo oro arba paveikti degimo sąlygas.

Tikslas yra valdomas neigiamas slėgis, o ne didžiausias galimas neigiamas slėgis.

VFD pagrįsta ID ventiliatoriaus valdymo strategija taip pat buvo dokumentuota katilų taikymuose, kaip būdas geriau suderinti ventiliatoriaus greitį su reikiamu dūmtakio slėgiu ir sumažinti nereikalingus oro srautus bei elektros nuostolius.

6. Praktinis atvejis: per didelio energijos suvartojimo sumažinimas

Apsvarstykite biomasės katilą su šiomis darbo sąlygomis:

Katilo našumas: apie 12 t/h garo

Išmetamųjų dujų srautas: 42 000 m³/val

Ventiliatoriaus įleidimo temperatūra: 165°C

Reikalingas bendras slėgis: maždaug 2800 Pa

Esamas variklis: 75 kW

Esamas ventiliatoriaus greitis: 1480 aps./min

Valdymo būdas: įleidimo sklendė

Darbinė apkrova: paprastai 60–90 %

Gamykla pranešė, kad ventiliatoriaus variklis dažnai veikė netoli vardinės srovės, net kai katilo gamyba buvo mažesnė už didžiausią galią.

Per pirmą apžiūrą akivaizdaus guolio gedimo nerasta. Sparnuotė taip pat buvo struktūriškai priimtina.

Problema kilo dėl kontrolės metodo.

Esant maždaug 65 % katilo apkrovai, ventiliatorius vis dar veikė beveik visu greičiu, o įleidimo sklendė buvo gerokai uždaryta. Todėl ventiliatorius gamino didesnį slėgį nei reikalauja sistema, o sklendė dalį to slėgio pavertė papildomu pasipriešinimu.

Rekomenduojama modifikacija buvo įrengti VFD ir valdyti ID ventiliatorių pagal krosnies traukos slėgį.

Pradėjus eksploatuoti, veikimo tvarka buvo pakeista taip, kad ventiliatoriaus greitis atitiktų katilo apkrovą ir traukos slėgį, o ne išlikdavo šalia maksimalaus greičio.

Svarbi šio atvejo pamoka yra ta, kad ventiliatoriaus pakeitimas didesniu ar galingesniu modeliu problemos nebūtų išsprendę. Esamas pramoninio katilo sukeltas traukos ventiliatorius turėjo pakankamai pajėgumų; problema buvo kontrolės strategija.

7. Aukštai temperatūrai reikia daugiau nei karščiui atsparaus sparnuotės

Temperatūra yra dar vienas parametras, kurį reikia patvirtinti prieš pasirenkant pramoninio katilo sukeltą traukos ventiliatorių.

Kai išmetamųjų dujų temperatūra pakyla, dujų tankis mažėja. Esant tokiam pačiam masės srautui, tikrasis tūrinis srautas tampa didesnis.

Aukšta temperatūra taip pat turi įtakos:

Veleno šiluminis plėtimasis

Guolių išdėstymas

Tepimas

Korpuso išplėtimas

Medžiagos pasirinkimas

Sukabinimo išdėstymas

Variklio vieta

Aušinimo reikalavimai

Sandarinimo išdėstymas

Todėl, naudojant aukštesnę temperatūrą, ventiliatoriaus konstrukcija turėtų būti suprojektuota pagal faktinę įleidimo temperatūrą, o ne tiesiog pasirenkant standartinį ventiliatorių ir darant prielaidą, kad jis gali valdyti karštas dujas.

Jei temperatūra labai pasikeičia nuo paleidimo iki normalaus veikimo, derinant veleną, guolį ir movą taip pat reikia atsižvelgti į šiluminį plėtimąsi.

8. Ką patikrinti, kai ID ventiliatorius negali išlaikyti skersvėjo

Kai pramoninio katilo sukeltas traukos ventiliatorius negali išlaikyti reikiamo neigiamo krosnies slėgio, iš karto nemanykite, kad ventiliatorius yra per mažo dydžio.

Praktinė trikčių šalinimo seka yra tokia:

1 veiksmas – patikrinkite tikrąjį ventiliatoriaus greitį

Patvirtinkite variklio dažnį, sukimosi greitį ir VFD išvestį.

2 veiksmas – patikrinkite sklendės padėtį

Jei sklendė beveik visiškai atidaryta, o trauka išlieka nepakankama, ventiliatorius gali būti per mažas arba sistemos pasipriešinimas gali padidėti.

Jei amortizatorius yra stipriai droselis, problema gali būti per didelė ventiliatoriaus galia arba netinkama valdymo strategija.

3 veiksmas. Išmatuokite slėgį prieš ir po pagrindinės įrangos

Patikrinkite slėgio kritimą:

Boileris

Ekonomizatorius

Oro pašildytuvas

Ciklonas

Maišelio filtras

Šveitiklis

Pagrindinis kanalas

Amortizatorius

Nešvarus maišelio filtras gali žymiai padidinti sistemos atsparumą.

4 veiksmas – patikrinkite sparnuotę

Ieškokite pelenų kaupimosi, erozijos, įtrūkimų, deformacijų ir ašmenų pažeidimų.

5 veiksmas – patikrinkite vibraciją ir guolius

Didėjanti vibracija gali rodyti disbalansą, nesutapimą, guolio nusidėvėjimą, laisvumą arba sparnuotės susikaupimą.

6 veiksmas. Palyginkite faktinius duomenis su pradiniu projektavimo tašku

Įrašas:

Oro srautas

Statinis slėgis

Ventiliatoriaus greitis

Variklio srovė

Variklio galia

Dujų temperatūra

Krosnies slėgis

Vibracija

Šie duomenys yra daug naudingesni nei tiesiog pasakymas, kad „ventiliatoriaus siurbimas silpnas“.

9. Kodėl taip pat gali kilti problemų dėl didelio pramoninio katilo sukelto ventiliatoriaus dydžio

Per didelis dydis kartais laikomas saugiu pasirinkimu, nes inžinieriai mano, kad „daugiau pajėgumų yra geriau“.

Tai ne visada yra geriau.

Jei pramoninio katilo sukeltas traukos ventiliatorius yra gerokai per didelis, sistemai gali prireikti agresyvaus sklendės droselio. Tai padidina slėgio nuostolius ir gali padidinti elektros sąnaudas.

Per didelė trauka taip pat gali sutrikdyti numatytas degimo sąlygas.

Geresnis būdas yra prieš pasirenkant ventiliatorių nustatyti įprastą veikimo tašką, didžiausią veikimo tašką, mažiausią numatomą apkrovą ir būsimus veikimo reikalavimus.

Pavyzdžiui, jei katilas paprastai veikia nuo 60 % iki 90 % apkrova, ventiliatorių pasirinkus tik pagal ekstremalų teorinį maksimumą, mašina gali didžiąją savo eksploatavimo laiko dalį praleisti toliau nuo didžiausio efektyvumo regiono.

10. Geriausias gerbėjas yra tas, kuris atitinka visą sistemą

Pramoninio katilo sukeltos traukos ventiliatoriaus veikimas negali būti vertinamas atskirai nuo katilo išmetimo sistemos.

Renkantis techniškai teisingą ventiliatorių, reikėtų atsižvelgti į:

Katilas → Šilumos perdavimo įranga → Dulkių rinktuvas → Ortakis → ID ventiliatorius → Kaminas

Jei vėliau bus sumontuotas naujas maišinis filtras, jo slėgio kritimas gali pakeisti esamo ventiliatoriaus veikimo tašką. Panašiai, pridėjus skruberį, pakeitus kurą, padidinus katilo galią ar modifikavus kaminą, gali pasikeisti reikiamas ventiliatoriaus darbas.

Štai kodėl ventiliatorių pasirinkimas turėtų būti pagrįstas visu sistemos atsparumu, o ne tiesiog derinant seną ventiliatoriaus modelį.

Išvada

Veiksmingas pramoninio katilo sukeltas traukos ventiliatorius nėra tik didelės galios išcentrinis ventiliatorius. Tikrasis jo veikimas priklauso nuo to, ar tinkamai suderintas oro srautas, slėgis, temperatūra, dulkių apkrova, sparnuotės konstrukcija, valdymo metodas ir sistemos atsparumas.

Naujiems įrenginiams prieš pasirinkdami ventiliatorių, apskaičiuokite faktinį išmetamųjų dujų kiekį ir bendrą slėgio nuostolį. Pakeitimo projektų atveju surinkite veikimo duomenis prieš nuspręsdami, kad esamas ventiliatorius yra per mažo dydžio. Kintamos apkrovos katilams įvertinkite VFD valdymą, o ne vien tik sklendėmis.

Praktikoje didžiausią naudą dažnai duoda gana paprasti veiksmai: sparnuotės valymas, per didelio sistemos pasipriešinimo pašalinimas, ortakių nuotėkio taisymas, tinkamos krosnies traukos palaikymas ir ventiliatoriaus greičio suderinimas su faktine katilo apkrova.

Tikslas nėra, kad pramoninio katilo sukeltas traukos ventiliatorius veiktų sunkiau. Siekiama, kad jis tiektų būtent tai, ko reikia katilui – su mažiausiomis pagrįstomis energijos sąnaudomis ir stabiliu veikimu per visą apkrovos diapazoną.