Οι ανεμιστήρες εξαναγκασμένου βυθίσματος λέβητα υποστηρίζουν σταθερή παροχή αέρα καύσης σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις

Σε έναν βιομηχανικό λέβητα, η σταθερότητα της καύσης εξαρτάται από περισσότερα από τον ίδιο τον καυστήρα. Το σύστημα καύσης πρέπει να δέχεται τη σωστή ποσότητα αέρα στην απαιτούμενη πίεση, ακόμη και όταν αλλάζει το φορτίο του λέβητα. Οι ανεμιστήρες εξαναγκασμένου ρεύματος λέβητα παρέχουν αυτόν τον αέρα καύσης ωθώντας τον περιβάλλοντα αέρα ή τον προθερμασμένο αέρα προς τον καυστήρα, το ανεμιστήρα, τη σχάρα ή τον κλίβανο. Στα συστήματα ισορροπημένου ρεύματος, ο ανεμιστήρας εξαναγκασμένου ρεύματος λειτουργεί μαζί με τον ανεμιστήρα επαγόμενου ρεύματος για τον έλεγχο της ροής αέρα μέσω του λέβητα.

Γιατί έχει σημασία η παροχή αέρα καύσης

Το καύσιμο δεν μπορεί να καεί αποτελεσματικά εάν το διαθέσιμο οξυγόνο είναι ανεπαρκές. Ταυτόχρονα, η απλή παροχή περισσότερου αέρα δεν είναι λύση. Ο υπερβολικός αέρας απορροφά τη θερμότητα και μεταφέρει επιπλέον θερμότητα μέσω της στοίβας, η οποία μπορεί να μειώσει την απόδοση του λέβητα. Για το λόγο αυτό, οι ανεμιστήρες εξαναγκασμένου ρεύματος λέβητα πρέπει να παρέχουν επαρκή ροή αέρα σε όλο το εύρος λειτουργίας αντί να παράγουν απλώς τον μέγιστο δυνατό όγκο αέρα.

Για παράδειγμα, σκεφτείτε έναν λέβητα βιομάζας που λειτουργεί μεταξύ 60% και 100% φορτίου. Εάν ο ανεμιστήρας λειτουργεί σε σχεδόν πλήρη ταχύτητα ανεξάρτητα από το φορτίο του λέβητα, το σύστημα μπορεί να λάβει υπερβολικό αέρα καύσης σε χαμηλό φορτίο. Η καλύτερη προσέγγιση είναι ο έλεγχος της ροής αέρα σύμφωνα με την πραγματική ζήτηση καυσίμου, χρησιμοποιώντας αποσβεστήρα εισόδου, οδηγό πτερύγιο εισόδου ή VFD ανάλογα με τη σχεδίαση του συστήματος. Έρευνα για τον έλεγχο μεταβλητής ταχύτητας στο λεβητοστάσιο έχει επίσης δείξει τη σχέση μεταξύ της λειτουργίας του ανεμιστήρα, της περίσσειας αέρα και της απόδοσης του λέβητα. 

Μην επιλέγετε τον ανεμιστήρα μόνο από την ισχύ του κινητήρα

Ένα από τα πιο συνηθισμένα λάθη κατά την αντικατάσταση ενός ανεμιστήρα λέβητα είναι να ζητάτε έναν κινητήρα 30 kW, 45 kW ή 75 kW και να περιμένετε από τον κατασκευαστή του ανεμιστήρα να καθορίσει τα πάντα από αυτόν τον αριθμό. Η ισχύς του κινητήρα είναι η έξοδος της διαδικασίας επιλογής ανεμιστήρα και όχι η κύρια παράμετρος επιλογής.

Για ανεμιστήρες εξαναγκασμένου βυθίσματος λέβητα, οι βασικές πληροφορίες πρέπει να περιλαμβάνουν:

Απαιτούμενη ροή αέρα, όπως m³/h ή CFM

Απαιτούμενη στατική πίεση ή ολική πίεση

Θερμοκρασία εισόδου αέρα

Τύπος καυσίμου

Χωρητικότητα λέβητα

Λειτουργικό υψόμετρο

Αναμενόμενο εύρος φορτίου

Απώλειες πίεσης αγωγών και εξοπλισμού

Αντίσταση καυστήρα ή σχάρας

Πτώση πίεσης προθερμαντήρα αέρα, εάν έχει εγκατασταθεί

Μέθοδος ελέγχου

Τάση και συχνότητα κινητήρα

Διάταξη εγκατάστασης ανεμιστήρα

Κατεύθυνση περιστροφής και θέση εξόδου

Η απαίτηση πίεσης θα πρέπει να υπολογίζεται από την πλήρη διαδρομή αέρα. Αγωγοί, γωνίες, αποσβεστήρες, φίλτρα, προθερμαντήρες αέρα, ανεμοθώρακες, καταγραφείς καυστήρα και άλλα εξαρτήματα συμβάλλουν στην αντίσταση. 

Ένα πρακτικό παράδειγμα επιλογής θαυμαστών

Ας υποθέσουμε ότι ένας βιομηχανικός λέβητας απαιτεί 18.000 m³/h αέρα καύσης σε στατική πίεση 2.200 Pa υπό τις συνθήκες λειτουργίας σχεδιασμού. Ο ανεμιστήρας δεν πρέπει να επιλέγεται απλώς ως ανεμιστήρας "18.000 m³/h".

Αρχικά, ο μηχανικός θα πρέπει να επιβεβαιώσει εάν τα 18.000 m³/h είναι η πραγματική απαιτούμενη ροή αέρα λειτουργίας ή εάν περιλαμβάνει ήδη το απαιτούμενο περιθώριο σχεδιασμού. Στη συνέχεια, πρέπει να υπολογιστούν οι απώλειες πίεσης μεταξύ της εισόδου του ανεμιστήρα και του κλιβάνου.

Για παράδειγμα:

Απώλεια αεραγωγού: 300 Pa

Απώλεια αποσβεστήρα: 180 Pa

Απώλεια προθερμαντήρα αέρα: 450 Pa

Απώλεια ανεμοθώρακα και καυστήρα: 700 Pa

Άλλες απώλειες συστήματος: 350 Pa

Απαιτούμενο περιθώριο: αξιολογείται χωριστά σύμφωνα με το σχεδιασμό του έργου

Στη συνέχεια, η επιλογή ανεμιστήρα θα πρέπει να ελέγχεται με βάση το σημείο λειτουργίας που προκύπτει και όχι μόνο με τη ροή αέρα. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό όταν οι ανεμιστήρες εξαναγκασμένου ρεύματος λέβητα χρησιμοποιούνται ως αντικαταστάσεις για μια υπάρχουσα μονάδα, επειδή οι αλλαγές στον αγωγό ή τον καυστήρα μπορεί να μετατοπίσουν το πραγματικό σημείο λειτουργίας.

Η πίεση του ανεμιστήρα και η ροή αέρα πρέπει να ταιριάζουν με τον λέβητα

Ένας ανεμιστήρας μπορεί να παράγει μεγάλη ροή αέρα σε χαμηλή πίεση και να μην μπορεί να παραδώσει τον απαιτούμενο αέρα στον κλίβανο. Αντίθετα, η επιλογή υπερβολικής πίεσης μπορεί να οδηγήσει σε περιττό στραγγαλισμό και υψηλότερη ισχύ λειτουργίας.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η καμπύλη απόδοσης του ανεμιστήρα είναι σημαντική. Το σημείο σχεδιασμού πρέπει να βρίσκεται εντός μιας κατάλληλης περιοχής της καμπύλης του ανεμιστήρα, με αρκετό εύρος ελέγχου για την κανονική λειτουργία του λέβητα.

Για ανεμιστήρες εξαναγκασμένου βυθίσματος λέβητα, κανονικά θα έλεγχα τουλάχιστον τρία σημεία λειτουργίας:

Ελάχιστο σταθερό φορτίο λέβητα

Κανονικό φορτίο λειτουργίας

Μέγιστο συνεχές φορτίο

Εάν ο λέβητας λειτουργεί κανονικά με φορτίο 70–90%, ο ανεμιστήρας δεν πρέπει να βελτιστοποιείται μόνο για ένα θεωρητικό σημείο 100%. Το πραγματικό εύρος λειτουργίας έχει σημασία επειδή η ζήτηση αέρα καύσης αλλάζει με την εισαγωγή καυσίμου.

Ο έλεγχος VFD μπορεί να είναι χρήσιμος, αλλά δεν είναι αυτόματα η καλύτερη λύση

Οι κινητήρες μεταβλητής συχνότητας εξετάζονται συχνά για ανεμιστήρες εξαναγκασμένου ρεύματος λέβητα, επειδή η ταχύτητα του ανεμιστήρα μπορεί να ρυθμιστεί ανάλογα με το φορτίο του λέβητα. Για τους φυγόκεντρους ανεμιστήρες, οι νόμοι των ανεμιστήρων παρέχουν μια χρήσιμη βάση για την κατανόηση της επίδρασης των αλλαγών ταχύτητας: η ροή αέρα αλλάζει περίπου με την ταχύτητα, η πίεση αλλάζει περίπου με το τετράγωνο της ταχύτητας και η ισχύς αλλάζει περίπου με τον κύβο της ταχύτητας.

Αυτό σημαίνει ότι μια σχετικά μικρή μείωση στην ταχύτητα μπορεί να προκαλέσει σημαντική μείωση στην ισχύ του ανεμιστήρα.

Ωστόσο, η επιλογή VFD θα πρέπει επίσης να λαμβάνει υπόψη τον κινητήρα, την ελάχιστη ταχύτητα λειτουργίας, την απόκριση ελέγχου, τις απαιτήσεις εκκίνησης, τις αρμονικές εκτιμήσεις και την απαιτούμενη στρατηγική ελέγχου ροής αέρα. Ένα VFD δεν πρέπει απλώς να προστεθεί επειδή ακούγεται πιο αποτελεσματικό. Πρέπει να ληφθεί υπόψη ολόκληρο το σύστημα ελέγχου του λέβητα. Τι συμβαίνει όταν ο ανεμιστήρας είναι μικρότερος από το μέγεθος; Ένας μικρότερος ανεμιστήρας εξαναγκασμένου ρεύματος λέβητα μπορεί να φαίνεται αποδεκτός κατά τη λειτουργία χαμηλού φορτίου, αλλά να γίνει εμπόδιο όταν ο λέβητας πλησιάζει σε πλήρες φορτίο.

Τα τυπικά συμπτώματα περιλαμβάνουν:

Ο ανεμιστήρας λειτουργεί κοντά στη μέγιστη ταχύτητα

Αδυναμία επίτευξης της απαιτούμενης ροής αέρα

Χαμηλό οξυγόνο φούρνου

Ασταθής καύση

Αύξηση CO

Μειωμένη παραγωγή ατμού

Υψηλότερη κατανάλωση καυσίμου

Υπερβολική πτώση πίεσης στο σύστημα αέρα

Ο αποσβεστήρας παραμένει πλήρως ανοιχτός

Ωστόσο, πριν αντικαταστήσετε τον ανεμιστήρα, οι τεχνικοί θα πρέπει να επιβεβαιώσουν ότι το πρόβλημα είναι στην πραγματικότητα η χωρητικότητα του ανεμιστήρα. Ένα βρώμικο φίλτρο, φραγμένος αγωγός, λανθασμένα τοποθετημένος αποσβεστήρας, προθερμαντήρας ρυπασμένου αέρα ή τροποποιημένος καυστήρας μπορεί να αυξήσει την αντίσταση του συστήματος και να δημιουργήσει συμπτώματα που μοιάζουν με ανεμιστήρα μικρού μεγέθους.

Παράδειγμα περίπτωσης: Λέβητας βιομάζας με ανεπαρκή ροή αέρα

Σκεφτείτε έναν λέβητα βιομάζας που είχε αρχικά σχεδιαστεί για περίπου 15.000 m³/h αέρα καύσης. Μετά από αρκετά χρόνια λειτουργίας, το εργοστάσιο άλλαξε σε πιο υγρό καύσιμο βιομάζας.

Ο χειριστής παρατήρησε ότι ο λέβητας δεν μπορούσε πλέον να διατηρήσει την προηγούμενη κατάσταση καύσης σε υψηλό φορτίο. Η αρχική υπόθεση ήταν ότι ο ανεμιστήρας του FD είχε γίνει πολύ μικρός.

Μια επιτόπια επιθεώρηση διαπίστωσε τρεις σημαντικές προϋποθέσεις:

Ο ανεμιστήρας έφτανε ακόμη περίπου την αρχική του ταχύτητα σχεδίασης.

Ο αποσβεστήρας εισόδου ήταν σχεδόν τελείως ανοιχτός

Το νέο καύσιμο περιείχε σημαντικά περισσότερη υγρασία.

Επομένως, η ομάδα μηχανικών έλεγξε την απαίτηση αέρα καύσης και την πίεση του συστήματος πριν αποφασίσει για έναν ανεμιστήρα αντικατάστασης. Αυτό είναι σημαντικό γιατί η αλλαγή του καυσίμου μπορεί να αλλάξει τις απαιτούμενες συνθήκες καύσης. Η απλή αύξηση του μεγέθους του ανεμιστήρα μπορεί να μην λύσει το υποκείμενο πρόβλημα της διαδικασίας.

Η τελική επιλογή ανεμιστήρα βασίστηκε στις αναθεωρημένες απαιτήσεις ροής αέρα και πίεσης και όχι στην παλιά βαθμολογία κινητήρα.

Ο ανεμιστήρας FD και ο ανεμιστήρας ID πρέπει να εξεταστούν μαζί

Σε έναν λέβητα ισορροπημένου ρεύματος, ο ανεμιστήρας FD παρέχει αέρα καύσης ενώ ο ανεμιστήρας ID αφαιρεί τα καυσαέρια και βοηθά στη διατήρηση της απαιτούμενης πίεσης του κλιβάνου. Αυτοί οι δύο ανεμιστήρες εκτελούν διαφορετικές εργασίες αλλά επηρεάζουν άμεσα την ίδια διαδικασία καύσης.

Εάν η πλευρά FD παρέχει πολύ περισσότερο αέρα από αυτόν που μπορεί να αφαιρέσει το σύστημα, η πίεση του κλιβάνου μπορεί να αυξηθεί. Εάν η πλευρά ID τραβάει πολύ έντονα σε σχέση με τον εισερχόμενο αέρα καύσης, μπορεί να αναπτυχθεί υπερβολική αρνητική πίεση.

Επομένως, κατά την αντικατάσταση ανεμιστήρων με βύθισμα λέβητα, είναι χρήσιμο να ελέγξετε και την υπάρχουσα λειτουργία ανεμιστήρα ID. Ο νέος ανεμιστήρας FD θα πρέπει να ταιριάζει στο εύρος λειτουργίας του πλήρους συστήματος ελέγχου βύθισης αντί να αξιολογείται ως απομονωμένο κομμάτι του εξοπλισμού.

Η θερμοκρασία του αέρα επηρεάζει επίσης την επιλογή του ανεμιστήρα

Η θερμοκρασία του αέρα καύσης θα πρέπει να καθοριστεί πριν από την επιλογή Ανεμιστήρες εξαναγκασμένου ρεύματος λέβητα.

Εάν ο ανεμιστήρας χειρίζεται τον ατμοσφαιρικό αέρα, η πυκνότητα είναι διαφορετική από ένα σύστημα όπου ο αέρας έχει περάσει μέσα από έναν προθερμαντήρα αέρα. Καθώς η θερμοκρασία του αέρα αυξάνεται, η πυκνότητά του μειώνεται, γεγονός που επηρεάζει τη σχέση μεταξύ της ογκομετρικής ροής, της ροής μάζας, της πίεσης και της ισχύος του ανεμιστήρα.

Για παράδειγμα, δύο συστήματα μπορεί να δείχνουν και τα δύο 20.000 m³/h σε χαρτί ενώ λειτουργούν σε ουσιαστικά διαφορετικές θερμοκρασίες αέρα. Επομένως, ο μηχανικός υπολογισμός πρέπει να καθορίσει την πραγματική βάση θερμοκρασίας και πίεσης λειτουργίας αντί να αντιμετωπίζει τον αριθμό όγκου ως ανεξάρτητο από τις συνθήκες λειτουργίας.

Αυτό γίνεται ιδιαίτερα σημαντικό σε λέβητες που χρησιμοποιούν προθερμαντήρες αέρα ή άλλο εξοπλισμό ανάκτησης θερμότητας.

Έλεγχοι συντήρησης που δεν πρέπει να παραβλεφθούν

Ακόμη και ένας σωστά επιλεγμένος ανεμιστήρας μπορεί να χάσει την απόδοση λόγω προβλημάτων συντήρησης. Για ανεμιστήρες εξαναγκασμένου ρεύματος λέβητα, η τακτική επιθεώρηση πρέπει να περιλαμβάνει την πτερωτή, τα ρουλεμάν, τον άξονα, τη ζεύξη, το ρεύμα κινητήρα, τους κραδασμούς, την κατάσταση εισόδου, τη θέση του αποσβεστήρα και τον αγωγό.

Εάν η ροή αέρα μειώνεται σταδιακά ενώ η ταχύτητα του ανεμιστήρα παραμένει αμετάβλητη, μην αυξήσετε αμέσως την ταχύτητα. Πρώτος έλεγχος:

Απόφραξη φίλτρου εισόδου

Άνοιγμα αποσβεστήρα

Απόφραξη αγωγού

Ρύπανση πτερωτής

Κατάσταση ρουλεμάν

Κατάσταση ζώνης ή ζεύξης

Περιστροφή ανεμιστήρα

Πίεση συστήματος

Αντοχή καυστήρα ή ανεμοθώρακα

Μια πτερωτή μολυσμένη με σκόνη ή ιζήματα μπορεί να αλλάξει την αεροδυναμική κατάσταση και να αυξήσει την ανισορροπία. Η αύξηση της ταχύτητας για αντιστάθμιση μπορεί να αυξήσει τη μηχανική φόρτιση χωρίς να λύσει το αρχικό πρόβλημα. Ποιες πληροφορίες πρέπει να αποστέλλονται σε έναν κατασκευαστή ανεμιστήρα; Για μια RFQ που περιλαμβάνει ανεμιστήρες εξαναγκασμένου βυθίσματος λέβητα, μια χρήσιμη τεχνική έρευνα θα πρέπει να περιέχει πολύ περισσότερα από τη χωρητικότητα του λέβητα.

Ένα πρακτικό RFQ μπορεί να περιλαμβάνει:

Χωρητικότητα λέβητα: 20 TPH

Καύσιμα: Βιομάζα / άνθρακας / φυσικό αέριο / πετρέλαιο

Απαιτούμενη ροή αέρα: 18.000 m³/h

Απαιτούμενη πίεση: 2.200 Pa

Θερμοκρασία αέρα: 40°C

Υψόμετρο: 35 μ

Συχνότητα λειτουργίας: 50 Hz

Τάση κινητήρα: 415 V

Έλεγχος: VFD

Εγκατάσταση: Εσωτερικό

Περιστροφή: Για επιβεβαίωση

Κατεύθυνση εξόδου: Για επιβεβαίωση

Εάν ο υπάρχων ανεμιστήρας αντικαθίσταται, φωτογραφίες, πληροφορίες πινακίδας, καμπύλη ανεμιστήρα, δεδομένα κινητήρα, διαστάσεις αγωγού και πραγματικές μετρήσεις λειτουργίας είναι επίσης εξαιρετικά χρήσιμες.

Όσο πιο ολοκληρωμένα είναι τα δεδομένα λειτουργίας, τόσο πιο εύκολο είναι να επιλέξετε ανεμιστήρες εξαναγκασμένου ρεύματος λέβητα που ταιριάζουν με την πραγματική λειτουργία του λέβητα αντί να επιλέξετε ένα μοντέλο από έναν κατάλογο που βασίζεται μόνο στην ονομαστική ροή αέρα.

Τελικές Θεωρήσεις

Ο κύριος σκοπός των ανεμιστήρων εξαναγκασμένου ρεύματος λέβητα είναι απλός: να παρέχει στο σύστημα καύσης σταθερό, ελεγχόμενο αέρα στην πίεση που απαιτείται από τον λέβητα. Η πρόκληση της μηχανικής είναι να γίνει διαθέσιμη αυτή η ροή αέρα σε όλο το εύρος λειτουργίας, διατηρώντας παράλληλα την ισχύ του ανεμιστήρα, την πίεση του κλιβάνου, τις συνθήκες καύσης και τη μηχανική αξιοπιστία υπό έλεγχο.

Για ένα νέο έργο λέβητα, ο ανεμιστήρας θα πρέπει να επιλεγεί από τον πλήρη υπολογισμό της αντίστασης στην πλευρά του αέρα. Για ένα έργο αντικατάστασης, τα πραγματικά δεδομένα λειτουργίας θα πρέπει να συγκριθούν με την αρχική καμπύλη ανεμιστήρα προτού αποφασιστεί εάν το πρόβλημα είναι ανεπαρκής χωρητικότητα ανεμιστήρα, αυξημένη αντίσταση συστήματος ή αλλαγή στις συνθήκες καύσης.

Ως εκ τούτου, ένας καλά επιλεγμένος ανεμιστήρας εξαναγκασμένου ρεύματος λέβητα δεν είναι απλώς ένας ανεμιστήρας υψηλής ροής αέρα. Είναι ένα εξάρτημα που ταιριάζει με το καύσιμο του λέβητα, το σύστημα καύσης, τις απώλειες πίεσης, τη θερμοκρασία λειτουργίας, τη μέθοδο ελέγχου και το αναμενόμενο εύρος φορτίου. Αυτό είναι που επιτρέπει στον λέβητα να διατηρεί σταθερή καύση χωρίς άσκοπη σπατάλη της ισχύος του ανεμιστήρα.