A kazán kényszerhuzatú ventilátorai stabil égési levegő ellátást biztosítanak az ipari üzemekben

Egy ipari kazánban az égés stabilitása többtől függ, mint magától az égőtől. A tüzelőberendezésnek megfelelő mennyiségű levegőt kell kapnia a szükséges nyomáson, még a kazánterhelés változása esetén is. A kazán kényszerhuzatú ventilátorai ezt az égési levegőt úgy biztosítják, hogy a környezeti vagy előmelegített levegőt az égő, a szélkamra, a rostély vagy a kemence felé tolják. Kiegyensúlyozott huzatú rendszerekben a kényszerhuzatú ventilátor az indukált huzatú ventilátorral együtt szabályozza a kazánon áthaladó levegőáramlást.

Miért fontos az égési levegő ellátás?

Az üzemanyag nem éghet el hatékonyan, ha a rendelkezésre álló oxigén nem elegendő. Ugyanakkor egyszerűen több levegő bejuttatása nem megoldás. A felesleges levegő elnyeli a hőt, és további hőt szállít ki a kéményen keresztül, ami csökkentheti a kazán hatékonyságát. Emiatt a Boiler Forced Draft ventilátoroknak elegendő légáramlást kell biztosítaniuk a teljes működési tartományban, ahelyett, hogy egyszerűen a lehető legnagyobb légmennyiséget állítanák elő.

Vegyünk például egy biomassza kazánt, amely 60% és 100% közötti terhelés mellett működik. Ha a ventilátor a kazán terhelésétől függetlenül közel teljes fordulatszámon működik, a rendszer túl sok égési levegőt kaphat alacsony terhelés mellett. A jobb megközelítés a légáramlás szabályozása a tényleges tüzelőanyag-szükséglet szerint, a rendszer kialakításától függően bemeneti csappantyú, bemeneti vezetőlapát vagy VFD használatával. A kazánház változó fordulatszámú szabályozásával kapcsolatos kutatások kimutatták a kapcsolatot a ventilátor működése, a felesleges levegő és a kazán hatásfoka között is. 

Ne válassza ki a ventilátort egyedül a motor teljesítményéről

A kazánventilátor cseréje során az egyik leggyakoribb hiba, hogy 30 kW-os, 45 kW-os vagy 75 kW-os motort kérünk, és a ventilátor gyártójától várjuk el, hogy ebből a számból határozzon meg mindent. A motor teljesítménye a ventilátorválasztási folyamat kimenete, nem pedig az elsődleges kiválasztási paraméter.

Boiler Forced Draft ventilátorok esetében az alapvető információknak a következőket kell tartalmazniuk:

Szükséges légáramlás, például m³/h vagy CFM

Szükséges statikus nyomás vagy teljes nyomás

Bemeneti levegő hőmérséklete

Üzemanyag típus

A kazán kapacitása

Üzemi magasság

Várható terhelési tartomány

Légcsatornák és berendezések nyomásveszteségei

Égő vagy rostély ellenállása

Levegő-előmelegítő nyomásesés, ha van

Ellenőrzési módszer

Motor feszültség és frekvencia

Ventilátor telepítési elrendezés

Forgásirány és kimeneti helyzet

A nyomásigényt a teljes légútból kell kiszámítani. A légcsatornák, könyökök, csappantyúk, szűrők, levegő előmelegítők, széldobozok, égőregiszterek és egyéb alkatrészek mind hozzájárulnak az ellenálláshoz. 

Gyakorlati példa a ventilátor kiválasztására

Tegyük fel, hogy egy ipari kazán 18 000 m³/h égési levegőt igényel 2200 Pa statikus nyomás mellett a tervezett üzemi feltételek mellett. A ventilátort nem szabad egyszerűen „18 000 m³/h ventilátornak” választani.

Először a mérnöknek meg kell győződnie arról, hogy 18 000 m³/h a ténylegesen szükséges üzemi légáramlás, vagy már tartalmazza a szükséges tervezési tartalékot. Ezután ki kell számítani a ventilátor bemenete és a kemence közötti nyomásveszteségeket.

Például:

Légcsatorna veszteség: 300 Pa

Csillapító veszteség: 180 Pa

A levegő előmelegítő vesztesége: 450 Pa

Szélszekrény és égő veszteség: 700 Pa

Egyéb rendszer veszteségek: 350 Pa

Szükséges árrés: a projektterv szerint külön értékelve

A ventilátor kiválasztását ezután az eredő munkaponthoz képest kell ellenőrizni, nem pedig önmagában a légáramlással. Ez különösen akkor fontos, ha a kazán kényszerhuzatú ventilátorait egy meglévő egység cseréjeként használják, mivel a légcsatorna vagy az égő megváltoztatása megváltoztathatja a tényleges működési pontot.

A ventilátor nyomásának és légáramlásának meg kell egyeznie a kazán értékével

A ventilátor nagy légáramot képes előállítani alacsony nyomáson, és mégsem szállítja a szükséges levegőt a kemencébe. Ezzel szemben a túlzott nyomás választása szükségtelen fojtást és nagyobb üzemi teljesítményt eredményezhet.

Ezért fontos a ventilátor teljesítménygörbéje. A tervezési pontnak a ventilátorgörbe megfelelő tartományában kell elhelyezkednie, elegendő szabályozási tartománnyal a kazán normál működéséhez.

A kazán kényszerhuzatú ventilátorainál általában legalább három működési pontot ellenőriznék:

Minimális stabil kazánterhelés

Normál üzemi terhelés

Maximális folyamatos terhelés

Ha a kazán normál esetben 70-90%-os terheléssel működik, a ventilátort nem szabad csak elméleti 100%-os pontra optimalizálni. A tényleges működési tartomány számít, mert az égési levegő igénye az üzemanyag-bevitellel változik.

A VFD vezérlés hasznos lehet, de nem automatikusan a legjobb megoldás

Változófrekvenciás hajtásokat gyakran fontolóra vesznek a kazán kényszerített ventilátorainál, mivel a ventilátor fordulatszáma a kazán terhelésétől függően állítható. A centrifugális ventilátorok esetében a ventilátortörvények hasznos alapot adnak a fordulatszám-változások hatásának megértéséhez: a légáramlás megközelítőleg a sebességgel, a nyomás megközelítőleg a fordulatszám négyzetével, a teljesítmény pedig megközelítőleg a sebesség kockájával változik.

Ez azt jelenti, hogy a fordulatszám viszonylag kis csökkenése a ventilátor teljesítményének jelentős csökkenését eredményezheti.

A VFD kiválasztásánál azonban figyelembe kell venni a motort, a minimális működési sebességet, a vezérlés reakcióját, az indítási követelményeket, a harmonikus szempontokat és a szükséges légáramlás-szabályozási stratégiát. A VFD-t nem szabad egyszerűen hozzáadni, mert hatékonyabban hangzik. A kazán teljes vezérlőrendszerét figyelembe kell venni. Mi történik, ha a ventilátor alulméretezett?Az alulméretezett kazán kényszerhuzatú ventilátor elfogadhatónak tűnhet alacsony terhelésű üzemmódban, de szűk keresztmetszetgé válik, amikor a kazán a teljes terheléshez közelít.

A tipikus tünetek a következők:

A ventilátor a maximális sebesség közelében működik

Képtelenség elérni a szükséges légáramlást

Alacsony kemence oxigén

Instabil égés

Növekvő CO

Csökkentett gőztermelés

Magasabb üzemanyag-fogyasztás

Túlzott nyomásesés a levegőrendszerben

A csappantyú teljesen nyitva marad

A ventilátor cseréje előtt azonban a szakembereknek meg kell győződniük arról, hogy a probléma valójában a ventilátor kapacitása. A piszkos szűrő, eltömődött csatorna, nem megfelelően elhelyezett csappantyú, elszennyeződött levegő-előmelegítő vagy módosított égő növelheti a rendszer ellenállását, és olyan tüneteket okozhat, amelyek úgy néznek ki, mint egy alulméretezett ventilátor.

Példa esetre: Biomassza kazán elégtelen légáramlással

Vegyünk egy biomassza kazánt, amelyet eredetileg körülbelül 15 000 m³/h égési levegő szállítására terveztek. Több éves működés után az üzem nedvesebb biomassza tüzelőanyagra váltott.

Az üzemeltető észrevette, hogy a kazán nagy terhelés mellett már nem tudja fenntartani a korábbi égési állapotot. A kezdeti feltételezés az volt, hogy az FD ventilátor túl kicsi lett.

A helyszíni szemle három fontos feltételt talált:

A ventilátor még mindig megközelítőleg elérte eredeti tervezett sebességét.

A bemeneti csappantyú szinte teljesen nyitva volt

Az új üzemanyag lényegesen több nedvességet tartalmazott.

A mérnöki csapat ezért ellenőrizte az égési levegő követelményét és a rendszer nyomását, mielőtt csereventilátor mellett döntött volna. Ez azért fontos, mert az üzemanyag cseréje megváltoztathatja a szükséges égési feltételeket; pusztán a ventilátor méretének növelése nem oldja meg a mögöttes folyamatproblémát.

A ventilátor végső kiválasztása a felülvizsgált légáramlási és nyomási követelményeken alapult, nem pedig a régi motor teljesítményén.

Az FD ventilátort és az ID ventilátort együtt kell figyelembe venni

A kiegyensúlyozott huzatú kazánban az FD ventilátor táplálja az égési levegőt, míg az ID ventilátor eltávolítja a füstgázt és segít fenntartani a szükséges kemencenyomást. Ez a két ventilátor különböző feladatokat lát el, de közvetlenül ugyanazt az égési folyamatot befolyásolja.

Ha az FD oldal lényegesen több levegőt szállít, mint amennyit a rendszer el tud eltávolítani, a kemence nyomása megnőhet. Ha a belső oldal túl erősen húzódik a beáramló égési levegőhöz képest, túlzott negatív nyomás alakulhat ki.

Ezért a Boiler Forced Draft ventilátorok cseréjekor célszerű ellenőrizni a meglévő ID ventilátor üzemet is. Az új FD ventilátornak illeszkednie kell a teljes huzatszabályozó rendszer működési tartományához, nem pedig elszigetelt berendezésként értékelni.

A levegő hőmérséklete a ventilátor kiválasztását is befolyásolja

Az égési levegő hőmérsékletét meg kell adni a kazán kényszerített ventilátorok kiválasztása előtt.

Ha a ventilátor kezeli a környezeti levegőt, akkor a sűrűség eltér egy olyan rendszertől, ahol a levegő egy előmelegítőn halad át. A levegő hőmérsékletének növekedésével a sűrűsége csökken, ami befolyásolja a térfogatáram, a tömegáram, a nyomás és a ventilátor teljesítménye közötti kapcsolatot.

Például két rendszer egyaránt 20 000 m³/h-t mutathat papíron, miközben lényegesen eltérő levegőhőmérsékleten működnek. A mérnöki számításnak ezért a tényleges üzemi hőmérséklet és nyomás alapját kell megállapítania, ahelyett, hogy a térfogatszámot az üzemi feltételektől függetlenként kezelné.

Ez különösen fontos a levegő-előmelegítőt vagy más hővisszanyerő berendezést használó kazánoknál.

Karbantartási ellenőrzések, amelyeket nem szabad kihagyni

Még egy megfelelően kiválasztott ventilátor is veszíthet teljesítményéből a karbantartási problémák miatt. A kazán kényszerhuzatú ventilátorainál a rutin ellenőrzésnek ki kell terjednie a járókerékre, a csapágyakra, a tengelyre, a tengelykapcsolóra, a motoráramra, a vibrációra, a bemeneti állapotra, a csappantyú helyzetére és a légcsatornákra.

Ha a légáramlás fokozatosan csökken, miközben a ventilátor sebessége változatlan marad, ne növelje azonnal a sebességet. Első ellenőrzés:

Bemeneti szűrő eltömődés

Lengéscsillapító nyitás

Légcsatorna elzáródás

A járókerék szennyeződése

Csapágy állapota

Szíj vagy tengelykapcsoló állapota

Ventilátor forgása

Rendszernyomás

Égő- vagy széldoboz ellenállás

A porral vagy lerakódásokkal szennyezett járókerék megváltoztathatja az aerodinamikai állapotot és növelheti az egyensúlyhiányt. A kompenzálandó sebesség növelése az eredeti probléma megoldása nélkül növelheti a mechanikai terhelést. Milyen információkat kell elküldeni a ventilátorgyártónak? A kazán kényszerhuzatú ventilátorait érintő ajánlatkéréshez egy hasznos műszaki kérdésnek sokkal többet kell tartalmaznia, mint a kazán kapacitását.

A gyakorlati ajánlatkérés a következőket tartalmazhatja:

A kazán teljesítménye: 20 TPH

Üzemanyag: biomassza / szén / földgáz / olaj

Szükséges légáramlás: 18 000 m³/h

Szükséges nyomás: 2200 Pa

Levegő hőmérséklet: 40°C

Magasság: 35 m

Működési frekvencia: 50 Hz

Motor feszültség: 415 V

Vezérlés: VFD

Beépítés: Beltéri

Forgatás: Megerősítésre vár

Kimeneti irány: Megerősítés alatt áll

Ha a meglévő ventilátort cserélik, a fényképek, az adattábla-információk, a ventilátorgörbe, a motoradatok, a csőméretek és a tényleges üzemi mérések szintén rendkívül hasznosak.

Minél teljesebbek az üzemi adatok, annál könnyebben kiválasztható a kazán valós teljesítményének megfelelő kazán-fúvott ventilátor, ahelyett, hogy csak névleges légáram alapján válasszon egy modellt a katalógusból.

Végső megfontolások

A Boiler Forced Draft Ventilátorok fő célja egyértelmű: a tüzelőrendszer stabil, szabályozható levegővel való ellátása a kazán által igényelt nyomáson. A mérnöki kihívás az, hogy a légáramlást a teljes működési tartományban elérhetővé tegyük, miközben a ventilátor teljesítményét, a kemence nyomását, az égési feltételeket és a mechanikai megbízhatóságot ellenőrzés alatt tartjuk.

Új kazánprojekt esetén a ventilátort a teljes légoldali ellenállás számításból kell kiválasztani. Csereprojekt esetén a tényleges üzemi adatokat össze kell hasonlítani az eredeti ventilátorgörbével, mielőtt eldöntenék, hogy a probléma oka a ventilátor elégtelen kapacitása, a megnövekedett rendszerellenállás vagy az égési feltételek megváltozása.

A jól megválasztott Boiler Forced Draft Ventilátor tehát nem egyszerűen egy nagy légáramlású ventilátor. A kazán tüzelőanyagához, tüzelőrendszeréhez, nyomásveszteségéhez, üzemi hőmérsékletéhez, szabályozási módjához és várható terhelési tartományához illeszkedő alkatrész. Ez az, ami lehetővé teszi, hogy a kazán stabil égést tartson fenn anélkül, hogy feleslegesen pazarolja a ventilátor teljesítményét.