Przewodnik po wentylatorach odśrodkowych kotła: FD a ID, ograniczenia i wydajność

W instalacjach kotłowych prawie zawsze wybiera się wentylatory odśrodkowe zamiast wentylatorów osiowych z dwóch powodów konstrukcyjnych: wydajności ciśnieniowej i tolerancji cząstek stałych. Wentylatory odśrodkowe generują przepływ powietrza poprzez przyspieszanie gazu na zewnątrz przez zakrzywiony wirnik, co pozwala im wytworzyć wyższe ciśnienie statyczne przy niewielkiej powierzchni. Wentylatory osiowe przemieszczają powietrze w linii prostej przez oś wentylatora i lepiej nadają się do zastosowań o dużej objętości i niskim ciśnieniu, takich jak wentylacja ogólna, a nie przy oporze wytwarzanym przez przewody kotłowe, ekonomizery i urządzenia odpylające.

Ponieważ gazy spalinowe często zawierają popiół lotny i niespalone cząstki stałe, większość operatorów kotłów wybiera wirniki odśrodkowe zakrzywione do tyłu lub nachylone do tyłu, które są odporne na erozję i osadzanie się znacznie lepiej niż konstrukcje zakrzywione do przodu.

Tolerancja temperaturowa jest jednym z najważniejszych kryteriów wyboru, ponieważ określa zarówno materiał obudowy wentylatora, jak i wymagany układ chłodzenia łożysk.

• Wlot wentylatora z wymuszonym ciągiem: obsługuje powietrze do spalania z otoczenia, ogólnie o temperaturze pracy ciągłej do 100 stopni Celsjusza.
• Wlot wentylatora z ciągiem indukcyjnym: obsługuje gorące gazy spalinowe opuszczające piec, zwykle o temperaturze znamionowej od 200 do 250 stopni Celsjusza, w przypadku niektórych jednostek przemysłu ciężkiego o temperaturze do 300 stopni Celsjusza w przypadku krótkotrwałych wycieczek.
• Wlot wentylatora powietrza pierwotnego: stosowany w systemach pyłu węglowego, zwykle o temperaturze znamionowej podobnej do jednostek z wymuszonym ciągiem, około 100 do 120 stopni Celsjusza.

Przekroczenie znamionowej temperatury na wlocie przyspiesza zużycie łożysk i może z czasem wypaczyć wirnik, dlatego wiele wentylatorów z ciągiem indukowanym jest wyposażonych w obudowy łożysk chłodzone wodą lub chłodzone powietrzem, specjalnie zaprojektowane w celu zapobiegania długotrwałemu narażeniu na gorące spaliny.

Wentylatory z naciągiem wymuszonym i wentylatory z naciągiem indukowanym pełnią przeciwne role w ramach tej samej ścieżki przepływu powietrza do spalania, a mylenie ich podczas specyfikacji jest częstym i kosztownym błędem.

Wiele nowoczesnych kotłów wykorzystuje system zrównoważonego ciągu, w którym wentylator FD i wentylator ID współpracują ze sobą, dzięki czemu piec pracuje przy lekko podciśnieniu, zapobiegając wydostawaniu się gorącego gazu lub płomienia przez drzwi inspekcyjne, zapewniając jednocześnie pełny przepływ powietrza do spalania.

Wskaźniki sprawności w pobliżu 90,5 procent zazwyczaj odnoszą się do mechanicznej lub statycznej sprawności wentylatora w jego najlepszym punkcie, co oznacza stosunek użytecznej mocy powietrza do mocy wejściowej na wale przy projektowym przepływie i ciśnieniu. Osiągnięcie tej wartości zazwyczaj wymaga łopaty zakrzywionej do tyłu lub płata w połączeniu z odpowiednio dobranym silnikiem i przetwornicą częstotliwości.

Eksploatacja wentylatora daleko od jego najwyższej sprawności, np. praca wentylatora dostosowanego do pełnego obciążenia kotła przy zaledwie 40% przepustnicy bez przetwornicy częstotliwości, może spowodować spadek rzeczywistej wydajności znacznie poniżej wartości znamionowej, ponieważ tłumienie przy stałej prędkości powoduje marnowanie energii zamiast zmniejszanie poboru mocy przez silnik. Obiekty, których celem jest utrzymanie wydajności w pobliżu znamionowych 90,5 procent, zazwyczaj łączą wentylator z przetwornicą częstotliwości, dzięki czemu prędkość wentylatora, a nie położenie przepustnicy, kontroluje przepływ powietrza.

Wydatki na konserwację wentylatorów kotłów wynikają głównie ze zużycia łożysk, erozji wirnika spowodowanej cząstkami stałymi i okresowego wyważania, a nie z katastrofalnych awarii, pod warunkiem, że inspekcje będą przeprowadzane zgodnie z harmonogramem.

Wentylatory z ciągiem indukcyjnym są stale droższe w utrzymaniu niż wentylatory z ciągiem wymuszonym, ponieważ działają w wyższej temperaturze i przetwarzają cząstki ścierne, co przyspiesza zużycie wirnika i skraca żywotność łożysk w porównaniu z czystszym powietrzem dostarczanym przez wentylator FD. Zakłady instalujące odporne na popiół powłoki łopatek wentylatorów ID często znacznie wydłużają okresy między wymianami wirnika, kompensując dodatkowy koszt powłoki w całym okresie użytkowania sprzętu.

Prawidłowy dobór wentylatora sprowadza się do dopasowania czterech parametrów do rzeczywistych warunków pracy kotła, a nie opierania się wyłącznie na mocy z tabliczki znamionowej.

1. Potwierdź wymagane ciśnienie statyczne w porównaniu z rzeczywistą rezystancją systemu, łącznie z kanałami, ekonomizerem i wszelkimi urządzeniami kontrolującymi zanieczyszczenia znajdującymi się poniżej.
2. Dopasuj temperaturę znamionową na wlocie do najgorętszych oczekiwanych warunków pracy, a nie tylko do średniej temperatury gazów spalinowych.
3. Wybierz profil łopaty w oparciu o obciążenie cząstkami stałymi, preferując konstrukcję zakrzywioną do tyłu lub płatową do pracy z uciągiem wywołanym dużym popiołem.
4. Połącz wentylator z przetwornicą częstotliwości, jeśli obciążenie znacznie się różni w zakresie roboczym kotła, aby chronić wydajność przy częściowym obciążeniu.