Kjeler med tvunget trekk støtter stabil forbrenningslufttilførsel i industrianlegg

I en industrikjele er forbrenningsstabiliteten avhengig av mer enn selve brenneren. Forbrenningssystemet må motta riktig mengde luft ved nødvendig trykk, selv når kjelebelastningen endres. Boiler Forced Draft Fans gir denne forbrenningsluften ved å skyve omgivende eller forvarmet luft mot brenneren, vindboksen, risten eller ovnen. I systemer med balansert trekk fungerer den tvungne trekkviften sammen med den induserte trekkviften for å kontrollere luftstrømmen gjennom kjelen.

Hvorfor forbrenningslufttilførsel er viktig

Drivstoff kan ikke brenne effektivt hvis tilgjengelig oksygen er utilstrekkelig. Samtidig er det ingen løsning å bare tilføre mer luft. Overflødig luft absorberer varme og fører ekstra varme ut gjennom stabelen, noe som kan redusere kjelens effektivitet. Av denne grunn må vifter med tvungen trekk til kjele gi tilstrekkelig luftstrøm over hele driftsområdet i stedet for bare å produsere maksimalt mulig luftvolum.

Tenk for eksempel på en biomassekjel som opererer mellom 60 % og 100 % belastning. Hvis viften går på tilnærmet full hastighet uavhengig av kjelebelastning, kan systemet motta for mye forbrenningsluft ved lav belastning. Den bedre tilnærmingen er å kontrollere luftstrømmen i henhold til det faktiske drivstoffbehovet, ved å bruke et innløpsspjeld, innløpsledevinge eller VFD avhengig av systemdesignet. Forskning på kjelehus variabel hastighetskontroll har også vist sammenhengen mellom viftedrift, overflødig luft og kjeleeffektivitet. 

Ikke velg viften fra motorkraft alene

En av de vanligste feilene når du bytter ut en kjelevifte er å be om en 30 kW, 45 kW eller 75 kW motor og forventer at vifteprodusenten skal bestemme alt fra dette tallet. Motoreffekt er en utgang fra viftevalgprosessen, ikke den primære valgparameteren.

For kjele tvungen trekkvifter bør den grunnleggende informasjonen inkludere:

Nødvendig luftstrøm, slik som m³/h eller CFM

Nødvendig statisk trykk eller totaltrykk

Luftinntakstemperatur

Drivstofftype

Kjelekapasitet

Driftshøyde

Forventet belastningsområde

Trykktap i kanal og utstyr

Motstand mot brenner eller rist

Trykkfall for luftforvarmer, hvis installert

Kontrollmetode

Motorspenning og frekvens

Vifteinstallasjonsarrangement

Rotasjonsretning og utløpsposisjon

Trykkbehovet skal beregnes fra hele luftveien. Kanaler, albuer, spjeld, filtre, luftforvarmere, vindbokser, brennerregistre og andre komponenter bidrar alle til motstand. 

Et praktisk eksempel på viftevalg

Anta at en industrikjele krever 18 000 m³/t forbrenningsluft ved 2 200 Pa statisk trykk under konstruksjonsdriftsforholdene. Viften bør ikke velges bare som en "18 000 m³/t vifte."

Først bør ingeniøren bekrefte om 18 000 m³/t er den faktiske nødvendige driftsluftstrømmen eller om den allerede inkluderer den nødvendige designmarginen. Deretter må trykktapene mellom vifteinnløpet og ovnen beregnes.

For eksempel:

Luftkanaltap: 300 Pa

Spjeldtap: 180 Pa

Tap av luftforvarmer: 450 Pa

Vindkasse og brenner tap: 700 Pa

Andre systemtap: 350 Pa

Nødvendig margin: vurderes separat i henhold til prosjektdesign

Viftevalget bør da kontrolleres mot det resulterende driftspunktet i stedet for mot luftstrømmen alene. Dette er spesielt viktig når vifter med tvangstrekk brukes som erstatning for en eksisterende enhet, fordi endringer i kanalnettet eller brenneren kan forskyve det faktiske driftspunktet.

Viftetrykk og luftstrøm må samsvare med kjelen

En vifte kan produsere en stor luftstrøm ved lavt trykk og likevel ikke levere den nødvendige luften til ovnen. Omvendt kan valg av for høyt trykk resultere i unødvendig struping og høyere driftseffekt.

Dette er grunnen til at vifteytelseskurven er viktig. Designpunktet bør være plassert innenfor et passende område av viftekurven, med nok kontrollområde for normal kjeledrift.

For vifter med tvunget trekk vil jeg normalt sjekke minst tre driftspunkter:

Minimum stabil kjelebelastning

Normal driftsbelastning

Maksimal kontinuerlig belastning

Hvis kjelen normalt kjører med 70–90 % belastning, bør viften ikke optimaliseres kun for et teoretisk 100 %-punkt. Den faktiske driftsrekkevidden har betydning fordi behovet for forbrenningsluft endres med drivstofftilførselen.

VFD-kontroll kan være nyttig, men det er ikke automatisk den beste løsningen

Variabel-frekvensomformere vurderes ofte for kjeledrevne trekkvifter fordi viftehastigheten kan justeres i henhold til kjelebelastningen. For sentrifugalvifter gir viftelover et nyttig grunnlag for å forstå effekten av hastighetsendringer: luftstrømmen endres omtrent med hastigheten, trykket endres omtrent med kvadratet av hastigheten, og effekten endres omtrent med turtallets terning.

Dette betyr at en relativt liten reduksjon i hastighet kan gi en meningsfull reduksjon i vifteeffekt.

Valg av VFD bør imidlertid også vurdere motoren, minimum driftshastighet, kontrollrespons, startkrav, harmoniske hensyn og den nødvendige luftstrømkontrollstrategien. En VFD bør ikke bare legges til fordi den høres mer effektiv ut. Hele kjelens kontrollsystem må vurderes. Hva skjer når viften er underdimensjonert? En underdimensjonert kjele med tvungen trekkvifte kan virke akseptabel under drift med lav belastning, men blir en flaskehals når kjelen nærmer seg full last.

Typiske symptomer inkluderer:

Vifte i drift nær maksimal hastighet

Manglende evne til å oppnå den nødvendige luftstrømmen

Lavt oksygen i ovnen

Ustabil forbrenning

Økende CO

Redusert dampproduksjon

Høyere drivstofforbruk

For stort trykkfall over luftsystemet

Spjeldet forblir helt åpent

Før du bytter viften, bør teknikere imidlertid bekrefte at problemet faktisk er viftekapasiteten. Et skittent filter, blokkert kanal, feilplassert spjeld, forvarmer til skitten luft eller modifisert brenner kan øke systemets motstand og skape symptomer som ser ut som en underdimensjonert vifte.

Eksempel: Biomassekjele med utilstrekkelig luftstrøm

Tenk på en biomassekjele som opprinnelig er designet for ca. 15 000 m³/t forbrenningsluft. Etter flere års drift gikk anlegget over til et våtere biomassebrensel.

Operatøren la merke til at kjelen ikke lenger kunne opprettholde den tidligere forbrenningstilstanden ved høy belastning. Den opprinnelige antagelsen var at FD-viften var blitt for liten.

En inspeksjon på stedet fant tre viktige forhold:

Viften nådde fortsatt omtrent sin opprinnelige designhastighet.

Innløpsspjeldet var nesten helt åpent

Det nye drivstoffet inneholdt betydelig mer fuktighet.

Ingeniørteamet sjekket derfor behovet for forbrenningsluft og systemtrykket før de bestemte seg for en ny vifte. Dette er viktig fordi endring av drivstoff kan endre de nødvendige forbrenningsforholdene; bare å øke viftestørrelsen løser kanskje ikke det underliggende prosessproblemet.

Det endelige viftevalget var basert på de reviderte luftstrøm- og trykkkravene i stedet for den gamle motorvurderingen.

FD Fan og ID Fan må vurderes sammen

I en kjele med balansert trekk tilfører FD-viften forbrenningsluft mens ID-viften fjerner røykgassen og bidrar til å opprettholde det nødvendige ovnstrykket. Disse to viftene utfører forskjellige jobber, men påvirker direkte den samme forbrenningsprosessen.

Hvis FD-siden tilfører vesentlig mer luft enn systemet kan fjerne, kan ovnstrykket øke. Hvis ID-siden trekker for sterkt i forhold til den innkommende forbrenningsluften, kan det utvikles for høyt undertrykk.

Derfor er det nyttig å sjekke den eksisterende ID-viften også ved utskifting av tvangsvifter. Den nye FD-viften bør passe til driftsområdet til det komplette trekkkontrollsystemet i stedet for å bli vurdert som et isolert utstyr.

Lufttemperaturen påvirker også viftevalget

Temperaturen på forbrenningsluften bør spesifiseres før du velger Boiler Forced Draft Fans.

Hvis viften håndterer omgivelsesluft, er tettheten forskjellig fra et system der luft har passert gjennom en luftforvarmer. Når lufttemperaturen øker, synker dens tetthet, noe som påvirker forholdet mellom volumetrisk strømning, massestrøm, trykk og vifteeffekt.

For eksempel kan to systemer begge vise 20 000 m³/t på papir mens de opererer ved vesentlig forskjellige lufttemperaturer. Den tekniske beregningen må derfor etablere den faktiske driftstemperaturen og trykkgrunnlaget i stedet for å behandle volumtallet som uavhengig av driftsforholdene.

Dette blir spesielt viktig i kjeler som bruker luftforvarmere eller annet varmegjenvinningsutstyr.

Vedlikeholdskontroller som ikke bør hoppes over

Selv en riktig valgt vifte kan miste ytelsen på grunn av vedlikeholdsproblemer. For kjelevifter med tvungen trekk, bør rutinemessig inspeksjon inkludere impeller, lagre, aksel, kobling, motorstrøm, vibrasjon, innløpstilstand, spjeldposisjon og kanalsystem.

Hvis luftstrømmen reduseres gradvis mens viftehastigheten forblir uendret, må du ikke øke hastigheten umiddelbart. Første sjekk:

Blokkering av innløpsfilter

Spjeldåpning

Kanalobstruksjon

Impeller tilgroing

Lagertilstand

Belte eller koblingstilstand

Vifterotasjon

Systemtrykk

Motstand mot brenner eller vindboks

Et løpehjul forurenset med støv eller avleiringer kan endre den aerodynamiske tilstanden og øke ubalansen. Økende hastighet for å kompensere kan øke den mekaniske belastningen uten å løse det opprinnelige problemet. Hvilken informasjon bør sendes til en vifteprodusent? For en tilbudsforespørsel som involverer boiler forced draft-vifter, bør en nyttig teknisk forespørsel inneholde mye mer enn kjelekapasitet.

En praktisk forespørsel kan omfatte:

Kjelekapasitet: 20 TPH

Drivstoff: Biomasse / kull / naturgass / olje

Nødvendig luftmengde: 18.000 m³/t

Nødvendig trykk: 2200 Pa

Lufttemperatur: 40°C

Høyde: 35 m

Driftsfrekvens: 50 Hz

Motorspenning: 415 V

Kontroll: VFD

Montering: Innendørs

Rotasjon: Skal bekreftes

Utløpsretning: Bekreftes

Hvis den eksisterende viften skiftes ut, er fotografier, navneskiltinformasjon, viftekurve, motordata, kanaldimensjoner og faktiske driftsmålinger også svært nyttige.

Jo mer fullstendige driftsdataene er, desto lettere er det å velge vifter med tvangstrekk som samsvarer med den virkelige kjeleoppgaven i stedet for å velge en modell fra en katalog basert kun på nominell luftstrøm.

Endelige betraktninger

Hovedformålet med Boiler Forced Draft Fans er enkelt: gi forbrenningssystemet stabil, kontrollerbar luft ved det trykket som kjelen krever. Den tekniske utfordringen er å gjøre denne luftstrømmen tilgjengelig over hele driftsområdet samtidig som viftekraft, ovnstrykk, forbrenningsforhold og mekanisk pålitelighet holdes under kontroll.

For et nytt kjeleprosjekt bør viften velges fra den komplette luftsidemotstandsberegningen. For et erstatningsprosjekt bør faktiske driftsdata sammenlignes med den opprinnelige viftekurven før det tas stilling til om problemet er utilstrekkelig viftekapasitet, økt systemmotstand eller endring i forbrenningsforholdene.

En velvalgt Boiler Forced Draft Fan er derfor ikke bare en høyluftsvifte. Det er en komponent tilpasset kjelens drivstoff, forbrenningssystem, trykktap, driftstemperatur, kontrollmetode og forventet belastningsområde. Det er det som gjør at kjelen opprettholder en stabil forbrenning uten unødvendig sløsing med viftekraft.