Ketelventilatoren met geforceerde trek ondersteunen een stabiele verbrandingsluchttoevoer in industriële installaties

In een industriële ketel hangt de stabiliteit van de verbranding van meer af dan de brander zelf. Het verbrandingssysteem moet de juiste hoeveelheid lucht en de vereiste druk ontvangen, ook als de ketelbelasting verandert. Ketelventilatoren met geforceerde trek zorgen voor deze verbrandingslucht door omgevings- of voorverwarmde lucht naar de brander, windkast, rooster of oven te duwen. Bij systemen met gebalanceerde trek werkt de ventilator met geforceerde trek samen met de ventilator met geïnduceerde trek om de luchtstroom door de ketel te regelen.

Waarom verbrandingsluchttoevoer belangrijk is

Brandstof kan niet efficiënt verbranden als de beschikbare zuurstof onvoldoende is. Tegelijkertijd is simpelweg meer lucht toevoeren geen oplossing. Overtollige lucht absorbeert warmte en voert extra warmte door de schoorsteen af, wat de efficiëntie van de ketel kan verminderen. Om deze reden moeten ketelventilatoren met geforceerde trek voldoende luchtstroom over het gehele werkingsbereik bieden, in plaats van simpelweg het maximaal mogelijke luchtvolume te produceren.

Neem bijvoorbeeld een biomassaketel die tussen 60% en 100% belasting werkt. Als de ventilator, ongeacht de ketelbelasting, op bijna volle snelheid draait, kan het systeem bij lage belasting teveel verbrandingslucht ontvangen. De betere aanpak is om de luchtstroom te regelen op basis van de werkelijke brandstofvraag, met behulp van een inlaatdemper, inlaatleischoep of VFD, afhankelijk van het systeemontwerp. Onderzoek naar de variabele snelheidsregeling van ketelhuizen heeft ook de relatie aangetoond tussen de werking van de ventilator, de overtollige lucht en het ketelrendement. 

Selecteer de ventilator niet alleen op basis van motorvermogen

Een van de meest voorkomende fouten bij het vervangen van een ketelventilator is het vragen om een ​​motor van 30 kW, 45 kW of 75 kW en verwachten dat de fabrikant van de ventilator alles op basis van dat aantal bepaalt. Motorvermogen is een output van het ventilatorselectieproces, niet de primaire selectieparameter.

Voor ventilatoren met geforceerde trekkracht moet de basisinformatie het volgende omvatten:

Vereiste luchtstroom, zoals m³/h of CFM

Vereiste statische druk of totale druk

Luchtinlaattemperatuur

Brandstoftype

Capaciteit ketel

Bedrijfshoogte

Verwacht belastingsbereik

Drukverliezen in kanalen en apparatuur

Brander- of roosterweerstand

Drukval luchtvoorverwarmer, indien geïnstalleerd

Controlemethode

Motorspanning en frequentie

Installatieregeling voor ventilatoren

Draairichting en uitlaatpositie

De drukvereiste moet worden berekend op basis van het volledige luchtpad. Kanalen, ellebogen, dempers, filters, luchtvoorverwarmers, windkasten, branderregisters en andere componenten dragen allemaal bij aan de weerstand. 

Een praktisch voorbeeld van ventilatorselectie

Stel dat een industriële ketel 18.000 m³/h verbrandingslucht nodig heeft bij een statische druk van 2.200 Pa onder de ontwerpbedrijfscondities. De ventilator mag niet simpelweg als “18.000 m³/h ventilator” worden geselecteerd.

Eerst moet de ingenieur bevestigen of 18.000 m³/h de werkelijk vereiste luchtstroom is of dat hier al de vereiste ontwerpmarge in zit. Vervolgens moeten de drukverliezen tussen de ventilatorinlaat en de oven worden berekend.

Bijvoorbeeld:

Luchtkanaalverlies: 300 Pa

Demperverlies: 180 Pa

Verlies luchtvoorverwarmer: 450 Pa

Windkast- en branderverlies: 700 Pa

Overige systeemverliezen: 350 Pa

Vereiste marge: afzonderlijk geëvalueerd volgens het projectontwerp

De ventilatorselectie moet dan worden gecontroleerd aan de hand van het resulterende werkpunt en niet alleen aan de hand van de luchtstroom. Dit is vooral belangrijk wanneer ketelventilatoren met geforceerde trek worden gebruikt ter vervanging van een bestaande unit, omdat veranderingen aan het kanaalwerk of de brander het werkelijke werkpunt kunnen verschuiven.

De ventilatordruk en luchtstroom moeten overeenkomen met de ketel

Een ventilator kan bij lage druk een grote luchtstroom produceren en toch niet de benodigde lucht naar de oven leveren. Omgekeerd kan het selecteren van overmatige druk resulteren in onnodige throttling en een hoger bedrijfsvermogen.

Daarom is de prestatiecurve van de ventilator belangrijk. Het ontwerppunt moet zich binnen een geschikt gebied van de ventilatorcurve bevinden, met voldoende regelbereik voor normale werking van de ketel.

Voor ketelventilatoren met geforceerde trek zou ik normaal gesproken minstens drie werkingspunten controleren:

Minimale stabiele ketelbelasting

Normale bedrijfsbelasting

Maximale continue belasting

Als de ketel normaal gesproken op 70-90% belasting werkt, mag de ventilator niet alleen op een theoretisch 100%-punt worden geoptimaliseerd. Het werkelijke werkingsbereik is van belang omdat de vraag naar verbrandingslucht verandert met de brandstofinvoer.

VFD-besturing kan nuttig zijn, maar is niet automatisch de beste oplossing

Aandrijvingen met variabele frequentie worden vaak overwogen voor ventilatoren met gedwongen trekkracht, omdat de ventilatorsnelheid kan worden aangepast aan de ketelbelasting. Voor centrifugaalventilatoren bieden ventilatorwetten een nuttige basis om het effect van snelheidsveranderingen te begrijpen: de luchtstroom verandert ongeveer met de snelheid, de druk verandert ongeveer met het kwadraat van de snelheid, en het vermogen verandert ongeveer met de derde macht van de snelheid.

Dit betekent dat een relatief kleine snelheidsvermindering een betekenisvolle vermindering van het ventilatorvermogen kan opleveren.

Bij de VFD-selectie moet echter ook rekening worden gehouden met de motor, de minimale bedrijfssnelheid, de besturingsreactie, de startvereisten, harmonische overwegingen en de vereiste strategie voor luchtstroomregeling. Er moet niet zomaar een VFD worden toegevoegd omdat dit efficiënter klinkt. Er moet rekening worden gehouden met het hele regelsysteem van de ketel. Wat gebeurt er als de ventilator te klein is? Een te kleine ventilator met geforceerde trek van de ketel kan acceptabel lijken tijdens bedrijf met lage belasting, maar wordt een knelpunt wanneer de ketel zijn volledige belasting nadert.

Typische symptomen zijn onder meer:

Ventilator draait bijna op maximale snelheid

Onvermogen om de vereiste luchtstroom te bereiken

Lage ovenzuurstof

Onstabiele verbranding

CO verhogen

Verminderde stoomproductie

Hoger brandstofverbruik

Overmatige drukval in het luchtsysteem

Demper blijft volledig open

Voordat de ventilator wordt vervangen, moeten technici echter bevestigen dat het probleem daadwerkelijk de ventilatorcapaciteit is. Een vuil filter, verstopt kanaal, verkeerd geplaatste klep, vervuilde luchtvoorverwarmer of aangepaste brander kunnen de systeemweerstand verhogen en symptomen veroorzaken die lijken op een te kleine ventilator.

Voorbeeldvoorbeeld: biomassaketel met onvoldoende luchtstroom

Neem een ​​biomassaketel die oorspronkelijk is ontworpen voor ongeveer 15.000 m³/u verbrandingslucht. Na een aantal jaren in bedrijf te zijn geweest, schakelde de centrale over op een nattere biomassabrandstof.

De exploitant merkte dat de ketel de vorige verbrandingstoestand bij hoge belasting niet langer kon behouden. De aanvankelijke aanname was dat de FD-ventilator te klein was geworden.

Bij een inspectie ter plaatse werden drie belangrijke voorwaarden vastgesteld:

De ventilator bereikte nog steeds ongeveer de oorspronkelijke ontwerpsnelheid.

De inlaatklep stond bijna volledig open

De nieuwe brandstof bevatte aanzienlijk meer vocht.

Het technische team controleerde daarom de behoefte aan verbrandingslucht en de systeemdruk voordat werd besloten tot een vervangende ventilator. Dit is belangrijk omdat het veranderen van de brandstof de vereiste verbrandingsomstandigheden kan veranderen; Het eenvoudigweg vergroten van de ventilatorgrootte lost het onderliggende procesprobleem wellicht niet op.

De uiteindelijke ventilatorselectie was gebaseerd op de herziene luchtstroom- en drukvereisten in plaats van op het oude motorvermogen.

FD-ventilator en ID-ventilator moeten samen worden beschouwd

In een ketel met evenwichtige trek levert de FD-ventilator verbrandingslucht, terwijl de ID-ventilator rookgas afvoert en helpt de vereiste ovendruk op peil te houden. Deze twee ventilatoren vervullen verschillende taken, maar hebben rechtstreeks invloed op hetzelfde verbrandingsproces.

Als de FD-zijde aanzienlijk meer lucht aanvoert dan het systeem kan verwijderen, kan de ovendruk toenemen. Als de ID-zijde te sterk trekt ten opzichte van de binnenkomende verbrandingslucht, kan er een overmatige negatieve druk ontstaan.

Daarom is het nuttig om bij het vervangen van ketelventilatoren met geforceerde trek ook de bestaande ID-ventilatorbelasting te controleren. De nieuwe FD-ventilator moet passen binnen het werkingsbereik van het volledige trekcontrolesysteem en niet worden beoordeeld als een geïsoleerd apparaat.

De luchttemperatuur heeft ook invloed op de ventilatorselectie

De temperatuur van de verbrandingslucht moet worden gespecificeerd voordat u ketelventilatoren met geforceerde trek selecteert.

Als de ventilator omgevingslucht verwerkt, is de dichtheid anders dan bij een systeem waarbij lucht door een luchtvoorverwarmer is gegaan. Naarmate de luchttemperatuur stijgt, neemt de dichtheid af, wat de relatie tussen volumestroom, massastroom, druk en ventilatorvermogen beïnvloedt.

Twee systemen kunnen bijvoorbeeld allebei 20.000 m³/u op papier weergeven terwijl ze bij aanzienlijk verschillende luchttemperaturen werken. De technische berekening moet daarom de werkelijke bedrijfstemperatuur en -druk vaststellen in plaats van het volumegetal te behandelen als onafhankelijk van de bedrijfsomstandigheden.

Dit wordt vooral belangrijk bij ketels die gebruik maken van luchtvoorverwarmers of andere apparatuur voor warmteterugwinning.

Onderhoudscontroles die u niet mag overslaan

Zelfs een correct geselecteerde ventilator kan prestaties verliezen als gevolg van onderhoudsproblemen. Bij ventilatoren met geforceerde trekkracht moet de routine-inspectie de waaier, lagers, as, koppeling, motorstroom, trillingen, inlaatconditie, demperpositie en kanaalwerk omvatten.

Als de luchtstroom geleidelijk afneemt terwijl de ventilatorsnelheid onveranderd blijft, verhoog dan niet onmiddellijk de snelheid. Eerste controle:

Verstopping van het inlaatfilter

Demper opening

Kanaalobstructie

Vervuiling van de waaier

Conditie van lagers

Staat van riem of koppeling

Rotatie van de ventilator

Systeem druk

Brander- of windkastweerstand

Een waaier die vervuild is met stof of afzettingen kan de aerodynamische toestand veranderen en de onbalans vergroten. Het verhogen van de snelheid ter compensatie kan de mechanische belasting verhogen zonder het oorspronkelijke probleem op te lossen. Welke informatie moet naar een ventilatorfabrikant worden gestuurd? Voor een offerteaanvraag met geforceerde trekventilatoren zou een nuttig technisch onderzoek veel meer moeten omvatten dan alleen de ketelcapaciteit.

Een praktische offerteaanvraag kan het volgende omvatten:

Ketelcapaciteit: 20 TPH

Brandstof: Biomassa / kolen / aardgas / olie

Vereiste luchtstroom: 18.000 m³/u

Vereiste druk: 2.200 Pa

Luchttemperatuur: 40°C

Hoogte: 35 m

Bedrijfsfrequentie: 50 Hz

Motorspanning: 415 V

Controle: VFD

Installatie: Binnen

Rotatie: nog te bevestigen

Uitstroomrichting: nog te bevestigen

Als de bestaande ventilator wordt vervangen, zijn foto's, informatie op het typeplaatje, ventilatorcurve, motorgegevens, kanaalafmetingen en feitelijke bedrijfsmetingen ook uiterst nuttig.

Hoe vollediger de bedrijfsgegevens, hoe gemakkelijker het is om ketelventilatoren met geforceerde trek te selecteren die overeenkomen met het werkelijke ketelvermogen, in plaats van een model uit een catalogus te selecteren dat alleen op de nominale luchtstroom is gebaseerd.

Laatste overwegingen

Het hoofddoel van Boiler Forced Draft Fans is eenvoudig: het verbrandingssysteem voorzien van stabiele, regelbare lucht op de druk die de ketel nodig heeft. De technische uitdaging is om die luchtstroom over het gehele werkingsbereik beschikbaar te maken, terwijl het ventilatorvermogen, de ovendruk, de verbrandingsomstandigheden en de mechanische betrouwbaarheid onder controle blijven.

Bij een nieuw ketelproject dient de ventilator gekozen te worden uit de volledige luchtzijdeweerstandsberekening. Bij een vervangingsproject moeten de werkelijke bedrijfsgegevens worden vergeleken met de oorspronkelijke ventilatorcurve voordat wordt besloten of het probleem te wijten is aan onvoldoende ventilatorcapaciteit, verhoogde systeemweerstand of een verandering in de verbrandingsomstandigheden.

Een goed geselecteerde Boiler Forced Draft Fan is dus niet zomaar een ventilator met een hoog luchtdebiet. Het is een onderdeel dat is afgestemd op de brandstof van de ketel, het verbrandingssysteem, de drukverliezen, de bedrijfstemperatuur, de regelmethode en het verwachte belastingsbereik. Hierdoor kan de ketel een stabiele verbranding handhaven zonder onnodig ventilatorvermogen te verspillen.