Дутьевой вентилятор котла

Вот скажу сразу — многие думают, что главное в дутьевом вентиляторе котла — это мощность двигателя и производительность по воздуху. Считают, что чем мощнее дует, тем лучше горение. А на практике выходит, что лопатки гнутся, вибрация появляется, и через полгода уже ремонт. Или того хуже — imbalance такой, что весь агрегат ходит ходуном. Я сам через это проходил, когда на одной ТЭЦ ставили вентилятор с неправильно рассчитанным профилем лопаток — шума было много, а КПД упал процентов на пятнадцать. И ведь заказчик сначала ругался, мол, оборудование никуда не годится, а потом разобрались — проблема была в несоответствии аэродинамики лопаток реальным условиям дымовых газов. Вот об этих тонкостях, которые в каталогах часто не пишут, и хочу порассуждать.

Конструкция — не просто ?колесо с лопатками?

Когда говорят про дутьевой вентилятор котла, часто представляют себе просто крыльчатку в корпусе. Но если копнуть глубже, то тут целая наука. Возьмем, к примеру, лопатки рабочего колеса. Они же не плоские, а загнутые под определенным углом, да еще и профиль у них аэродинамический, часто — типа ?крыло?. Если этот профиль подобран неправильно под давление и температуру газов на выходе из котла, начинаются срывы потока. Шум характерный появляется — низкочастотный гул, который вибрацию наращивает. Я как-то разбирал вентилятор после аварийной остановки — на входных кромках лопаток эрозия была, будто песком обработали. Оказалось, в топливе зольность повысилась, а защитные накладки не поставили. Мелочь? А последствия — дисбаланс и внеплановый простой.

Корпус — тоже не просто ?железный ящик?. Его внутренняя поверхность часто футеруется износостойкими плитками, особенно в зоне поворота потока. Видел случаи, когда футеровка отваливалась кусками — ее или неправильно смонтировали, или материал не для тех температур взяли. Потом эти куски летят в лопатки, и итог предсказуем. Ремонт дорогой, да и котел в это время работает вполсилы, если вообще работает.

И подшипниковые узлы… Их часто недооценивают. Ставят обычные подшипники качения, а ведь вентилятор — агрегат с высокими радиальными нагрузками и тепловым расширением вала. Нужны либо специальные роликовые, либо подшипники скольжения с принудительной системой смазки. Помню, на одном объекте сэкономили на системе маслоподачи — думали, ?и так сойдет?. Через три месяца подшипник заклинило, вал повело, и колесо задело за корпус. Ремонт занял три недели, а убытки от недоотпуска тепла считали долго.

Подбор и расчет — где чаще всего ошибаются

Самый частый косяк при подборе дутьевого вентилятора котла — это работа не в расчетной точке характеристики. Берут вентилятор ?с запасом? по производительности, а потом дросселируют задвижкой или изменением угла установки лопаток. Кажется, логично — есть запас. Но на деле КПД падает, двигатель перегружается на частичных режимах, и электроэнергии съедается больше. А если еще и регулятор частоты вращения неправильно настроен, то резонансные частоты могут попасть — вибрация зашкалит.

Еще момент — не учитывают изменение плотности газа при нагреве. Вентилятор рассчитывают на нормальные условия, а в котле газы могут быть и 150, и 200 °C. Плотность ниже, значит, фактическое давление будет меньше проектного. И дутье ослабевает, горение ухудшается. Приходится увеличивать обороты, а это — перегрузка привода. Сталкивался с такой ситуацией на котле, где сжигали отходы древесины — температура газов оказалась выше паспортной, и вентилятор не вытягивал по напору. Пришлось менять колесо на другое, с более крутой характеристикой.

И, конечно, аэродинамическое сопротивление тракта. Его часто занижают в расчетах. Особенно если на пути воздуха есть золоуловители, теплообменники, повороты. Если сопротивление реальное выше, вентилятор будет работать на левой, неустойчивой части характеристики — срыв потока, пульсации. Это не только шум, но и усталостные разрушения элементов. Один раз пришлось полностью переделывать подводящий короб — сделали более плавные переходы и установили выравнивающие решетки. Шумность снизилась на 10 дБ, что лишний раз подтверждает: мелочей тут нет.

Эксплуатация и типовые проблемы — из личного опыта

В работе дутьевого вентилятора котла есть несколько ?болевых точек?, которые проявляются со временем. Первое — это загрязнение лопаток. Особенно на котлах, где сжигают твердое топливо с высокой зольностью. Налипание золы и сажи меняет профиль лопатки, нарушает балансировку. Вибрация растет постепенно, и операторы иногда не сразу замечают, пока защита по вибрации не сработает. Регулярная очистка — обязательна, но и она бывает проблемой. Например, если нет штатных обдувочных устройств или они неэффективны. Приходится останавливать, вручную чистить — простой.

Второе — износ уплотнений вала. Через них подсасывается холодный воздух, что снижает температуру в топке и может нарушить режим горения. Да и сам подшипниковый узел страдает, если в него попадает абразивная пыль. Меняли мы как-то лабиринтные уплотнения на более современные, с подачей уплотняющего воздуха — результат был хороший, утечки сократились, но и стоимость таких работ немалая.

Третье — это усталостные трещины. Особенно в местах крепления лопаток к ступице. Циклические нагрузки от вибрации и пульсаций давления делают свое дело. Один раз при плановом осмотре нашли такую трещину у основания лопатки — хорошо, что вовремя, иначе могла оторваться и наделать бед. После этого внедрили регулярный ультразвуковой контроль сварных швов и зон концентрации напряжений. Советую всем, кто отвечает за подобное оборудование, не пренебрегать такими методами диагностики.

Ремонт и восстановление — не всегда нужно менять целиком

Когда вентилятор выходит из строя, первая мысль — заменить агрегат. Но часто можно обойтись ремонтом или заменой критических компонентов. Вот, например, рабочее колесо. Если лопатки повреждены, но ступица цела, можно заменить именно лопатки. Ключевое тут — обеспечить идентичность геометрии и массы новых лопаток, чтобы не нарушить балансировку. Мы сотрудничаем в таких вопросах с компанией ООО Чэнду Нэнцзе Экологические Технологии (https://www.western-turbo.ru). Они как раз специализируются на производстве и поставке запасных частей для турбин и турбокомпрессоров, включая лопатки. Их экспертиза охватывает и котлы, и вспомогательные компоненты — это важно, потому что они понимают контекст, в котором работает оборудование. Заказывали у них комплект лопаток на восстановление колеса дутьевого вентилятора для котла средней мощности — сделали точно по чертежам, из материала с нужной стойкостью к эрозии. После установки и динамической балансировки агрегат работает уже больше двух лет без нареканий.

Балансировка — это отдельная история. Статической балансировки на станке часто недостаточно. Нужна балансировка на месте, в собственных подшипниках, на рабочих оборотах. Потому что вал с колесом — это упругая система, и ее поведение на стенде и в реальном корпусе может отличаться. Мы обычно делаем так: сначала балансируем колесо отдельно, потом собираем узел и делаем балансировку в сборе на месте. Используем переносные виброанализаторы. Да, это дольше, но зато вибрация после пуска не превышает 2.5 мм/с, как и требуется по нормативам.

Еще один аспект ремонта — это восстановление посадочных мест под подшипники на валу. Со временем они разбиваются. Здесь помогает либо наплавка с последующей механической обработкой, либо установка ремонтных втулок. Главное — выдержать соосность и шероховатость поверхности. Если геометрия нарушена, подшипник прослужит недолго, и история повторится. Лучше один раз качественно сделать, чем потом постоянно латать.

Мысли на будущее — куда движется технология

Сейчас все больше говорят о регулируемом электроприводе с частотными преобразователями для дутьевого вентилятора котла. Это, безусловно, дает экономию энергии и позволяет гибко подстраиваться под режим котла. Но и тут есть подводные камни. Преобразователи частоты могут вносить высшие гармоники в сеть, что влияет на двигатель и другую электронику. Нужны качественные фильтры. И сам двигатель должен быть предназначен для работы от частотника — с усиленной изоляцией обмоток, например.

Другое направление — материалы. Все чаще применяют композитные покрытия для лопаток, стойкие к абразивному износу и коррозии. Или сами лопатки из титановых сплавов для особо тяжелых условий. Но это удорожает конструкцию, и решение должно быть экономически обоснованным. Для большинства угольных и газовых котлов пока что оптимальны легированные стали с наплавкой твердыми сплавами на кромки.

И, конечно, диагностика. Встроенные системы мониторинга вибрации, температуры подшипников, расхода воздуха становятся стандартом для новых установок. Это позволяет перейти от планово-предупредительных ремонтов к ремонтам по фактическому состоянию. Что экономит и ресурс, и деньги. Но чтобы такая система работала, датчики должны быть правильно установлены и откалиброваны, а персонал обучен интерпретировать данные. Без этого это просто дорогие игрушки. В общем, тема дутьевых вентиляторов — неисчерпаемая, и всегда есть чему поучиться и что улучшить. Главное — не забывать основы и смотреть на агрегат как на систему, где все взаимосвязано.