Guida al ventilatore centrifugo della caldaia: FD vs ID, limiti ed efficienza

I sistemi di caldaie richiedono quasi sempre ventilatori centrifughi rispetto a ventilatori assiali per due ragioni strutturali: capacità di pressione e tolleranza al particolato. I ventilatori centrifughi generano il flusso d'aria accelerando il gas verso l'esterno attraverso una girante curva, che consente loro di creare una pressione statica più elevata con un ingombro compatto. I ventilatori assiali muovono l'aria in linea retta attraverso l'asse del ventilatore e sono più adatti ad applicazioni ad alto volume e bassa pressione come la ventilazione generale, non alla resistenza creata dalle condutture della caldaia, dagli economizzatori e dalle apparecchiature di raccolta delle polveri.

Poiché i gas di combustione spesso trasportano ceneri volanti e particolato incombusto, la maggior parte degli operatori di caldaie specifica giranti centrifughe curve all'indietro o inclinate all'indietro, che resistono all'erosione e all'accumulo molto meglio rispetto ai modelli curvi in avanti.

La tolleranza della temperatura è uno dei criteri di selezione più importanti, poiché determina sia il materiale dell'involucro della ventola che il sistema di raffreddamento dei cuscinetti richiesti.

• Aspirazione ventilatore a tiraggio forzato: gestisce l'aria di combustione ambientale, generalmente con temperatura nominale fino a 100 gradi Celsius in servizio continuo.
• Aspirazione ventilatore a tiraggio indotto: gestisce il gas di scarico caldo in uscita dal forno, comunemente valutato tra 200 e 250 gradi Celsius, con alcune unità industriali pesanti classificate fino a 300 gradi Celsius per escursioni a breve termine.
• Ingresso ventilatore aria primaria: utilizzato nei sistemi a carbone polverizzato, in genere valutato in modo simile alle unità a tiraggio forzato tra 100 e 120 gradi Celsius.

Il superamento della temperatura di ingresso nominale accelera l'usura dei cuscinetti e può deformare la girante nel tempo, quindi molti ventilatori a tiraggio indotto includono alloggiamenti dei cuscinetti raffreddati ad acqua o ad aria appositamente per gestire l'esposizione prolungata ai gas di scarico caldi.

I ventilatori a tiraggio forzato e indotto svolgono ruoli opposti all'interno dello stesso percorso del flusso d'aria di combustione e confonderli durante la specifica è un errore comune e costoso.

Molte caldaie moderne utilizzano un sistema a tiraggio bilanciato, in cui la ventola FD e la ventola ID lavorano insieme in modo che il forno funzioni a una pressione leggermente negativa, impedendo al gas caldo o alla fiamma di fuoriuscire attraverso le porte di ispezione garantendo comunque un flusso d'aria di combustione completo.

I valori di efficienza prossimi al 90,5% si riferiscono in genere all'efficienza meccanica o statica del ventilatore al suo punto di migliore efficienza, ovvero al rapporto tra la potenza d'aria utile in uscita e la potenza assorbita dall'albero alle condizioni di flusso e pressione di progetto. Per raggiungere questa cifra è generalmente necessario un design con pala curvata all'indietro o con profilo alare abbinato a un motore adeguatamente abbinato e un azionamento a frequenza variabile.

Far funzionare un ventilatore lontano dal suo punto di migliore efficienza, come far funzionare un ventilatore dimensionato per il pieno carico della caldaia con solo il 40% di accelerazione senza un convertitore di frequenza, può far scendere l'efficienza reale ben al di sotto del valore nominale, poiché lo smorzamento a velocità fissa spreca energia anziché ridurre l'assorbimento del motore. Le strutture che mirano a mantenere l'efficienza vicino al 90,5% nominale in genere accoppiano la ventola con un VFD in modo che sia la velocità della ventola, e non la posizione della serranda, a controllare il flusso d'aria.

La spesa per la manutenzione dei ventilatori delle caldaie è determinata principalmente dall'usura dei cuscinetti, dall'erosione della girante dovuta al particolato e dal bilanciamento periodico piuttosto che da guasti catastrofici, a condizione che le ispezioni rispettino i tempi previsti.

La manutenzione dei ventilatori a tiraggio indotto costa costantemente di più rispetto ai ventilatori a tiraggio forzato perché funzionano a temperature più elevate e trattano particolato abrasivo, che accelera l'usura della girante e riduce la durata dei cuscinetti rispetto all'aria più pulita gestita da un ventilatore FD. Gli stabilimenti che installano rivestimenti delle pale resistenti alla cenere sui ventilatori ID spesso prolungano significativamente l'intervallo tra le sostituzioni delle giranti, compensando il costo aggiuntivo del rivestimento durante la vita utile dell'apparecchiatura.

La scelta corretta del ventilatore si riduce alla corrispondenza di quattro parametri con le condizioni operative effettive della caldaia anziché fare affidamento solo sulla potenza nominale.

1. Confermare la pressione statica richiesta rispetto alla resistenza effettiva del sistema, comprese le condutture, l'economizzatore e qualsiasi apparecchiatura di controllo dell'inquinamento a valle.
2. Adattare la temperatura nominale in ingresso alla condizione operativa più calda prevista, non solo alla temperatura media dei gas di scarico.
3. Scegliere il profilo della pala in base al carico di particolato, preferendo design con curvatura all'indietro o con profilo alare per servizi di tiraggio indotto con elevato contenuto di ceneri.
4. Associare il ventilatore a un convertitore di frequenza se il carico varia in modo significativo nell'intervallo di funzionamento della caldaia, per proteggere l'efficienza a carico parziale.