Дымососы дутьевые

Дымососы дутьевые: конструкция, принцип действия, классификация и применение в энергетике

Дымососы дутьевые (ДД) представляют собой центробежные вентиляторы высокого давления, являющиеся критически важным элементом системы пылеприготовления и топливосжигания современных паровых и водогрейных котлов. Их основная функция – подача первичного воздуха, необходимого для транспортировки пылевоздушной смеси (ПВС) из мельниц непосредственно к горелочным устройствам. Отказ или нештатная работа дутьевого дымососа приводит к нарушению всего процесса горения, падению мощности котла и создает аварийную ситуацию. Данная статья детально рассматривает устройство, принципы работы, ключевые параметры, схемы включения и особенности эксплуатации данного оборудования.

Назначение и место в технологической схеме котельной установки

Дутьевой дымосос устанавливается в тракте первичного воздуха котельного агрегата. Первичный воздух выполняет две основные функции: подсушка топлива в мельнице (для угольных пылесистем) и транспортировка измельченного топлива по пылепроводам к горелкам. В отличие от вентилятора дутьевого (ВД), подающего вторичный воздух непосредственно в топку для организации горения, ДД работает с абразивной пылевоздушной смесью, что предъявляет особые требования к износостойкости его проточной части.

Типовая схема включения дутьевого дымососа в систему с прямым вдуванием:

• Воздухозаборник → Воздухоподогреватель (секция первичного воздуха) → Дутьевой дымосос (ДД) → Углеразмольная мельница → Горелочные устройства топки.

В схемах с промежуточным бункером пыли (ПБП) ДД подает воздух на смешение с угольной пылью из бункера.

Конструктивные особенности дутьевых дымососов

Конструкция ДД адаптирована для работы в условиях высоких температур (до 400-450°C) и абразивного износа. Основные узлы и их особенности:

• Корпус (улитка): Изготавливается из углеродистой или низколегированной стали с повышенной толщиной стенок. Внутренняя поверхность в зонах наибольшего износа (направляющий аппарат, язычок) часто защищается футеровкой из износостойких материалов (базальтовые плиты, специальные покрытия). Корпус имеет разъем для удобства монтажа и обслуживания рабочего колеса.
• Рабочее колесо (ротор): Является наиболее нагруженным элементом. Выполняется из жаропрочных и износостойких сталей (например, 15Х5М, 12Х18Н10Т). Лопатки колеса могут быть загнуты вперед или назад. Загнутые назад лопатки обеспечивают более пологую характеристику и повышенный КПД, а также менее склонны к загрязнению. Для борьбы с износом применяется наплавка твердыми сплавами, наварка износостойких пластин или напыление керамических покрытий. Колесо обязательно балансируется статически и динамически.
• Вал: Изготавливается из поковки углеродистой или легированной стали. Обеспечивает жесткую связь между рабочим колесом и приводом. Оснащается системами контроля вибрации и температуры подшипников.
• Подшипниковые узлы: Применяются роликовые или шариковые сферические подшипники качения, реже – подшипники скольжения. Обязательно оснащаются системой принудительной циркуляционной смазки и водяным охлаждением корпусов. Устанавливаются на отдельной станине, что минимизирует передачу вибрации.
• Привод: Осуществляется, как правило, асинхронным электродвигателем через упругую муфту. Регулирование производительности осуществляется изменением частоты вращения (частотный преобразователь) или с помощью направляющего аппарата (НДА) на входе в дымосос.
• Направляющий аппарат (НДА): Устройство, состоящее из поворотных лопаток, расположенных на входе в дымосос. Изменение угла установки лопаток позволяет регулировать расход воздуха при постоянной частоте вращения ротора, что повышает энергоэффективность системы по сравнению с дросселированием заслонками.
• Фундаментная рама: Массивная сварная конструкция, обеспечивающая устойчивость и правильное центрирование агрегата. Виброизоляция обеспечивается установкой на виброопоры или пружинные амортизаторы.

Классификация и основные технические параметры

Дутьевые дымососы классифицируются по нескольким ключевым признакам:

• По направлению вращения и отбору воздуха: Правое вращение (ротор вращается по часовой стрелке, если смотреть со стороны привода) и левое вращение. Отбор воздуха может быть односторонним (справа или слева) или двусторонним.
• По схеме пылеприготовления: Для систем с прямым вдуванием и для систем с промежуточными бункерами пыли. Отличаются рабочими параметрами.
• По типу рабочего колеса: С лопатками, загнутыми назад, и (реже) с лопатками, загнутыми вперед.
• По способу регулирования: С постоянной частотой вращения (регулирование НДА или дроссельными заслонками) и с переменной частотой вращения (частотное регулирование).

Ключевые технические параметры, определяющие выбор и эксплуатацию ДД:

• Производительность (Q), м³/ч: Объемный расход воздуха при нормальных условиях.
• Полное давление (P), кПа (мм. вод. ст.): Сумма динамического и статического давления, которое создает дымосос для преодоления гидравлического сопротивления тракта (воздухоподогреватель, мельница, пылепроводы, горелки).
• Температура транспортируемой среды (t), °C: Определяет выбор материалов и конструктивное исполнение.
• Частота вращения ротора (n), об/мин.
• Мощность на валу (N), кВт.
• КПД (η), %: Полный КПД дымососа, учитывающий гидравлические, объемные и механические потери.

Таблица: Сравнительные характеристики дутьевых дымососов для котлов разной мощности

Параметр / Модель (Условно)	ДД-12,5 (для котлов ~75-100 т/ч)	ДД-20 (для котлов ~200-320 т/ч)	ДД-31,5 (для котлов ~500-670 т/ч)
Производительность, тыс. м³/ч	40 – 65	120 – 180	250 – 400
Полное давление, кПа	6 – 10	8 – 14	10 – 18
Температура воздуха, °C	до 400	до 400	до 420
Частота вращения, об/мин	980 – 1450	740 – 980	590 – 740
Установленная мощность эл. двигателя, кВт	200 – 400	800 – 1600	2000 – 3500
КПД, %	78 – 82	80 – 84	82 – 86

Особенности эксплуатации, диагностики и ремонта

Эксплуатация дутьевых дымососов регламентируется инструкциями завода-изготовителя и общими правилами для котельного оборудования. Ключевые аспекты:

• Пуск и останов: Пуск осуществляется на закрытую направляющую заслонку или при нулевом угле НДА для минимизации пускового тока. Остановка выполняется в обратной последовательности. Запрещен пуск при наличии вибрации, неисправных датчиках или системе смазки.
• Контроль параметров: Непрерывный мониторинг вибрации подшипниковых узлов (вибропреобразователи ВП), температуры масла и корпусов подшипников (термопреобразователи сопротивления), токовой нагрузки электродвигателя. Превышение установленных пороговых значений должно приводить к аварийной остановке.
• Износ и ремонт: Основная причина выхода из строя – абразивный износ лопаток рабочего колеса, футеровки корпуса и элементов НДА. Регламентные работы включают регулярный осмотр толщины металла (ультразвуковой контроль), балансировку ротора на месте или в условиях мастерской, восстановление изношенных поверхностей наплавкой. Периодичность ремонтов зависит от зольности топлива и наработки.
• Балансировка: Динамическая балансировка ротора в собственных подшипниках – обязательная процедура после любого ремонта, связанного с нарушением роторной системы. Проводится с помощью переносных балансировочных станций.
• Вибродиагностика: Анализ спектров вибрации позволяет выявить не только дисбаланс, но и такие дефекты, как ослабление посадки колеса на валу, дефекты подшипников качения, электромагнитную несимметрию двигателя.

Схемы регулирования производительности

Эффективное регулирование расхода первичного воздуха критически важно для стабильности пылеприготовления. Применяются две основные схемы:

• Регулирование направляющим аппаратом (НДА): Наиболее распространенный метод. Поворот лопаток НДА изменяет угол входа потока на рабочее колесо, что приводит к изменению характеристики дымососа. Преимущества: относительно невысокая стоимость, надежность. Недостаток: более низкий КПД в частичных режимах по сравнению с частотным регулированием.
• Частотное регулирование (ЧРП): Изменение частоты вращения ротора с помощью частотного преобразователя. Наиболее энергоэффективный метод, так как потребляемая мощность двигателя пропорциональна кубу частоты вращения. Характеристика дымососа при этом масштабируется по законам подобия. Преимущества: максимальная экономия электроэнергии, плавный пуск, отсутствие механического регулятора. Недостатки: высокая стоимость ЧРП, необходимость фильтрации высших гармоник.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличается дутьевой дымосос (ДД) от вентилятора дутьевого (ВД)?

ДД предназначен для подачи первичного воздуха, несущего угольную пыль, и работает в условиях высокого абразивного износа. ВД подает чистый вторичный воздух для горения непосредственно в топку. Конструктивно ДД имеет более износостойкое исполнение проточной части, а его параметры давления обычно выше для преодоления сопротивления мельницы и пылепроводов.

Как определить критический износ лопаток рабочего колеса?

Критерием является уменьшение толщины лопатки на входной кромке и на периферии. Завод-изготовитель указывает минимально допустимую толщину (обычно 50-60% от первоначальной). Превышение этого износа ведет к риску поломки лопатки, разбалансировке и разрушению ротора. Контроль осуществляется шаблоном или ультразвуковым толщиномером.

Что является основной причиной повышенной вибрации дутьевого дымососа?

Наиболее частая причина – дисбаланс ротора вследствие неравномерного износа или налипания пыли на лопатки. Другие причины: ослабление посадки колеса на валу, износ подшипников, несоосность валов дымососа и двигателя, резонансные явления в конструкции. Для точного определения необходима вибродиагностика с анализом спектра.

Когда эффективнее применять частотное регулирование вместо НДА?

Частотное регулирование экономически оправдано при длительной работе дымососа на частичных нагрузках (менее 80% от номинала), что характерно для котлов с переменным графиком нагрузки. Срок окупаемости ЧРП рассчитывается исходя из годового числа часов работы, тарифа на электроэнергию и достигаемой экономии (до 30-50%). Для базовых режимов с постоянной нагрузкой НДА остается надежным и более дешевым решением.

Как правильно организовать защиту дымососа от работы в помпажном режиме?

Помпаж (срыв работы с пульсациями давления и расхода) возникает при работе на левой стороне характеристики, когда сопротивление сети превышает давление, развиваемое дымососом. Защита организуется путем:
1) Контроля расхода и давления с построением рабочей точки на характеристике.
2) Установки байпасной линии с обратным клапаном между напорным и всасывающим патрубками.
3) Настройки регулятора (НДА или ЧРП) на поддержание минимально допустимого расхода, указанного в паспорте дымососа.
4) Аварийной остановки при срабатывании датчиков вибрации сверх допустимой.

Заключение

Дутьевые дымососы являются высоконагруженным и ответственным оборудованием, от бесперебойной работы которого зависит эффективность и безопасность всей котельной установки. Правильный выбор, основанный на точном расчете характеристик сети, качественный монтаж, внедрение современных методов регулирования и система планово-предупредительных ремонтов с использованием средств диагностики позволяют обеспечить их длительный и экономичный ресурс. Понимание конструктивных особенностей, принципов работы и эксплуатационных ограничений данного агрегата является обязательным для инженерно-технического персонала, обслуживающего объекты теплоэнергетики.