تدعم مراوح السحب القسري للغلاية إمداد هواء الاحتراق المستقر في المنشآت الصناعية

في الغلاية الصناعية، يعتمد استقرار الاحتراق على أكثر من الموقد نفسه. يجب أن يتلقى نظام الاحتراق الكمية المناسبة من الهواء عند الضغط المطلوب، حتى عندما يتغير حمل الغلاية. توفر مراوح السحب القسري للغلاية هواء الاحتراق عن طريق دفع الهواء المحيط أو المسخن مسبقًا نحو الموقد أو صندوق الرياح أو الشبكة أو الفرن. في أنظمة السحب المتوازنة، تعمل مروحة السحب القسرية جنبًا إلى جنب مع مروحة السحب المستحثة للتحكم في تدفق الهواء عبر المرجل.

ما أهمية إمداد هواء الاحتراق؟

لا يمكن للوقود أن يحترق بكفاءة إذا كان الأكسجين المتاح غير كاف. وفي الوقت نفسه، فإن مجرد توفير المزيد من الهواء ليس حلاً. يمتص الهواء الزائد الحرارة ويحمل حرارة إضافية عبر المكدس، مما قد يقلل من كفاءة الغلاية. لهذا السبب، تحتاج مراوح الغلاية ذات السحب القسري إلى توفير تدفق هواء كافٍ على نطاق التشغيل بأكمله بدلاً من مجرد إنتاج أقصى حجم ممكن للهواء.

على سبيل المثال، لنفترض أن غلاية الكتلة الحيوية تعمل بحمل يتراوح بين 60% و100%. إذا كانت المروحة تعمل بأقصى سرعة تقريبًا بغض النظر عن حمل الغلاية، فقد يستقبل النظام هواء احتراق زائدًا عند الحمل المنخفض. الأسلوب الأفضل هو التحكم في تدفق الهواء وفقًا للطلب الفعلي على الوقود، باستخدام مخمد المدخل، أو ريشة توجيه المدخل، أو VFD اعتمادًا على تصميم النظام. أظهرت الأبحاث التي أجريت على التحكم في السرعات المتغيرة في غرفة الغلاية أيضًا العلاقة بين تشغيل المروحة والهواء الزائد وكفاءة الغلاية. 

لا تقم باختيار المروحة من قوة المحرك وحدها

أحد الأخطاء الأكثر شيوعًا عند استبدال مروحة الغلاية هو طلب محرك بقدرة 30 كيلووات أو 45 كيلووات أو 75 كيلووات وتوقع الشركة المصنعة للمروحة تحديد كل شيء من هذا الرقم. تعد قوة المحرك أحد مخرجات عملية اختيار المروحة، وليست معلمة الاختيار الأساسية.

بالنسبة لمراوح السحب القسري للغلاية، يجب أن تتضمن المعلومات الأساسية ما يلي:

تدفق الهواء المطلوب، مثل m³/h أو CFM

مطلوب ضغط ثابت أو الضغط الكلي

درجة حرارة مدخل الهواء

نوع الوقود

سعة الغلاية

ارتفاع التشغيل

نطاق التحميل المتوقع

فقدان الضغط في مجاري الهواء والمعدات

مقاومة الموقد أو الشبكة

انخفاض ضغط سخان الهواء، إذا تم تركيبه

طريقة التحكم

جهد المحرك والتردد

ترتيب تركيب المروحة

اتجاه الدوران وموضع المخرج

وينبغي حساب متطلبات الضغط من مسار الهواء الكامل. تساهم القنوات والأكواع والمخمدات والمرشحات وأجهزة تسخين الهواء وصناديق الرياح وسجلات الشعلات والمكونات الأخرى في المقاومة. 

مثال عملي لاختيار المروحة

لنفترض أن غلاية صناعية تتطلب 18000 متر مكعب/ساعة من هواء الاحتراق عند ضغط ثابت 2200 باسكال تحت ظروف التشغيل التصميمية. لا ينبغي اختيار المروحة ببساطة باعتبارها "مروحة بقدرة 18000 متر مكعب/ساعة".

أولاً، يجب على المهندس التأكد مما إذا كان 18000 متر مكعب/ساعة هو تدفق هواء التشغيل الفعلي المطلوب أو ما إذا كان يتضمن بالفعل هامش التصميم المطلوب. بعد ذلك، يجب حساب فقدان الضغط بين مدخل المروحة والفرن.

على سبيل المثال:

فقدان مجرى الهواء: 300 باسكال

خسارة المثبط: 180 باسكال

خسارة تسخين الهواء: 450 باسكال

خسارة صندوق الرياح والموقد: 700 باسكال

خسائر النظام الأخرى: 350 باسكال

الهامش المطلوب: يتم تقييمه بشكل منفصل حسب تصميم المشروع

يجب بعد ذلك التحقق من اختيار المروحة مقابل نقطة التشغيل الناتجة وليس مقابل تدفق الهواء وحده. يعد هذا مهمًا بشكل خاص عند استخدام مراوح الغلاية ذات السحب القسري كبديل لوحدة موجودة، لأن التغييرات في مجاري الهواء أو الموقد يمكن أن تؤدي إلى تغيير نقطة التشغيل الفعلية.

يجب أن يتطابق ضغط المروحة وتدفق الهواء مع الغلاية

يمكن للمروحة أن تنتج تدفقًا كبيرًا للهواء عند ضغط منخفض ولا تزال تفشل في توصيل الهواء المطلوب إلى الفرن. وعلى العكس من ذلك، يمكن أن يؤدي اختيار الضغط الزائد إلى اختناق غير ضروري وزيادة قوة التشغيل.

وهذا هو سبب أهمية منحنى أداء المروحة. يجب أن تقع نقطة التصميم ضمن منطقة مناسبة من منحنى المروحة، مع نطاق تحكم كافٍ لتشغيل الغلاية العادي.

بالنسبة لمراوح السحب القسري للغلاية، عادةً ما أقوم بالتحقق من ثلاث نقاط تشغيل على الأقل:

الحد الأدنى من الحمل المستقر للغلاية

حمل التشغيل العادي

الحد الأقصى للحمل المستمر

إذا كانت الغلاية تعمل بشكل طبيعي عند حمل بنسبة 70-90%، فلا ينبغي تحسين المروحة إلا لنقطة 100% نظرية. نطاق التشغيل الفعلي مهم لأن الطلب على هواء الاحتراق يتغير بتغير مدخلات الوقود.

يمكن أن يكون التحكم في VFD مفيدًا، ولكنه ليس الحل الأفضل تلقائيًا

غالبًا ما يتم أخذ المحركات ذات التردد المتغير في الاعتبار بالنسبة لمراوح السحب القسري للغلاية لأنه يمكن ضبط سرعة المروحة وفقًا لحمل الغلاية. بالنسبة لمراوح الطرد المركزي، توفر قوانين المروحة أساسًا مفيدًا لفهم تأثير تغيرات السرعة: يتغير تدفق الهواء تقريبًا مع السرعة، ويتغير الضغط تقريبًا مع مربع السرعة، وتتغير الطاقة تقريبًا مع مكعب السرعة.

وهذا يعني أن انخفاضًا بسيطًا نسبيًا في السرعة يمكن أن يؤدي إلى انخفاض كبير في قوة المروحة.

ومع ذلك، يجب أن يأخذ اختيار VFD أيضًا في الاعتبار المحرك، والحد الأدنى من سرعة التشغيل، واستجابة التحكم، ومتطلبات البدء، والاعتبارات التوافقية، واستراتيجية التحكم في تدفق الهواء المطلوبة. لا ينبغي ببساطة إضافة VFD لأنه يبدو أكثر كفاءة. يجب مراعاة نظام التحكم في الغلاية بالكامل. ماذا يحدث عندما تكون المروحة صغيرة الحجم؟ قد تبدو مروحة السحب القسري للغلاية صغيرة الحجم مقبولة أثناء التشغيل منخفض الحمل ولكنها تصبح عنق الزجاجة عندما تقترب الغلاية من الحمل الكامل.

تشمل الأعراض النموذجية ما يلي:

تعمل المروحة بالقرب من السرعة القصوى

عدم القدرة على تحقيق تدفق الهواء المطلوب

انخفاض الأكسجين في الفرن

الاحتراق غير المستقر

زيادة ثاني أكسيد الكربون

انخفاض إنتاج البخار

ارتفاع استهلاك الوقود

انخفاض الضغط المفرط عبر نظام الهواء

يبقى المثبط مفتوحًا بالكامل

ومع ذلك، قبل استبدال المروحة، يجب على الفنيين التأكد من أن المشكلة تكمن في سعة المروحة بالفعل. يمكن أن يؤدي وجود مرشح متسخ أو قناة مسدودة أو مخمد تم وضعه بشكل غير صحيح أو جهاز تسخين الهواء الملوث أو الموقد المعدل إلى زيادة مقاومة النظام وإنشاء أعراض تبدو وكأنها مروحة صغيرة الحجم.

مثال حالة: غلاية الكتلة الحيوية ذات تدفق هواء غير كافٍ

خذ بعين الاعتبار غلاية الكتلة الحيوية المصممة في الأصل لحوالي 15000 متر مكعب / ساعة من هواء الاحتراق. وبعد عدة سنوات من التشغيل، تحولت المحطة إلى وقود الكتلة الحيوية الأكثر رطوبة.

لاحظ المشغل أن الغلاية لم تعد قادرة على الحفاظ على حالة الاحتراق السابقة عند الحمل العالي. كان الافتراض الأولي هو أن مروحة FD أصبحت صغيرة جدًا.

وجد فحص الموقع ثلاثة شروط مهمة:

كانت المروحة لا تزال تصل إلى سرعتها التصميمية الأصلية تقريبًا.

كان مخمد المدخل مفتوحًا بالكامل تقريبًا

يحتوي الوقود الجديد على رطوبة أكبر بكثير.

ولذلك قام الفريق الهندسي بفحص متطلبات هواء الاحتراق وضغط النظام قبل اتخاذ قرار بشأن استبدال المروحة. وهذا أمر مهم لأن تغيير الوقود يمكن أن يغير ظروف الاحتراق المطلوبة؛ إن مجرد زيادة حجم المروحة قد لا يحل مشكلة العملية الأساسية.

اعتمد الاختيار النهائي للمروحة على متطلبات تدفق الهواء والضغط المعدلة بدلاً من تصنيف المحرك القديم.

يجب مراعاة مروحة FD ومروحة ID معًا

في غلاية ذات سحب متوازن، توفر مروحة FD هواء الاحتراق بينما تقوم مروحة ID بإزالة غاز المداخن وتساعد في الحفاظ على ضغط الفرن المطلوب. تؤدي هاتان المروحتان وظائف مختلفة ولكنهما تؤثران بشكل مباشر على نفس عملية الاحتراق.

إذا كان جانب FD يوفر هواءًا أكثر بكثير مما يستطيع النظام إزالته، فقد يزيد ضغط الفرن. إذا كان جانب المعرف يسحب بقوة كبيرة جدًا بالنسبة لهواء الاحتراق الوارد، فقد يتطور ضغط سلبي مفرط.

لذلك، عند استبدال مراوح الغلاية ذات السحب القسري، من المفيد التحقق من واجبات مروحة المعرف الموجودة أيضًا. يجب أن تتناسب مروحة FD الجديدة مع نطاق التشغيل لنظام التحكم الكامل في السحب بدلاً من تقييمها كقطعة معزولة من المعدات.

تؤثر درجة حرارة الهواء أيضًا على اختيار المروحة

يجب تحديد درجة حرارة هواء الاحتراق قبل اختيار مراوح الغلاية ذات السحب القسري.

إذا كانت المروحة تتعامل مع الهواء المحيط، فإن الكثافة تختلف عن النظام الذي يمر فيه الهواء عبر جهاز التسخين المسبق للهواء. مع زيادة درجة حرارة الهواء، تنخفض كثافته، مما يؤثر على العلاقة بين التدفق الحجمي، وتدفق الكتلة، والضغط، وقدرة المروحة.

على سبيل المثال، قد يظهر كلا النظامين 20000 متر مكعب/ساعة على الورق أثناء العمل في درجات حرارة هواء مختلفة إلى حد كبير. ولذلك يحتاج الحساب الهندسي إلى تحديد درجة حرارة التشغيل الفعلية وأساس الضغط بدلاً من التعامل مع رقم الحجم بشكل مستقل عن ظروف التشغيل.

يصبح هذا مهمًا بشكل خاص في الغلايات التي تستخدم سخانات الهواء أو غيرها من معدات استعادة الحرارة.

فحوصات الصيانة التي لا ينبغي تخطيها

حتى المروحة المختارة بشكل صحيح يمكن أن تفقد الأداء بسبب مشاكل الصيانة. بالنسبة لمراوح السحب القسري للغلاية، يجب أن يشمل الفحص الروتيني المكره، والمحامل، والعمود، والوصلة، وتيار المحرك، والاهتزاز، وحالة المدخل، وموضع المخمد، ومجاري الهواء.

إذا انخفض تدفق الهواء تدريجيًا بينما ظلت سرعة المروحة دون تغيير، فلا تقم بزيادة السرعة على الفور. الفحص الأول:

انسداد مرشح المدخل

فتح المثبط

انسداد القناة

تلوث المكره

حالة تحمل

حالة الحزام أو الاقتران

دوران المروحة

ضغط النظام

مقاومة الموقد أو صندوق الرياح

يمكن للدافع الملوث بالغبار أو الرواسب أن يغير الحالة الديناميكية الهوائية ويزيد من عدم التوازن. يمكن أن تؤدي زيادة السرعة للتعويض إلى زيادة التحميل الميكانيكي دون حل المشكلة الأصلية. ما هي المعلومات التي يجب إرسالها إلى الشركة المصنعة للمروحة؟ بالنسبة لطلب عرض الأسعار الذي يتضمن مراوح السحب القسري للغلاية، يجب أن يحتوي الاستفسار الفني المفيد على أكثر بكثير من مجرد سعة الغلاية.

يمكن أن يتضمن طلب عرض الأسعار العملي ما يلي:

قدرة الغلاية: 20 طن بالساعة

الوقود: الكتلة الحيوية / الفحم / الغاز الطبيعي / النفط

تدفق الهواء المطلوب: 18,000 متر مكعب/ساعة

الضغط المطلوب: 2200 باسكال

درجة حرارة الهواء: 40 درجة مئوية

الارتفاع: 35 م

تردد التشغيل: 50 هرتز

جهد المحرك: 415 فولت

التحكم: فد

التثبيت: داخلي

التناوب: سيتم تأكيده

اتجاه المخرج: سيتم تأكيده

إذا تم استبدال المروحة الموجودة، فإن الصور الفوتوغرافية ومعلومات اللوحة ومنحنيات المروحة وبيانات المحرك وأبعاد القناة وقياسات التشغيل الفعلية تكون أيضًا مفيدة للغاية.

كلما كانت بيانات التشغيل أكثر اكتمالاً، كان من الأسهل اختيار مراوح الغلاية ذات السحب القسري التي تتوافق مع مهمة الغلاية الحقيقية بدلاً من تحديد نموذج من كتالوج يعتمد فقط على تدفق الهواء الاسمي.

الاعتبارات النهائية

الغرض الرئيسي من مراوح السحب القسري للغلاية واضح ومباشر: تزويد نظام الاحتراق بهواء مستقر يمكن التحكم فيه عند الضغط الذي تتطلبه الغلاية. يتمثل التحدي الهندسي في جعل تدفق الهواء متاحًا عبر نطاق التشغيل الكامل مع الحفاظ على قوة المروحة وضغط الفرن وظروف الاحتراق والموثوقية الميكانيكية تحت السيطرة.

بالنسبة لمشروع غلاية جديد، يجب اختيار المروحة من الحساب الكامل لمقاومة جانب الهواء. بالنسبة لمشروع بديل، يجب مقارنة بيانات التشغيل الفعلية مع منحنى المروحة الأصلي قبل تحديد ما إذا كانت المشكلة هي عدم كفاية سعة المروحة، أو زيادة مقاومة النظام، أو تغير في ظروف الاحتراق.

وبالتالي فإن مروحة السحب القسري للغلاية المختارة جيدًا ليست مجرد مروحة ذات تدفق هواء عالي. وهو مكون مطابق لوقود الغلاية ونظام الاحتراق وفقدان الضغط ودرجة حرارة التشغيل وطريقة التحكم ونطاق الحمل المتوقع. وهذا ما يسمح للغلاية بالحفاظ على الاحتراق المستقر دون إهدار طاقة المروحة بشكل غير ضروري.