تساعد مراوح السحب العالية الكفاءة في الغلايات على تقليل استهلاك الطاقة في الغلايات الصناعية

في العديد من مصانع الغلايات الصناعية، تعد مروحة السحب المستحثة واحدة من أكبر الأحمال الكهربائية المستمرة في نظام غاز المداخن. يمكن لمراوح السحب المستحثة بالغلايات عالية الكفاءة تقليل هذا الحمل، ولكن مجرد تركيب مروحة أكبر أو أحدث لا يضمن استهلاكًا أقل للطاقة. تأتي التوفيرات الحقيقية من مطابقة المروحة لتدفق الهواء الفعلي، وضغط النظام، ودرجة حرارة غاز المداخن، وحمولة الغلاية.

المشكلة الشائعة هي أنه يتم اختيار مروحة التعريف وفقًا لسعة الغلاية وحدها. ومع ذلك، في التشغيل الفعلي، يتغير الواجب المطلوب وفقًا لنوع الوقود والهواء الزائد ودرجة حرارة غاز المداخن ومقاومة مجمع الغبار وتكوين القناة وحمل الغلاية. ولذلك يجب اختيار مراوح السحب المستحثة بالغلايات عالية الكفاءة من ظروف تشغيل النظام بالكامل بدلاً من قوة المحرك أو حجم المروحة وحده.

1. ابدأ بتدفق الهواء عند مدخل المروحة الفعلي

قبل تحديد مراوح السحب المستحثة بالغلايات عالية الكفاءة، حدد ما إذا كان تدفق الهواء المحدد يتم في الظروف العادية أو في حالة مدخل المروحة الفعلية.

يتوسع غاز المداخن بشكل كبير مع زيادة درجة الحرارة. لحساب بسيط:

Q₂ = Q₁ × T₂ / T₁

حيث Q هي التدفق الحجمي وT هي درجة الحرارة المطلقة بالكلفن.

على سبيل المثال، إذا كان تدفق غاز المداخن المطلوب هو 30000 نيوتن متر مكعب/ساعة عند 20 درجة مئوية ودرجة حرارة الغاز عند مدخل المروحة هي 180 درجة مئوية:

Q₂ = 30,000 × 453 / 293 ≈ 46,350 م³/ساعة

وهذا يعني أن المروحة تتعامل فعليًا مع ما يقرب من 46,350 متر مكعب/ساعة عند درجة الحرارة المذكورة، على افتراض أن تصحيح الضغط صغير بالنسبة لهذه الحسابات الأولية.

وبالتالي فإن استخدام تدفق الحالة القياسية مباشرة لاختيار المروحة يمكن أن يؤدي إلى ماكينة أصغر حجمًا. يجب تحديد مراوح السحب المستحثة بالغلايات عالية الكفاءة باستخدام ظروف غاز محددة بوضوح بحيث تكون نقطة التشغيل على منحنى المروحة صحيحة.

2. حساب فقدان ضغط النظام الكامل

لا يمكن أن تعوض كفاءة المروحة عن نظام غاز المداخن المصمم بشكل غير صحيح.

بالنسبة لمراوح السحب المستحثة بالغلايات عالية الكفاءة، يجب أن يشمل الضغط المطلوب جميع نقاط المقاومة الرئيسية:

ممرات غاز الغلايات

المقتصد

سخان الهواء

إعصار

مرشح الحقيبة أو ESP

الغسيل

مجاري الهواء

المرفقين والانتقالات

المخمدات

مدخنة

وصلات التمدد والمكونات الأخرى

قد يبدو الحساب العملي كما يلي: فقدان ضغط المكونات، قسم الغلاية ونقل الحرارة 850 باسكال، عمل مجاري الهواء، 450 باسكال، مرشح كيس 1200 باسكال، المثبط والانتقالات 250 باسكال، المدخنة والمخرج 350 باسكال، الإجمالي 3100 باسكال، إذا تم التقليل من مقاومة النظام، فلن تصل المروحة إلى تدفق الهواء المطلوب. إذا تم المبالغة في تقديره بشكل كبير، فقد تعمل المروحة عند ضغط مرتفع غير ضروري وتستهلك المزيد من الطاقة.

وهذا هو أحد أسباب ضرورة اختيار مراوح السحب المستحثة بالغلايات عالية الكفاءة دائمًا مع حساب مقاومة النظام.

3. لا تستخدم المخمد كجهاز رئيسي لتوفير الطاقة

واحدة من أسهل المشكلات التي يمكن العثور عليها أثناء فحص المصنع هي أن المروحة تعمل بأقصى سرعة تقريبًا بينما يكون مخمد المدخل أو المخرج مختنقًا بشدة.

تستمر المروحة في توليد الضغط، بينما يخلق المخمد مقاومة إضافية لتقليل تدفق الهواء. يتم إهدار الطاقة المستخدمة للتغلب على هذه المقاومة الاصطناعية إلى حد كبير.

بالنسبة لمراوح السحب التي تعمل بالغلايات عالية الكفاءة، غالبًا ما يكون التحكم في السرعة المتغيرة أكثر فعالية عندما يكون للغلاية نطاق تشغيل واسع.

توفر قوانين تقارب المعجبين تقديرًا أوليًا مفيدًا:

س₂ / س₁ = ن₂ / ن₁

P₂ / P₁ ≈ (N₂ / N₁)³

على سبيل المثال، إذا انخفضت سرعة المروحة من 100% إلى 80%:

P₂ / P₁ ≈ 0.8³ = 0.512

تصبح قوة المروحة النظرية حوالي 51% من القيمة الأصلية في ظل ظروف تشغيل مماثلة.

سوف تعتمد التوفيرات الفعلية للمحطة على منحنى النظام، وكفاءة المحرك، وكفاءة VFD، ونقطة التشغيل الجديدة. ومع ذلك، فإن العلاقة التكعيبية تفسر لماذا يمكن أن يكون التحكم في السرعة أكثر فعالية من الاختناق.

4. استخدم ضغط الفرن كهدف للتحكم

إن تركيب VFD ليس كافياً في حد ذاته.

يمكن لـ VFD الذي تم تكوينه بشكل سيئ أن يهدر الطاقة إذا كانت المروحة تعمل بشكل أسرع من اللازم. يجب أن يستجيب نظام التحكم لمتطلبات مسودة الفرن الفعلية.

الترتيب النموذجي هو:

مستشعر ضغط الفرن ← جهاز التحكم PID ← VFD ← محرك مروحة ID

على سبيل المثال، إذا كان ضغط الفرن المطلوب هو -50 باسكال والضغط المقاس هو -80 باسكال، فيجب على نظام التحكم تقليل سرعة المروحة تدريجيًا بدلاً من السماح للمروحة بمواصلة العمل بأقصى سرعة.

يجب تحديد الضغط المستهدف وفقًا لمتطلبات الاحتراق الخاصة بالشركة المصنعة للغلاية. الضغط السلبي المفرط ليس أفضل تلقائيًا.

من خلال مراوح السحب المستحثة ذات الكفاءة العالية للغلاية التي تم تكوينها بشكل صحيح، فإن الهدف هو الحفاظ على ضغط الفرن المستقر مع نقل كمية غاز المداخن التي يتطلبها حمل الغلاية الحالي فقط.

5. حافظ على نظافة المكره

حالة المكره لها تأثير مباشر على أداء المروحة.

في تطبيقات الكتلة الحيوية والفحم والنفايات وغيرها من تطبيقات الغلايات المتربة، يمكن أن يتراكم الرماد على الشفرات. إذا كان الرواسب غير متساوية، فإنه يغير توزيع كتلة المجموعة الدوارة ويمكن أن يسبب الاهتزاز.

يجب أن يشمل فحص الصيانة البسيط ما يلي:

أغلق المروحة واتبع إجراءات عزل النبات.

افحص المكره من خلال فتحة الوصول.

تحقق من تراكم الرماد على جانبي الشفرات.

فحص الحواف الأمامية للتآكل.

التحقق من وجود الشقوق أو التشوه.

قم بتدوير التجميع يدويًا عندما يكون القيام بذلك آمنًا.

تحقق من حالة المحمل ومحاذاة العمود بعد التنظيف.

لا ينبغي إلقاء اللوم على المروحة التي كانت تعمل في الأصل بسلاسة ولكنها تطور اهتزازًا متزايدًا على مدار عدة أشهر على المحرك.

بالنسبة لمراوح السحب التي تعمل بالغلايات عالية الكفاءة، يعد الحفاظ على الشكل الديناميكي الهوائي وتوازن كتلة المكره أمرًا ضروريًا للحفاظ على الأداء المصمم.

6. تغير درجة الحرارة المرتفعة ظروف تشغيل المروحة

تؤثر درجة الحرارة على كثافة الغاز والتصميم الميكانيكي.

عندما ترتفع درجة حرارة غاز المداخن، تنخفض كثافته. وبالتالي يزداد التدفق الحجمي الفعلي لنفس التدفق الكتلي.

يمكن أن تؤثر درجة الحرارة المرتفعة أيضًا على:

توسيع رمح

تحمل درجة الحرارة

عمر زيوت التشحيم

محاذاة اقتران

توسيع الغلاف

ختم

تبريد المحرك

اختيار مادة المروحة

بالنسبة لمراوح السحب المستحثة بالغلايات عالية الكفاءة، يجب تحديد الحد الأقصى لدرجة حرارة الغاز المستمرة قبل الانتهاء من بناء المروحة.

بالنسبة للتطبيقات ذات التباين الكبير في درجات الحرارة، ينبغي مراعاة التمدد الحراري أثناء التثبيت. قد تتغير المحاذاة الباردة التي تبدو صحيحة أثناء إيقاف التشغيل بعد وصول الجهاز إلى درجة حرارة التشغيل.

7. تحقق من انخفاض ضغط الفلتر قبل زيادة سرعة المروحة

غالبًا ما يتم الخلط بين مرشح الأكياس المتسخة وبين مروحة صغيرة الحجم.

لنفترض أن غلاية صناعية تعمل في الأصل بانخفاض ضغط كيس المرشح بمقدار 900 باسكال. وبعد أشهر من التشغيل، يرتفع انخفاض الضغط إلى 1500 باسكال بسبب تحميل الغبار أو ضعف أداء التنظيف.

يتعين على المروحة الآن التغلب على عامل إضافي:

1500 - 900 = 600 باسكال

إذا تم زيادة سرعة المروحة للتعويض، يمكن أن ترتفع قوة المحرك بشكل ملحوظ.

قبل زيادة سرعة مراوح السحب المستحثة بالغلايات عالية الكفاءة، يجب على الفنيين قياس الضغط قبل وبعد مجمع الغبار.

إذا زاد انخفاض الضغط بشكل غير طبيعي، قم بفحص:

أكياس التصفية

تنظيف النبض النفاث

نظام تفريغ الغبار

انسداد هوبر

تسرب الهواء

مستشعر الضغط التفاضلي

يمكن أن يكون إصلاح المكون عالي المقاومة أكثر اقتصادا من تعديل المروحة.

8. حالة عملية: تقليل طاقة مروحة ID عند التحميل الجزئي

فكر في غلاية الكتلة الحيوية التي تعمل بـ:

سعة البخار: حوالي 12 طن/ساعة

تدفق غاز المداخن في حالة التشغيل: حوالي 42,000 متر مكعب/ساعة

درجة حرارة مدخل المروحة: 165 درجة مئوية

ضغط المروحة المطلوب: حوالي 2800 باسكال

قوة المحرك: 75 كيلو واط

سرعة المروحة: حوالي 1,480 دورة في الدقيقة

التحكم الحالي: مدخل المثبط

حمل الغلاية النموذجي: 60-90%

أثناء الإنتاج العادي، لاحظ المشغلون أن تيار محرك مروحة التعريف ظل مرتفعًا نسبيًا حتى عندما انخفض إنتاج الغلاية.

لم يجد الفحص الأول أي مشكلة خطيرة في المحمل، وكانت المكره مقبولة من الناحية الهيكلية.

وكانت الخطوة التالية هي مقارنة سرعة المروحة، وموضع المخمد، وضغط الفرن، وحمل الغلاية.

عند حمل الغلاية بنسبة 65% تقريبًا، كانت المروحة لا تزال تعمل بالقرب من السرعة الكاملة بينما تم إغلاق مخمد المدخل بشكل ملحوظ. لذلك كان النظام يتحكم في تدفق الهواء بشكل أساسي من خلال الاختناق.

وكان الحل هو تركيب VFD وتغيير منطق التحكم بحيث تستجيب سرعة المروحة لضغط الفرن وحمل الغلاية.

بعد بدء التشغيل، لم تعد المروحة بحاجة إلى العمل بالقرب من السرعة القصوى أثناء فترات التحميل المنخفض. يعتمد التوفير الدقيق للطاقة على نقطة التشغيل النهائية والجدول الزمني لإنتاج المصنع، لكن التعديل أدى إلى تقليل تشغيل المروحة غير الضروري وتوفير تحكم أكثر استقرارًا في السحب.

توضح هذه الحالة نقطة مهمة: مراوح السحب المستحثة بالغلايات عالية الكفاءة لا تتعلق فقط بأجهزة المروحة. يمكن أن يكون لاستراتيجية التحكم نفس القدر من التأثير على استهلاك الطاقة.

9. راقب تيار المحرك، ولكن لا تقم بتشخيص المروحة من التيار وحده

يعد تيار المحرك مفيدًا، ولكن يجب التعامل معه كمعلمة تشغيل واحدة بدلاً من التشخيص الكامل.

بالنسبة لمراوح السحب المستحثة بالغلايات عالية الكفاءة، يجب على المشغلين التوجه إلى:

تيار المحرك

قوة المحرك

سرعة المروحة

ضغط الفرن

ضغط مدخل المروحة

ضغط مخرج المروحة

درجة حرارة غاز المداخن

اهتزاز

تحمل درجة الحرارة

تصفية الضغط التفاضلي

على سبيل المثال، إذا زاد تيار المحرك بينما ظل تدفق الهواء دون تغيير، تحقق مما إذا كانت مقاومة النظام قد زادت.

في حالة زيادة التيار والاهتزاز معًا، قم بفحص المكره والمحامل والاقتران والمحاذاة.

إذا انخفض التيار بينما أصبح ضغط الفرن غير كافٍ، فتحقق مما إذا كانت سرعة المروحة أو موضع المخمد أو تسرب القناة أو حالة المكره قد تغيرت.

تعد بيانات الاتجاه أكثر فائدة من القراءة الواحدة التي يتم إجراؤها أثناء زيارة الصيانة.

10. تجنب تضخيم حجم المروحة

يعد الحجم الزائد مصدرًا شائعًا آخر للتشغيل غير الفعال.

قد تقضي المروحة المختارة بتدفق هواء وضغط زائدين معظم وقت تشغيلها بعيدًا عن نقطة التصميم المقصودة. يقوم المشغلون بعد ذلك بالتعويض عن طريق إغلاق المخمدات أو تقليل السرعة.

عند اختيار مراوح السحب المستحثة بالغلايات عالية الكفاءة، حدد ثلاثة شروط تشغيل على الأقل:

الحد الأدنى للحمل ← الحمولة العادية ← الحمولة القصوى

يجب أن توفر المروحة تشغيلًا مستقرًا عبر نطاق التشغيل المتوقع.

إذا كانت الغلاية تعمل عادة بسعة 60-90%، فإن اختيار المروحة فقط حول الحد الأقصى النظري الأقصى يمكن أن يؤدي إلى نقطة تشغيل غير فعالة خلال معظم أيام العام.

الهدف ليس أكبر المعجبين. إنها المروحة الصحيحة.

11. جدول الصيانة العملي

كفاءة الطاقة لا تنتهي بعد التشغيل.

بالنسبة لمراوح السحب المستحثة بالغلايات عالية الكفاءة، يمكن لبرنامج صيانة بسيط يعتمد على الحالة أن يمنع تدهور الأداء.

الشيكات اليومية أو التحولية:

تيار المحرك

تحمل درجة الحرارة

ضغط الفرن

ضجيج غير طبيعي

إشارة الاهتزاز

الفحوصات الأسبوعية:

حالة المروحة والمحرك

عملية المثبط

تسرب القناة

تصفية الضغط التفاضلي

فحوصات إيقاف التشغيل الشهرية أو المخطط لها:

رواسب المكره

تآكل الشفرة

حالة اقتران

حالة رمح

مسامير الأساس

الصيانة السنوية أو الرئيسية:

التوازن الديناميكي عند الحاجة

تحمل التفتيش

التحقق من المحاذاة

التفتيش التفصيلي للمكره

مقارنة الأداء مقابل بيانات التكليف

يجب ضبط الفاصل الزمني الدقيق وفقًا للوقود وتركيز الغبار وساعات التشغيل وتوصيات الشركة المصنعة.

خاتمة

يمكن لمراوح السحب المستحثة بالغلايات عالية الكفاءة أن تقلل من استهلاك الطاقة المساعدة للغلاية، لكن الكفاءة تبدأ بالهندسة الصحيحة بدلاً من مجرد اختيار محرك عالي الكفاءة.

أهم الخطوات واضحة ومباشرة: حساب الحجم الفعلي لغاز المداخن، وتحديد المقاومة الإجمالية للنظام، واختيار المروحة حول نقطة التشغيل الحقيقية، والتحكم في السرعة وفقًا لمشروع الفرن، والحفاظ على نظافة المكره، ومراقبة النظام بأكمله بدلاً من النظر إلى تيار المحرك وحده.

بالنسبة للغلايات الموجودة، غالبًا ما توجد أسرع فرص توفير الطاقة في التشغيل بالحمل الجزئي، والاختناق المفرط للمخمد، والمرشحات القذرة، وتسرب القنوات، وتلوث المكره.

يجب أن يوفر نظام مراوح السحب المستحثة بالغلايات عالي الكفاءة والمصمم جيدًا، تيار الهواء المطلوب بشكل موثوق مع تجنب الضغط وتدفق الهواء غير الضروريين. على المدى الطويل، هذا المزيج من الاختيار الصحيح للمروحة، وصيانة النظام، والتحكم الذكي هو ما يحول نظام عادم الغلاية العادي إلى نظام فعال.