تتكيف مراوح الغلايات الصناعية مع الطلبات المتزايدة لتدفق هواء الاحتراق الموثوق به

أصبحت أنظمة الغلايات الصناعية أكثر تطلبًا حيث تحاول المصانع الحفاظ على احتراق مستقر مع التحكم في استهلاك الوقود والانبعاثات وتكاليف التشغيل. في هذه البيئة، لم يعد يتم اختيار مراوح الغلايات الصناعية ببساطة وفقًا لسعة الغلاية أو قوة المحرك. يعتمد واجب المروحة الفعلي على متطلبات هواء الاحتراق، ومقاومة النظام، وخصائص الوقود، ودرجة حرارة التشغيل، وتغير الحمل.

بالنسبة للمهندسين، لا ينبغي أن يكون السؤال الأول هو "كم كيلووات يجب أن يمتلك محرك المروحة؟" ينبغي أن يكون "ما هو تدفق الهواء والضغط المطلوبين عند نقطة التشغيل الفعلية؟" يعد هذا التمييز مهمًا لأنه يجب مطابقة كل من مراوح السحب القسري (FD) ومراوح السحب المستحثة (ID) مع نظام الغلاية الكامل بدلاً من اختيارها كقطع مستقلة من المعدات. ابدأ بتدفق الهواء والضغط، وليس بقوة المحرك

عند اختيار مراوح الغلايات الصناعية، يجب تحديد معلمتين أساسيتين أولاً: تدفق الهواء المطلوب والضغط المطلوب.

بالنسبة لمروحة FD، يرتبط تدفق الهواء بمعدل اشتعال الغلاية، ونوع الوقود، وتصميم الموقد أو الشبكة، ومستوى الهواء الزائد المطلوب. يجب أن يتغلب ضغط المروحة على المقاومة من مدخل الهواء، والفلتر، والمخمد، ومجاري الهواء، وتسخين الهواء، وصندوق الريح، وسجل الموقد.

بالنسبة لمروحة ID، الحساب مختلف. يجب أن تستخرج المروحة حجم غاز المداخن المطلوب مع التغلب على المقاومة من ممرات غاز الغلاية، والموفر، وسخان الهواء، ومجمع الغبار، وجهاز الغسيل، والقنوات، والمخمدات، والمدخنة.

ولذلك يجب أن تتضمن ورقة المواصفات العملية على الأقل ما يلي:

تدفق الهواء المطلوب: متر مكعب/ساعة أو CFM

الضغط الثابت أو الكلي: Pa، kPa، أو mmWG

درجة حرارة الهواء أو الغاز

نوع الوقود

تركيز الغبار

تكوين الغاز، حيثما ينطبق ذلك

ارتفاع التشغيل

الحمل العادي والحد الأقصى

سرعة المروحة أو نطاق VFD

جهد المحرك والتردد

ترتيب التثبيت

يمنع هذا الأسلوب حدوث خطأ شائع في الشراء: اختيار المروحة بناءً على تصنيف المحرك الحالي فقط. على سبيل المثال، لا يخبر المحرك بقدرة 160 كيلووات الشركة المصنعة عن تدفق الهواء أو الضغط الذي يجب أن توفره المروحة فعليًا.

لدى مروحة FD ومروحة ID وظائف مختلفة

لا تؤدي جميع مراوح الغلايات الصناعية نفس الوظيفة.

تعمل مروحة السحب القسرية على توفير هواء الاحتراق للفرن. يتعامل عادةً مع الهواء المحيط النظيف نسبيًا أو الهواء المسخن مسبقًا ويعمل على جانب الضغط الإيجابي لنظام الاحتراق.

تعمل مروحة السحب المستحثة على جانب العادم. فهو يسحب غاز المداخن من خلال الغلاية والمعدات النهائية مع المساعدة في الحفاظ على مسودة الفرن المطلوبة. اعتمادًا على الوقود والعملية، يمكن أن يحتوي الغاز على الرماد والغبار والرطوبة والمركبات المسببة للتآكل والملوثات الأخرى.

يؤثر هذا الاختلاف بشكل مباشر على بناء المروحة.

على سبيل المثال، قد تتطلب مروحة FD للغلاية التي تعمل بالغاز في المقام الأول تدفق هواء ثابتًا وتشغيلًا فعالاً وتحكمًا دقيقًا. قد تتطلب مروحة معرف الكتلة الحيوية أو غلاية تعمل بالفحم مراعاة إضافية للتآكل، وتراكم الغبار، والغاز ذو درجة الحرارة العالية، وتبريد العمود، وترتيب المحمل، وتآكل المكره.

ولذلك، فإن مجرد إخبار الشركة المصنعة "أحتاج إلى مروحة مرجل لغلاية سعة 20 طنًا" لا يعد معلومات كافية لتحديد المعدات بشكل صحيح.

غالبًا ما تحدد مقاومة النظام الحجم النهائي للمروحة

من أهم النقاط العملية عند تحديد مراوح الغلايات الصناعية هي أن المروحة لا تعمل ضد الغلاية وحدها. إنه يعمل ضد مقاومة نظام الهواء أو غاز المداخن بأكمله.

بالنسبة لنظام FD، قد تأتي خسائر الضغط من:

مدخل الهواء ← الفلتر ← كاتم الصوت ← القناة ← المثبط ← التسخين المسبق للهواء ← صندوق الرياح ← الموقد

بالنسبة لنظام الهوية، قد يكون المسار:

الغلاية ← المقتصد ← مجمع الغبار ← جهاز الغسيل ← القناة ← مروحة الهوية ← المدخنة

يساهم كل مكون في فقدان الضغط. يمكن أن يؤدي مرشح الأكياس المتسخة أو القناة المسدودة جزئيًا إلى زيادة مقاومة النظام بشكل كبير دون حدوث أي مشكلة ميكانيكية داخل المروحة.

ولهذا السبب يجب على الفنيين مقارنة بيانات التشغيل الحالية مع بيانات التشغيل الأصلية قبل تغيير المروحة. إذا ظلت سرعة المروحة ثابتة تقريبًا أثناء انخفاض تدفق الهواء وارتفاع الضغط، فيجب التحقق من زيادة مقاومة النظام قبل افتراض أن المروحة نفسها فقدت الأداء. 

الهواء الزائد هو نقطة تحكم مهمة أخرى

يحتاج الاحتراق إلى كمية كافية من الهواء، ولكن مجرد توفير المزيد من الهواء لا يؤدي تلقائيًا إلى تحسين أداء الغلاية.

تعتمد الكمية النظرية للهواء اللازم للاحتراق على الوقود. في التشغيل الفعلي، يتم توفير هواء إضافي نظرًا لصعوبة تحقيق الخلط المثالي بين الوقود والهواء. وهذا ما يُعرف بالهواء الزائد.

تظهر المشكلة العملية عندما يعمل المرجل بحمولة جزئية. إذا استمرت المروحة في العمل بأقصى سرعة وتم التحكم في تدفق الهواء بشكل أساسي عن طريق إغلاق المخمد، فيمكن أن تستهلك المروحة طاقة كهربائية كبيرة بينما يتم تقييد الكثير من تدفق الهواء المتاح.

التحكم في السرعة المتغيرة يمكن أن يقلل من هذه المشكلة. أظهرت الأبحاث التي أجريت على التحكم في مروحة الغلاية أن التحكم في تدفق الهواء من خلال سرعة المروحة بدلاً من الاعتماد فقط على المخمدات يمكن أن يوفر توفيرًا كبيرًا في الطاقة أثناء عملية التحميل الجزئي.

لهذا السبب، يتم تحديد مراوح الغلايات الصناعية الحديثة بشكل متزايد مع التحكم في VFD عندما يكون للغلاية نطاق تحميل واسع.

المفتاح ليس مجرد تثبيت VFD. يجب أن يقوم نظام التحكم بتنسيق سرعة المروحة مع تدفق الوقود وضغط الفرن ومتطلبات الاحتراق وحدود التشغيل. يمكن أن تؤدي الزيادة غير المنضبطة في سرعة المروحة إلى تدفق هواء مفرط، أو استهلاك غير ضروري للطاقة، أو ظروف الفرن غير المستقرة.

مثال عملي: اختيار مروحة غلاية الكتلة الحيوية

خذ بعين الاعتبار غلاية الكتلة الحيوية حيث كان المصنع يستخدم في الأصل مروحة طرد مركزي موجودة. أبلغ المشغل أن الاحتراق أصبح غير مستقر عندما اقتربت الغلاية من الحمل الأقصى.

كان رد الفعل الأول هو الاشتباه في عدم كفاية سعة المروحة.

بدلاً من استبدال المروحة على الفور، سجل فريق الصيانة ما يلي:

دورة في الدقيقة للمروحة

تدفق الهواء

ضغط المروحة

تيار المحرك

ضغط الفرن

معدل تغذية الوقود

درجة حرارة الهواء

موقف المثبط

أظهرت القياسات أن المروحة كانت تعمل بالفعل بالقرب من سرعتها المقدرة. ومع ذلك، كان تدفق الهواء الفعلي أقل من قيمة التصميم الأصلي.

بعد ذلك قام الفريق بفحص مسار الهواء ووجد مقاومة مفرطة في جهاز التسخين المسبق للهواء وأجزاء مجاري الهواء المقيدة جزئيًا.

وكان هذا مهمًا: فالمشكلة لم تكن بالضرورة أن مراوح الغلايات الصناعية كانت صغيرة جدًا. كان النظام يمنع المروحة الحالية من الوصول إلى نقطة التشغيل المقصودة.

وبعد تصحيح القيود، زاد تدفق الهواء دون استبدال المحرك أو المروحة.

يمكن أن يوفر هذا النوع من التشخيص أموالًا أكثر بكثير من مجرد تركيب مروحة أكبر.

لا تتجاهل درجة الحرارة وكثافة الغاز

تعتبر درجة الحرارة مهمة بشكل خاص عند اختيار مراوح الغلايات الصناعية لجانب غاز المداخن.

مع زيادة درجة حرارة الغاز، تقل كثافة الغاز. لذلك، لا يمكن دائمًا اختيار المروحة التي تتعامل مع غاز المداخن الساخن مباشرة باستخدام نفس قيم الحجم والضغط التي تنطبق على الهواء المحيط.

على سبيل المثال، قد يكون لمروحة ID التي تتعامل مع غاز المداخن عند درجة حرارة 180 درجة مئوية ومروحة FD التي تتعامل مع هواء محيط بدرجة حرارة 20 درجة مئوية ظروف كثافة مختلفة تمامًا حتى لو كانت قيم تدفق الهواء الحجمي الخاصة بهما تبدو متشابهة.

ولذلك يجب أن تحصل الشركة المصنعة على درجة حرارة التشغيل الفعلية بدلاً من بيان عام مثل "تطبيق درجة حرارة عالية".

بالنسبة لمروحة ID، يجب على المهندسين عادةً توفير ما يلي:

درجة الحرارة العادية + درجة الحرارة القصوى + تدفق الهواء عند درجة الحرارة المحددة + أساس الضغط

إذا كانت درجة الحرارة يمكن أن تختلف بشكل كبير أثناء بدء التشغيل وإيقاف التشغيل، فيجب أيضًا مراعاة هذه الظروف.

يمكن أن تؤثر درجة الحرارة وتركيز الغبار والرطوبة وتركيبة الغاز المسببة للتآكل أيضًا على اختيار المواد والتصميم الميكانيكي. 

يجب أن يتضمن اختيار المروحة نقطة التشغيل الفعلية

يعد منحنى المروحة أكثر فائدة من لوحة اسم المروحة عند تقييم مراوح الغلايات الصناعية.

لنفترض أن واجب التصميم هو:

تدفق الهواء: 30,000 متر مكعب/ساعة

الضغط الساكن: 2500 باسكال

درجة حرارة الغاز: 150 درجة مئوية

سرعة التشغيل: 1,450 دورة في الدقيقة

يجب على الشركة المصنعة التحقق من موقع نقطة التشغيل هذه على منحنى أداء المروحة المقترح.

إذا كانت المروحة المحددة قادرة نظريًا على إنتاج 30000 متر مكعب/ساعة ولكن فقط عند ضغط أقل بكثير من 2500 باسكال، فلن تلبي المروحة متطلبات النظام الفعلية.

وعلى العكس من ذلك، قد يؤدي اختيار مروحة كبيرة جدًا إلى دفع النظام نحو الاختناق غير الضروري. قد يستهلك المحرك أيضًا طاقة أكثر من اللازم اعتمادًا على طريقة التحكم ونقطة التشغيل.

وبالتالي فإن الهدف ليس اختيار أكبر معجب متاح. الهدف هو وضع نقطة التشغيل العادية في منطقة مناسبة من منحنى المروحة مع السماح بهامش تشغيل معقول.

تصميم المكره مهم في تطبيقات الغلايات المتربة

تعد المكره مجالًا آخر تحتاج فيه مراوح الغلايات الصناعية إلى هندسة خاصة بالتطبيقات.

يسمح هواء الاحتراق النظيف باختيار المكره بشكل مباشر نسبيًا. يختلف غاز المداخن الذي يحتوي على رماد كاشط.

إذا كان الغبار يؤثر باستمرار على المكره، فقد تتآكل الحواف الأمامية للشفرة تدريجيًا. يمكن أن يؤدي تراكم المواد أيضًا إلى خلق عدم التوازن. في بعض تطبيقات الكتلة الحيوية، يمكن أن تتراكم الرواسب اللزجة بشكل أسرع من المتوقع بسبب خصائص الرطوبة والرماد.

ولذلك يجب أن يشمل فحص الصيانة العملي ما يلي:

اغلاق وعزل المروحة.

فحص المكره للارتداء.

تحقق من وجود رواسب غير متساوية على الشفرات.

قياس أو التحقق من حالة العمود والمحمل.

فحص أداة التوصيل أو محرك الحزام.

التحقق من الأساس ومسامير التثبيت.

قم بإجراء الموازنة إذا تم تحديد خلل كبير.

بالنسبة لتطبيقات التآكل الشديد، قد يتطلب تصميم المروحة بنية مقاومة للتآكل أو مكونات تآكل قابلة للاستبدال بدلاً من الاعتماد فقط على الشفرات القياسية الأكثر سمكًا.

كيفية تحسين كفاءة الطاقة

يجب مراعاة كفاءة استخدام الطاقة أثناء الاختيار الأولي لمراوح الغلايات الصناعية، وليس بعد تركيب المروحة بالفعل.

وهناك ثلاثة مجالات تستحق اهتماما خاصا.

أولاً، تجنب الضغط غير الضروري.

إذا كان النظام يتطلب 2000 باسكال ولكن تم اختيار المروحة وتشغيلها لتوليد ضغط أكبر بكثير، فقد يتم ببساطة تبديد الضغط الزائد من خلال المخمدات أو قيود أخرى.

ثانيًا، قم بمطابقة سعة المروحة مع نطاق التشغيل الحقيقي.

إذا كانت الغلاية تقضي معظم وقت تشغيلها عند حمل بنسبة 50-70%، فلا ينبغي تحسين المروحة فقط لحالة تحميل نظرية بنسبة 100%.

ثالثا، النظر في التحكم في السرعة.

بالنسبة لأنظمة التحميل المتغير، يمكن أن يكون تقليل سرعة المروحة أكثر كفاءة من الحفاظ على السرعة الكاملة وخنق تدفق الهواء باستخدام المخمد. وهذا مهم بشكل خاص لأن قوة المروحة تتغير بقوة مع السرعة في ظل علاقة قانون التقارب.

ولذلك ينبغي تقييم نظام مروحة الغلاية على أساس ساعات التشغيل السنوية، وملف الحمل، وطريقة التحكم، وتكلفة الكهرباء - وليس فقط سعر الشراء الأولي.

ما الذي يجب على المهندسين إرساله قبل طلب عرض أسعار لمروحة الغلاية

قبل شراء مراوح الغلايات الصناعية، أوصي بإعداد ورقة بيانات فنية بدلاً من إرسال سعة الغلاية فقط.

يجب أن يتضمن طلب عرض الأسعار المفيد ما يلي:

معلومات المرجل

سعة الغلاية

نوع الوقود

طريقة إطلاق النار

الحمل العادي والحد الأقصى

واجب المروحة

تدفق الهواء المطلوب

الضغط الساكن أو الكلي

نقطة التشغيل العادية والحد الأقصى

درجة حرارة التشغيل

معلومات النظام

حجم القناة والتخطيط التقريبي

نوع جامع الغبار

سخان الهواء

جهاز الغسيل، إن أمكن

معلومات المدخنة

مقاومة النظام المقدرة

المتطلبات الميكانيكية

دوران المروحة

اتجاه المخرج

ترتيب القيادة

قوة المحرك والجهد

ترتيب تحمل

VFD أو التحكم في المثبط

ظروف الموقع

ارتفاع التثبيت

درجة الحرارة المحيطة

تركيب داخلي أو خارجي

التشغيل المستمر أو المتقطع

توفر هذه المعلومات للشركة المصنعة بيانات كافية لتقييم منحنى المروحة وقوة المحرك وتصميم المكره والمواد وطريقة التحكم بشكل صحيح.

الأفكار النهائية

يرتبط الطلب على مراوح الغلايات الصناعية بشكل متزايد بأكثر من مجرد توفير هواء الاحتراق أو غاز المداخن. تتطلب أنظمة الغلايات الحديثة تدفق هواء ثابتًا عبر الأحمال المتغيرة، وتحكمًا دقيقًا في ضغط الفرن، واستهلاكًا أقل للطاقة الإضافية، وتشغيلًا موثوقًا به في ظل ظروف درجات الحرارة والغبار الصعبة.

بالنسبة لمشروع جديد، فإن أفضل نقطة بداية هي واجب النظام الكامل: تدفق الهواء + الضغط + درجة الحرارة + الوقود + مقاومة النظام + نطاق التشغيل. بالنسبة للغلاية الموجودة، يجب مقارنة بيانات التشغيل بنقطة التصميم الأصلية قبل استبدال المروحة.

في كثير من الحالات، لا يكون الحل لضعف أداء الغلاية مجرد محرك أكبر أو مروحة أكبر. يمكن أن يكون لمقاومة النظام الصحيحة ونقطة تشغيل المروحة والتحكم في السرعة وحالة المكره والتحكم في ضغط الفرن تأثير أكبر بكثير على الأداء الفعلي.