تعمل حلول مروحة السحب المستحثة في الغلايات الصناعية على تحسين كفاءة عادم غاز المداخن

في الغلايات الصناعية، غالبًا ما يتم التعامل مع مروحة السحب المستحثة على أنها جهاز عادم بسيط. من الناحية العملية، فهي واحدة من القطع الرئيسية للمعدات التي تتحكم في ضغط الفرن، وحركة غاز المداخن، واستقرار الاحتراق، واستهلاك الطاقة الإضافية. يجب أن تقوم مروحة السحب المستحثة بالغلايات الصناعية المختارة بشكل صحيح بتحريك حجم غاز المداخن المطلوب مع التغلب على مقاومة الغلاية، ومجاري الهواء، ومجمع الغبار، وجهاز الغسيل، والمدخنة، وغيرها من المعدات النهائية.

الخطأ الذي أراه في أغلب الأحيان هو اختيار مروحة السحب المستحثة للغلاية الصناعية بناءً على سعة الغلاية أو قوة المحرك فقط. على سبيل المثال، لا تتطلب غلاية بقدرة 10 ميجاوات حجمًا معينًا للمروحة تلقائيًا. تعتمد نقطة التشغيل الفعلية على حجم غاز المداخن، ودرجة حرارة الغاز، ومقاومة النظام، والوقود، والهواء الزائد، وتركيز الغبار، والضغط المطلوب عند مخرج الفرن.

1. ابدأ بالحالة الفعلية لغاز المداخن

الخطوة الأولى في اختيار مروحة السحب المستحثة بالغلايات الصناعية هي تحديد حجم الغاز الفعلي عند مدخل المروحة.

وهذا أمر مهم لأن درجة حرارة غاز المداخن تغير كثافته بشكل كبير. لا يمكن ببساطة استخدام الحجم المحسوب في الظروف القياسية كحجم تشغيل المروحة دون تصحيح.

على سبيل المثال، افترض أن المرجل ينتج 30000 نيوتن متر مكعب/ساعة من غاز المداخن في الظروف القياسية وأن درجة حرارة الغاز عند مدخل المروحة هي 180 درجة مئوية. يمكن تقدير الحجم الفعلي التقريبي من:

Q₂ = Q₁ × (T₂ / T₁)

حيث درجات الحرارة في كلفن.

باستخدام 20 درجة مئوية كمرجع:

30,000 × (453 / 293) ≈ 46,350 م³/ساعة

وهذا فرق جوهري.

إذا تم اختيار المروحة باستخدام 30000 متر مكعب/ساعة بدلاً من 46350 متر مكعب/ساعة تقريبًا عند درجة حرارة التشغيل الفعلية، فقد لا توفر المروحة المثبتة تيار الهواء المتوقع.

بالنسبة لمروحة السحب المستحثة بالغلايات الصناعية، يجب أن تحدد بيانات عرض الأسعار ما إذا كان تدفق الهواء محددًا بـ Nm³/h، Sm³/h، أو m³/h الفعلي، جنبًا إلى جنب مع درجة حرارة الغاز والضغط المقابلين.

2. احسب إجمالي مقاومة النظام بدلاً من تخمين ضغط المروحة

إن ضغط المروحة لا يقل أهمية عن تدفق الهواء. يجب أن تتغلب مروحة السحب المستحثة بالغلايات الصناعية على مقاومة مسار غاز المداخن الكامل. قد يشمل ذلك ممرات غاز الغلاية، والموفرات، وأجهزة تسخين الهواء، والأعاصير، ومرشحات الأكياس، والمرسبات الكهروستاتيكية، وأجهزة غسل الغاز، والمخمدات، والأكواع، وأقسام التمدد، والقنوات، والمدخنة.

يمكن ترتيب حساب الضغط العملي على النحو التالي:

ΔPtotal = ΔPboiler + ΔPduct + ΔPequipment + ΔPdamper + ΔPstack

يجب إجراء الحساب في حالة الغاز التصميمي.

النظر في نظام مع:

قسم الغلايات ونقل الحرارة: 850 باسكال

مجاري الهواء والأكواع: 450 باسكال

مرشح الكيس: 1200 باسكال

المقاطع المثبطة والانتقالية: 250 باسكال

خسائر المدخنة والمخرج: 350 باسكال

إجمالي المقاومة المقدرة هو:

850 + 450 + 1200 + 250 + 350 = 3100 باسكال

ويجب على المهندس بعد ذلك إنشاء هامش تصميم مناسب بناءً على متطلبات المشروع بدلاً من إضافة نسبة كبيرة بشكل تعسفي.

هذا هو السبب في أن غلايتين لهما نفس القدرات يمكن أن تتطلبا نماذج مختلفة تمامًا لمروحة السحب المستحثة بالغلايات الصناعية.

3. لا تتجاهل تحميل الغبار

يعد الغبار أحد أكبر الاختلافات بين مروحة عادم الغلاية ومروحة تهوية الهواء النظيف.

يمكن أن يكون لغلاية الكتلة الحيوية، والغلاية التي تعمل بالفحم، والغلاية التي تعمل بالنفايات، والغلاية التي تعمل بالغاز، خصائص غبار مختلفة جدًا. يمكن أن يؤدي الرماد المتطاير إلى تآكل المكره تدريجيًا، بينما يمكن أن تتراكم الجزيئات اللزجة على الشفرات.

يخلق تراكم المكره مشكلة أخرى: عدم التوازن.

على سبيل المثال، إذا تراكمت بضع مئات من الجرامات فقط من المواد بشكل غير متساو على دافعة كبيرة، فإن توزيع الكتلة يتغير. تزداد قوة الطرد المركزي الناتجة بسرعة مع سرعة الدوران.

لهذا السبب، يجب فحص مروحة السحب المستحثة في الغلايات الصناعية والتي تعمل بغاز المداخن المغبر بشكل دوري بحثًا عن:

تراكم الرماد المكره

تآكل الشفرة

ملابس رائدة

حالة رمح

تحمل درجة الحرارة

اهتزاز

غلاف الودائع

تسرب مشترك التوسع

إذا زاد الاهتزاز تدريجيًا بعد عدة أشهر من التشغيل، فعادةً لا يكون استبدال المحرك هو أول ما يجب فعله. يجب فحص المكره وظروف التشغيل أولاً.

4. ترتبط كفاءة المروحة ارتباطًا وثيقًا بنقطة التشغيل

لا تعني المروحة الكبيرة تلقائيًا مروحة أكثر كفاءة. يجب أن تعمل مروحة السحب المستحثة بالغلايات الصناعية بالقرب من نقطة التشغيل المطلوبة على منحنى أدائها. إذا كان النظام الفعلي يتطلب 40000 متر مكعب/ساعة عند 3000 باسكال ولكن المروحة المحددة مصممة حول نقطة تشغيل مختلفة تمامًا، فقد يعتمد النظام بشكل كبير على المخمدات للتحكم في تدفق الهواء.

المثبط يقلل من التدفق عن طريق إضافة المقاومة. لا تزال المروحة تنتج الضغط، لكن جزءًا من هذا الضغط يتبدد ببساطة عبر المخمد.

بالنسبة للتشغيل المستمر للغلاية، غالبًا ما تكون هذه طريقة غير فعالة للتحكم في الحمل المتغير.

يوفر التحكم في السرعة المتغيرة نهجًا أفضل عندما يبرره نطاق التشغيل. تشير قوانين تقارب المعجبين إلى أنه في ظل ظروف قابلة للمقارنة:

س ∝ ن

ΔP ∝ N²

ف ∝ ن³

ولذلك، فإن تقليل سرعة المروحة يمكن أن يؤدي إلى انخفاض أكبر بكثير في الطاقة مقارنة بتقليل تدفق الهواء وحده.

على سبيل المثال، تقليل السرعة إلى 80% من السرعة الأصلية يعطي تقريبًا:

نسبة الطاقة = 0.8³ = 0.512

تصبح قوة المروحة النظرية حوالي 51% من القيمة الأصلية، بافتراض أن ظروف التشغيل تظل ضمن نطاق قانون المروحة المطبق.

تعتمد الوفورات الفعلية على منحنى النظام، وكفاءة المحرك، وخسائر VFD، ونقطة التشغيل، لذلك يجب التعامل مع هذا كتقدير هندسي بدلاً من تخفيض مضمون بنسبة 49%.

5. يمكن للتحكم في VFD تحسين عملية التحميل الجزئي

لا تعمل العديد من الغلايات بشكل مستمر عند حمل 100٪.

خلال فترات انخفاض الإنتاج، ينخفض ​​حجم غاز المداخن المطلوب. إذا استمرت مروحة السحب المستحثة بالغلايات الصناعية في العمل بأقصى سرعة بينما يتحكم المخمد في تيار الهواء، فقد تكون الطاقة الكهربائية عالية دون داع.

تتمثل إستراتيجية التحكم الأفضل في قياس الضغط الثابت للفرن أو غاز المداخن وضبط سرعة المروحة وفقًا للمشروع المطلوب.

تسلسل التحكم النموذجي هو:

حمل الغلاية ← مستشعر ضغط المسودة ← وحدة تحكم PID ← VFD ← سرعة مروحة ID

لا ينبغي أن يكون هدف التحكم مجرد "أقصى قدر من الشفط". يمكن أن يؤدي الضغط السلبي المفرط إلى إدخال هواء إضافي إلى الفرن أو التأثير على ظروف الاحتراق.

الهدف هو التحكم في الضغط السلبي، وليس أكبر ضغط سلبي ممكن.

تم أيضًا توثيق إستراتيجية التحكم في مروحة ID المستندة إلى VFD في تطبيقات الغلايات كوسيلة لمطابقة سرعة المروحة بشكل أوثق مع ضغط المداخن المطلوب وتقليل تدفق الهواء والخسائر الكهربائية غير الضرورية.

6. الحالة العملية: تقليل الاستهلاك المفرط للطاقة

خذ بعين الاعتبار غلاية الكتلة الحيوية مع ظروف التشغيل التالية:

قدرة الغلاية: حوالي 12 طن/ساعة من البخار

تدفق غاز المداخن: 42,000 متر مكعب/ساعة

درجة حرارة مدخل المروحة: 165 درجة مئوية

الضغط الإجمالي المطلوب: حوالي 2800 باسكال

المحرك الحالي: 75 كيلو واط

سرعة المروحة الحالية: 1,480 دورة في الدقيقة

طريقة التحكم: مدخل المثبط

حمل التشغيل: عادة 60-90%

أفاد المصنع أن محرك المروحة يعمل بشكل متكرر بالقرب من تياره المقنن حتى عندما يكون إنتاج الغلاية أقل من السعة القصوى.

لم يجد الفحص الأول أي فشل واضح في المحمل. كانت المكره أيضًا مقبولة من الناحية الهيكلية.

تم إرجاع المشكلة إلى طريقة التحكم.

عند حوالي 65% من حمل الغلاية، كانت المروحة لا تزال تعمل بالقرب من السرعة الكاملة، بينما تم إغلاق مخمد المدخل بشكل ملحوظ. وبالتالي، كانت المروحة تنتج ضغطًا أكبر مما يتطلبه النظام، وكان المخمد يحول جزءًا من هذا الضغط إلى مقاومة إضافية.

كان التعديل الموصى به هو تركيب VFD والتحكم في مروحة ID وفقًا لضغط مشروع الفرن.

بعد التشغيل، تم تغيير إجراءات التشغيل بحيث تتبع سرعة المروحة حمل الغلاية وضغط السحب بدلاً من البقاء بالقرب من السرعة القصوى.

الدرس المهم المستفاد من هذه الحالة هو أن استبدال المروحة بموديل أكبر أو أكثر قوة لم يكن ليحل المشكلة. تتمتع مروحة السحب المستحثة بالغلايات الصناعية الحالية بسعة كافية؛ كانت المشكلة هي استراتيجية السيطرة.

7. تتطلب درجة الحرارة المرتفعة أكثر من مجرد دفاعة مقاومة للحرارة

درجة الحرارة هي معلمة أخرى يجب تأكيدها قبل اختيار مروحة السحب المستحثة بالغلايات الصناعية.

عندما ترتفع درجة حرارة غاز المداخن، تنخفض كثافة الغاز. عند نفس التدفق الكتلي، يصبح التدفق الحجمي الفعلي أكبر.

كما يؤثر ارتفاع درجة الحرارة على:

رمح التمدد الحراري

ترتيب تحمل

تشحيم

توسيع الغلاف

اختيار المواد

ترتيب اقتران

موقع المحرك

متطلبات التبريد

ترتيب الختم

بالنسبة للتطبيقات ذات درجات الحرارة المرتفعة، يجب تصميم هيكل المروحة حول درجة حرارة المدخل الفعلية بدلاً من مجرد اختيار مروحة قياسية وافتراض أنها يمكنها التعامل مع الغاز الساخن.

إذا تغيرت درجة الحرارة بشكل كبير بين بدء التشغيل والتشغيل العادي، فيجب أيضًا مراعاة التمدد الحراري أثناء محاذاة العمود والمحمل والوصلة.

8. ما الذي يجب التحقق منه عندما لا يتمكن معجب المعرف من الحفاظ على المسودة

عندما لا تتمكن مروحة السحب المستحثة بالغلاية الصناعية من الحفاظ على الضغط السلبي المطلوب للفرن، فلا تفترض على الفور أن حجم المروحة صغير الحجم.

التسلسل العملي لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها هو:

الخطوة 1 - التحقق من سرعة المروحة الفعلية

تأكد من تردد المحرك، وسرعة الدوران، وإخراج VFD.

الخطوة 2 - التحقق من موضع المثبط

إذا كان المخمد مفتوحًا بالكامل تقريبًا وظل تيار الهواء غير كافٍ، فقد يكون حجم المروحة أصغر أو قد تكون مقاومة النظام قد زادت.

إذا تم خنق المخمد بشدة، فقد تكون المشكلة بدلاً من ذلك هي سعة المروحة المفرطة أو استراتيجية التحكم غير المناسبة.

الخطوة 3 - قياس الضغط قبل وبعد المعدات الرئيسية

تحقق من انخفاض الضغط عبر:

غلاية

المقتصد

سخان الهواء

إعصار

مرشح الحقيبة

الغسيل

القناة الرئيسية

المثبط

يمكن لمرشح الأكياس المتسخة أن يزيد بشكل كبير من مقاومة النظام.

الخطوة 4 - فحص المكره

ابحث عن تراكم الرماد والتآكل والشقوق والتشوه وتلف الشفرة.

الخطوة 5 - التحقق من الاهتزاز والمحامل

قد يشير الاهتزاز المتزايد إلى عدم التوازن أو عدم المحاذاة أو تدهور المحمل أو الارتخاء أو تراكم المكره.

الخطوة 6 - مقارنة البيانات الفعلية بنقطة التصميم الأصلية

سِجِلّ:

تدفق الهواء

الضغط الساكن

سرعة المروحة

تيار المحرك

قوة المحرك

درجة حرارة الغاز

ضغط الفرن

اهتزاز

تعتبر هذه البيانات أكثر فائدة من مجرد القول بأن "شفط المروحة ضعيف".

9. لماذا قد يمثل الحجم الكبير لمروحة السحب الناتجة عن الغلاية الصناعية مشكلة أيضًا

يتم التعامل مع الحجم الزائد في بعض الأحيان كخيار آمن لأن المهندسين يفترضون أن "السعة الأكبر هي الأفضل".

انها ليست دائما أفضل.

إذا كانت مروحة السحب المستحثة بالغلايات الصناعية كبيرة الحجم بشكل كبير، فقد يتطلب النظام اختناقًا شديدًا للمخمد. وهذا يزيد من فقدان الضغط ويمكن أن يزيد من استهلاك الكهرباء.

يمكن أن يؤدي السحب الزائد أيضًا إلى الإخلال بظروف الاحتراق المقصودة.

الطريقة الأفضل هي تحديد نقطة التشغيل العادية والحد الأقصى لنقطة التشغيل والحد الأدنى من الحمل المتوقع ومتطلبات التشغيل المستقبلية قبل اختيار المروحة.

على سبيل المثال، إذا كانت الغلاية تعمل بشكل طبيعي بحمل يتراوح بين 60% و90%، فإن اختيار المروحة بناءً على الحد الأقصى النظري فقط قد يؤدي إلى قضاء الآلة معظم عمرها التشغيلي بعيدًا عن المنطقة ذات الكفاءة الأفضل.

10. أفضل مروحة هي التي تتطابق مع النظام بأكمله

لا يمكن تقييم أداء مروحة السحب المستحثة بالغلايات الصناعية بشكل منفصل عن نظام عادم الغلاية.

يجب أن يأخذ الاختيار الصحيح للمروحة من الناحية الفنية في الاعتبار ما يلي:

الغلاية ← معدات نقل الحرارة ← مجمع الغبار ← مجاري الهواء ← مروحة الهوية ← المدخنة

إذا تم تركيب مرشح كيسي جديد لاحقًا، فقد يؤدي انخفاض ضغطه إلى تغيير نقطة تشغيل المروحة الموجودة. وبالمثل، فإن إضافة جهاز غسل الغاز، أو تغيير الوقود، أو زيادة سعة الغلاية، أو تعديل المدخنة يمكن أن يؤدي جميعها إلى تغيير واجبات المروحة المطلوبة.

ولهذا السبب يجب أن يعتمد اختيار المروحة على مقاومة النظام الكاملة بدلاً من مجرد مطابقة طراز المروحة القديم.

خاتمة

إن مروحة السحب التي تعمل بالغلايات الصناعية الفعالة ليست مجرد مروحة طرد مركزي عالية الطاقة. ويعتمد أدائه الحقيقي على ما إذا كان تدفق الهواء، والضغط، ودرجة الحرارة، وتحميل الغبار، وتصميم المكره، وطريقة التحكم، ومقاومة النظام قد تمت مطابقتها بشكل صحيح.

بالنسبة للتركيبات الجديدة، قم بحساب الحجم الفعلي لغاز المداخن وفقدان الضغط الإجمالي قبل اختيار المروحة. بالنسبة للمشاريع البديلة، قم بجمع بيانات التشغيل قبل أن تقرر أن حجم المروحة الحالية صغير الحجم. بالنسبة للغلايات ذات الأحمال المتغيرة، قم بتقييم التحكم في VFD بدلاً من الاعتماد كليًا على المخمدات.

في التشغيل العملي، غالبًا ما تأتي أكبر المكاسب من إجراءات بسيطة نسبيًا: تنظيف المكره، وتصحيح المقاومة المفرطة للنظام، وإصلاح تسرب القناة، والحفاظ على مسودة الفرن المناسبة، ومطابقة سرعة المروحة مع الحمل الفعلي للغلاية.

الهدف ليس جعل مروحة السحب المستحثة بالغلايات الصناعية تعمل بشكل أكثر صعوبة. الهدف هو جعلها تقدم ما تحتاجه الغلاية بالضبط - مع أقل استهلاك معقول للطاقة وتشغيل مستقر على نطاق الحمل الكامل.