فن های گریز از مرکز برای سیستم های بویلر به بهبود عملکرد احتراق صنعتی و اگزوز کمک می کند

عملکرد بویلر ارتباط نزدیکی با پایداری هوا و سیستم گاز دودکش دارد. اگر هوای احتراق کافی نباشد یا گاز دودکش به آرامی تخلیه نشود، اپراتورها ممکن است شرایط شعله ناپایدار، مصرف سوخت بالاتر، نوسانات فشار کوره و افزایش انتشار را ببینند. در این سیستم‌ها معمولاً از فن‌های سانتریفیوژ استفاده می‌شود، زیرا می‌توانند فشار لازم برای غلبه بر مقاومت کانال‌ها، اکونومایزرها، پیش‌گرم‌کننده‌های هوا، جمع‌کننده‌های گرد و غبار، دمپرها و سایر تجهیزات بویلر را ایجاد کنند.

برای کاربردهای دیگ بخار، انتخاب فن های سانتریفیوژ صرفاً به تطابق توان موتور با ظرفیت دیگ نیست. فن باید در جریان هوا و فشار مورد نیاز تحت دمای واقعی گاز و شرایط کاری کار کند. فني كه جريان هواي كافي را در مقاومت كم فراهم مي‌كند، ممكن است در هنگام افزايش مقاومت سيستم، نتواند پيش‌كش كوره مورد نياز را حفظ كند. برعکس، انتخاب فشار بیش از حد می تواند منجر به مصرف انرژی غیر ضروری و کنترل ناپایدار شود. بنابراین اولین قدم تعیین نقطه عملیاتی واقعی قبل از انتخاب فن است.

درک نقش فن های سانتریفیوژ در سیستم های بویلر

یک دیگ صنعتی معمولی ممکن است از فن ها برای چندین کار مختلف استفاده کند. فن‌های کششی اجباری هوای احتراق را به کوره می‌رسانند، فن‌های پیش‌کش القایی گازهای دودکش را از کوره حذف می‌کنند و فشار منفی را حفظ می‌کنند، در حالی که فن‌های هوای اولیه یا ثانویه ممکن است در سیستم‌های احتراق خاص استفاده شوند. اگرچه این کاربردها وظایف عملیاتی متفاوتی دارند، فن های سانتریفیوژ به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا قابلیت تولید فشار آنها را برای سیستم هایی با مقاومت قابل توجه مناسب می کند.

برای استفاده از پیش نویس القایی، فن باید بر تلفات فشار از طریق خروجی کوره، بخش های همرفت، اکونومایزر، پیش گرمکن هوا، کانال، فیلتر سیکلون یا کیسه ای، دودکش و دمپرها غلبه کند. اگر مقاومت کل در طول انتخاب دست کم گرفته شود، جریان هوای واقعی می تواند به طور قابل توجهی کمتر از حد انتظار پس از راه اندازی باشد. این یکی از رایج ترین دلایلی است که به نظر می رسد فن های سانتریفیوژ "کم کار" هستند، حتی اگر موتور و پروانه به طور معمول کار کنند.

دما نیز باید در محاسبه لحاظ شود. گاز دودکش داغ چگالی کمتری نسبت به هوای محیط دارد، بنابراین رابطه بین جریان حجمی، جریان جرمی، فشار و توان فن با دما تغییر می کند. به عنوان مثال، یک سیستم گاز دودکش طراحی شده برای 180 درجه سانتیگراد نباید به سادگی از مفروضات چگالی مشابه یک سیستم انتقال هوای 20 درجه سانتیگراد استفاده کند. هنگام انتخاب فن های سانتریفیوژ، مهندس باید دمای گاز، ارتفاع، رطوبت، ترکیب گاز و اینکه فشار اعلام شده فشار استاتیکی یا فشار کل است را تأیید کند.

جریان هوا و فشار باید با هم محاسبه شوند

یکی از اشتباهات عملی در انتخاب فن این است که فقط جریان هوای مورد نیاز را فراهم می کند. به عنوان مثال، مشخصاتی مانند "فن 20000 متر مکعب در ساعت" برای انتخاب فن های گریز از مرکز کافی نیست. چندین مدل فن می توانند 20000 m³/h را ارائه دهند، اما قابلیت فشار آنها ممکن است به طور قابل توجهی متفاوت باشد.

مشخصات مفیدتر چیزی شبیه به:

جریان هوا: 20000 m³/h

فشار مورد نیاز: 2500 Pa

دمای گاز: 180 درجه سانتی گراد

متوسط: گاز دودکش دیگ بخار

ارتفاع عملیاتی: 500 متر

غلظت گرد و غبار: با توجه به فرآیند مشخص می شود

ساعات کاری مورد نیاز: مستمر

تامین موتور: با توجه به سیستم الکتریکی کارخانه

با استفاده از این پارامترها، سازنده فن می تواند نقطه عملکرد را در برابر منحنی عملکرد فن ارزیابی کند. فن های سانتریفیوژ انتخاب شده ترجیحاً باید در یک ناحیه ثابت منحنی کار کنند تا در سمت چپ یا راست منحنی. یک حاشیه عملیاتی معقول نیز می تواند در نظر گرفته شود، اما صرفاً اضافه کردن یک حاشیه فشار زیاد، یک عمل مهندسی خوب نیست زیرا می تواند قدرت موتور و تلفات دریچه گاز را افزایش دهد.

چرا فشار فن بعد از راه اندازی دیگ می تواند تغییر کند؟

یک سیستم دیگ بخار به ندرت دقیقاً همانطور که در طول محاسبات طراحی اولیه عمل می کرد عمل می کند. فیلترها گرد و غبار را جمع می کنند، سطوح انتقال حرارت رسوب می کنند، دمپرها تنظیم می شوند، کانال ممکن است اصلاح شود و ویژگی های سوخت می تواند تغییر کند. هر یک از این عوامل می تواند بر مقاومت سیستم تأثیر بگذارد.

یک سیستم کشش القایی را در نظر بگیرید که در اصل برای 25000 m³/h در 3000 Pa طراحی شده بود. پس از چندین ماه کارکرد، فشار دیفرانسیل فیلتر کیسه ای به دلیل بارگیری گرد و غبار افزایش می یابد. سرعت فن بدون تغییر باقی می ماند، اما مقاومت سیستم به سمت بالا حرکت می کند. بنابراین نقطه کار فن های گریز از مرکز در امتداد منحنی فن جابه جا می شود و به طور بالقوه جریان هوا را کاهش می دهد.

در این شرایط افزایش اندازه موتور لزوما راه حل صحیحی نیست. تیم تعمیر و نگهداری ابتدا باید فشار دیفرانسیل فیلتر، موقعیت دمپر، فشار ورودی و خروجی فن، سرعت فن، جریان موتور و جریان هوای واقعی را اندازه گیری کند. اگر مقاومت فیلتر به طور قابل توجهی بالاتر از مقدار طراحی اولیه باشد، تمیز کردن یا تعویض فیلتر ممکن است بدون تغییر فن عملکرد را بازیابی کند.

رویه راه اندازی عملی برای فن های بویلر

در طول راه اندازی، اپراتورها باید بیشتر از جریان و ارتعاش موتور را ثبت کنند. برای فن های گریز از مرکز، یک رکورد مفید راه اندازی باید شامل سرعت فن، فشار ورودی، فشار خروجی، جریان هوا، دمای گاز، دمای بلبرینگ، جریان موتور و موقعیت دمپر باشد.

توالی اندازه گیری را می توان ساده نگه داشت:

اطمینان حاصل کنید که پروانه در جهت صحیح می چرخد.

بررسی کنید که دمپرهای ورودی و خروجی در موقعیت صحیح راه اندازی قرار دارند.

فن را مطابق روش کار تایید شده راه اندازی کنید.

در حین نظارت بر جریان موتور، دمپر را به تدریج حرکت دهید.

جریان هوا و فشار را در چندین نقطه عملیاتی پایدار اندازه گیری کنید.

مقادیر اندازه گیری شده را با منحنی عملکرد سازنده مقایسه کنید.

پس از رسیدن سیستم به وضعیت پایدار، لرزش و دمای بلبرینگ را ثبت کنید.

این فرآیند به اپراتورها مبنایی برای عیب یابی آینده می دهد. اگر همان فن های گریز از مرکز چندین ماه بعد افزایش تدریجی ارتعاش یا جریان موتور را نشان دهند، داده های راه اندازی اولیه به جای تکیه بر مشاهدات ذهنی، مرجع مفیدی را ارائه می دهند.

مطالعه موردی: بهبود سیستم بادکش القایی

یک مثال عملی را می توان در دیگ های صنعتی با سوخت زیست توده مشاهده کرد. سیستم کشش القایی دیگ بخار در اصل برای حدود 30000 متر مکعب در ساعت گاز دودکش طراحی شده بود. در طول عملیات اولیه، پیش نویس کوره پایدار بود. با این حال، پس از چندین ماه، اپراتورها متوجه شدند که کنترل فشار کوره زمانی که دیگ به بار کامل نزدیک می‌شود، به طور فزاینده‌ای دشوار می‌شود.

اولین فرض این بود که فن های سانتریفیوژ ظرفیت کافی ندارند. تیم تعمیر و نگهداری به جای تعویض فوری فن، سیستم را مرحله به مرحله اندازه گیری کردند.

نتایج نشان داد که سرعت فن نزدیک به مقدار اولیه بوده، جریان موتور در محدوده مورد انتظار بوده و ارتعاش به میزان قابل توجهی افزایش نیافته است. با این حال، افت فشار در تجهیزات جمع‌آوری گرد و غبار پایین دست به طور قابل‌توجهی بیشتر از مقدار راه‌اندازی بود.

جمع کننده گرد و غبار مورد بازرسی قرار گرفت و مشخص شد که افت فشار بیش از حد ناشی از عناصر فیلتر آلوده دارد. پس از تمیز کردن عناصر فیلتر و بازگشت مقاومت سیستم به شرایط طراحی اولیه، فن پیش ران القایی جریان هوای مورد نیاز را بازیابی کرد و فشار کوره دوباره پایدار شد.

درس مهم این پرونده این است که فن های سانتریفیوژ نباید مستقل از سیستم قضاوت شوند. یک فن، کانال، فیلتر، دمپر و دودکش یک سیستم آیرودینامیکی را تشکیل می دهند. تغییر فن بدون شناسایی منبع واقعی مقاومت می تواند هزینه پروژه را بدون حل مشکل اساسی افزایش دهد.

قدرت موتور با عملکرد فن یکسان نیست

یکی دیگر از تصورات غلط رایج این است که یک موتور بزرگتر به طور خودکار به معنای فن قوی تر است. قدرت موتور فقط بخشی از داستان را بیان می کند. عملکرد واقعی فن های گریز از مرکز به قطر پروانه، عرض پروانه، هندسه پره، سرعت چرخش، چگالی گاز، مقاومت سیستم و بازده آیرودینامیکی بستگی دارد.

قوانین میل فن هنگام ارزیابی تغییرات سرعت مفید هستند. تحت شرایط قابل مقایسه:

جریان هوا تقریباً متناسب با سرعت فن است.

فشار تقریباً متناسب با مجذور سرعت فن است.

قدرت تقریباً متناسب با مکعب سرعت فن است.

این بدان معناست که افزایش نسبتاً اندک در سرعت می تواند افزایش قابل توجهی در تقاضای برق ایجاد کند. برای مثال، افزایش سرعت فن تا 10 درصد می‌تواند تقاضای تئوری توان را تا حدود 1.33 برابر مقدار اولیه افزایش دهد، با فرض یکسان چگالی گاز و شرایط عملیاتی مشابه.

به همین دلیل، سرعت بیش از حد فن های سانتریفیوژ برای جبران سیستمی که طراحی نادرست یا مقاوم تر است، نباید به عنوان یک راه حل دائمی تلقی شود. بار الکتریکی، تنش پروانه، سرعت شفت، وضعیت بلبرینگ و محدوده عملیاتی مجاز همگی باید بررسی شوند.

گرد و غبار و دمای بالا به طراحی های مختلف فن نیاز دارند

گاز دودکش بویلر می تواند حاوی خاکستر، گرد و غبار، ترکیبات خورنده و رطوبت باشد. این شرایط بر طراحی مکانیکی فن های سانتریفیوژ تأثیر می گذارد.

برای گاز گرد و غبار، یکی از نکات مهم سایش پروانه است. ذرات با سرعت بالا می توانند به تدریج سطوح تیغه، به ویژه در اطراف لبه جلویی را فرسایش دهند. اگر دیگ بخار سوخت ساینده را بسوزاند، فن ممکن است به مواد مقاوم در برابر سایش یا صفحات سایش قابل تعویض نیاز داشته باشد.

سرویس با دمای بالا مجموعه دیگری از مشکلات را ایجاد می کند. انبساط شفت، دمای بلبرینگ، انتخاب روانکار، عایق حرارتی و ترتیبات خنک کننده باید در نظر گرفته شود. بسته به طرح، آرایش بلبرینگ ممکن است نیاز به جداسازی از مسیر گاز داغ داشته باشد.

انتخاب ماده همچنین باید بر اساس ترکیب واقعی گاز باشد نه تنها بر اساس دما. اگر ترکیبات گوگردی، کلریدها، رطوبت یا سایر اجزای خورنده وجود داشته باشد، فولاد کربن استاندارد ممکن است عمر مفید کافی را ارائه نکند. در چنین شرایطی، مصالح ساختمانی و حفاظت سطح فن های سانتریفیوژ باید با توجه به محیط عملیاتی واقعی انتخاب شود.

تشخیص لرزش غیر طبیعی

لرزش یکی از مفیدترین شاخص های وضعیت فن است. با این حال، مشاهده ارتعاش یک فن برای شناسایی علت کافی نیست.

برای فن های سانتریفیوژ، پرسنل تعمیر و نگهداری باید ابتدا تعیین کنند که آیا لرزش با سرعت چرخش مرتبط است یا خیر. علل شایع عبارتند از عدم تعادل پروانه، تجمع مواد روی تیغه ها، ناهماهنگی محور، شل شدن پیچ های پایه، خرابی بلبرینگ، مشکلات اتصال و تشدید ساختاری.

در کاربردهای دیگ بخار، تجمع خاکستر روی پروانه سزاوار توجه ویژه است. حتی مقدار نسبتاً کمی از تجمع ناهموار می تواند عدم تعادل پویا ایجاد کند. با افزایش سرعت فن، لرزش ممکن است بدتر شود.

یک روش عملی تعمیر و نگهداری، ثبت ارتعاش در یاتاقان های انتهای محرک و غیر درایو انتهایی در جهت های افقی، عمودی و محوری است. قرائت ها باید با سوابق قبلی مقایسه شود. تغییر ناگهانی از خط پایه تعیین شده اغلب معنی دارتر از یک مقدار جدا شده است.

قبل از بالانس کردن پروانه، تکنسین ها باید پروانه را از نظر ترک، تغییر شکل، خوردگی و تجمع مواد نیز بررسی کنند. بالانس دینامیکی باید بر اساس الزامات بالانس قابل اجرا پس از رفع عیوب مکانیکی انجام شود.

نحوه بهبود بهره وری انرژی

مصرف انرژی یکی دیگر از ملاحظات اصلی هنگام کار با فن های سانتریفیوژ است. در یک کارخانه دیگ بخار که به طور مداوم کار می کند، حتی کاهش نسبتاً کمی در قدرت فن می تواند صرفه جویی سالانه قابل توجهی را ایجاد کند.

اولین قدم تعیین اینکه آیا فن در جریان هوای مورد نیاز کار می کند یا خیر. اگر فرآیند به 80 درصد جریان هوای طراحی شده نیاز داشته باشد اما فن به طور مداوم 100 درصد را تامین کند، جریان هوای اضافی ممکن است نشان دهنده مصرف انرژی قابل اجتناب باشد.

درایوهای فرکانس متغیر زمانی می توانند مفید باشند که بار دیگ به طور قابل توجهی تغییر کند. به جای کنترل جریان هوا عمدتاً از طریق یک دمپر دریچه گاز، می توان سرعت فن را برای مطابقت با شرایط کاری مورد نیاز تنظیم کرد. از آنجایی که قدرت فن تقریباً با مکعب سرعت تغییر می کند، کاهش سرعت می تواند صرفه جویی قابل توجهی در انرژی ایجاد کند.

با این حال، نصب VFD نباید به عنوان یک اقدام خودکار صرفه جویی در انرژی تلقی شود. منحنی واقعی سیستم، حداقل جریان هوای مورد نیاز، مشخصات موتور، محدوده عملکرد فن و الزامات کنترل فرآیند باید ابتدا ارزیابی شوند. اگر به درستی اعمال شود، کنترل سرعت می تواند فن های سانتریفیوژ را نسبت به تغییر بارهای دیگ بسیار پاسخگوتر کند. چه چیزی باید در مشخصات فن گنجانده شود؟ هنگام درخواست قیمت برای فن های سانتریفیوژ دیگ، ارائه اطلاعات عملیاتی کامل می تواند خطر انتخاب مدل نامناسب را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

حداقل مشخصات فنی باید شامل موارد زیر باشد:

جریان هوای مورد نیاز

فشار استاتیک یا کل

دمای گاز

ترکیب گاز

غلظت گرد و غبار

چگالی گاز یا فشار کاری

ارتفاع نصب

سرعت فن یا حداکثر سرعت مجاز

ولتاژ و فرکانس موتور

حالت عملیاتی

جهت چرخش

چیدمان فن

الزامات مواد

چیدمان بلبرینگ

الزامات نویز، در صورت وجود

الزامات ارتعاش و تعادل

اگر کاربرد شامل گاز دودکش با دمای بالا باشد، تامین کننده باید بداند که آیا جریان هوای اعلام شده بر اساس دمای عملیاتی واقعی است یا شرایط استاندارد. این تمایز مهم است زیرا مقدار Nm³/h و مقدار m³/h واقعی قابل تعویض نیستند.

ملاحظات نهایی

عملکرد سیستم اگزوز دیگ بخار به خیلی بیشتر از خود فن بستگی دارد. انتخاب صحیح آیرودینامیکی، مواد مناسب، نصب مناسب، اندازه‌گیری‌های راه‌اندازی، و نگهداری مبتنی بر شرایط، همگی به عملکرد قابل اعتماد کمک می‌کنند. فن های گریز از مرکز به خوبی انتخاب شده می توانند جریان هوا و فشار پایداری را فراهم کنند و در عین حال از کنترل احتراق و حذف کارآمد گاز دودکش پشتیبانی کنند.

برای مهندسانی که فن های سانتریفیوژ را انتخاب یا جایگزین می کنند، مهم ترین نقطه شروع، نقطه عملیاتی واقعی است: جریان هوا، فشار، دما، ترکیب گاز و مقاومت سیستم. هنگامی که این پارامترها مشخص شدند، منحنی عملکرد فن، طراحی پروانه، قدرت موتور، انتخاب مواد و روش کنترل را می توان به طور سیستماتیک ارزیابی کرد.

در کاربردهای دیگ بخار، ارزان ترین فن به ندرت کم هزینه ترین راه حل در طول عمر مفید آن است. پنکه ای که نزدیک به نقطه کار مورد نظر خود کار می کند، در برابر شرایط واقعی گاز مقاومت می کند و می تواند بدون توقف بیش از حد نگهداری شود، معمولاً ارزش طولانی مدت بسیار بهتری را ارائه می دهد.