فن های بویلر صنعتی با افزایش تقاضا برای جریان هوای احتراق مطمئن سازگار می شوند

سیستم‌های دیگ‌های صنعتی با توجه به اینکه نیروگاه‌ها سعی می‌کنند احتراق پایدار را حفظ کنند و در عین حال مصرف سوخت، انتشار گازهای گلخانه‌ای و هزینه‌های عملیاتی را کنترل کنند، تقاضای بیشتری پیدا می‌کنند. در این محیط، فن های دیگ های صنعتی دیگر صرفاً با توجه به ظرفیت دیگ یا قدرت موتور انتخاب نمی شوند. وظیفه واقعی فن به نیازهای هوای احتراق، مقاومت سیستم، مشخصات سوخت، دمای عملیاتی و تغییرات بار بستگی دارد.

برای مهندسان، اولین سوال نباید این باشد که "موتور فن چند کیلو وات باید داشته باشد؟" باید "چه جریان هوا و فشاری در نقطه عملیاتی واقعی مورد نیاز است؟" این تمایز مهم است زیرا هم فن های بادکش اجباری (FD) و هم فن های بادکش القایی (ID) باید به جای اینکه به عنوان قطعات مستقل از تجهیزات انتخاب شوند، با سیستم کامل بویلر مطابقت داشته باشند. با جریان هوا و فشار شروع کنید، نه با قدرت موتور

هنگام انتخاب فن های بویلر صنعتی، ابتدا باید دو پارامتر اساسی تعیین شود: جریان هوای مورد نیاز و فشار مورد نیاز.

برای یک فن FD، جریان هوا مربوط به سرعت شلیک دیگ، نوع سوخت، طراحی مشعل یا رنده و سطح هوای اضافی مورد نیاز است. فشار فن باید بر مقاومت ورودی هوا، فیلتر، دمپر، کانال، پیش گرمکن هوا، جعبه باد و رجیستر مشعل غلبه کند.

برای فن ID، محاسبه متفاوت است. فن باید حجم گاز دودکش مورد نیاز را در حین غلبه بر مقاومت از مسیرهای گاز دیگ بخار، اکونومایزر، پیش گرمکن هوا، جمع کننده گرد و غبار، اسکرابر، کانال ها، دمپرها و دودکش استخراج کند.

بنابراین یک برگه مشخصات عملی باید حداقل شامل موارد زیر باشد:

جریان هوای مورد نیاز: m³/h یا CFM

فشار استاتیک یا کل: Pa، kPa، یا mmWG

دمای هوا یا گاز

نوع سوخت

غلظت گرد و غبار

ترکیب گاز، در صورت لزوم

ارتفاع عملیاتی

بار معمولی و حداکثر

سرعت فن یا محدوده VFD

ولتاژ و فرکانس موتور

ترتیب نصب

این رویکرد از یک اشتباه رایج در خرید جلوگیری می کند: انتخاب یک فن فقط بر اساس رتبه بندی موتور موجود. به عنوان مثال، یک موتور 160 کیلوواتی به سازنده نمی گوید که فن در واقع باید چه جریان هوا یا فشاری را وارد کند.

FD Fan و ID Fan مشاغل مختلفی دارند

همه فن های بویلر صنعتی عملکرد یکسانی ندارند.

یک فن اجباری هوای احتراق را به کوره می رساند. معمولاً هوای نسبتاً تمیز محیط یا از پیش گرم شده را کنترل می کند و در سمت فشار مثبت سیستم احتراق کار می کند.

یک فن القایی در قسمت اگزوز کار می کند. این گاز دودکش را از طریق دیگ بخار و تجهیزات پایین دست می کشد و در عین حال به حفظ پیش نویس مورد نیاز کوره کمک می کند. بسته به سوخت و فرآیند، گاز می تواند حاوی خاکستر، گرد و غبار، رطوبت، ترکیبات خورنده و سایر آلاینده ها باشد.

این تفاوت مستقیماً بر ساخت فن تأثیر می گذارد.

به عنوان مثال، یک فن FD برای یک دیگ بخار گازی ممکن است در درجه اول به جریان هوای پایدار، عملکرد کارآمد و کنترل دقیق نیاز داشته باشد. یک فن شناسه برای یک دیگ بخار زیست توده یا زغال سنگ ممکن است نیاز به بررسی بیشتر در مورد سایش، تجمع گرد و غبار، گاز با دمای بالا، خنک کننده شفت، آرایش بلبرینگ و سایش پروانه داشته باشد.

بنابراین، گفتن صرفاً به سازنده "من برای یک دیگ بخار 20 تنی به یک فن دیگ نیاز دارم" اطلاعات کافی برای انتخاب صحیح تجهیزات نیست.

مقاومت سیستم اغلب اندازه فن نهایی را تعیین می کند

یکی از مهمترین نکات کاربردی در تعیین فن دیگ های صنعتی این است که فن به تنهایی در مقابل دیگ کار نمی کند. در برابر مقاومت کل سیستم هوا یا گاز دودکش عمل می کند.

برای یک سیستم FD، افت فشار ممکن است ناشی از:

ورودی هوا ← فیلتر ← صداگیر ← مجرای ← دمپر ← پیش گرمکن هوا ← بادگیر → مشعل

برای یک سیستم ID، مسیر ممکن است:

دیگ بخار ← اکونومایزر ← گردگیر ← اسکرابر ← کانال ← فن شناسه ← دودکش

هر جزء باعث کاهش فشار می شود. فیلتر کیسه ای کثیف یا مجرای نیمه مسدود شده می تواند مقاومت سیستم را به میزان قابل توجهی افزایش دهد بدون اینکه مشکل مکانیکی در داخل فن رخ دهد.

به همین دلیل است که تکنسین ها باید قبل از تعویض فن، داده های عملیاتی فعلی را با داده های اولیه راه اندازی مقایسه کنند. اگر سرعت فن تقریباً ثابت بماند در حالی که جریان هوا کاهش می یابد و فشار افزایش می یابد، قبل از اینکه فرض کنیم خود فن عملکرد خود را از دست داده است، باید افزایش مقاومت سیستم را بررسی کرد. 

هوای اضافی یکی دیگر از نقاط کنترل مهم است

احتراق به هوای کافی نیاز دارد، اما صرفاً تامین هوای بیشتر به طور خودکار عملکرد دیگ را بهبود نمی بخشد.

مقدار تئوری هوای مورد نیاز برای احتراق به سوخت بستگی دارد. در عملیات واقعی، هوای اضافی تامین می شود، زیرا دستیابی به اختلاط کامل سوخت و هوا دشوار است. این به عنوان هوای اضافی شناخته می شود.

مشکل عملی زمانی ظاهر می شود که دیگ با بار جزئی کار می کند. اگر فن با سرعت کامل به کار خود ادامه دهد و جریان هوا عمدتاً با بستن یک دمپر کنترل شود، فن می تواند انرژی الکتریکی قابل توجهی مصرف کند در حالی که بیشتر جریان هوای موجود آن محدود شده است.

کنترل سرعت متغیر می تواند این مشکل را کاهش دهد. تحقیقات در مورد کنترل فن دیگ بخار نشان داده است که کنترل جریان هوا از طریق سرعت فن به جای تکیه بر دمپرها می تواند صرفه جویی قابل توجهی در انرژی در حین کار با بار جزئی ایجاد کند.

به همین دلیل، فن های دیگ بخار صنعتی مدرن به طور فزاینده ای با کنترل VFD مشخص می شوند که بویلر دارای محدوده بار گسترده ای باشد.

با این حال، نکته کلیدی صرفاً نصب VFD نیست. سیستم کنترل باید سرعت فن را با جریان سوخت، فشار کوره، الزامات احتراق و محدودیت های عملیاتی هماهنگ کند. افزایش کنترل نشده سرعت فن می تواند جریان هوای بیش از حد، مصرف برق غیر ضروری یا شرایط ناپایدار کوره ایجاد کند.

یک مثال عملی: انتخاب فن بویلر زیست توده

یک دیگ بیومس را در نظر بگیرید که در آن کارخانه در ابتدا از یک فن سانتریفیوژ موجود استفاده می کرد. اپراتور گزارش داد که هر زمان که دیگ بخار به حداکثر بار نزدیک شود، احتراق ناپایدار می شود.

اولین واکنش مشکوک به ظرفیت ناکافی فن بود.

تیم تعمیر و نگهداری به جای تعویض فوری فن، ضبط کرد:

دور فن

جریان هوا

فشار فن

جریان موتور

فشار کوره

نرخ تغذیه سوخت

دمای هوا

موقعیت دمپر

اندازه گیری ها نشان داد که فن از قبل نزدیک به سرعت نامی خود کار می کرد. با این حال، جریان هوای واقعی کمتر از مقدار طراحی اولیه بود.

تیم سپس مسیر هوا را بررسی کرد و متوجه مقاومت بیش از حد در پیش گرمکن هوا و بخش‌های مجرای محدود شد.

این مهم بود: مشکل لزوماً کوچک بودن فن های دیگ بخار صنعتی نبود. سیستم مانع از رسیدن فن موجود به نقطه کار مورد نظر خود می شد.

پس از اصلاح محدودیت ها، جریان هوا بدون تعویض موتور یا فن افزایش یافت.

این نوع تشخیص می تواند به طور قابل توجهی در هزینه صرفه جویی بیشتری نسبت به نصب یک فن بزرگتر صرفه جویی کند.

دما و چگالی گاز را نادیده نگیرید

هنگام انتخاب فن های دیگ بخار صنعتی برای طرف گاز دودکش، دما اهمیت ویژه ای دارد.

با افزایش دمای گاز، چگالی گاز کاهش می یابد. بنابراین، همیشه نمی توان پنکه ای را که گاز داغ دودکش را کنترل می کند، با استفاده مستقیم از مقادیر حجم و فشار مشابهی که برای هوای محیط اعمال می شود، انتخاب کرد.

به عنوان مثال، یک فن ID که گاز دودکش 180 درجه سانتیگراد را کنترل می کند و یک فن FD که هوای محیط 20 درجه سانتیگراد را کنترل می کند ممکن است شرایط چگالی کاملاً متفاوتی داشته باشند حتی اگر مقادیر جریان هوای حجمی آنها مشابه به نظر برسد.

بنابراین سازنده باید دمای عملیاتی واقعی را به جای یک بیانیه عمومی مانند "کاربرد در دمای بالا" دریافت کند.

برای فن ID، مهندسان معمولاً باید موارد زیر را ارائه دهند:

دمای معمولی + حداکثر دما + جریان هوا در دمای مشخص + فشار بر اساس

اگر دما در طول راه اندازی و خاموش شدن به طور قابل توجهی تغییر کند، آن شرایط نیز باید در نظر گرفته شود.

دما، غلظت گرد و غبار، رطوبت و ترکیب گاز خورنده می‌تواند بر انتخاب مواد و طراحی مکانیکی تأثیر بگذارد. 

انتخاب فن باید شامل نقطه عملیاتی واقعی باشد

منحنی فن در ارزیابی فن های بویلر صنعتی مفیدتر از پلاک فن است.

فرض کنید وظیفه طراحی این است:

جریان هوا: 30000 m³/h

فشار استاتیک: 2500 Pa

دمای گاز: 150 درجه سانتی گراد

سرعت عملکرد: 1450 دور در دقیقه

سازنده باید بررسی کند که این نقطه وظیفه در کجای منحنی عملکرد فن پیشنهادی قرار دارد.

اگر فن انتخاب شده از نظر تئوری بتواند 30000 m³/h تولید کند اما فقط در فشاری به طور قابل توجهی کمتر از 2500 Pa، فن نیاز واقعی سیستم را برآورده نخواهد کرد.

برعکس، انتخاب یک فن بیش از حد بزرگ ممکن است سیستم را به سمت گاز غیرضروری سوق دهد. بسته به روش کنترل و نقطه کار، موتور ممکن است بیش از حد لازم انرژی مصرف کند.

بنابراین هدف انتخاب بزرگترین فن موجود نیست. هدف این است که نقطه عملیاتی معمولی را در ناحیه مناسبی از منحنی فن قرار دهیم و در عین حال حاشیه عملیاتی معقولی را فراهم کنیم.

اهمیت طراحی پروانه در کاربردهای دیگ گرد و غبار

پروانه قسمت دیگری است که در آن فن های دیگ بخار صنعتی به مهندسی خاص نیاز دارند.

هوای احتراق تمیز امکان انتخاب پروانه نسبتاً ساده را فراهم می کند. گاز دودکش حاوی خاکستر ساینده متفاوت است.

اگر گرد و غبار به طور مداوم به پروانه ضربه بزند، لبه های جلویی تیغه می توانند به تدریج فرسوده شوند. تجمع مواد نیز می تواند عدم تعادل ایجاد کند. در برخی از کاربردهای زیست توده، رسوبات چسبنده به دلیل ویژگی‌های رطوبت و خاکستر می‌توانند سریع‌تر از حد انتظار انباشته شوند.

بنابراین یک بازرسی عملی تعمیر و نگهداری باید شامل موارد زیر باشد:

فن را خاموش و ایزوله کنید.

پروانه را از نظر سایش بررسی کنید.

وجود رسوبات ناهموار روی تیغه ها را بررسی کنید.

اندازه گیری یا بررسی وضعیت شفت و یاتاقان.

کوپلینگ یا درایو تسمه را بررسی کنید.

فونداسیون و انکر بولت ها را بررسی کنید.

اگر عدم تعادل قابل توجهی شناسایی شد، تعادل را انجام دهید.

برای کاربردهای سایش شدید، طراحی فن ممکن است به ساخت و ساز مقاوم در برابر سایش یا اجزای سایش قابل تعویض نیاز داشته باشد تا اینکه فقط به تیغه های استاندارد ضخیم تر متکی باشد.

نحوه بهبود بهره وری انرژی

بهره وری انرژی باید در هنگام انتخاب اولیه فن های بویلر صنعتی در نظر گرفته شود، نه پس از نصب فن.

سه حوزه سزاوار توجه ویژه هستند.

ابتدا از فشارهای غیر ضروری خودداری کنید.

اگر سیستم به 2000 پاسکال نیاز دارد اما فن برای ایجاد فشار بسیار بیشتر انتخاب شده و کار می‌کند، فشار اضافی ممکن است به سادگی از طریق دمپرها یا محدودیت‌های دیگر تلف شود.

دوم، ظرفیت فن را با محدوده عملیاتی واقعی مطابقت دهید.

اگر دیگ بیشتر زمان کار خود را با بار 50 تا 70 درصد سپری کند، فن نباید تنها برای شرایط بار 100 درصد نظری بهینه شود.

سوم، کنترل سرعت را در نظر بگیرید.

برای سیستم های بار متغیر، کاهش سرعت فن می تواند کارآمدتر از حفظ سرعت کامل و مهار جریان هوا با دمپر باشد. این به ویژه مرتبط است زیرا قدرت فن به شدت با سرعت تحت رابطه قانون میل تغییر می کند.

بنابراین یک سیستم فن دیگ بخار باید بر اساس ساعات کار سالانه، مشخصات بار، روش کنترل و هزینه برق - نه فقط قیمت خرید اولیه - ارزیابی شود.

آنچه مهندسان باید قبل از درخواست قیمت فن دیگ بخار ارسال کنند

توصیه می کنم قبل از خرید فن های دیگ صنعتی، به جای ارسال فقط ظرفیت دیگ، برگه اطلاعات فنی تهیه کنید.

یک RFQ مفید باید شامل موارد زیر باشد:

اطلاعات دیگ بخار

ظرفیت دیگ بخار

نوع سوخت

روش شلیک

بار معمولی و حداکثر

وظیفه فن

جریان هوای مورد نیاز

فشار استاتیک یا کل

نقطه عملیاتی معمولی و حداکثر

دمای عملیاتی

اطلاعات سیستم

اندازه کانال و طرح تقریبی

نوع گردگیر

پیش گرمکن هوا

اسکرابر، در صورت وجود

اطلاعات دودکش

مقاومت تخمینی سیستم

الزامات مکانیکی

چرخش فن

جهت خروجی

چیدمان رانندگی

قدرت و ولتاژ موتور

چیدمان بلبرینگ

VFD یا کنترل دمپر

شرایط سایت

ارتفاع نصب

دمای محیط

نصب در فضای داخلی یا خارجی

عملیات مداوم یا متناوب

این اطلاعات به سازنده داده های کافی برای ارزیابی منحنی فن، قدرت موتور، طراحی پروانه، مواد و روش کنترل به درستی می دهد.

افکار نهایی

تقاضا برای فن های بویلر صنعتی به طور فزاینده ای با چیزی بیشتر از تامین هوای احتراق یا گازهای دودکش مرتبط است. سیستم‌های دیگ بخار به جریان هوای پایدار در طول بارهای متغیر، کنترل دقیق فشار کوره، مصرف برق کمکی کمتر و عملکرد قابل اعتماد در شرایط دما و گرد و غبار نیاز دارند.

برای یک پروژه جدید، بهترین نقطه شروع، وظیفه کامل سیستم است: جریان هوا + فشار + دما + سوخت + مقاومت سیستم + محدوده عملیاتی. برای دیگ بخار موجود، قبل از تعویض فن، داده های عملیاتی باید با نقطه طراحی اصلی مقایسه شود.

در بسیاری از موارد، راه حل عملکرد ضعیف دیگ، صرفاً یک موتور بزرگتر یا یک فن بزرگتر نیست. مقاومت صحیح سیستم، نقطه کار فن، کنترل سرعت، وضعیت پروانه و کنترل فشار کوره می تواند تأثیر بسیار بیشتری بر عملکرد واقعی داشته باشد.