Quạt hút cưỡng bức nồi hơi hỗ trợ cung cấp không khí đốt ổn định trong các nhà máy công nghiệp

Trong nồi hơi công nghiệp, độ ổn định của quá trình cháy không chỉ phụ thuộc vào bản thân đầu đốt. Hệ thống đốt phải nhận đủ lượng không khí ở áp suất cần thiết, ngay cả khi tải lò hơi thay đổi. Quạt hút cưỡng bức của nồi hơi cung cấp không khí đốt này bằng cách đẩy không khí xung quanh hoặc không khí được làm nóng trước về phía đầu đốt, hộp gió, ghi hoặc lò nung. Trong hệ thống thông gió cân bằng, quạt thông gió cưỡng bức hoạt động cùng với quạt thông gió cảm ứng để kiểm soát luồng không khí đi qua lò hơi.

Tại sao việc cung cấp khí đốt lại quan trọng

Nhiên liệu không thể cháy hiệu quả nếu lượng oxy sẵn có không đủ. Đồng thời, chỉ cung cấp thêm không khí không phải là giải pháp. Không khí dư thừa sẽ hấp thụ nhiệt và mang thêm nhiệt ra ngoài qua ống khói, điều này có thể làm giảm hiệu suất lò hơi. Vì lý do này, Quạt hút cưỡng bức của nồi hơi cần cung cấp đủ luồng không khí trong toàn bộ phạm vi hoạt động thay vì chỉ tạo ra lượng không khí tối đa có thể.

Ví dụ, hãy xem xét một lò hơi sinh khối hoạt động ở mức tải từ 60% đến 100%. Nếu quạt chạy ở tốc độ gần như tối đa bất kể tải của lò hơi, hệ thống có thể nhận được lượng khí đốt quá mức ở mức tải thấp. Cách tiếp cận tốt hơn là kiểm soát luồng không khí theo nhu cầu nhiên liệu thực tế, sử dụng van điều tiết đầu vào, cánh dẫn hướng đầu vào hoặc VFD tùy thuộc vào thiết kế hệ thống. Nghiên cứu về điều khiển tốc độ thay đổi của lò hơi cũng cho thấy mối quan hệ giữa hoạt động của quạt, lượng không khí dư thừa và hiệu suất lò hơi. 

Không chọn quạt chỉ từ công suất động cơ

Một trong những sai lầm phổ biến nhất khi thay thế quạt lò hơi là yêu cầu động cơ 30 kW, 45 kW hoặc 75 kW và mong nhà sản xuất quạt xác định mọi thứ từ con số đó. Công suất động cơ là đầu ra của quá trình lựa chọn quạt chứ không phải là thông số lựa chọn chính.

Đối với Quạt hút cưỡng bức của nồi hơi, thông tin cơ bản phải bao gồm:

Luồng khí cần thiết, chẳng hạn như m³/h hoặc CFM

Áp suất tĩnh yêu cầu hoặc áp suất tổng

Nhiệt độ khí vào

Loại nhiên liệu

Công suất nồi hơi

Độ cao hoạt động

Phạm vi tải dự kiến

Tổn thất áp suất trong đường ống và thiết bị

Khả năng chống cháy hoặc ghi

Giảm áp suất của bộ sấy sơ bộ không khí, nếu được lắp đặt

Phương pháp điều khiển

Điện áp và tần số động cơ

Bố trí lắp đặt quạt

Hướng quay và vị trí đầu ra

Yêu cầu về áp suất phải được tính toán từ đường dẫn khí hoàn chỉnh. Các ống dẫn, khuỷu tay, bộ giảm chấn, bộ lọc, bộ sấy sơ bộ không khí, hộp gió, thanh ghi đầu đốt và các bộ phận khác đều góp phần cản trở. 

Một ví dụ thực tế về lựa chọn quạt

Giả sử một nồi hơi công nghiệp cần 18.000 m³/h không khí đốt ở áp suất tĩnh 2.200 Pa trong điều kiện vận hành thiết kế. Quạt không nên được chọn đơn giản là “quạt 18.000 m³/h”.

Đầu tiên, kỹ sư phải xác nhận xem 18.000 m³/h có phải là luồng không khí vận hành thực tế được yêu cầu hay liệu nó đã bao gồm biên độ thiết kế được yêu cầu hay chưa. Tiếp theo, cần tính toán tổn thất áp suất giữa đầu vào của quạt và lò.

Ví dụ:

Tổn thất ống dẫn khí: 300 Pa

Giảm chấn: 180 Pa

Tổn thất sấy sơ bộ không khí: 450 Pa

Tổn thất hộp gió và đầu đốt: 700 Pa

Tổn thất hệ thống khác: 350 Pa

Ký quỹ yêu cầu: được đánh giá riêng theo thiết kế dự án

Sau đó, việc lựa chọn quạt phải được kiểm tra dựa trên điểm làm việc đạt được thay vì chỉ dựa vào luồng không khí. Điều này đặc biệt quan trọng khi Quạt hút cưỡng bức của nồi hơi đang được sử dụng để thay thế cho thiết bị hiện có, vì những thay đổi đối với đường ống hoặc đầu đốt có thể làm thay đổi điểm vận hành thực tế.

Áp suất quạt và luồng không khí phải phù hợp với nồi hơi

Quạt có thể tạo ra luồng không khí lớn ở áp suất thấp nhưng vẫn không cung cấp đủ lượng không khí cần thiết cho lò. Ngược lại, việc chọn áp suất quá cao có thể dẫn đến việc điều tiết không cần thiết và công suất vận hành cao hơn.

Đây là lý do tại sao đường cong hiệu suất của quạt lại quan trọng. Điểm thiết kế phải nằm trong vùng thích hợp của đường cong quạt, có đủ phạm vi điều khiển cho hoạt động bình thường của nồi hơi.

Đối với Quạt thông gió cưỡng bức của nồi hơi, tôi thường kiểm tra ít nhất ba điểm vận hành:

Tải nồi hơi ổn định tối thiểu

Tải hoạt động bình thường

Tải liên tục tối đa

Nếu nồi hơi thường hoạt động ở mức tải 70–90% thì không nên chỉ tối ưu hóa quạt ở mức 100% về mặt lý thuyết. Phạm vi hoạt động thực tế rất quan trọng vì nhu cầu không khí đốt thay đổi theo lượng nhiên liệu đầu vào.

Kiểm soát VFD có thể hữu ích nhưng nó không tự động là giải pháp tốt nhất

Bộ truyền động có tần số thay đổi thường được xem xét cho Quạt hút cưỡng bức nồi hơi vì tốc độ quạt có thể được điều chỉnh theo tải nồi hơi. Đối với quạt ly tâm, định luật quạt cung cấp cơ sở hữu ích để hiểu tác động của sự thay đổi tốc độ: luồng không khí thay đổi xấp xỉ theo tốc độ, áp suất thay đổi xấp xỉ với bình phương tốc độ và công suất thay đổi xấp xỉ với lập phương tốc độ.

Điều này có nghĩa là việc giảm tốc độ tương đối nhỏ có thể làm giảm đáng kể công suất quạt.

Tuy nhiên, việc lựa chọn VFD cũng nên xem xét động cơ, tốc độ vận hành tối thiểu, phản hồi điều khiển, yêu cầu khởi động, cân nhắc về điều hòa và chiến lược kiểm soát luồng khí cần thiết. Không nên thêm VFD đơn giản vì nó nghe có vẻ hiệu quả hơn. Cần phải xem xét toàn bộ hệ thống điều khiển lò hơi. Điều gì xảy ra khi quạt có kích thước quá nhỏ? Quạt hút cưỡng bức của lò hơi có kích thước nhỏ hơn có thể được chấp nhận khi vận hành tải thấp nhưng lại trở thành nút cổ chai khi lò hơi đạt đến mức đầy tải.

Các triệu chứng điển hình bao gồm:

Quạt hoạt động gần tốc độ tối đa

Không có khả năng đạt được luồng không khí cần thiết

Oxy lò thấp

Đốt cháy không ổn định

Tăng CO2

Giảm sản xuất hơi nước

Tiêu thụ nhiên liệu cao hơn

Giảm áp suất quá mức trên hệ thống không khí

Van điều tiết vẫn mở hoàn toàn

Tuy nhiên, trước khi thay quạt, kỹ thuật viên nên xác nhận rằng vấn đề thực sự nằm ở công suất quạt. Bộ lọc bẩn, ống dẫn bị tắc, van điều tiết được đặt không đúng vị trí, bộ sấy sơ bộ không khí bị tắc hoặc đầu đốt bị sửa đổi có thể làm tăng sức cản của hệ thống và tạo ra các triệu chứng giống như một chiếc quạt có kích thước nhỏ.

Ví dụ trường hợp: Nồi hơi sinh khối với luồng không khí không đủ

Hãy xem xét một nồi hơi sinh khối được thiết kế ban đầu cho khoảng 15.000 m³/h không khí đốt. Sau vài năm hoạt động, nhà máy chuyển sang sử dụng nhiên liệu sinh khối ẩm hơn.

Người vận hành nhận thấy lò hơi không còn có thể duy trì tình trạng đốt trước đó ở mức tải cao. Giả định ban đầu là quạt FD đã trở nên quá nhỏ.

Một cuộc kiểm tra hiện trường đã tìm thấy ba điều kiện quan trọng:

Quạt vẫn đạt tốc độ xấp xỉ thiết kế ban đầu.

Van điều tiết đầu vào gần như mở hoàn toàn

Nhiên liệu mới chứa nhiều độ ẩm hơn đáng kể.

Do đó, nhóm kỹ thuật đã kiểm tra yêu cầu về không khí đốt và áp suất hệ thống trước khi quyết định thay quạt. Điều này rất quan trọng vì việc thay đổi nhiên liệu có thể thay đổi các điều kiện đốt cháy cần thiết; chỉ tăng kích thước quạt có thể không giải quyết được vấn đề cơ bản của quy trình.

Lựa chọn quạt cuối cùng dựa trên các yêu cầu về áp suất và luồng không khí đã được sửa đổi thay vì định mức động cơ cũ.

Quạt FD và Quạt ID phải được xem xét cùng nhau

Trong nồi hơi đối lưu cân bằng, quạt FD cung cấp khí đốt trong khi quạt ID loại bỏ khí thải và giúp duy trì áp suất lò yêu cầu. Hai chiếc quạt này thực hiện những công việc khác nhau nhưng lại ảnh hưởng trực tiếp đến cùng một quá trình cháy.

Nếu phía FD cung cấp nhiều không khí hơn mức hệ thống có thể loại bỏ, áp suất lò có thể tăng lên. Nếu phía ID kéo quá mạnh so với không khí đốt đi vào, áp suất âm quá mức có thể phát triển.

Do đó, khi thay thế Quạt thông gió cưỡng bức của nồi hơi, việc kiểm tra nhiệm vụ của quạt ID hiện tại cũng rất hữu ích. Quạt FD mới phải phù hợp với phạm vi hoạt động của hệ thống kiểm soát gió lùa hoàn chỉnh thay vì được đánh giá như một thiết bị biệt lập.

Nhiệt độ không khí cũng ảnh hưởng đến việc lựa chọn quạt

Cần xác định nhiệt độ của không khí đốt trước khi chọn Quạt hút cưỡng bức cho nồi hơi.

Nếu quạt xử lý không khí xung quanh, mật độ sẽ khác với hệ thống trong đó không khí đi qua bộ sấy sơ bộ không khí. Khi nhiệt độ không khí tăng, mật độ của nó giảm, điều này ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa lưu lượng thể tích, lưu lượng khối, áp suất và công suất quạt.

Ví dụ, cả hai hệ thống đều có thể hiển thị 20.000 m³/h trên giấy trong khi hoạt động ở nhiệt độ không khí khác nhau đáng kể. Do đó, tính toán kỹ thuật cần thiết lập cơ sở nhiệt độ và áp suất vận hành thực tế thay vì coi số thể tích là độc lập với điều kiện vận hành.

Điều này trở nên đặc biệt quan trọng trong các nồi hơi sử dụng bộ sấy sơ bộ không khí hoặc các thiết bị thu hồi nhiệt khác.

Kiểm tra bảo trì không nên bỏ qua

Ngay cả một chiếc quạt được chọn đúng cũng có thể bị giảm hiệu suất do vấn đề bảo trì. Đối với Quạt gió cưỡng bức của nồi hơi, việc kiểm tra định kỳ phải bao gồm cánh quạt, vòng bi, trục, khớp nối, dòng điện động cơ, độ rung, tình trạng đầu vào, vị trí van điều tiết và đường ống.

Nếu luồng gió giảm dần trong khi tốc độ quạt không thay đổi, đừng tăng tốc độ ngay lập tức. Kiểm tra đầu tiên:

Tắc nghẽn bộ lọc đầu vào

Mở van điều tiết

Tắc nghẽn ống dẫn

Làm tắc nghẽn cánh quạt

Tình trạng ổ trục

Tình trạng đai hoặc khớp nối

Vòng quay quạt

Áp suất hệ thống

Điện trở đầu đốt hoặc hộp gió

Cánh quạt bị nhiễm bụi hoặc cặn có thể làm thay đổi điều kiện khí động học và làm tăng sự mất cân bằng. Việc tăng tốc độ để bù đắp có thể làm tăng tải cơ học mà không giải quyết được vấn đề ban đầu. Thông tin nào nên được gửi đến nhà sản xuất quạt? Đối với một RFQ liên quan đến Quạt hút cưỡng bức cho nồi hơi, một cuộc điều tra kỹ thuật hữu ích sẽ chứa nhiều thông tin hơn ngoài công suất nồi hơi.

Một RFQ thực tế có thể bao gồm:

Công suất nồi hơi: 20 TPH

Nhiên liệu: Sinh khối/than/khí tự nhiên/dầu

Luồng khí yêu cầu: 18.000 m³/h

Áp suất yêu cầu: 2.200 Pa

Nhiệt độ không khí: 40°C

Độ cao: 35 m

Tần số hoạt động: 50 Hz

Điện áp động cơ: 415 V

Kiểm soát: VFD

Lắp đặt: Trong nhà

Luân chuyển: Đang được xác nhận

Hướng đầu ra: Đang được xác nhận

Nếu quạt hiện có đang được thay thế, các bức ảnh, thông tin trên bảng tên, đường cong của quạt, dữ liệu động cơ, kích thước ống dẫn và các phép đo vận hành thực tế cũng cực kỳ hữu ích.

Dữ liệu vận hành càng đầy đủ thì càng dễ dàng chọn Quạt hút cưỡng bức cho nồi hơi phù hợp với công suất thực của nồi hơi thay vì chọn một mẫu từ danh mục chỉ dựa trên luồng không khí danh nghĩa.

Cân nhắc cuối cùng

Mục đích chính của Quạt hút cưỡng bức cho nồi hơi rất đơn giản: cung cấp cho hệ thống đốt không khí ổn định, có thể kiểm soát được ở áp suất mà nồi hơi yêu cầu. Thách thức về mặt kỹ thuật là làm cho luồng không khí đó có sẵn trên toàn bộ phạm vi hoạt động trong khi vẫn kiểm soát được công suất quạt, áp suất lò, điều kiện đốt cháy và độ tin cậy cơ học.

Đối với dự án lò hơi mới, quạt nên được chọn từ tính toán sức cản phía không khí hoàn chỉnh. Đối với một dự án thay thế, dữ liệu vận hành thực tế phải được so sánh với đường cong ban đầu của quạt trước khi quyết định xem vấn đề là do công suất quạt không đủ, điện trở hệ thống tăng hay do thay đổi điều kiện đốt cháy.

Do đó, Quạt thông gió cưỡng bức cho nồi hơi được lựa chọn tốt không chỉ đơn giản là quạt có lưu lượng gió cao. Nó là bộ phận phù hợp với nhiên liệu, hệ thống đốt, tổn thất áp suất, nhiệt độ vận hành, phương pháp điều khiển và phạm vi tải dự kiến ​​của nồi hơi. Đó chính là điều giúp lò hơi duy trì quá trình đốt cháy ổn định mà không lãng phí điện năng của quạt một cách không cần thiết.