冷卻風(fēng)網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的測(cè)定及分析

李建文

眾所周知，飼料經(jīng)制粒后，其溫度和水分含量均較高，易粉化，易霉變。一般顆粒飼料的降溫降濕均由冷卻工藝完成，即冷卻風(fēng)網(wǎng)的作用就是為了保證生產(chǎn)過程中一定流量的空氣通過處于冷卻器內(nèi)的濕熱顆粒狀飼料，從而使其溫度及水分含量降低、硬度得到提高。但是經(jīng)冷卻后顆粒物料的溫濕度能否下降到理想狀態(tài)，與物料的原始含水率、調(diào)質(zhì)的條件、顆粒飼料的直徑、在冷卻器中停留的時(shí)間（即冷卻時(shí)間）、通過物料的風(fēng)量及環(huán)境條件等諸多因素均有關(guān)聯(lián)。在多數(shù)情況下，原料的含水率、顆粒直徑、環(huán)境條件等因素是不易控制的，人們通常通過控制冷卻時(shí)間和通過物料的風(fēng)量來控制冷卻的效果。由于空氣的載水能力有限，因此，要使物料水分有足夠的降低率，必須保證足夠的空氣與物料進(jìn)行接觸。資料表明，要得到良好的冷卻效果，顆粒料應(yīng)保證足夠的冷卻時(shí)間，并保證足夠的冷卻空氣量，且按單位產(chǎn)量計(jì)算，最小冷卻時(shí)間和最小空氣量與顆粒直徑大小有關(guān)。由于目前飼料廠所生產(chǎn)的硬顆粒飼料直徑一般為4.8 mm以下，因此，國(guó)內(nèi)飼料廠工藝設(shè)計(jì)時(shí)大多是據(jù)此選擇22.5 m3/（min·噸料）的風(fēng)量配備。而在實(shí)際生產(chǎn)中，飼料廠一般根據(jù)產(chǎn)品的顆粒直徑不同，調(diào)節(jié)冷卻時(shí)間來控制冷卻效果的，風(fēng)網(wǎng)中的風(fēng)量不予以調(diào)節(jié)。逆流式冷卻器是目前國(guó)內(nèi)各飼料廠廣泛應(yīng)用的冷卻器，冷卻時(shí)間是通過控制料層高度來實(shí)現(xiàn)的。

實(shí)際上，通風(fēng)系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)，其風(fēng)量、風(fēng)速和風(fēng)壓相互關(guān)聯(lián)、相互影響，風(fēng)壓的變化會(huì)直接導(dǎo)致風(fēng)量和風(fēng)速的改變，而風(fēng)速的變化也會(huì)改變風(fēng)壓。冷卻器中物料層的高度發(fā)生改變后，風(fēng)網(wǎng)內(nèi)的阻力勢(shì)必會(huì)發(fā)生改變，風(fēng)網(wǎng)各運(yùn)行參數(shù)也會(huì)隨之動(dòng)態(tài)變化，風(fēng)量是否能滿足最小值就很難確定。本文對(duì)某飼料廠冷卻風(fēng)網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)量及風(fēng)壓等參數(shù)進(jìn)行了實(shí)際測(cè)定，以研究冷卻風(fēng)網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，為冷卻風(fēng)網(wǎng)的設(shè)計(jì)及合理應(yīng)用提供參考。

1 生產(chǎn)設(shè)備配置

制粒機(jī)產(chǎn)量 4～18 t/h；SKLN24×24 型冷卻器；4-79No7C型離心通風(fēng)機(jī)，主軸轉(zhuǎn)速1800 r/min，配備功率22 kW；下旋60型旋風(fēng)式除塵器，φ1600 mm；風(fēng)管直徑805 mm。

2 測(cè)定指標(biāo)及方法

2.1 測(cè)定儀器

皮托管；U形管壓力計(jì)；鉗形電表；鋼卷尺。

2.2 測(cè)定指標(biāo)

測(cè)定指標(biāo)為風(fēng)網(wǎng)內(nèi)動(dòng)壓、靜壓及全壓；風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)行電流。

2.3 測(cè)定方法及步驟

2.3.1 風(fēng)網(wǎng)內(nèi)風(fēng)壓的測(cè)定

風(fēng)網(wǎng)內(nèi)動(dòng)壓、靜壓及全壓使用皮托管及U形管壓力計(jì)測(cè)定。

冷卻風(fēng)網(wǎng)及測(cè)定點(diǎn)設(shè)置示意圖見圖1。

圖1 冷卻風(fēng)網(wǎng)及測(cè)定點(diǎn)布置

測(cè)點(diǎn)1距彎頭2 m，測(cè)點(diǎn)2距風(fēng)機(jī)出口變形管1.5 m。經(jīng)試測(cè)，測(cè)定點(diǎn)截面各處風(fēng)壓測(cè)定值基本穩(wěn)定。

每個(gè)測(cè)定點(diǎn)的全壓P全、靜壓P靜和動(dòng)壓P動(dòng)分別按0.15 D、0.85 D二個(gè)測(cè)定深度測(cè)定，每次測(cè)定重復(fù)讀取5次。全壓和靜壓按算術(shù)平均數(shù)計(jì)算均值，動(dòng)壓按幾何平均數(shù)計(jì)算均值。

風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速v以及風(fēng)量Q，由P動(dòng)計(jì)算得出。其計(jì)算公式為：

式中：v——風(fēng)速，m/s；

P動(dòng)——?jiǎng)訅?，mmH2O；

Q——風(fēng)量，m3/h；

d——風(fēng)管直徑，m。

風(fēng)機(jī)運(yùn)行壓力P=P全2-P全1

式中：P全1——風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口處全壓，mmH2O；

P全2——風(fēng)機(jī)出風(fēng)口處全壓，mmH2O；

分別測(cè)定了冷卻器中無料、料位1和料位2三個(gè)工作狀態(tài)下的風(fēng)壓。料位1和料2分別為生產(chǎn)φ3 mm、φ2.5 mm顆粒飼料時(shí)最高料位。

2.3.2 工作電流的測(cè)定

電機(jī)運(yùn)行電流采用鉗形電表測(cè)定，讀取數(shù)值間隔時(shí)間為1 min。分別測(cè)定了風(fēng)機(jī)進(jìn)口處風(fēng)門打開和關(guān)閉時(shí)的運(yùn)行電流、正常工作狀態(tài)下的工作電流。

3 結(jié)果及分析

3.1 風(fēng)壓測(cè)定結(jié)果及分析

風(fēng)網(wǎng)風(fēng)壓、風(fēng)量測(cè)定結(jié)果見表1、表2。

表1 風(fēng)網(wǎng)風(fēng)壓測(cè)定值（mmH2O）

表2 測(cè)點(diǎn)1風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速風(fēng)量

表1中風(fēng)機(jī)壓力是測(cè)點(diǎn)2全壓與測(cè)點(diǎn)1全壓之差值。根據(jù)風(fēng)網(wǎng)內(nèi)的風(fēng)量和沙克龍的型號(hào)，可計(jì)算出冷卻器無料時(shí)沙克龍的阻力約為178 mmH2O，風(fēng)網(wǎng)內(nèi)其它阻力約為19 mmH2O；料位1和料位2時(shí)，沙克龍的阻力分別為97 mmH2O和113 mmH2O。由于風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速較低，為了計(jì)算方便，在料位1和料位2時(shí)，風(fēng)管內(nèi)的阻力均以19 mmH2O計(jì)算，則可得出在料位1和料位2時(shí)，冷卻器內(nèi)的阻力分別為134 mmH2O和106 mmH2O?？梢?，冷卻器中料位越高風(fēng)阻力越高，風(fēng)網(wǎng)內(nèi)的總阻力亦高，風(fēng)網(wǎng)內(nèi)的風(fēng)量也相應(yīng)地降低。無料時(shí)，風(fēng)量為23408 m3/h，而料位2和料位1時(shí)的風(fēng)量分別為14841 m3/h和12826 m3/h，呈現(xiàn)出料位增加風(fēng)量下降的趨勢(shì)。

從制粒機(jī)的生產(chǎn)能力來看，生產(chǎn)大顆粒飼料產(chǎn)量較高，相反小直徑顆粒飼料的產(chǎn)量較低。但從冷卻器對(duì)物料冷卻的工藝要求角度而言，生產(chǎn)大顆粒時(shí)需要更長(zhǎng)的冷卻時(shí)間和較大的單位產(chǎn)量風(fēng)量；逆流式冷卻器是目前飼料廠應(yīng)用最廣泛的冷卻器，其冷卻時(shí)間主要由物料的堆積高度決定，即滿料位高度越高，物料的冷卻時(shí)間越長(zhǎng)。因此，當(dāng)生產(chǎn)大直徑顆粒飼料時(shí)，冷卻器中物料的料位應(yīng)較小顆粒高，產(chǎn)量也會(huì)大。測(cè)定表明，料位1和料位2時(shí)，實(shí)際單位產(chǎn)量風(fēng)量分別為21.4 m3/（min·噸料）、30.9 m3/（min·噸料），顯然與這一要求相矛盾。同時(shí)，在這種運(yùn)行狀態(tài)下，生產(chǎn)大顆粒料時(shí)，風(fēng)網(wǎng)提供的單位產(chǎn)量風(fēng)量達(dá)不到22.5 m3/（min·噸料）的要求，很有可能會(huì)引起飼料貯存性能的降低，飼料霉變的可能性可能會(huì)上升。而這一現(xiàn)象的產(chǎn)生，正是因?yàn)轱L(fēng)網(wǎng)中阻力變化所造成的。

查4-79No7C型通風(fēng)機(jī)（22 kW）性能表可知，當(dāng)風(fēng)網(wǎng)阻力為191、238和250 mmH2O時(shí)，其風(fēng)網(wǎng)中相應(yīng)的風(fēng)量應(yīng)分別為27600、21100和17400 m3/h，均高于測(cè)定值。如果風(fēng)機(jī)能按正常狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，料位1時(shí)，風(fēng)網(wǎng)提供的單位產(chǎn)量風(fēng)量可接近29 m3/（min·噸料），可達(dá)最低要求。由此可見，風(fēng)機(jī)的性能是否符合標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)值得注意的問題。當(dāng)然，在料位2狀態(tài)下，單位產(chǎn)量風(fēng)量為44 m3/（min·噸料），顯然偏大。

根據(jù)以上分析，筆者建議在冷卻風(fēng)網(wǎng)設(shè)計(jì)和使用時(shí)應(yīng)對(duì)以下幾方面的問題加以注意：①冷卻風(fēng)網(wǎng)壓力及風(fēng)量應(yīng)按最大粒徑飼料所需冷卻時(shí)間和所需風(fēng)量為基礎(chǔ)進(jìn)行核算。亦即所選通風(fēng)機(jī)應(yīng)滿足在最高料位下風(fēng)網(wǎng)的阻力，能提供最大粒徑對(duì)應(yīng)的單位產(chǎn)量通風(fēng)量大于22 m3/（min·噸料）的條件；②生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)制粒機(jī)的產(chǎn)量及飼料顆粒的粒徑大小調(diào)定風(fēng)閥門的開度，以保證在生產(chǎn)不同規(guī)格顆粒飼料時(shí)，單位產(chǎn)量通風(fēng)量均在22 m3/（min·噸料）。生產(chǎn)小粒徑飼料時(shí)，風(fēng)閥門的開度關(guān)小。在保證單位產(chǎn)量通風(fēng)量的前提下，避免因大風(fēng)量造成冷卻過快、帶料較多和能耗偏大等現(xiàn)象；生產(chǎn)大粒徑飼料時(shí)，風(fēng)閥門的開度開大；最大徑粒時(shí)，閥門全開。③當(dāng)冷卻效果不理想時(shí)，除檢查工藝設(shè)計(jì)的合理性外，應(yīng)對(duì)風(fēng)網(wǎng)進(jìn)行測(cè)定，以判斷風(fēng)機(jī)的性能是否下降。

3.2 風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)行電流測(cè)定結(jié)果及分析

風(fēng)機(jī)進(jìn)口處風(fēng)門打開和關(guān)閉時(shí)的啟動(dòng)電流及啟動(dòng)后電流、正常工作狀態(tài)下的工作電流見表3、表4。

表3 風(fēng)機(jī)啟動(dòng)電流（A）

測(cè)定結(jié)果表明，當(dāng)關(guān)閉風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)風(fēng)門時(shí)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流均遠(yuǎn)低于風(fēng)門開啟狀態(tài)。而在正常工作階段，隨著冷卻器中料位的增高，風(fēng)機(jī)電流從30 A降至26～28 A。

表4 正常工作階段風(fēng)機(jī)電流（A）

冷卻風(fēng)網(wǎng)采用的風(fēng)機(jī)為離心式通風(fēng)機(jī)。從理論上來說，離心式通風(fēng)機(jī)的軸功率與其通風(fēng)量和壓力的乘積成正比。當(dāng)冷卻風(fēng)機(jī)開始啟動(dòng)時(shí)，如果進(jìn)風(fēng)門關(guān)閉，則通過風(fēng)機(jī)的風(fēng)量趨于0，風(fēng)機(jī)的軸功率處于最小值，因此，電機(jī)的啟動(dòng)電流當(dāng)然為最小值。相反，啟動(dòng)時(shí)風(fēng)門全開，則風(fēng)機(jī)的軸功率趨于最大值，增加了風(fēng)機(jī)電機(jī)的啟動(dòng)電流。在本次測(cè)定中，雖然風(fēng)門關(guān)閉效果并不十分理想，但是，降低電機(jī)的啟動(dòng)電流十分明顯。不僅可以降低電耗，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)，還有利于延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命。

因此，在冷卻風(fēng)網(wǎng)中，應(yīng)在風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)端設(shè)置有效的蝶閥，有條件的可考慮設(shè)置可自動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥開度的裝置。生產(chǎn)時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)電機(jī)前關(guān)閉蝶閥，可有效降低電機(jī)的啟動(dòng)電流，延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命。同時(shí)，在生產(chǎn)過程中，根據(jù)生產(chǎn)顆粒的直徑適當(dāng)調(diào)節(jié)蝶閥的開度，以控制風(fēng)網(wǎng)內(nèi)的風(fēng)量。一般而言，顆粒直徑越小，物料的冷卻時(shí)間越短，冷卻器中料位較低，風(fēng)阻較小，要控制較小的通風(fēng)量，可將風(fēng)閥門的開度控制在較小的位置。生產(chǎn)直徑較大的顆粒料時(shí)，由于冷卻器中料位較高，風(fēng)阻亦較大，因此，可將風(fēng)閥門開度調(diào)至較大，或全開，以盡量降低風(fēng)網(wǎng)的總壓損，以獲得較大的風(fēng)量。

4 小結(jié)

通過對(duì)冷卻風(fēng)網(wǎng)風(fēng)壓、風(fēng)量及風(fēng)機(jī)電機(jī)的運(yùn)行電流的測(cè)定，結(jié)果表明，①冷卻風(fēng)網(wǎng)中風(fēng)機(jī)的選用，不能僅僅根據(jù)其最大風(fēng)量能滿足要求，而應(yīng)選用在冷卻風(fēng)網(wǎng)阻力最大的情況下的風(fēng)量能滿足單位產(chǎn)量風(fēng)量要求的風(fēng)機(jī)。②風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)端應(yīng)設(shè)置有效的風(fēng)門。在啟動(dòng)電機(jī)前關(guān)閉風(fēng)機(jī)風(fēng)門，以降低電機(jī)的啟動(dòng)電流。生產(chǎn)過程中風(fēng)門的開度，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)時(shí)需風(fēng)量的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。③冷卻效果下降時(shí)，應(yīng)注意測(cè)定風(fēng)機(jī)的運(yùn)行性能。

[1]龐聲海，等.飼料加工設(shè)備與技術(shù)[M].技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2001.

[2]無錫輕工業(yè)學(xué)院.通風(fēng)除塵與氣力輸送[M].北京：中國(guó)商業(yè)出版社，1986.