顆粒飼料冷卻器及配套風(fēng)機(jī)的選型設(shè)計(jì)

周文華，甘茂云

（江西省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，江西南昌330000）

在全價(jià)顆粒配合飼料生產(chǎn)過程中， 影響顆粒飼料品質(zhì)的因素很多，如原料的品質(zhì)、原料的清理、粉碎細(xì)度、全價(jià)飼料配方、配料精度、混合均勻度、調(diào)質(zhì)溫度、調(diào)質(zhì)時(shí)間、制粒機(jī)性能、蒸汽量及蒸汽質(zhì)量、冷卻效果、顆粒成品的篩選、物料在設(shè)備線路中的殘留及交叉污染程度、 生產(chǎn)管理水平、操作工的技能水平等，其中剛制粒出來高溫高濕顆粒飼料的冷卻效果是重要因素之一。 制粒冷卻工藝中，剛制粒出來顆粒飼料的溫度一般高達(dá)80℃～90℃， 水分含量達(dá)16%左右，此時(shí)顆粒飼料的硬度相對(duì)較低，容易破碎，同時(shí)也不宜長(zhǎng)久儲(chǔ)存，容易發(fā)霉變質(zhì)，必須對(duì)其進(jìn)行降溫、降水分處理，通常成品顆粒飼料的溫度降至不超過環(huán)境溫度（室溫）5℃，水分控制在12%～13%范圍內(nèi) （需混合后調(diào)質(zhì)前的飼料水分含量≤13%）， 顆粒飼料的冷卻工序是全價(jià)顆粒配合飼料生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)之一， 如果冷卻效果不好， 飼料在儲(chǔ)存運(yùn)輸過程中會(huì)發(fā)生發(fā)熱霉變，將給企業(yè)帶來重大損失，因此冷卻設(shè)備及配套風(fēng)機(jī)選型及設(shè)計(jì)的科學(xué)性、 合理性尤為重要。

1 冷卻器的選型設(shè)計(jì)

適合顆粒飼料冷卻的冷卻器主要有立式、臥式兩種，常用的立式冷卻器有塔式、逆流式和圓形干燥冷卻器三種。 逆流式冷卻器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高、能耗低、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，目前，被國(guó)內(nèi)飼料企業(yè)普遍采用。

1.1 逆流式冷卻器的冷卻原理

顆粒飼料的冷卻過程是一個(gè)濕熱傳遞過程，其冷卻介質(zhì)一般為環(huán)境自然空氣。 風(fēng)機(jī)從逆流式冷卻器頂部抽風(fēng)， 使冷卻器內(nèi)腔室中形成負(fù)壓， 迫使自然空氣從冷卻器底部排料機(jī)構(gòu)縫隙均勻進(jìn)入冷卻器內(nèi)腔， 并垂直穿過冷卻器內(nèi)腔中的高溫高濕顆粒飼料料層， 顆粒飼料與空氣進(jìn)行濕熱交換， 顆粒飼料散發(fā)的熱量和水分被空氣吸收而排出機(jī)外。 這一過程中，空氣的流向與顆粒飼料的流向相反， 空氣自下往上逐步升溫變成熱風(fēng)，顆粒飼料自上往下逐步降溫，從而有效地避免因驟冷引發(fā)顆粒飼料表面開裂。

1.2 逆流式冷卻器的選型計(jì)算

逆流式冷卻器選型的主要依據(jù)為產(chǎn)量。 制粒冷卻工段中， 逆流式冷卻器的產(chǎn)量需要根據(jù)制粒機(jī)的產(chǎn)量來確定，考慮各種因素，逆流式冷卻器選型時(shí)一般按冷卻器產(chǎn)量大于制粒機(jī)產(chǎn)量的原則來選擇。 逆流式冷卻器的產(chǎn)量可用下式計(jì)算：Q冷=KQ制（噸/小時(shí)）。 式中：Q冷—制粒冷卻工段中， 逆流式冷卻器的產(chǎn)量 （噸/小時(shí)）；Q制—制粒冷卻工段中，制粒機(jī)的產(chǎn)量（噸/小時(shí)）；K—系數(shù)，一般取K=1.1～1.3。

根據(jù)逆流式冷卻器的產(chǎn)量可以確定逆流式冷卻器的計(jì)算容積， 其可用下式計(jì)算：V冷=Q冷T/（60K1ρ） （立方米）。式中：V冷—逆流式冷卻器的計(jì)算容積（立方米）；T—顆粒飼料在逆流式冷卻器中的逗留時(shí)間（分鐘）；通常顆粒飼料直徑為2～8 毫米，一般取T=5～12 分鐘，顆粒直徑越大，T 取值越大；K1—逆流式冷卻器中顆粒飼料的高度與逆流式冷卻器腔體高度之比； 一般取K1=0.45～0.65；ρ-顆粒飼料的容重（噸/立方米）。

根據(jù)計(jì)算容積V冷可以選擇合適的逆流式冷卻器型號(hào)， 常用的不同型號(hào)的逆流式冷卻器容積見表1。

表1常用的不同型號(hào)逆流式冷卻器的容積

2 配套風(fēng)機(jī)的選型設(shè)計(jì)

2.1 冷卻風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的遵循規(guī)則

制粒冷卻工段中， 逆流式冷卻器配套風(fēng)機(jī)的選擇及冷卻風(fēng)網(wǎng)設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵， 將會(huì)直接影響顆粒飼料的降溫降水分效果。 設(shè)計(jì)冷卻風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮遵循以下規(guī)則：

2.1.1 整個(gè)風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)的長(zhǎng)度盡量短，水平管盡量短，彎頭數(shù)量盡量少，以便減小整個(gè)冷卻風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)的壓力損失， 同時(shí)也可降低管壁產(chǎn)生的冷凝水。

2.1.2 整個(gè)風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)的管道及剎克龍外壁安裝隔熱保溫材料，避免冷凝水的產(chǎn)生。

2.1.3 合理選擇風(fēng)管直徑和風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速，一般風(fēng)速為13～16 米/秒，若風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速過低，容易造成粉塵粘貼管壁， 管壁也容易產(chǎn)生冷凝水，若風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速過高，則整個(gè)冷卻風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)的壓力損失將大大增加。 同時(shí)根據(jù)選用的冷卻風(fēng)量核算逆流式冷卻器顆粒飼料料層中的風(fēng)速，一般不超過1.8 米/秒，若顆粒飼料料層中的風(fēng)速過低，冷卻效果將會(huì)不理想，若顆粒飼料料層中的風(fēng)速過高， 容易造成顆粒飼料因驟冷而致使顆粒飼料表面產(chǎn)生裂紋， 影響顆粒飼料的外觀質(zhì)量，同時(shí)也會(huì)增減料層的阻力。

2.1.4 管道上應(yīng)設(shè)風(fēng)量調(diào)節(jié)門，通過調(diào)節(jié)風(fēng)門開啟度的大小來調(diào)節(jié)整個(gè)冷卻風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)中風(fēng)量的大小，以改變料層中和風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速，滿足不同直徑顆粒飼料的冷卻， 以達(dá)到理想的冷卻效果。

2.1.5 合理選擇剎克龍和關(guān)風(fēng)器，能有效防止整個(gè)冷卻風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)中的粉塵外溢， 讓飼料廠達(dá)到環(huán)保要求，降低對(duì)周邊環(huán)境的污染。 剎克龍進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)速一般控制在16～17 米/秒范圍內(nèi)，若風(fēng)速過低，剎克龍內(nèi)壁也容易產(chǎn)生冷凝水，若風(fēng)速過高，會(huì)大大增加剎克龍的阻力，粉塵也容易外溢。 剎克龍一般安裝在風(fēng)機(jī)的前面，可以有效地降低潮濕粉塵對(duì)風(fēng)機(jī)性能的影響。

2.1.6 合理選擇風(fēng)機(jī)，一般選用中低壓風(fēng)機(jī)比較合適。

2.2 冷卻風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)冷卻風(fēng)量的確定

所需冷卻風(fēng)量與產(chǎn)量、 顆粒飼料大小等因素有關(guān)，可用下式計(jì)算：Q冷計(jì)=60K2G制（立方米/小時(shí)）。 式中：Q冷計(jì)—冷卻風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)所需計(jì)算冷卻風(fēng)量 （立方米/小時(shí)）；K2—每噸顆粒飼料所需冷卻風(fēng)量（立方米/分鐘·噸）；對(duì)于大顆粒飼料而言，冷卻降溫降水分的速度較慢，適于增加冷卻時(shí)間，但冷卻風(fēng)量不宜過大，以免冷卻速度過快造成顆粒飼料表面產(chǎn)生裂紋而影響顆粒飼料外觀質(zhì)量；對(duì)于小顆粒飼料而言，可以適當(dāng)?shù)販p少冷卻時(shí)間。 在實(shí)際生產(chǎn)中，一般通過調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)中風(fēng)門開啟度的大小來調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小。

因此，K2的取值應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)中最大的顆粒飼料直徑來選取： 顆粒直徑≤5 毫米時(shí)，K2取值22.5；顆粒直徑為6 毫米時(shí)，K2取值25；顆粒直徑為10 毫米時(shí)，K2取值28；顆粒直徑為20 毫米時(shí)，K2取值31； 顆粒直徑為22 毫米時(shí)，K2取值34。

G制—制粒冷卻工段中，制粒機(jī)1 小時(shí)生產(chǎn)顆粒飼料的數(shù)量（噸）；G制的取值為制粒機(jī)實(shí)際生產(chǎn)最大直徑顆粒飼料的數(shù)量。

2.3 冷卻風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)的總壓損H總計(jì)算

2.3.1 冷卻風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)的總壓損H 總可采用如下計(jì)算公式：H總=H冷+H剎克龍+∑H摩+∑H局（帕）。 式中：H總—冷卻風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)的總壓損（帕）；H冷—冷卻器的壓力損失 （帕）；H剎克龍—?jiǎng)x克龍的壓力損失（帕）；∑H摩—冷卻風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)中風(fēng)管摩擦阻力之和（帕）；∑H局—冷卻風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)中風(fēng)管局部阻力之和（帕）。

2.3.2 計(jì)算步驟（具體計(jì)算及參數(shù)選擇參考《糧食工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》 和 《飼料加工設(shè)備與技術(shù)》）如下：

2.3.2.1 選擇風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速，一般風(fēng)速為13～16 米/秒；

2.3.2.2 根據(jù)所需冷卻風(fēng)量計(jì)算并確定各管段直徑；

2.3.2.3 選定剎克龍的種類、型號(hào)。 選擇依據(jù)是所需冷卻風(fēng)量和剎克龍進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)速， 剎克龍進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)速一般控制在16～17 米/秒范圍內(nèi)；

2.3.2.4 繪制風(fēng)網(wǎng)草圖和風(fēng)網(wǎng)軸側(cè)圖；

2.3.2.5 計(jì)算冷卻風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)中風(fēng)管的摩擦阻力和局部阻力、剎克龍的壓損、冷卻器的壓損。其中冷卻器的壓力損失一般為2000 帕左右；

2.4 風(fēng)機(jī)的選擇

應(yīng)考慮漏風(fēng)儲(chǔ)備量，一般按Q風(fēng)機(jī)=（1.1～1.2）Q冷計(jì)來選擇風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。 選擇風(fēng)機(jī)的全壓一般按H風(fēng)機(jī)=（1.1～1.2）H總來選擇。

2.5 顆粒飼料冷卻過程的濕熱平衡計(jì)算

顆粒飼料的冷卻過程是較為復(fù)雜的過程，為了驗(yàn)證冷卻器的選型和冷卻風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性， 需要進(jìn)一步進(jìn)行顆粒飼料冷卻過程的濕熱平衡計(jì)算，可以參考“冷卻器中顆粒飼料冷卻干燥過程的計(jì)算與圖解”進(jìn)行計(jì)算。

顆粒飼料冷卻工序的降溫降水分效果是否理想， 冷卻器的選型和冷卻風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性至關(guān)重要。 在實(shí)際生產(chǎn)中， 原料的水分含量、 混合后調(diào)質(zhì)前物料的水分含量、 蒸汽的質(zhì)量、進(jìn)冷卻器前顆粒飼料水分含量、顆粒飼料的大小、顆粒飼料料層中的風(fēng)速、南北方氣候差異大等，都是影響顆粒飼料冷卻效果的因素，在選型設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮這些重要因素。