冷卻風網運行參數的測定及分析

李建文

眾所周知，飼料經制粒后，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，即冷卻風網的作用就是為了保證生產過程中一定流量的空氣通過處于冷卻器內的濕熱顆粒狀飼料，從而使其溫度及水分含量降低、硬度得到提高。但是經冷卻后顆粒物料的溫濕度能否下降到理想狀態，與物料的原始含水率、調質的條件、顆粒飼料的直徑、在冷卻器中停留的時間（即冷卻時間）、通過物料的風量及環境條件等諸多因素均有關聯。在多數情況下，原料的含水率、顆粒直徑、環境條件等因素是不易控制的，人們通常通過控制冷卻時間和通過物料的風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行接觸。資料表明，要得到良好的冷卻效果，顆粒料應保證足夠的冷卻時間，并保證足夠的冷卻空氣量，且按單位產量計算，最小冷卻時間和最小空氣量與顆粒直徑大小有關。由于目前飼料廠所生產的硬顆粒飼料直徑一般為4.8 mm以下，因此，國內飼料廠工藝設計時大多是據此選擇22.5 m3/（min·噸料）的風量配備。而在實際生產中，飼料廠一般根據產品的顆粒直徑不同，調節冷卻時間來控制冷卻效果的，風網中的風量不予以調節。逆流式冷卻器是目前國內各飼料廠廣泛應用的冷卻器，冷卻時間是通過控制料層高度來實現的。

實際上，通風系統是一個動態平衡系統，其風量、風速和風壓相互關聯、相互影響，風壓的變化會直接導致風量和風速的改變，而風速的變化也會改變風壓。冷卻器中物料層的高度發生改變后，風網內的阻力勢必會發生改變，風網各運行參數也會隨之動態變化，風量是否能滿足最小值就很難確定。本文對某飼料廠冷卻風網運行風量及風壓等參數進行了實際測定，以研究冷卻風網實際運行狀態，為冷卻風網的設計及合理應用提供參考。

1 生產設備配置

制粒機產量 4～18 t/h；SKLN24×24 型冷卻器；4-79No7C型離心通風機，主軸轉速1800 r/min，配備功率22 kW；下旋60型旋風式除塵器，φ1600 mm；風管直徑805 mm。

2 測定指標及方法

2.1 測定儀器

皮托管；U形管壓力計；鉗形電表；鋼卷尺。

2.2 測定指標

測定指標為風網內動壓、靜壓及全壓；風機電機運行電流。

2.3 測定方法及步驟

2.3.1 風網內風壓的測定

風網內動壓、靜壓及全壓使用皮托管及U形管壓力計測定。

冷卻風網及測定點設置示意圖見圖1。

圖1 冷卻風網及測定點布置

測點1距彎頭2 m，測點2距風機出口變形管1.5 m。經試測，測定點截面各處風壓測定值基本穩定。

每個測定點的全壓P全、靜壓P靜和動壓P動分別按0.15 D、0.85 D二個測定深度測定，每次測定重復讀取5次。全壓和靜壓按算術平均數計算均值，動壓按幾何平均數計算均值。

風管內風速v以及風量Q，由P動計算得出。其計算公式為：

式中：v——風速，m/s；

P動——動壓，mmH2O；

Q——風量，m3/h；

d——風管直徑，m。

風機運行壓力P=P全2-P全1

式中：P全1——風機進風口處全壓，mmH2O；

P全2——風機出風口處全壓，mmH2O；

分別測定了冷卻器中無料、料位1和料位2三個工作狀態下的風壓。料位1和料2分別為生產φ3 mm、φ2.5 mm顆粒飼料時最高料位。

2.3.2 工作電流的測定

電機運行電流采用鉗形電表測定，讀取數值間隔時間為1 min。分別測定了風機進口處風門打開和關閉時的運行電流、正常工作狀態下的工作電流。

3 結果及分析

3.1 風壓測定結果及分析

風網風壓、風量測定結果見表1、表2。

表1 風網風壓測定值（mmH2O）

表2 測點1風管內風速風量

表1中風機壓力是測點2全壓與測點1全壓之差值。根據風網內的風量和沙克龍的型號，可計算出冷卻器無料時沙克龍的阻力約為178 mmH2O，風網內其它阻力約為19 mmH2O；料位1和料位2時，沙克龍的阻力分別為97 mmH2O和113 mmH2O。由于風管內的風速較低，為了計算方便，在料位1和料位2時，風管內的阻力均以19 mmH2O計算，則可得出在料位1和料位2時，冷卻器內的阻力分別為134 mmH2O和106 mmH2O。可見，冷卻器中料位越高風阻力越高，風網內的總阻力亦高，風網內的風量也相應地降低。無料時，風量為23408 m3/h，而料位2和料位1時的風量分別為14841 m3/h和12826 m3/h，呈現出料位增加風量下降的趨勢。

從制粒機的生產能力來看，生產大顆粒飼料產量較高，相反小直徑顆粒飼料的產量較低。但從冷卻器對物料冷卻的工藝要求角度而言，生產大顆粒時需要更長的冷卻時間和較大的單位產量風量；逆流式冷卻器是目前飼料廠應用最廣泛的冷卻器，其冷卻時間主要由物料的堆積高度決定，即滿料位高度越高，物料的冷卻時間越長。因此，當生產大直徑顆粒飼料時，冷卻器中物料的料位應較小顆粒高，產量也會大。測定表明，料位1和料位2時，實際單位產量風量分別為21.4 m3/（min·噸料）、30.9 m3/（min·噸料），顯然與這一要求相矛盾。同時，在這種運行狀態下，生產大顆粒料時，風網提供的單位產量風量達不到22.5 m3/（min·噸料）的要求，很有可能會引起飼料貯存性能的降低，飼料霉變的可能性可能會上升。而這一現象的產生，正是因為風網中阻力變化所造成的。

查4-79No7C型通風機（22 kW）性能表可知，當風網阻力為191、238和250 mmH2O時，其風網中相應的風量應分別為27600、21100和17400 m3/h，均高于測定值。如果風機能按正常狀態運行時，料位1時，風網提供的單位產量風量可接近29 m3/（min·噸料），可達最低要求。由此可見，風機的性能是否符合標準是一個值得注意的問題。當然，在料位2狀態下，單位產量風量為44 m3/（min·噸料），顯然偏大。

根據以上分析，筆者建議在冷卻風網設計和使用時應對以下幾方面的問題加以注意：①冷卻風網壓力及風量應按最大粒徑飼料所需冷卻時間和所需風量為基礎進行核算。亦即所選通風機應滿足在最高料位下風網的阻力，能提供最大粒徑對應的單位產量通風量大于22 m3/（min·噸料）的條件；②生產時，應根據制粒機的產量及飼料顆粒的粒徑大小調定風閥門的開度，以保證在生產不同規格顆粒飼料時，單位產量通風量均在22 m3/（min·噸料）。生產小粒徑飼料時，風閥門的開度關小。在保證單位產量通風量的前提下，避免因大風量造成冷卻過快、帶料較多和能耗偏大等現象；生產大粒徑飼料時，風閥門的開度開大；最大徑粒時，閥門全開。③當冷卻效果不理想時，除檢查工藝設計的合理性外，應對風網進行測定，以判斷風機的性能是否下降。

3.2 風機電機運行電流測定結果及分析

風機進口處風門打開和關閉時的啟動電流及啟動后電流、正常工作狀態下的工作電流見表3、表4。

表3 風機啟動電流（A）

測定結果表明，當關閉風機進風風門時，風機運行電流均遠低于風門開啟狀態。而在正常工作階段，隨著冷卻器中料位的增高，風機電流從30 A降至26～28 A。

表4 正常工作階段風機電流（A）

冷卻風網采用的風機為離心式通風機。從理論上來說，離心式通風機的軸功率與其通風量和壓力的乘積成正比。當冷卻風機開始啟動時，如果進風門關閉，則通過風機的風量趨于0，風機的軸功率處于最小值，因此，電機的啟動電流當然為最小值。相反，啟動時風門全開，則風機的軸功率趨于最大值，增加了風機電機的啟動電流。在本次測定中，雖然風門關閉效果并不十分理想，但是，降低電機的啟動電流十分明顯。不僅可以降低電耗，降低生產成本，同時，還有利于延長電機的使用壽命。

因此，在冷卻風網中，應在風機的進風端設置有效的蝶閥，有條件的可考慮設置可自動調節蝶閥開度的裝置。生產時，啟動風機電機前關閉蝶閥，可有效降低電機的啟動電流，延長電機使用壽命。同時，在生產過程中，根據生產顆粒的直徑適當調節蝶閥的開度，以控制風網內的風量。一般而言，顆粒直徑越小，物料的冷卻時間越短，冷卻器中料位較低，風阻較小，要控制較小的通風量，可將風閥門的開度控制在較小的位置。生產直徑較大的顆粒料時，由于冷卻器中料位較高，風阻亦較大，因此，可將風閥門開度調至較大，或全開，以盡量降低風網的總壓損，以獲得較大的風量。

4 小結

通過對冷卻風網風壓、風量及風機電機的運行電流的測定，結果表明，①冷卻風網中風機的選用，不能僅僅根據其最大風量能滿足要求，而應選用在冷卻風網阻力最大的情況下的風量能滿足單位產量風量要求的風機。②風機進風端應設置有效的風門。在啟動電機前關閉風機風門，以降低電機的啟動電流。生產過程中風門的開度，應根據生產時需風量的要求進行調節。③冷卻效果下降時，應注意測定風機的運行性能。

[1]龐聲海，等.飼料加工設備與技術[M].技術文獻出版社，2001.

[2]無錫輕工業學院.通風除塵與氣力輸送[M].北京：中國商業出版社，1986.