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1 第四代篦冷機(jī)的主要性能特點(diǎn)

目前水泥熟料冷卻機(jī)主要采用篦式冷卻機(jī)，經(jīng)不斷優(yōu)化改進(jìn)，篦式冷卻機(jī)已經(jīng)歷了富勒型篦冷機(jī)、厚料層篦冷機(jī)、控制流篦冷機(jī)、推動(dòng)棒式篦冷機(jī)四代革新推進(jìn)。第四代推動(dòng)棒式篦冷機(jī)與前面三代的主要區(qū)別在于：（1）采用機(jī)械風(fēng)量調(diào)節(jié)閥（MFR），使之能根據(jù)篦板上熟料層阻力變化，自動(dòng)靈敏地調(diào)節(jié)閥的阻力，使得熟料層加篦板阻力之和維持恒定，達(dá)到通風(fēng)量恒定，最終達(dá)到整個(gè)篦床上冷卻空氣均勻分布；（2）前三代篦冷機(jī)的篦板要同時(shí)承擔(dān)熟料冷卻和輸送，第四代篦冷機(jī)是由推料棒擔(dān)任熟料輸送任務(wù)，篦板只擔(dān)任冷卻任務(wù)，因此整個(gè)篦床是固定的，因而使用中不用維護(hù)篦板間隙，也沒(méi)有漏料，且裝配制造簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率高，設(shè)備熱效率高等。

2 機(jī)械風(fēng)量調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)

第四代篦冷機(jī)的機(jī)械風(fēng)量調(diào)節(jié)閥帶有一塊能夠靈活擺動(dòng)的閥板，它通過(guò)篦板和熟料層的冷卻空氣及自身重力的綜合作用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉和打開(kāi)。當(dāng)熟料層阻力較大、冷卻風(fēng)較小量時(shí)，閥門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，使篦板阻力降低，使冷卻風(fēng)量增大；而當(dāng)熟料層阻力較小、冷卻風(fēng)量較大時(shí)，閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，使篦板阻力增大，冷卻風(fēng)量降低，達(dá)到冷卻風(fēng)量恒定的效果。目前國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了多種機(jī)械風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，大部分都是基于閥板上下部之間的冷卻空氣壓力差和閥板自身重力對(duì)支點(diǎn)的力矩平衡原理來(lái)設(shè)計(jì)的。

圖1 閥板結(jié)構(gòu)尺寸圖

閥板結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)，閥板寬度B和厚度t，其重量Fg，相對(duì)懸掛點(diǎn)擺動(dòng)，閥板重心到懸掛點(diǎn)O的距離為L(zhǎng)g，閥板相對(duì)垂直線傾斜α角。因此重力Fg對(duì)懸掛點(diǎn)O產(chǎn)生的力矩MO為：

M_O=F_gL_gsinα     （1）

另，閥板上作用有冷卻空氣壓力，則空氣壓力推動(dòng)閥板對(duì)懸掛點(diǎn)O產(chǎn)生力矩為：

    （2）

公式（2）中：L—閥板長(zhǎng)度；D_K—閥板常開(kāi)通風(fēng)孔直徑；L_K—閥板常開(kāi)通風(fēng)孔中心到懸掛點(diǎn)O的距離；ΔP為動(dòng)壓力降，MPa，見(jiàn)公式（3）。

    （3）

公式（3）中，g—重力加速度；γ—空氣質(zhì)量密度，1.2kg/m³；S_FB—閥板承受風(fēng)壓的面積，S_FB=LB，L—閥板長(zhǎng)度，B—閥板寬度；Q_BB—每塊篦板所需空氣量（標(biāo)況），m³/min。

整理以上三式即可得MFR通風(fēng)孔面積為閥板擺動(dòng)角度的函數(shù)，解此函數(shù)，即可設(shè)計(jì)出合適的MFR。

或：

機(jī)械風(fēng)量調(diào)節(jié)閥具有調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)量的作用，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，可以設(shè)計(jì)出任何氣流特性曲線的機(jī)械風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。然而經(jīng)驗(yàn)表明，最有利的是根據(jù)操作和熱效率要求去設(shè)計(jì)兩種不同氣流特性曲線：（1）不管工藝過(guò)程狀態(tài)如何而具有恒定的氣流量；（2）具有累進(jìn)的氣流量。第（1）種特性曲線可滿足在遍布冷卻機(jī)最大面積要求恒定的流量調(diào)節(jié)閥，使得可以保證冷卻機(jī)穩(wěn)定操作。但在某些情況下，隨著季節(jié)變化，大氣溫度有大的變化，則客觀要求使用能夠變化（或者是累進(jìn)的），特別是靠近冷卻機(jī)卸料端要求采用累進(jìn)式，從而能將熟料溫度保證總是處于最佳，這是第（2）種特性曲線的功能。

圖2是一臺(tái)氣流量（標(biāo)況）恒定為60m³/（m²?min）的機(jī)械風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的氣流特性曲線。從圖2可知，不管工藝過(guò)程中熟料層厚度發(fā)生如何變化，由于機(jī)械風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)作用，使得每分鐘通過(guò)單位面積篦床的冷卻空氣流量（標(biāo)況）恒定為60m³/（m²?min）。

圖2 氣流量（標(biāo)況）恒定為60m³/（m²?min）的MFR的氣流特性曲線

采用這種機(jī)械風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的好處是：設(shè)計(jì)者可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者采用虛擬樣機(jī)模擬得到的數(shù)據(jù)，根據(jù)篦冷機(jī)內(nèi)部各區(qū)域熟料層厚度不同、溫度不同，以及由于側(cè)壁的作用，邊部的熟料運(yùn)動(dòng)效率不高等情況，綜合考慮，確定哪些區(qū)域的冷卻空氣流量要大一些，哪些區(qū)域的空氣流量要小一些。這樣就可以通過(guò)不同型號(hào)的機(jī)械風(fēng)量調(diào)節(jié)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域有不同的冷卻空氣流量。這樣的冷卻效果應(yīng)該是最理想的冷卻效果，可以大幅提高篦冷機(jī)的熱效率和冷卻效率。由于采用機(jī)械風(fēng)量調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)冷卻空氣的風(fēng)量，使得二次風(fēng)、三次風(fēng)的風(fēng)量和溫度都比較穩(wěn)定，這樣也有利于整個(gè)燒成系統(tǒng)的穩(wěn)定。

3 篦冷機(jī)內(nèi)部各區(qū)域風(fēng)量分配淺析

評(píng)價(jià)一臺(tái)篦冷機(jī)性能的優(yōu)劣通常采用以下指標(biāo)：（1）熱效率要高。目前第四代篦冷機(jī)（推動(dòng)棒式）的熱效率一般在75%～80%。（2）冷卻效率要高。冷卻效率一般在90%～95%。（3）篦冷機(jī)及其附屬設(shè)備電耗要低。（4）投資少，磨耗小，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率高等。

其中：要提高篦冷機(jī)的熱效率和冷卻效率，就要了解篦冷機(jī)內(nèi)部熟料的分布和運(yùn)動(dòng)情況。只有這樣，才能更好的根據(jù)熟料分布和運(yùn)動(dòng)情況來(lái)分配冷卻空氣量，才能最大幅度地提高篦冷機(jī)的熱效率和冷卻效率。

我院根據(jù)多年篦冷機(jī)的設(shè)計(jì)研究和虛擬樣機(jī)試驗(yàn)，得出第四代篦冷機(jī)內(nèi)部熟料溫度分布和冷卻空氣量分配如下：（1）階梯區(qū)，在窯口落料區(qū)域溫度最高，熟料最多，可以考慮多分配一些冷卻空氣量。從落料區(qū)向兩邊部溫度逐漸降低，可適當(dāng)減少冷卻空氣分配量。（2）水平段，順著熟料流向，由于熟料溫度逐漸降低，冷卻速度和冷卻效果逐漸降低，空氣分配量可逐漸減少。但在每個(gè)風(fēng)室劃分階段，由于邊部的熟料運(yùn)動(dòng)受篦冷機(jī)邊部殼體的摩擦，運(yùn)動(dòng)速度要慢一些，可以考慮較中部少分配一些冷卻空氣量。

冷卻空氣量這樣的分配，都可以通過(guò)機(jī)械風(fēng)量調(diào)節(jié)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)闄C(jī)械風(fēng)量調(diào)節(jié)閥有恒定的氣流量。比如：通過(guò)熱平衡計(jì)算，出篦冷機(jī)內(nèi)A區(qū)域需要風(fēng)量（標(biāo)況）為60m³/（m²?min），則可在該區(qū)域裝上型號(hào)為60m³/（m²?min）的機(jī)械風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，就可使該區(qū)域風(fēng)量（標(biāo)況）恒定在60m³/（m²?min），使得篦冷機(jī)的操作很穩(wěn)定。同理通過(guò)熱平衡計(jì)算，可確定出整個(gè)篦冷機(jī)內(nèi)部各個(gè)區(qū)域的冷卻風(fēng)量的需要量，再配置相應(yīng)規(guī)格的機(jī)械風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，就可實(shí)現(xiàn)熟料的有效冷卻和篦冷機(jī)的穩(wěn)定操作。

4 結(jié)語(yǔ)

熱效率高、能耗低、運(yùn)轉(zhuǎn)率高是評(píng)價(jià)第四代篦冷機(jī)優(yōu)劣的主要性能指標(biāo)，要實(shí)現(xiàn)這三項(xiàng)高性能指標(biāo)，有以下三個(gè)技術(shù)途徑。（1）采用機(jī)械風(fēng)量調(diào)節(jié)閥控制冷卻空氣流量；（2）根據(jù)篦冷機(jī)內(nèi)部區(qū)域熟料溫度的分布情況來(lái)配置冷卻空氣量；（3）采用推料棒來(lái)輸送熟料，篦板冷卻熟料的方式。其中途徑（1）和（2），可使得第四代篦冷機(jī)有較高的熱效率和較低的能耗；而途徑（3），可使得第四代篦冷機(jī)故障率低、運(yùn)轉(zhuǎn)率高。所以在設(shè)計(jì)第四代篦冷機(jī)時(shí)，應(yīng)著重要考慮上述三個(gè)途徑的應(yīng)用，以不斷地提高篦冷機(jī)的熱效率、運(yùn)轉(zhuǎn)率，降低運(yùn)轉(zhuǎn)能耗。

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