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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)、推動棒式篦冷機(jī)四代革新推進(jìn)。第四代推動棒式篦冷機(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)，因此整個篦床是固定的，因而使用中不用維護(hù)篦板間隙，也沒有漏料，且裝配制造簡單，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

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的閥板，它通過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)自動關(guān)閉和打開。當(dāng)熟料層阻力較大、冷卻風(fēng)較小量時，閥門自動打開，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，閥門自動關(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支點(diǎn)的力矩平衡原理來設(shè)計的。

圖1 閥板結(jié)構(gòu)尺寸圖

閥板結(jié)構(gòu)尺寸見圖1。由圖1可見，閥板寬度B和厚度t，其重量Fg，相對懸掛點(diǎn)擺動，閥板重心到懸掛點(diǎn)O的距離為Lg，閥板相對垂直線傾斜α角。因此重力Fg對懸掛點(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，則空氣壓力推動閥板對懸掛點(diǎn)O產(chǎn)生力矩為：

    （2）

公式（2）中：L—閥板長度；D_K—閥板常開通風(fēng)孔直徑；L_K—閥板常開通風(fēng)孔中心到懸掛點(diǎn)O的距離；ΔP為動壓力降，MPa，見公式（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)孔面積為閥板擺動角度的函數(shù)，解此函數(shù)，即可設(shè)計出合適的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，通過設(shè)計計算，可以設(shè)計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)計兩種不同氣流特性曲線：（1）不管工藝過程狀態(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。這樣就可以通過不同型號的機(jī)械風(fēng)量調(diào)節(jié)閥來實(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

評價一臺篦冷機(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)動情況。只有這樣，才能更好的根據(jù)熟料分布和運(yùn)動情況來分配冷卻空氣量，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。但在每個風(fēng)室劃分階段，由于邊部的熟料運(yùn)動受篦冷機(jī)邊部殼體的摩擦，運(yùn)動速度要慢一些，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，都可以通過機(jī)械風(fēng)量調(diào)節(jié)閥來實(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：通過熱平衡計算，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。同理通過熱平衡計算，可確定出整個篦冷機(jī)內(nèi)部各個區(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

熱效率高、能耗低、運(yùn)轉(zhuǎn)率高是評價第四代篦冷機(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配置冷卻空氣量；（3）采用推料棒來輸送熟料，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)計第四代篦冷機(jī)時，應(yīng)著重要考慮上述三個途徑的應(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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