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機械風量調節閥設計
發布于：2019/7/26 13:21:29 點擊量：141
1 第四代篦冷機的主要性能特點
目前水泥熟料冷卻機主要采用篦式冷卻機，經不斷優化改進，篦式冷卻機已經歷了富勒型篦冷機、厚料層篦冷機、控制流篦冷機、推動棒式篦冷機四代革新推進。第四代推動棒式篦冷機與前面三代的主要區別在于：（1）采用機械風量調節閥（MFR），使之能根據篦板上熟料層阻力變化，自動靈敏地調節閥的阻力，使得熟料層加篦板阻力之和維持恒定，達到通風量恒定，最終達到整個篦床上冷卻空氣均勻分布；（2）前三代篦冷機的篦板要同時承擔熟料冷卻和輸送，第四代篦冷機是由推料棒擔任熟料輸送任務，篦板只擔任冷卻任務，因此整個篦床是固定的，因而使用中不用維護篦板間隙，也沒有漏料，且裝配制造簡單，維護成本低，設備運轉率高，設備熱效率高等。
2 機械風量調節閥設計
第四代篦冷機的機械風量調節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，實現自動關閉和打開。當熟料層阻力較大、冷卻風較小量時，閥門自動打開，使篦板阻力降低，使冷卻風量增大；而當熟料層阻力較小、冷卻風量較大時，閥門自動關閉，使篦板阻力增大，冷卻風量降低，達到冷卻風量恒定的效果。目前國內出現了多種機械風量調節閥，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的力矩平衡原理來設計的。
圖1 閥板結構尺寸圖
閥板結構尺寸見圖1。由圖1可見，閥板寬度B和厚度t，其重量Fg，相對懸掛點擺動，閥板重心到懸掛點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O產生的力矩MO為：
MO=FgLgsinα （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O產生力矩為：
（2）
公式（2）中：L—閥板長度；DK—閥板常開通風孔直徑；LK—閥板常開通風孔中心到懸掛點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—空氣質量密度，1.2kg/m3；SFB—閥板承受風壓的面積，SFB=LB，L—閥板長度，B—閥板寬度；QBB—每塊篦板所需空氣量（標況），m3/min。
整理以上三式即可得MFR通風孔面積為閥板擺動角度的函數，解此函數，即可設計出合適的MFR。
或：
機械風量調節閥具有調節冷卻風量的作用，通過設計計算，可以設計出任何氣流特性曲線的機械風量調節閥。然而經驗表明，最有利的是根據操作和熱效率要求去設計兩種不同氣流特性曲線：（1）不管工藝過程狀態如何而具有恒定的氣流量；（2）具有累進的氣流量。第（1）種特性曲線可滿足在遍布冷卻機最大面積要求恒定的流量調節閥，使得可以保證冷卻機穩定操作。但在某些情況下，隨著季節變化，大氣溫度有大的變化，則客觀要求使用能夠變化（或者是累進的），特別是靠近冷卻機卸料端要求采用累進式，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（標況）恒定為60m3/（m2?min）的機械風量調節閥的氣流特性曲線。從圖2可知，不管工藝過程中熟料層厚度發生如何變化，由于機械風量調節閥的調節作用，使得每分鐘通過單位面積篦床的冷卻空氣流量（標況）恒定為60m3/（m2?min）。
圖2 氣流量（標況）恒定為60m3/（m2?min）的MFR的氣流特性曲線
采用這種機械風量調節閥的好處是：設計者可以根據經驗或者采用虛擬樣機模擬得到的數據，根據篦冷機內部各區域熟料層厚度不同、溫度不同，以及由于側壁的作用，邊部的熟料運動效率不高等情況，綜合考慮，確定哪些區域的冷卻空氣流量要大一些，哪些區域的空氣流量要小一些。這樣就可以通過不同型號的機械風量調節閥來實現不同區域有不同的冷卻空氣流量。這樣的冷卻效果應該是最理想的冷卻效果，可以大幅提高篦冷機的熱效率和冷卻效率。由于采用機械風量調節閥來調節冷卻空氣的風量，使得二次風、三次風的風量和溫度都比較穩定，這樣也有利于整個燒成系統的穩定。
3 篦冷機內部各區域風量分配淺析
評價一臺篦冷機性能的優劣通常采用以下指標：（1）熱效率要高。目前第四代篦冷機（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）篦冷機及其附屬設備電耗要低。（4）投資少，磨耗小，設備運轉率高等。
其中：要提高篦冷機的熱效率和冷卻效率，就要了解篦冷機內部熟料的分布和運動情況。只有這樣，才能更好的根據熟料分布和運動情況來分配冷卻空氣量，才能最大幅度地提高篦冷機的熱效率和冷卻效率。
我院根據多年篦冷機的設計研究和虛擬樣機試驗，得出第四代篦冷機內部熟料溫度分布和冷卻空氣量分配如下：（1）階梯區，在窯口落料區域溫度最高，熟料最多，可以考慮多分配一些冷卻空氣量。從落料區向兩邊部溫度逐漸降低，可適當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。但在每個風室劃分階段，由于邊部的熟料運動受篦冷機邊部殼體的摩擦，運動速度要慢一些，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，都可以通過機械風量調節閥來實現，因為機械風量調節閥有恒定的氣流量。比如：通過熱平衡計算，出篦冷機內A區域需要風量（標況）為60m3/（m2?min），則可在該區域裝上型號為60m3/（m2?min）的機械風量調節閥，就可使該區域風量（標況）恒定在60m3/（m2?min），使得篦冷機的操作很穩定。同理通過熱平衡計算，可確定出整個篦冷機內部各個區域的冷卻風量的需要量，再配置相應規格的機械風量調節閥，就可實現熟料的有效冷卻和篦冷機的穩定操作。
4 結語
熱效率高、能耗低、運轉率高是評價第四代篦冷機優劣的主要性能指標，要實現這三項高性能指標，有以下三個技術途徑。（1）采用機械風量調節閥控制冷卻空氣流量；（2）根據篦冷機內部區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故障率低、運轉率高。所以在設計第四代篦冷機時，應著重要考慮上述三個途徑的應用，以不斷地提高篦冷機的熱效率、運轉率，降低運轉能耗。
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