探究篦冷机余风的冷却与多管冷却器的设计选型及应用

王 磊

(新疆天业集团天伟水泥有限公司，新疆 石河子市 832000)

探究篦冷机余风的冷却与多管冷却器的设计选型及应用

王 磊

(新疆天业集团天伟水泥有限公司，新疆 石河子市 832000)

文章首先简要分析了篦冷机余风的冷却问题，并在此基础上对多管冷却器优化设计选型及应用实例进行论述。期望通过本文的研究能够对提高水泥厂的生产能效有所帮助。

篦冷机；多管冷却器；水泥；窑头

1篦冷机余风的冷却问题分析

在干法水泥生产线中，篦冷机是不可或缺的重要设备之一，它的运行稳定、可靠与否直接关系到整条生产线的正常运行。在水泥生产中，篦冷机的主要作用是降低出窑熟料的温度，进一步改善熟料的质量，提高二次和三次风温度等等。通常情况下，在篦冷机内，冷却用的活风量应当与二次及三次风量、窑头风机的抽风量以及煤磨用热风量之间达到一定的平衡，由此能够确保窑头的微负压。从目前国内篦冷机的总体设计情况上看，在篦冷机设计中，高低温区之间的动挡板被取消，但在各个风机的作用下，篦冷机仍然存在相对的零压区。若是进一步加大窑头排风机的抽力，或是减小高温段冷却风机的出风量，都可能导致零压区向窑头方向移动的情况发生，这样一来便会造成二次风量和三次风量下降，进而引起窑头负压增大。如果减小窑头排风机的抽力或是增大高温段冷却风机的风量，那么会造成零压区后移，此时二次与三次风的温度会有所下降，而风量却会明显增大，窑头负压会随之减小。由上述分析可知，在实际操作中，确保零压区稳定是保证二次和三次风温度与风量足够的关键，这一目标可借助多管冷却器予以实现。下面本文重点对多管冷却器的设计选型及应用进行论述。

2多管冷却器优化设计选型及应用实例

2.1 多管冷却器优化设计步骤

在对多管冷却器进行优化设计的过程中，为使设计出来的冷却器能够满足水泥厂窑头烟气处理的实际需求，应当按照以下步骤进行设计：

2.1.1 已知热烟气的进口温度为t1和出口温度为′以及烟气量为，那么按照热平衡的计算公式，可求得热烟气需要传输的具体热量，计算公式如下：

在上式当中，K代表冷却器的传热系数（单位：W/（m2·℃））；F代表冷却器的传热面积（单位：）；代表烟气流的平均温度（单位：℃）；代表冷却气的平均温度（单位：）；代表传热温差（单位：℃）。

2.1.4 按照传热面积F对冷却器的结构和布置进行具体设计，主要包括以下参数值的设定：冷却管的内外流速；管直径和壁厚；管的数量及高度；管的排列及冷却形式；冷却风机压头和风量等等。

2.1.5 当上述参数值全部设定完成之后，便可按照雷诺准则等方程式对理论传热系数K的值进行计算，若是计算所得的K值与假设的K值之间的误差≤10%，则表明冷却器的结构和布置设计与工艺降温的要求相符。

由于多管冷却器设计过程中的计算量相对较大，为了简化设计可按照应用经验和实际模块编制相应的计算机软件，并采取逼近计算的方法，用计算机对上述步骤进行计算，这样便可在较短的时间内使K值达到要求，由此不但能够节省设计时间，而且还能避免人为计算出错的情况发生。

2.2 多管冷却器的计算过程

可按照计算机逼近K值的方法应用相关软件计算出如下参数值：冷却管的内外流速、管直径与壁厚、数量与高度、排列与冷却形式、冷却风机所需的压头和风量、传热面积等等。随后便可依据这些参数对冷却器的结构布置进行设计，并对冷却风机进行选型。在工况为已知的前提下，按已经确定好的冷却器参数值和冷却风机参数值，对冷却器的实际传热系数K和传热温差进行计算，再依据热平衡计算公式求出该工况下所需的冷却器传热面积，具体的计算过程如下：

2.2.4 最后对冷却器的进口和出口法兰的尺寸、载荷、总功率等进行计算，并完成整个冷却器的图纸设计。

2.3 应用实例

为了便于本文研究，下面以某水泥厂的窑头多管冷却器的设计为依托，对上文提出的优化设计方法的可行性进行验证。具体的技术参数与工艺要求与表1所示。

表1 技术参数与工艺要求

依据表1中给出的数值，采用相关的软件对K值进行计算，由此便可得到冷却管的内外流速、管直径与壁厚、数量与高度、排列与冷却形式、冷却风机所需的压头和风量、传热面积等参数值。为使冷却风机的选项和冷却器的结构布置达到最优化状态，应当进行多次运算，在此基础上便可对风机进行选型。在对冷却风机进行选型的过程中，应确定出冷却器冷风通过阻力的值，经计算后登出本次设计中选用的冷却风机的压头为194Pa大于，由此表明，选定的冷却风机的压头大于对冷却风动力的需求。

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