颗粒饲料冷却器及配套风机的选型设计

周文华，甘茂云

（江西省农业技术推广中心，江西南昌330000）

在全价颗粒配合饲料生产过程中， 影响颗粒饲料品质的因素很多，如原料的品质、原料的清理、粉碎细度、全价饲料配方、配料精度、混合均匀度、调质温度、调质时间、制粒机性能、蒸汽量及蒸汽质量、冷却效果、颗粒成品的筛选、物料在设备线路中的残留及交叉污染程度、 生产管理水平、操作工的技能水平等，其中刚制粒出来高温高湿颗粒饲料的冷却效果是重要因素之一。 制粒冷却工艺中，刚制粒出来颗粒饲料的温度一般高达80℃～90℃， 水分含量达16%左右，此时颗粒饲料的硬度相对较低，容易破碎，同时也不宜长久储存，容易发霉变质，必须对其进行降温、降水分处理，通常成品颗粒饲料的温度降至不超过环境温度（室温）5℃，水分控制在12%～13%范围内 （需混合后调质前的饲料水分含量≤13%）， 颗粒饲料的冷却工序是全价颗粒配合饲料生产过程中的重要环节之一， 如果冷却效果不好， 饲料在储存运输过程中会发生发热霉变，将给企业带来重大损失，因此冷却设备及配套风机选型及设计的科学性、 合理性尤为重要。

1 冷却器的选型设计

适合颗粒饲料冷却的冷却器主要有立式、卧式两种，常用的立式冷却器有塔式、逆流式和圆形干燥冷却器三种。 逆流式冷却器具有结构简单、拆装方便、自动化程度高、生产效率高、能耗低、占地面积小等优点，目前，被国内饲料企业普遍采用。

1.1 逆流式冷却器的冷却原理

颗粒饲料的冷却过程是一个湿热传递过程，其冷却介质一般为环境自然空气。 风机从逆流式冷却器顶部抽风， 使冷却器内腔室中形成负压， 迫使自然空气从冷却器底部排料机构缝隙均匀进入冷却器内腔， 并垂直穿过冷却器内腔中的高温高湿颗粒饲料料层， 颗粒饲料与空气进行湿热交换， 颗粒饲料散发的热量和水分被空气吸收而排出机外。 这一过程中，空气的流向与颗粒饲料的流向相反， 空气自下往上逐步升温变成热风，颗粒饲料自上往下逐步降温，从而有效地避免因骤冷引发颗粒饲料表面开裂。

1.2 逆流式冷却器的选型计算

逆流式冷却器选型的主要依据为产量。 制粒冷却工段中， 逆流式冷却器的产量需要根据制粒机的产量来确定，考虑各种因素，逆流式冷却器选型时一般按冷却器产量大于制粒机产量的原则来选择。 逆流式冷却器的产量可用下式计算：Q冷=KQ制（吨/小时）。 式中：Q冷—制粒冷却工段中， 逆流式冷却器的产量 （吨/小时）；Q制—制粒冷却工段中，制粒机的产量（吨/小时）；K—系数，一般取K=1.1～1.3。

根据逆流式冷却器的产量可以确定逆流式冷却器的计算容积， 其可用下式计算：V冷=Q冷T/（60K1ρ） （立方米）。式中：V冷—逆流式冷却器的计算容积（立方米）；T—颗粒饲料在逆流式冷却器中的逗留时间（分钟）；通常颗粒饲料直径为2～8 毫米，一般取T=5～12 分钟，颗粒直径越大，T 取值越大；K1—逆流式冷却器中颗粒饲料的高度与逆流式冷却器腔体高度之比； 一般取K1=0.45～0.65；ρ-颗粒饲料的容重（吨/立方米）。

根据计算容积V冷可以选择合适的逆流式冷却器型号， 常用的不同型号的逆流式冷却器容积见表1。

表1常用的不同型号逆流式冷却器的容积

2 配套风机的选型设计

2.1 冷却风网系统设计的遵循规则

制粒冷却工段中， 逆流式冷却器配套风机的选择及冷却风网设计尤为关键， 将会直接影响颗粒饲料的降温降水分效果。 设计冷却风网系统时，应考虑遵循以下规则：

2.1.1 整个风网系统的长度尽量短，水平管尽量短，弯头数量尽量少，以便减小整个冷却风网系统的压力损失， 同时也可降低管壁产生的冷凝水。

2.1.2 整个风网系统的管道及刹克龙外壁安装隔热保温材料，避免冷凝水的产生。

2.1.3 合理选择风管直径和风管内的风速，一般风速为13～16 米/秒，若风管内的风速过低，容易造成粉尘粘贴管壁， 管壁也容易产生冷凝水，若风管内的风速过高，则整个冷却风网系统的压力损失将大大增加。 同时根据选用的冷却风量核算逆流式冷却器颗粒饲料料层中的风速，一般不超过1.8 米/秒，若颗粒饲料料层中的风速过低，冷却效果将会不理想，若颗粒饲料料层中的风速过高， 容易造成颗粒饲料因骤冷而致使颗粒饲料表面产生裂纹， 影响颗粒饲料的外观质量，同时也会增减料层的阻力。

2.1.4 管道上应设风量调节门，通过调节风门开启度的大小来调节整个冷却风网系统中风量的大小，以改变料层中和风管内的风速，满足不同直径颗粒饲料的冷却， 以达到理想的冷却效果。

2.1.5 合理选择刹克龙和关风器，能有效防止整个冷却风网系统中的粉尘外溢， 让饲料厂达到环保要求，降低对周边环境的污染。 刹克龙进风口的风速一般控制在16～17 米/秒范围内，若风速过低，刹克龙内壁也容易产生冷凝水，若风速过高，会大大增加刹克龙的阻力，粉尘也容易外溢。 刹克龙一般安装在风机的前面，可以有效地降低潮湿粉尘对风机性能的影响。

2.1.6 合理选择风机，一般选用中低压风机比较合适。

2.2 冷却风网系统冷却风量的确定

所需冷却风量与产量、 颗粒饲料大小等因素有关，可用下式计算：Q冷计=60K2G制（立方米/小时）。 式中：Q冷计—冷却风网系统所需计算冷却风量 （立方米/小时）；K2—每吨颗粒饲料所需冷却风量（立方米/分钟·吨）；对于大颗粒饲料而言，冷却降温降水分的速度较慢，适于增加冷却时间，但冷却风量不宜过大，以免冷却速度过快造成颗粒饲料表面产生裂纹而影响颗粒饲料外观质量；对于小颗粒饲料而言，可以适当地减少冷却时间。 在实际生产中，一般通过调节冷却风网系统中风门开启度的大小来调节风量的大小。

因此，K2的取值应根据生产中最大的颗粒饲料直径来选取： 颗粒直径≤5 毫米时，K2取值22.5；颗粒直径为6 毫米时，K2取值25；颗粒直径为10 毫米时，K2取值28；颗粒直径为20 毫米时，K2取值31； 颗粒直径为22 毫米时，K2取值34。

G制—制粒冷却工段中，制粒机1 小时生产颗粒饲料的数量（吨）；G制的取值为制粒机实际生产最大直径颗粒饲料的数量。

2.3 冷却风网系统的总压损H总计算

2.3.1 冷却风网系统的总压损H 总可采用如下计算公式：H总=H冷+H刹克龙+∑H摩+∑H局（帕）。 式中：H总—冷却风网系统的总压损（帕）；H冷—冷却器的压力损失 （帕）；H刹克龙—刹克龙的压力损失（帕）；∑H摩—冷却风网系统中风管摩擦阻力之和（帕）；∑H局—冷却风网系统中风管局部阻力之和（帕）。

2.3.2 计算步骤（具体计算及参数选择参考《粮食工程设计手册》 和 《饲料加工设备与技术》）如下：

2.3.2.1 选择风管内的风速，一般风速为13～16 米/秒；

2.3.2.2 根据所需冷却风量计算并确定各管段直径；

2.3.2.3 选定刹克龙的种类、型号。 选择依据是所需冷却风量和刹克龙进风口的风速， 刹克龙进风口的风速一般控制在16～17 米/秒范围内；

2.3.2.4 绘制风网草图和风网轴侧图；

2.3.2.5 计算冷却风网系统中风管的摩擦阻力和局部阻力、刹克龙的压损、冷却器的压损。其中冷却器的压力损失一般为2000 帕左右；

2.4 风机的选择

应考虑漏风储备量，一般按Q风机=（1.1～1.2）Q冷计来选择风机的风量。 选择风机的全压一般按H风机=（1.1～1.2）H总来选择。

2.5 颗粒饲料冷却过程的湿热平衡计算

颗粒饲料的冷却过程是较为复杂的过程，为了验证冷却器的选型和冷却风网系统设计的合理性， 需要进一步进行颗粒饲料冷却过程的湿热平衡计算，可以参考“冷却器中颗粒饲料冷却干燥过程的计算与图解”进行计算。

颗粒饲料冷却工序的降温降水分效果是否理想， 冷却器的选型和冷却风网系统设计的合理性至关重要。 在实际生产中， 原料的水分含量、 混合后调质前物料的水分含量、 蒸汽的质量、进冷却器前颗粒饲料水分含量、颗粒饲料的大小、颗粒饲料料层中的风速、南北方气候差异大等，都是影响颗粒饲料冷却效果的因素，在选型设计时必须要考虑这些重要因素。