籽棉烘干機技術(shù)研究

劉同策，溫浩軍,2

(1.石河子大學(xué) 機械電氣工程學(xué)院，新疆 石河子　832000；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院 機械裝備研究所，新疆 石河子　832000)

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籽棉烘干機技術(shù)研究

劉同策1，溫浩軍1,2

(1.石河子大學(xué) 機械電氣工程學(xué)院，新疆 石河子832000；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院 機械裝備研究所，新疆 石河子832000)

摘要：我國夏季高溫多雨，秋冬多霜雪，特別在北部地區(qū)，下半年氣候潮濕，不利于棉花收獲。伴隨棉花產(chǎn)量的增加，晾曬條件的不理想及對棉花等級要求的提高，籽棉烘干技術(shù)在棉花加工過程中扮演著不可缺少的作用。近些年，我國機采棉發(fā)展勢頭強勁，然而機采棉的回潮率遠大于手摘棉，嚴重影響了棉花加工生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量。為此，闡述了籽棉烘干技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：籽棉；烘干機；回潮率

0引言

我國的棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，大面積的種植帶來了人工采摘費用的巨大投入，機采棉技術(shù)的使用使勞動力緊張的難題得以解決。然而，機采棉具有高效率、高收益優(yōu)點的同時也伴隨著高水分的缺陷。在棉花加工生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)，水分對棉花質(zhì)量的影響很大：一方面，籽棉回潮率過高會造成棉花儲運困難，進而會引起棉纖維變質(zhì)、變色甚至自燃；另一方面，籽棉回潮率過低，會引起棉纖維回脹力過大，導(dǎo)致打包麻煩，棉包也會因達不到所需的密度和質(zhì)量導(dǎo)致“崩包”[1]。在后期加工過程中，回潮率的影響也十分重大。首先，棉花回潮率過高，棉纖維間會形成較大的摩擦因數(shù)，使棉花彈性下降；軋花環(huán)節(jié)會增大棉卷和工作箱壁的摩擦力，容易帶來刷棉不盡、棉卷停轉(zhuǎn)、肋條堵塞等難題，進而降低軋花的工作效率和加工質(zhì)量，造成衣虧加大。其次，棉花回潮率過低會引起棉纖維剛性增大，斷裂比減小，在加工過程中會因外力沖擊導(dǎo)致斷裂，使皮棉中棉纖維長短不一，整齊度下降，短纖維率提高[2]。

隨著市場對棉花質(zhì)量要求的不斷提高及企業(yè)對經(jīng)濟效益的不斷追求，在近幾年擴建、新建和改建的棉花加工生產(chǎn)線上，已經(jīng)大量加入籽棉烘干環(huán)節(jié)。這對皮棉加工質(zhì)量的提高、皮棉形態(tài)的改觀、設(shè)備停車故障的減少、加工速度和產(chǎn)量的增加、皮棉中索絲棉結(jié)的降低都起到了立竿見影的效果。籽棉烘干技術(shù)在棉花加工生產(chǎn)過程中已扮演著舉足輕重的作用。

目前，國內(nèi)烘干方案集中體現(xiàn)在以下兩方面：一是挖掘烘干設(shè)備的最大潛能；二是不片面追求高清雜效率，以適宜軋花機的最佳籽棉回潮率為基準，控制烘干溫度在合適的范圍內(nèi)[3]。兩種方案比較表明：第1種方案對烘干后的皮棉質(zhì)量提高具有很大作用，含雜率降低、手感蓬松、色澤好，但會對棉花質(zhì)量等級的鑒定產(chǎn)生干擾，質(zhì)檢人員易誤判；第2種方案則顯得更有優(yōu)勢。

1國內(nèi)外籽棉烘干機的發(fā)展概況

前蘇聯(lián)的烘干機多采用滾筒式，烘干時籽棉在滾筒內(nèi)不斷翻轉(zhuǎn)著向前運行，熱風(fēng)溫度固定在70～75℃，且風(fēng)速較大，使得水分蒸發(fā)較快，烘干效率較高。滾筒下半部分設(shè)有篩網(wǎng)做成的包殼，在烘干的同時可清除小部分雜質(zhì)[4]。前蘇聯(lián)對留種籽棉的烘干特別重視，其應(yīng)用太陽能使水分蒸發(fā)，整個過程不受陽光直射；同時，利用空氣流動加速烘干，溫度控制在30～40℃(因為留種籽棉的烘干溫度不能超過50℃，所以該方案恰到好處)[5-6]。

美國的烘干機從1932年開始研制到現(xiàn)在一直采用塔式。多層塔式烘干機在當代特別受歡迎，因為它具有較高的生產(chǎn)率、較簡單的結(jié)構(gòu)布局及較大的籽棉通過量等優(yōu)勢；但棉流在同向熱風(fēng)的流動中烘干，需要不間斷的向塔內(nèi)通入熱風(fēng)，造成過大的能源消耗，費用損失較高。為此，美國農(nóng)業(yè)部研究出了逆風(fēng)烘干[6]和交叉烘干[6]技術(shù)。

與美國和前蘇聯(lián)相比較，我國的籽棉烘干機研制起步較晚，雖然多次到國外引進各式各樣的烘干機進行研發(fā)，但烘干效果依然不盡如人意。1996年，農(nóng)一師在兩個團場進行專業(yè)種植生產(chǎn)實驗中發(fā)現(xiàn)，即使在干燥地區(qū)機采的籽棉，烘干效果也十分顯著。2004年之后，國內(nèi)棉花加工企業(yè)多仿造美國的多層塔式烘干機，雖然過程中不乏出現(xiàn)噴泉式、滾筒式、葉片輥式等類型，但終因數(shù)量較小沒能贏得市場。多層塔式烘干機能大力發(fā)展與我國缺油、少氣、多煤的能源現(xiàn)狀有著直接的關(guān)系，能源成本的降低及組裝型烘干設(shè)備的采用使得所需費用大大縮減。雖然微波烘干籽棉的實驗早在2008年就由新疆有關(guān)棉花加工研究部門開展，但至今仍處于試驗階段。所以，在未來幾年，多層塔式烘干機將成為國內(nèi)的主導(dǎo)[5]。

2籽棉烘干原理和結(jié)構(gòu)組成

籽棉烘干原理：利用棉纖維容納空氣水分的能力和棉纖維放濕性能，以空氣為介質(zhì)進行烘干[7]。為了提高空氣溫度和降低相對濕度，先把要輸送到烘干機的空氣加熱，然后再輸送到烘干機和輸送裝置，并與籽棉接觸。運用籽棉與熱流空氣之間的溫濕度差，充分接觸一段時間后，棉纖維中的水分會蒸發(fā)并伴隨熱流空氣運出，從而達到烘干的效果。影響籽棉烘干效果的因素主要有兩方面：一是進入烘干系統(tǒng)的熱空氣被加熱后所達到的溫度；二是烘干機內(nèi)籽棉與熱空氣相互接觸所持續(xù)的時間[8]。

籽棉烘干系統(tǒng)由熱源、籽棉自動控制箱、烘干塔、籽棉分離器及烘干氣力輸送系統(tǒng)等關(guān)鍵部件組成。籽棉分離器是烘干工序之前就有的裝置，當籽棉的溫度達到所需的要求無需烘干時，烘干氣力輸送就會從這里將籽棉吸到下一道工序[9]。烘干氣力輸送系統(tǒng)主要由變頻風(fēng)機和熱泵組成。用熱泵代替熱風(fēng)爐，不僅可以使整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單化、成本降低，而且熱量也可以通過一機多用的敞口式烘干床沿風(fēng)管到達蒸發(fā)器，實現(xiàn)熱量的多級利用[10]。籽棉烘干系統(tǒng)工藝流程和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示[11]。

3烘干系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備與技術(shù)

3.1　烘干塔

國內(nèi)的籽棉烘干塔種類較多，按結(jié)構(gòu)分為水平隔板式烘干塔及垂直式烘干塔，如圖3、圖4所示。

水平隔板式烘干塔是一個橫面為長方形箱體，寬度一般為900～1 800mm，箱體內(nèi)部高度方向用隔板分為15～25層，每層高度為200～300mm，箱體進口為上端側(cè)壁，出口為箱體下端側(cè)壁；熱空氣與籽棉從進口進入烘干塔內(nèi)，籽棉隨熱空氣自上而下逐層運動，處于半懸浮狀態(tài)下的籽棉被熱空氣包裹，兩者之間產(chǎn)生熱交換，籽棉中的水分蒸發(fā)由熱空氣吸收，達到烘干籽棉的目的。水平隔板式烘干塔具有結(jié)構(gòu)簡單、占地面積少、生產(chǎn)效率高、沒有運動部件及操作維修方便等優(yōu)點；但存在熱能利用率低、輸送系統(tǒng)動力消耗大的缺點。

垂直式烘干塔內(nèi)熱空氣與籽棉進入后，首先落到第1個導(dǎo)向輥，將成團籽棉打成散片狀籽棉流，松軟的籽棉沿著鋁排下滑，滑到下一個導(dǎo)向輥；這樣重復(fù)5次，不斷使籽棉與熱空氣接觸，使能量得到充分利用。垂直式烘干塔內(nèi)有導(dǎo)向輥，能開松籽棉，籽棉可得到均勻熱量的同時也減少了塔內(nèi)阻力，降低了風(fēng)耗，節(jié)約了風(fēng)運動力消耗。同時，也因塔內(nèi)導(dǎo)向輥的存在，造成了動力消耗大、操作維修不便、故障率高、使用成本高的弊端。

綜合以上兩種烘干塔，水平隔板式烘干塔略占優(yōu)勢，以寬度為1 200mm、層高為250mm、隔板為20層及塔內(nèi)入口風(fēng)速為12m/s等參數(shù)的水平隔板式烘干塔在市場上的使用率比較高。

圖1　籽棉烘干系統(tǒng)工藝流程圖

1.風(fēng)機　2.熱交換器　3.蒸汽入口　4.蒸汽調(diào)節(jié)閥

1.隔　2.清掃門　3.殼體　4.梯子　5.磁性彎頭

圖4　垂直式烘干塔

3.2　烘干方式選擇

現(xiàn)在市場上的烘干方式常用的分為3種：燃煤型蒸汽爐烘干、燃煤型導(dǎo)熱油爐烘干和燃煤型熱風(fēng)爐烘干(三者都不污染棉花)。燃煤型蒸汽爐烘干投資較小、成本低，但熱效率低且在較低的工作壓力下難以獲得較高的溫度；燃煤型導(dǎo)熱油爐烘干能在較低壓力下獲得較高的溫度且熱效率高，但投資大；燃煤型熱風(fēng)烘干熱效率高而且使用成本低。其中，熱風(fēng)爐烘干較蒸汽爐烘干和導(dǎo)熱油爐烘干更受市場的青睞。

3.3　控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的方案設(shè)計是工業(yè)控制的核心，決定了控制過程的安全性與可靠性。當今社會流行的適應(yīng)我國自動控制發(fā)展現(xiàn)狀的控制系統(tǒng)主要有以下3種：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)和集散型控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS系統(tǒng))是將自動化系統(tǒng)和智能現(xiàn)場設(shè)備連接在一起的多站、全數(shù)字、雙向的通信系統(tǒng)，不僅用于工業(yè)現(xiàn)場智能檢測儀器、控制設(shè)備和執(zhí)行機構(gòu)之間，還用于高級控制系統(tǒng)和現(xiàn)場設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信[12]。直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC系統(tǒng))利用檢測裝置采集信號，然后與設(shè)定值比較并按照一定的算法分析計算，最后將運行結(jié)果返回執(zhí)行器后使之按既定程序動作，如圖5所示。DDC系統(tǒng)具有在線實時控制、靈活性和分時控制的優(yōu)點，也是現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中最典型的系統(tǒng)[13]。集散控制系統(tǒng)(DCS系統(tǒng))以處理器為核心，分散控制幾臺計算機采集信息，并將其統(tǒng)一傳到上位機進行監(jiān)控處理，進而達到最優(yōu)控制。DCS系統(tǒng)把分散控制和集中管理融為一體，實現(xiàn)了對操作、顯示和管理3方面的集中，并將危險、功能和負荷進行了分散[14]。

圖5　烘干機的直接數(shù)字控制系統(tǒng)框圖

3.4　控制算法與結(jié)構(gòu)

自控技術(shù)大都基于閉環(huán)控制，測量、比較和執(zhí)行是重要環(huán)節(jié)?？刂七^程為：測量數(shù)據(jù)，將其與給定值比較并得出誤差，處理器對誤差分析和計算，用計算結(jié)果調(diào)節(jié)控制器并使之按既定程序執(zhí)行[15]。目前，自控系統(tǒng)控制算法主要有PID(比例、積分和微分)控制算法和模糊控制算法。PID控制器在工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛，是一種控制算法簡單、無需構(gòu)建精確模型、高穩(wěn)定、高可靠的線性控制器，其控制核心為“利用偏差，消除偏差”。當然，在實際控制中可根據(jù)偏差消除方法適當選用P、PI、PD、ID或PID控制。PID調(diào)節(jié)器用到的數(shù)學(xué)表達式一般為

式中m-控制信號；

Kcp—控制器比例增益；

Kci—控制器積分增益；

Kcd—控制器微分增益；

ε—偏差信號；

τi—積分時間常數(shù)；

τd—微分時間常數(shù)；

BIAS—固定偏置信號。

模糊控制算法針對復(fù)雜的控制系統(tǒng)并采用自然語言來描述?？刂七^程為：根據(jù)控制要求建立模糊控制表，傳感器測量數(shù)據(jù)并將測量值與模糊控制表中的響應(yīng)模糊量對應(yīng)；控制器對響應(yīng)模糊量分析計算并將結(jié)果轉(zhuǎn)為精確量，之后控制執(zhí)行器動作。模糊控制技術(shù)的應(yīng)用克服了傳統(tǒng)控制器設(shè)計不足的缺點，為實現(xiàn)有效控制帶來了可行性[16-19]。同時，它具有形象生動、構(gòu)造容易、成本低廉、對系統(tǒng)參數(shù)變化具有較強的魯棒性和抗干擾能力等特點[20]。其中，模糊—神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可通過不斷識別和控制逐漸達到非線性映射，并且可以跳出非線性映射的約束，比傳統(tǒng)控制方法具有較強的優(yōu)勢[21]。烘干溫度回路控制如圖6所示。模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖6　烘干溫度回路控制圖

圖7　模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

籽棉烘干自動控制系統(tǒng)中，控制結(jié)構(gòu)涉及到反饋控制、前饋控制和自適應(yīng)模糊控制。反饋控制主要以被控質(zhì)量和控制量間的關(guān)系為研究對象，是自控系統(tǒng)中最常見、最基本的控制結(jié)構(gòu)。理論上，用數(shù)學(xué)方式可以準確表達干燥裝置的物理學(xué)模型，但實際實施起來卻顯得異常困難?？刂屏亢捅豢亓康年P(guān)系用常規(guī)控制方法中有限的幾個典型環(huán)節(jié)及其復(fù)合來表示，并采用復(fù)合各種功能的控制裝置的方式收集信號，以對干擾補償實現(xiàn)偏差的校正。

在籽棉干燥過程中，常常由于熱風(fēng)和籽棉在機器內(nèi)很長時間的停留而導(dǎo)致被控量偏差需要滯后一段時間才能補償。針對這種控制理論上的大慣性系統(tǒng)，采用反饋控制是不起效果的，此時需要應(yīng)用前饋控制理論[22]。依據(jù)前饋控制系統(tǒng)中干擾信號的直接檢測與之帶來的影響的預(yù)測，控制量對干擾信號做相應(yīng)的補償，進而使被控量按既定程序穩(wěn)定動作。

從上述論點得出：反饋控制和前饋控制是一對互補優(yōu)缺點的控制理論，兩者的復(fù)合可以達到更精確的控制。前饋控制可以用來處理被控制量不穩(wěn)定的干擾及滯后的問題，而針對前饋控制中的系統(tǒng)參數(shù)變化、模式誤差和測量誤差可以用反饋控制給予補償。

作為控制對象的抽象與模仿，自適應(yīng)模型需要與原系統(tǒng)同態(tài)同構(gòu)。與控制目標相關(guān)的干擾量、非測量變量、測量變量之間的描述也是用模型來實現(xiàn)的。即使某一模型很具體，但那也只是為達到控制目標而建立的對原系統(tǒng)中某些特征的抽象和模仿。事實中，被加熱的空氣溫度不是影響籽棉回潮率變化的唯一因素，籽棉含水率、籽棉內(nèi)部疏密程度及空氣濕度等都是影響籽棉干燥效果的因素。若想系統(tǒng)實現(xiàn)控制的精確化，就需要建立一個更加標準、更加完整的自適應(yīng)控制模型。

3.5　監(jiān)測和控制核心

作為籽棉烘干機自動監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，溫度檢測單元主要負責(zé)烘干機內(nèi)部各層籽棉溫度、熱風(fēng)爐溫度和熱風(fēng)溫度的監(jiān)控，所測溫度值會送達中心控制系統(tǒng)，進而實現(xiàn)熱風(fēng)爐、鼓風(fēng)機和熱風(fēng)溫度之間的自動控制，即低溫開啟、高溫暫停[23]。

籽棉烘干過程中對烘干速度的監(jiān)測意義重大。其工作過程為：籽棉濕度用在線測量儀測出后發(fā)送給處理器，處理器根據(jù)初始溫度和籽棉要達到的烘干等級信息送達變頻器，變頻器通過改變頻率控制電機轉(zhuǎn)速，進而實現(xiàn)速度初始化；烘干過程中，塔內(nèi)溫度傳感器將采集值再次反饋給處理器，并與既定值比較，作為繼續(xù)控制的糾正參數(shù)，實現(xiàn)對干燥速度的控制。

烘干機以可編程控制器(PLC)和變頻器為控制部分的核心[13]。因為轉(zhuǎn)速和頻率成正比，所以通過改變頻率可以達到改變電機轉(zhuǎn)速，進而改變風(fēng)量大小，從而達到不同的烘干效果的作用。變頻器的使用減少了不必要的人力和物力，提高了配棉的工作效率，實現(xiàn)了對烘干過程的實時控制，在滿足生產(chǎn)工藝及節(jié)減能耗的同時也改善了電機的啟動性。

應(yīng)用PLC對烘干系統(tǒng)中電氣部件的控制，大大減小了工作量，同時也實現(xiàn)了控制自動化[24]。通過計算機與PLC間進行串行通訊，實現(xiàn)對籽棉烘干過程中狀態(tài)參數(shù)的實時控制與監(jiān)測[25]。PLC對工控計算機定時發(fā)來的讀取命令進行自動應(yīng)答，并將傳感器采集來的信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后返回給工控計算機；然后工控計算機通過處理并顯示，進而達到對籽棉烘干機內(nèi)部狀態(tài)的實時監(jiān)控。其具有模塊化結(jié)構(gòu)、較強接口功能和抗干擾能力及高可靠性的優(yōu)勢，編程簡單優(yōu)勢的PLC與配備強大應(yīng)用軟件的工控計算機的結(jié)合使得控制系統(tǒng)性能極高。烘干系統(tǒng)中現(xiàn)場設(shè)備的工作狀態(tài)和操作按鈕的動作用開關(guān)量輸入信號表示，指示燈的亮滅和風(fēng)機的啟停作為輸出量信號，溫度通過模擬量輸出模塊調(diào)節(jié)；可編程序控制器將傳來的信號輸入已經(jīng)編好的程序中執(zhí)行，運行結(jié)果輸出到現(xiàn)場設(shè)備，從而實現(xiàn)控制。

4烘干系統(tǒng)中的難題及解決措施

4.1　需要加熱的空氣溫度的檢測

棉花的溫濕度要控制在合適范圍內(nèi)，就需對空氣加熱后所達到的溫度進行實時檢測，然后根據(jù)檢測值和給定值來調(diào)整燃燒器火焰大小。新疆秋冬晝夜溫差大，天氣變化也大，高溫可達30℃，低溫可到零下20℃，造成空氣含水量變化范圍較廣，使得烘干質(zhì)量有很大波動性，所以對空氣需要加熱到的溫度需要精確測定。在工業(yè)控制中應(yīng)用廣泛的PT100鉑熱電阻溫度傳感器因阻值與溫度變化成正比及其較好的穩(wěn)定性和精確性，可以很好地實現(xiàn)溫度檢測。

4.2　喂入籽棉含水率的測定

籽棉溫度的控制以喂入時的含水率為基礎(chǔ)，只有知道初始含水率，才能確定要除去多少水分，進而確定進入的空氣需要加熱到多少溫度。新疆早晨和雨后相對濕度在12%～15%，晴天午后機采棉的相對濕度在8%～10%[26]。新疆棉花種植范圍大，在籽棉含水率還沒有下降時就調(diào)動大量人力和機械加緊采收，致使同一垛籽棉含水率也有很大差異。因為籽棉含水率是不斷變化的，人工檢測慢而失準，所以要達到較好的烘干效果，需要一套高效、準確的自動檢測和控制系統(tǒng)。待其快速得測量出大量的隨時變化的信息后反饋給控制系統(tǒng)的中央處理器，經(jīng)分析計算得出精確的控制參數(shù)，進而調(diào)節(jié)燃燒器中油、氣、煤的供應(yīng)量，最終完成自動控制。

4.3　安全排煙除塵

我國熱能大都選用燃煤形式獲得，然而對煤炭燃燒過程中產(chǎn)生煙塵火星不采取有效的預(yù)防措施，極易產(chǎn)生安全事故。傳統(tǒng)的引風(fēng)機排煙一級除塵裝置可除去煤燃燒時產(chǎn)生的大部分煙塵和火星，但仍會有一小部分彌散到空氣中，如果遇到距離熱風(fēng)爐較近的籽棉垛就極易發(fā)生火災(zāi)。

以上問題可通過在已有一級除塵裝置的基礎(chǔ)上增加二級排煙除塵裝置得以解決[7]。燃煤型熱風(fēng)爐二級排煙除塵裝置引用旋風(fēng)式沙克龍原理設(shè)計，排煙引風(fēng)機將煤燃燒時產(chǎn)生的煙塵和火星沿出煙口順排管道吹向一級排煙沙克龍，再利用離心力將大顆粒煙塵和火星沉降；未沉降的小顆粒會繼續(xù)被吹向二級排煙沙克龍，經(jīng)過高速氣流作用后排入大氣，如圖8所示。該裝置在解決煤燃燒產(chǎn)生煙塵和火星難題的同時也對該過程中風(fēng)機軸承及葉輪磨損失效起到了很好的預(yù)防。

圖8　燃煤型熱風(fēng)爐排煙除塵裝置示意圖

4.4　熱量損失

烘干系統(tǒng)動力消耗大、熱能利用率低，如果對管道和烘干機不采取絕熱措施，那么熱能利用率只有16%，其余84%則穿過系統(tǒng)流入大氣。所以，無論對輸送管道、熱空氣管道，還是烘干機的絕熱保溫都是十分重要的。

絕熱保溫材料的選擇不僅要考慮保溫效果，還應(yīng)考慮安裝難易程度。在市場上流行的珍珠巖涂料、硅酸鋁纖維和巖棉板氈3種保溫材料中，后者具有成本低、隔熱好和易操作的特點，很適合采用。結(jié)構(gòu)設(shè)計方面可在烘干塔兩側(cè)熱風(fēng)管道采用雙層保溫[27]。這樣則會因余熱進入雙層保溫區(qū)域從而降低風(fēng)管內(nèi)外溫差起到阻止熱量流失的作用。經(jīng)檢測實驗證實，此措施會使機組熱效率提升3%。針對籽棉在烘干過程中熱量會隨廢氣大量排出的難題，可用在烘干塔上相應(yīng)的廢氣排出口安裝管殼式熱交換器將其回收再利用的方式解決[28]。裝置中的換熱管采用能大大提高單位體積換熱面積的U型設(shè)計，這樣便可將進入烘干塔內(nèi)的氣流的初始溫度升高，進而提升干燥效率。布管則可采用美觀方便的正三角形方式，可減小熱氣的流動阻力，降低熱交換器的動力消耗。管殼式熱交換器不僅構(gòu)造簡單、安裝容易，而且提高了熱效率、降低了能耗，具有廣闊的市場前景和推廣價值。烘干工藝方面則可選擇具有較高強度和均勻性的薄層混流烘干工藝。此工藝可在籽棉中形成向上、雙橫向和向下的熱氣混流運動，可使籽棉與熱流充分接觸，從而實現(xiàn)熱量的高利用率。

5籽棉烘干機的發(fā)展趨勢

帶式烘干機在20世紀90年代由美國開發(fā)研制成功，對帶式烘干機進行大量實驗和軋花過程的結(jié)果顯示：在烘干氣流的加熱未達到很高溫度的情況下，就解決了烘干過程中籽棉含水率過高的難題。傳送帶式烘干機能更好地提高皮棉等級，改善除雜率，也有效地解決了過度烘干引起的棉纖維脆度強易斷裂的難題，使短纖維含量降低[29]。傳送帶式烘干機因在實驗和理論中具有煙塵排放少、烘干時間可控、用風(fēng)量小、烘干溫度低、壓損小、能耗低、烘干效果好且兼具清理功能等優(yōu)勢必將在未來占據(jù)巨大市場，慢慢代替塔式烘干機。

通過查閱大量相關(guān)文獻還得到這樣的結(jié)論：籽棉回潮率主要通過籽棉中兩個電極間電容電阻和近紅外的測量得到。近些年，還有人提出了微波圖像檢測，這種非接觸的測量方式對籽棉回潮率的測量更加快速準確[30]。微波圖像檢測籽棉回潮率技術(shù)也將成為以后發(fā)展的對象。

現(xiàn)階段，我國的籽棉烘干機大都采用混流和橫流形式的豎箱結(jié)構(gòu)。通過對流將熱空氣與籽棉充分接觸進而達到烘干目的方式還是會造成一定程度的能源浪費，且采用燃煤燃油獲得熱源的形式帶有一定的安全隱患且容易污染環(huán)境。應(yīng)用燃油獲得熱源的過程中，常會因噴油嘴出現(xiàn)質(zhì)量問題造成霧化變差，污染大氣的同時還浪費資源；采用燃煤形式時，雖棉花不易被污染，但會使熱風(fēng)爐壽命縮短、可靠性和效率降低。因此，以遠紅外電加熱管提供熱源的新發(fā)明和傳統(tǒng)的燃油燃煤比較具有清潔衛(wèi)生和高效的優(yōu)勢[31]。其中，電加熱管位于干燥箱內(nèi)，而籽棉則在其兩側(cè)，但采用不接觸的方式放置。采用遠紅外線熱輻射加熱籽棉的方式，烘干塔內(nèi)的溫度分布均勻性大大提高，在伴隨氣體流動的情況下，比對流加熱干燥速度更快、效率更高。

籽棉烘干機的綠色化生產(chǎn)將成為未來的發(fā)展趨勢。選材會越來越多地趨向無污染、可重復(fù)利用、無毒及易被降解的材料；設(shè)計方面則會趨于節(jié)能化，利用新理論設(shè)計出節(jié)約能源的加工工藝和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，使能量損失最低、能源消耗最少[31]；生產(chǎn)方面趨向于生產(chǎn)可拆卸、可回收及壽命長的零部件?？刹鹦兑馕吨鴪髲U時可將其中未損壞的零部件拆卸下來再使用；可回收性是指零部件材料要選用可回收、可降解再利用的材料。壽命長不是簡單意義上的延長零部件的使用周期，而是使其可重構(gòu)、可維修、可模塊化，最大程度地減少零部件的過時，達到降低報廢數(shù)量的目的。零部件的長壽要求在對其經(jīng)濟性和功能性分析的基礎(chǔ)上，使用先進的加工工具和設(shè)計理論，生產(chǎn)出能夠在目前和未來長時間內(nèi)滿足市場需求的產(chǎn)品。

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Research of Seed Cotton Dryer Technology

Liu Tongce1, Wen Haojun1,2

(1.Mechanical and Electrical Engineering College，Shihezi University, Shihezi 832000,China;2.Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Science Mechanical Equipment Research Institute, Shihezi 832000,China)

Abstract：China has high temperature and a lot of rain in summer, has a lot of frost and snow in autumn and winter, especially in the north. The damp climate is not conducive to the cotton harvest in the second half of a year. Along with the increase of cotton production, not ideal drying conditions, as well as the improvement of cotton quality, seed cotton’s drying technology plays an indispensable role in cotton production. In recent years, the development of cotton-picking machine is huge in China,however,cotton moisture regain is more than hand picking cotton. In the same time, the quality of cotton production’s each part has been affected seriously.In order to improve the economic benefit, seed cotton’s drying technology has been promoted greatly.

Key words：seed cotton； dryer; moisture regain

中圖分類號：S226.6

文獻標識碼：A

文章編號：1003-188X(2016)08-0250-07

作者簡介：劉同策(1991-)，男，山東臨沂人，碩士研究生，(E-mail)979067928@qq.com。通訊作者：溫浩軍(1971-)，男，甘肅臨洮人，研究員，碩士生導(dǎo)師，(E-mail)wenhaojun@263.net。

基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃項目(2014BAD09B02)

收稿日期：2015-07-16