烤機(jī)預(yù)加熱新技術(shù)探究

張照德　李銳洪　王榮康　蘇吉傳

摘要：葉片復(fù)烤是煙葉加工過程中的關(guān)鍵工序之一，在生產(chǎn)過程中復(fù)烤機(jī)干燥區(qū)溫度調(diào)整受煙葉溫度、水分變化影響非常大。文章通過對(duì)進(jìn)入烤片機(jī)的補(bǔ)風(fēng)和物料的溫度進(jìn)行預(yù)控制，為烤片機(jī)提供相對(duì)恒定生產(chǎn)條件，以減少甚至杜絕由于氣候變化導(dǎo)致的操作人員大幅度適應(yīng)性調(diào)整，提高葉片復(fù)烤加工過程的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：煙草設(shè)備；葉片復(fù)烤；預(yù)加熱新技術(shù)；煙葉加工；烤片機(jī) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TS411 文章編號(hào)：1009-2374（2017）08-0081-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.039

煙葉復(fù)烤生產(chǎn)加工采用流水線作業(yè)，在復(fù)烤車間實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中，由于設(shè)備體積的影響，導(dǎo)致生產(chǎn)線相對(duì)較長(zhǎng)，煙葉從二次潤(rùn)葉-打葉工序出來后還需經(jīng)過較長(zhǎng)的皮運(yùn)機(jī)輸送。在這個(gè)過程中，煙葉在整個(gè)過程中處于外露狀態(tài)，當(dāng)遇到天氣變化較明顯時(shí)，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入烤片機(jī)的來料煙葉水分發(fā)生大幅變化，給煙葉復(fù)烤生產(chǎn)帶來調(diào)整難度，同時(shí)由于環(huán)境溫度變化較大，極大地增加熱交換器加熱消耗的熱能。

1 設(shè)計(jì)目的

通常情況下，打葉復(fù)烤工序都是在秋季和冬季進(jìn)行生產(chǎn)的，烤片機(jī)周圍環(huán)境的溫度常常是在秋季相對(duì)來說高一些，到了冬季之后溫度相對(duì)低一些。尤其是冬季早晨、中午和晚上的溫差比較大，煙片在打葉工序完成之后，被送進(jìn)烤片機(jī)烘烤之前，受到環(huán)境的溫度變化的影響比較大，使煙片的溫度波動(dòng)也比較大。這就需要頻繁地調(diào)整烤片機(jī)的溫度來適應(yīng)由于環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生的煙片溫度的波動(dòng)，使煙片經(jīng)過烤片機(jī)烘烤之后，達(dá)到生產(chǎn)要求和產(chǎn)品技術(shù)要求。在烤片機(jī)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整的過程中，需消耗大量的熱交換器的熱量來加熱，使烤片機(jī)干燥區(qū)溫度變化較大，嚴(yán)重制約了烤片機(jī)生產(chǎn)加工能力，消耗了大量的資源，并且難以保證煙片的生產(chǎn)工藝和技術(shù)要求。

基于以上問題，為了提供烤片機(jī)相對(duì)恒定生產(chǎn)條件，以保證設(shè)備參數(shù)可按照優(yōu)化后的最佳值設(shè)置，減少甚至杜絕由于氣候變化導(dǎo)致的大幅度適應(yīng)性調(diào)整，在確保煙片成品內(nèi)在品質(zhì)的同時(shí)，提升涼房水分、機(jī)尾水分的一致性和穩(wěn)定性為適當(dāng)降低烤片機(jī)干燥區(qū)烘烤溫度。

根據(jù)現(xiàn)有條件，在煙片從喂料機(jī)進(jìn)入干燥一區(qū)的物料輸送段增加煙片預(yù)熱功能。采用熱空氣對(duì)煙片進(jìn)行預(yù)加熱，使煙片溫度在接近室溫的基礎(chǔ)上提升4℃～6℃，以達(dá)到干燥一區(qū)烘烤溫度降低3℃～4℃的工藝需求。通過設(shè)計(jì)實(shí)施優(yōu)化葉片復(fù)烤機(jī)加工參數(shù)控制精度并根據(jù)不同等級(jí)的煙葉建立數(shù)學(xué)模型，為生產(chǎn)操作提供指導(dǎo)，提高操作的精確性和準(zhǔn)確性，提高烤片機(jī)冷卻區(qū)水分、機(jī)尾水分的一致性和穩(wěn)定性，從而提高裝箱水分的一致性和穩(wěn)定性，提高葉片復(fù)烤加工質(zhì)量。

2 方案設(shè)計(jì)

基于此目的，故提出構(gòu)建烤片機(jī)入口物料溫度保障系統(tǒng)，模擬一個(gè)固定的氣候氣溫值對(duì)煙葉的溫度進(jìn)行調(diào)整，采用單點(diǎn)或多點(diǎn)低強(qiáng)度溫度控制的模式改變煙葉溫度。補(bǔ)風(fēng)溫度和煙葉溫度需滿足自動(dòng)控制功能，盡量杜絕人為調(diào)節(jié)設(shè)備相關(guān)參數(shù)適應(yīng)變化時(shí)的經(jīng)驗(yàn)及估計(jì)誤差等不利因素的影響。兩個(gè)系統(tǒng)按實(shí)際需求在操作面板上標(biāo)定補(bǔ)償溫度及風(fēng)機(jī)頻率，根據(jù)自動(dòng)檢測(cè)環(huán)境溫度與標(biāo)定溫度的運(yùn)算，自動(dòng)啟停溫度補(bǔ)償系統(tǒng)來滿足要求。根據(jù)烤片機(jī)的實(shí)際情況，經(jīng)過對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)的仔細(xì)分析測(cè)量，擬定采取利用排潮管加熱和蒸汽加熱共同作用的方式，提高進(jìn)入烤片機(jī)的煙葉的溫度，提升烤片機(jī)整體加工工藝性能和質(zhì)量保障能力。

具體為：

第一，溫度檢測(cè)點(diǎn)：根據(jù)設(shè)備的情況，在烤片機(jī)與異物剔除機(jī)之間設(shè)置3個(gè)煙葉溫度檢測(cè)點(diǎn)，在煙葉加熱后左右兩側(cè)適當(dāng)位置各設(shè)置1個(gè)溫度檢測(cè)點(diǎn)，按照煙葉加熱前后的溫度情況，控制系統(tǒng)通過閉環(huán)控制自動(dòng)控制氣動(dòng)薄膜開啟量，自動(dòng)控制供給熱交換器（散熱器）所需要的蒸汽量，實(shí)現(xiàn)物料加熱后左右溫度達(dá)到預(yù)期目的。

第二，送風(fēng)：在干燥區(qū)排潮管外套一層管，使排潮管與外套管之間形成一個(gè)密封空間，該空間的空氣被排潮管外排熱風(fēng)通過管壁傳熱加溫，在該外套管上分別引出分管至各補(bǔ)風(fēng)口實(shí)現(xiàn)干燥區(qū)補(bǔ)風(fēng)口補(bǔ)充熱風(fēng)功能。

第三，加熱：增設(shè)一套熱交換器，當(dāng)排潮管傳熱溫度低時(shí)熱交換器控制閥按工況需求打開所需開度，使熱空氣與外套管內(nèi)空氣混合，滿足所需溫度要求?？酒瑱C(jī)干燥區(qū)通過對(duì)散熱器（熱交換器）傳遞的熱量對(duì)煙片進(jìn)行烘烤，通過一段時(shí)間的烘烤，干燥區(qū)箱體內(nèi)的煙片經(jīng)烘烤后，水分由16%蒸發(fā)后降為8%～9%，蒸發(fā)掉的水分積累達(dá)到一定飽和濃度后通過排潮系統(tǒng)外排，外排的濕氣量由補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)來補(bǔ)充，確保箱體內(nèi)各區(qū)空氣壓力保持平衡。外排濕氣管內(nèi)濕氣溫度較高，使管壁外表面溫度在55℃左右，靠近管壁附近空氣溫度比周邊環(huán)境溫度高30℃左右，若把靠近管壁附近溫度較高部分的熱空氣密封起來送到烤片機(jī)前端進(jìn)行補(bǔ)風(fēng)，使烤片機(jī)前端補(bǔ)風(fēng)裝置內(nèi)空氣溫度可達(dá)到40℃以上，補(bǔ)進(jìn)的熱風(fēng)會(huì)加熱即將進(jìn)入烤片機(jī)的煙片的溫度，使煙片不再受到由于環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生的溫度波動(dòng)的影響。

第四，控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制的方式來達(dá)到穩(wěn)定控制進(jìn)氣和物料溫度的目的。進(jìn)風(fēng)溫度和煙葉溫度由溫度變檢測(cè)元件進(jìn)行檢測(cè)并輸出信號(hào)到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制氣動(dòng)薄膜開啟量，按需要供給熱交換器所需要的蒸汽量，使溫度達(dá)到要求。系統(tǒng)可根據(jù)煙葉溫度情況調(diào)整加溫強(qiáng)度，或者關(guān)閉不加溫，或者以冷風(fēng)形式適當(dāng)降低煙葉溫度。

工作原理：空氣在循環(huán)風(fēng)機(jī)1的作用下，進(jìn)入加熱控制器2，空氣加熱后（溫度可調(diào)），通過送風(fēng)風(fēng)管3，進(jìn)風(fēng)風(fēng)管5，進(jìn)入加熱通道6，對(duì)煙片進(jìn)行預(yù)加熱，循環(huán)風(fēng)進(jìn)入回風(fēng)循環(huán)風(fēng)管4進(jìn)行加熱后再次利用。

第五，對(duì)倉(cāng)式喂料機(jī)、烤機(jī)前端過渡段進(jìn)行全封閉密封，保證不漏風(fēng)，并對(duì)其相關(guān)部位進(jìn)行改造，以滿足安裝熱風(fēng)風(fēng)道及風(fēng)機(jī)的需求。

第六，冷凝水回收管并到烤機(jī)冷凝水回收管路中，不外排。

3 方案實(shí)施

溫度檢測(cè)點(diǎn)設(shè)置，在烤片機(jī)與異物剔除機(jī)之間設(shè)置1～3個(gè)煙葉溫度檢測(cè)點(diǎn)（如圖2所示），煙葉加熱后在左右兩側(cè)適當(dāng)位置各設(shè)置1個(gè)溫度檢測(cè)點(diǎn)。

在進(jìn)入烤片機(jī)干燥區(qū)前的進(jìn)料端上方設(shè)置熱風(fēng)通道（如圖4所示），抽取外界空氣然后通過風(fēng)管連接干燥區(qū)的排潮風(fēng)管，匯入熱風(fēng)風(fēng)機(jī)（中低壓離心通風(fēng)機(jī)，4～72、7.5kW，流量6416～7785m3/h，風(fēng)壓2497～2320Pa），在烤前提升機(jī)至烤箱入口間對(duì)物料進(jìn)行預(yù)加熱。將倉(cāng)式喂料機(jī)至烤機(jī)前端過渡段進(jìn)行全封閉密封，密封用材料采用304不銹鋼。氣動(dòng)薄膜閥選用技術(shù)性能滑窗式調(diào)節(jié)閥，其他閥件選用技術(shù)性能不低于Spiray品牌技術(shù)性能的產(chǎn)品，蒸汽管路和冷凝水回收管路采用304不銹鋼，表面包裝防熱層。

增設(shè)物料預(yù)加熱電控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料預(yù)加熱系統(tǒng)的自動(dòng)控制功能。

另外根據(jù)實(shí)際需求在操作面板上設(shè)定補(bǔ)風(fēng)溫度及熱風(fēng)風(fēng)機(jī)頻率，根據(jù)傳感器自動(dòng)檢測(cè)進(jìn)入烤片機(jī)的煙片的溫度與標(biāo)定補(bǔ)風(fēng)溫度的運(yùn)算，自動(dòng)啟停熱風(fēng)補(bǔ)償系統(tǒng)來滿足補(bǔ)風(fēng)溫度的要求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)風(fēng)溫度的功能，即PID調(diào)節(jié)。

此PID控制系統(tǒng)有手動(dòng)、自動(dòng)和禁控、使能這四個(gè)狀態(tài)：手動(dòng)：指此PID控制系統(tǒng)手動(dòng)控制；自動(dòng)：指此PID控制系統(tǒng)自動(dòng)控制；禁控：不使用PID控制系統(tǒng)；使能：使用PID控制系統(tǒng)。

當(dāng)系統(tǒng)處于自動(dòng)且使能的情況下：溫度PID處于自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)。根據(jù)所需設(shè)定的SP溫度值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)PID溫度值，達(dá)到設(shè)定的SP并穩(wěn)定追蹤。當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)且使能的情況下：此時(shí)PID控制系統(tǒng)不會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度，需要根據(jù)設(shè)定閥門開度OP來調(diào)節(jié)所需要的溫度。當(dāng)系統(tǒng)處于禁控情況下：如果此時(shí)把使能改為禁控，M42C風(fēng)機(jī)會(huì)即刻停止使用，且PID控制系統(tǒng)也停止使用，不論是手動(dòng)和自動(dòng)都無法啟用PID溫度調(diào)節(jié)。

4 結(jié)語

本方案通過實(shí)時(shí)收集烤片機(jī)干燥區(qū)溫度、冷卻區(qū)水分、機(jī)尾水分等數(shù)據(jù)，通過正交實(shí)驗(yàn)等方法進(jìn)行分析，找出它們與裝箱水分之間的數(shù)學(xué)模型和相關(guān)關(guān)系，用以指導(dǎo)生產(chǎn)操作，提高葉片復(fù)烤機(jī)控制的精確度，穩(wěn)定葉片復(fù)烤機(jī)冷房水分和成品裝箱水分，提高冷房水分和成品裝箱水分合格率。經(jīng)生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)得出結(jié)果顯示，冷卻水分合格率提高至90%以上（抽檢數(shù)據(jù)合格率）；成品裝箱水分合格率提高至99.0%以上（抽檢數(shù)據(jù)合格率）；烤片機(jī)干燥區(qū)總溫度控制在318℃以下。

除此之外，煙片的溫度經(jīng)過“烤前預(yù)加熱系統(tǒng)”加熱之后，溫度有了顯著的提高。項(xiàng)目成功的研發(fā)并且迅速的投入使用，不僅解決了煙片烘烤質(zhì)量受環(huán)境溫度變化影響較大而產(chǎn)生質(zhì)量波動(dòng)的問題，而且將之前烤片機(jī)排潮管外排掉浪費(fèi)的熱能重新利用，實(shí)現(xiàn)了把外排余能回收循環(huán)利用、變廢為寶、節(jié)能降耗、綠色生產(chǎn)的目的。項(xiàng)目完成后提高了煙葉物理保潤(rùn)性能和感官保潤(rùn)性能，改善了煙葉感官舒適度，同時(shí)提高了煙葉外觀質(zhì)量和內(nèi)在品質(zhì)，降低了大中片收縮率，提升了煙葉使用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 毛光平.復(fù)烤廠利用空氣源熱泵預(yù)加熱鍋爐給水技術(shù)

研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，（24）.

[2] 孟嘉.工業(yè)煙氣余熱回收利用方案優(yōu)化研究[D].華中

科技大學(xué)，2008.

基金項(xiàng)目：紅塔煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司科技項(xiàng)目《成品裝箱水分一致性和穩(wěn)定性的改進(jìn)研究》（S-6016008）。

作者簡(jiǎn)介：張照德（1969-），男（白族），云南大理人，紅塔集團(tuán)大理卷煙廠復(fù)烤車間工程師，研究方向：機(jī)械自動(dòng)化。

（責(zé)任編輯：王 波）