葉片復(fù)烤機(jī)干燥區(qū)廢氣循環(huán)利用的系統(tǒng)研究

何博洋 宋昊宇 高效東 劉東奇

摘要：葉片復(fù)烤機(jī)中干燥區(qū)運(yùn)行會產(chǎn)生高濕、高溫廢氣，借助排潮風(fēng)管進(jìn)入異味處理裝置存在熱能浪費(fèi)情況。本文通過概述葉片復(fù)烤機(jī)的具體結(jié)構(gòu)和技術(shù)難點(diǎn)，圍繞物料傳輸、PID控制等方面探究葉片復(fù)烤機(jī)內(nèi)干燥區(qū)域廢氣循環(huán)利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。科學(xué)應(yīng)用廢氣中的熱能提高入口物料溫度，降低物料加工的實(shí)際蒸汽用量。

關(guān)鍵詞：葉片復(fù)烤機(jī);干燥區(qū);廢氣循環(huán)利用

葉片復(fù)烤系統(tǒng)包含輸送模塊、冷卻模塊、干燥部分、回潮部分、取樣部分等結(jié)構(gòu)。其中，干燥區(qū)主要負(fù)責(zé)干燥葉片，使其水分下降至臨界值，去除煙葉內(nèi)異味，保留其香氣。干燥區(qū)工作質(zhì)量直接關(guān)系之后冷卻回潮的質(zhì)量，因此有必要深入研究干燥區(qū)廢氣循環(huán)利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，充分應(yīng)用廢氣中熱能，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)降耗。

1葉片復(fù)烤機(jī)結(jié)構(gòu)概述

1.1組成結(jié)構(gòu)

葉片復(fù)烤機(jī)是打葉復(fù)烤階段的關(guān)鍵設(shè)備，其主要作用是調(diào)解葉片內(nèi)水分，除去其內(nèi)部異味，消除其中病苗和害蟲，延長葉片的儲存時(shí)間，實(shí)現(xiàn)人工發(fā)酵與醇化，優(yōu)化煙片品質(zhì)。葉片復(fù)烤機(jī)結(jié)構(gòu)包含干燥區(qū)上側(cè)和下側(cè)吹風(fēng)段、進(jìn)料端、壓網(wǎng)帶、排潮風(fēng)道、冷卻段、管路系統(tǒng)、輸送網(wǎng)帶等結(jié)構(gòu)。

其運(yùn)行原理如下：在設(shè)備內(nèi)加入物料，經(jīng)過多個(gè)干燥區(qū)完成烘烤，針對濕葉片進(jìn)行烘干，依托循環(huán)熱風(fēng)自下而上進(jìn)行烘干。伴隨著烘烤時(shí)間不斷累積，葉片的實(shí)際溫度逐漸提升，且水分蒸發(fā)，借助風(fēng)機(jī)排放到室外環(huán)境。當(dāng)溫度到達(dá)一定數(shù)值后會去除葉片中的霉苗。物料持續(xù)向前運(yùn)輸溫度會逐漸減少，使水分蒸發(fā)確保循環(huán)熱風(fēng)自上而下烘干葉片，進(jìn)而排出潮濕空氣，確保干燥區(qū)出口葉片水分范圍是8%-10%。當(dāng)葉片在干燥區(qū)排出口則需運(yùn)輸進(jìn)冷卻區(qū)，通過低溫循環(huán)風(fēng)使葉片溫度保持在35℃-45℃之間，為后續(xù)回潮相關(guān)操作提供幫助。此外，使葉片借助回潮通道自上而下、自下而上受蒸汽與霧化水噴吹作用，吸收足夠的水分與熱量進(jìn)入出料端[1]。

1.2技術(shù)難點(diǎn)

復(fù)烤機(jī)加溫系統(tǒng)包含熱交換器、蒸汽、循環(huán)熱風(fēng)結(jié)構(gòu)，利用熱交換器傳輸蒸汽，進(jìn)而加熱周邊空氣。借助離心風(fēng)機(jī)向煙葉吹熱空氣，對葉片完成干燥操作。干燥區(qū)通常劃分3-5個(gè)部分，當(dāng)前加工過程干燥區(qū)主要數(shù)量是5個(gè)，離心風(fēng)機(jī)吹風(fēng)形式包含上進(jìn)風(fēng)、下進(jìn)風(fēng)，依據(jù)設(shè)備組合完成使用。通常情況下中間區(qū)熱風(fēng)溫度較高，呈正弦波形結(jié)構(gòu)，熱風(fēng)溫度范圍是60℃-90℃，可以發(fā)揮葉片干燥的作用。在對葉片利用循環(huán)熱風(fēng)完成加熱后，會在干燥區(qū)內(nèi)部創(chuàng)建密閉、恒溫空間，確保其中熱風(fēng)溫度穩(wěn)定。但在此過程中葉片加熱產(chǎn)生的廢氣會借助排潮風(fēng)機(jī)排出，進(jìn)入空氣后溫度下降5-8℃，因此會導(dǎo)致能源浪費(fèi)，違背生產(chǎn)過程提質(zhì)降耗目標(biāo)。

2葉片復(fù)烤機(jī)干燥區(qū)廢氣循環(huán)系統(tǒng)分析

2.1物料密封傳輸模塊

2.1.1物料運(yùn)輸裝置

若想提升葉片復(fù)烤機(jī)的實(shí)際熱效率，充分利用其剩余價(jià)值，發(fā)揮提質(zhì)增效功效，建議深入分析其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，思路如下：將干燥區(qū)內(nèi)廢氣歸入進(jìn)料端，針對葉片完成預(yù)加熱，進(jìn)而減少設(shè)備干燥區(qū)的蒸汽含量，防止設(shè)備內(nèi)的能源消耗。其中，在設(shè)計(jì)密封物料輸送系統(tǒng)時(shí)，入口部分是相對密封管道，呈豎向結(jié)構(gòu)。此裝置可以選擇網(wǎng)帶輸送機(jī)、皮帶輸送機(jī)，借助加長烤片機(jī)中排潮管道使干燥區(qū)高溫廢氣自輸送機(jī)物料內(nèi)的出料端排放到密封腔體，并從進(jìn)料端排放至室外[2]。由于輸送機(jī)密封區(qū)域物料的熱風(fēng)和物料運(yùn)行方向不同，需借助熱交換方式完成加熱，并結(jié)合實(shí)際情況確定運(yùn)輸距離。

2.1.2密封管道設(shè)計(jì)

由于葉片復(fù)烤機(jī)在入口區(qū)域存在豎向、相對密封的管道，借助加長排潮管道可以使通過多個(gè)干燥區(qū)的高濕高溫蒸汽自豎直管道下端向管道內(nèi)傳輸氣體，并在管道上部排出。葉片原料從管道上部傳輸至管道中，并從管道下側(cè)排放到外部[3]。同時(shí)，豎直管道中熱風(fēng)實(shí)際運(yùn)行方向和物料運(yùn)行過程相反，需要借助熱交換方式加熱葉片，其中豎直管道距離應(yīng)結(jié)合運(yùn)行情況設(shè)置。

2.2PID控制模塊

2.2.1模型分析

本課題中葉片復(fù)烤機(jī)內(nèi)干燥區(qū)廢氣循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)屬于閉環(huán)控制模式，其能夠在小于干燥區(qū)廢氣溫度的基礎(chǔ)上控制預(yù)加熱區(qū)域溫度。同時(shí)，借助溫度傳感器收集溫度數(shù)據(jù)，通過風(fēng)速儀實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)加熱區(qū)域中廢氣的具體流速。利用PID調(diào)節(jié)技術(shù)改變執(zhí)行器開度，科學(xué)把控預(yù)加熱區(qū)域內(nèi)廢氣量，加強(qiáng)對預(yù)加熱區(qū)域中溫度的自動、精準(zhǔn)控制。

2.2.2應(yīng)用過程

通過優(yōu)化操作可以在小于干燥區(qū)廢氣溫度的基礎(chǔ)上設(shè)置預(yù)加熱區(qū)的實(shí)際溫度，借助溫度傳感器收集數(shù)據(jù)。同時(shí)，風(fēng)速儀能夠分析流入預(yù)加熱區(qū)域中的廢氣流速，利用PID調(diào)節(jié)方式科學(xué)調(diào)整執(zhí)行器的實(shí)際開度，把控預(yù)加熱區(qū)中的廢氣量，創(chuàng)建自動反饋機(jī)制。當(dāng)經(jīng)過干燥區(qū)的廢氣由排潮風(fēng)機(jī)抽走后，廢氣能夠借助支管傳輸至預(yù)加熱區(qū)域中網(wǎng)帶下側(cè)，使廢氣上涌，進(jìn)而加熱葉片，充分利用其中熱能。此外，利用熱交換器發(fā)送熱風(fēng)，使循環(huán)風(fēng)機(jī)促進(jìn)加熱區(qū)中氣體流動和物料相互沖撞、接觸，確保低溫氣體借助循環(huán)風(fēng)機(jī)抽回排潮風(fēng)管，進(jìn)而提升入口葉片的溫度。

2.3循環(huán)系統(tǒng)預(yù)加熱過程

2.3.1廢氣循環(huán)預(yù)加熱

在預(yù)加熱過程中需要將干燥區(qū)和排潮風(fēng)管相互連接，充分排出干燥區(qū)內(nèi)廢氣。其中，預(yù)加熱系統(tǒng)中包含支管、預(yù)加熱區(qū)、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。預(yù)加熱區(qū)處于物料入口、干燥區(qū)之間，使葉片自入口進(jìn)入預(yù)加熱區(qū)完成預(yù)熱，并傳輸至干燥區(qū)進(jìn)行烘烤。支管結(jié)構(gòu)包含第一支管、第二支管，使預(yù)加熱區(qū)后端借助第一支管和排潮風(fēng)管前部完成連接，并使加熱區(qū)前端利用第二支管和排潮風(fēng)管的后側(cè)相連。預(yù)加熱過程如下：借助排潮風(fēng)管將干燥區(qū)廢氣引入預(yù)加熱區(qū)，對其中的葉片完成預(yù)加熱，再利用排潮風(fēng)管輸出，使預(yù)加熱區(qū)、支管構(gòu)成廢氣流通結(jié)構(gòu)。控制系統(tǒng)屬于閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，包含比較器、檢測裝置、控制器、執(zhí)行器。檢測裝置內(nèi)存在許多溫度傳感器，散布在廢氣流動結(jié)構(gòu)的多個(gè)位置，可以獲取不同區(qū)域溫度;執(zhí)行器能調(diào)整第一支管中預(yù)加熱區(qū)、廢氣流量氣壓;比較器能對比多個(gè)區(qū)域溫度差值;控制器可結(jié)合比較器結(jié)果控制執(zhí)行器。本課題中溫度傳感器共計(jì)2個(gè)，一個(gè)設(shè)置在排潮管，可以檢測干燥區(qū)廢氣排出實(shí)際溫度;另一個(gè)安裝在輸送帶，能夠檢測預(yù)加熱的具體溫度。通過長距離排潮管道使高溫廢氣運(yùn)輸至密閉腔體內(nèi)，從輸送機(jī)出料端排放到室外。

2.3.2熱交換過程中的預(yù)加熱

熱交換階段預(yù)加熱包含刮板喂料機(jī)，物料入口在第二支管豎直區(qū)域上側(cè)。豎直區(qū)域通過和廢氣完成熱交換進(jìn)入刮板喂料機(jī)，并創(chuàng)建預(yù)加熱區(qū)。溫度傳感器數(shù)量是2個(gè)，其一處于排潮風(fēng)管，能夠檢驗(yàn)干燥區(qū)域中廢氣排放溫度;另一個(gè)安裝在第二支管上側(cè)，可以檢測預(yù)加熱區(qū)的實(shí)際溫度。在運(yùn)行階段葉片原料由管道上部輸送至管道中。借助熱交換模式加熱葉片。由于預(yù)加熱區(qū)域較為狹長，物料流動階段吸收水分、熱能的物理距離大，且時(shí)間較長，加熱區(qū)域狹小，使得內(nèi)部壓力提高，反過來提升物料對于水分、熱能的吸收效率。此外，投入刮板喂料機(jī)結(jié)構(gòu)的原因是預(yù)加熱工作區(qū)域占地面積大，當(dāng)借助刮板輸送物料時(shí)，廢氣與其能夠完全接觸，獲取穩(wěn)定濕度、溫度環(huán)境，十分適用于物料流量較大的葉片復(fù)烤工作。

結(jié)論：綜上所述，本課題探究提升葉片復(fù)烤機(jī)熱能使用率的途徑，基于初始設(shè)備圍繞干燥區(qū)廢氣循環(huán)系統(tǒng)增加預(yù)加熱區(qū)域。通過熱交換提高廢氣中熱能利用率，使物料入口構(gòu)成預(yù)加熱區(qū)域，為后續(xù)物料生產(chǎn)階段水分和溫度控制奠定基礎(chǔ)。通過降低物料加工實(shí)際蒸汽量，減少設(shè)備工作能源消耗，優(yōu)化葉片復(fù)烤加工品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐云龍，王子云，錢龍祥，等.葉片復(fù)烤機(jī)干燥區(qū)廢氣循環(huán)利用的系統(tǒng)研究[J].化工管理，2020，（17）：204-205.

[2]祁路生.提高葉片復(fù)烤機(jī)出口水分穩(wěn)定性的措施研究[J].中國高新科技，2018，（19）：67-68.

[3]趙靜，梁逢春，張鑫.煙片復(fù)烤機(jī)冷卻區(qū)控制方式的改進(jìn)[J].電氣自動化，2018，40（03）：97-99.

作者簡介：何博洋（1995.03-），男，漢族，河北省唐山市人，本科，助理工程師，研究方向：機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)。