高效率新型打葉風分機的研制

王 鑫，浦紹坤，孫達榮，胡峻聞，官振江，王 爽

（紅塔集團玉溪卷煙廠，云南 玉溪 653100）

0 引 言

通過理論設計和試驗檢驗的方式，對高效離心力原理樣機的整體尺寸及倉內(nèi)的拋料結構、重力反拋和風刀返拋結構、出料結構、導風板結構等形式和參數(shù)進行分析，確定各結構的設計方案，設計優(yōu)化影響倉內(nèi)風場均衡的因素，提高樣機的風分效率。根據(jù)設計方案風分試驗機主要結構如下：

（1）進料單元：樣機進料口在風倉下部，采用下倉進料形式。進料口設置風刀，將落下的物料拋入風分倉，進料口下方為風分風進風口。

（2）風分倉體：樣機整體長1 200 mm、寬500 mm、高4 000 mm。樣機風分倉形狀還原軟件模擬中形狀，使倉內(nèi)風場盡量均勻。為方便說明，將風分倉由上到下3 個區(qū)域稱作樣機的上倉、中倉、下倉。

（3）出料單元：樣機共有3 個出料口，分別為葉片出料口、梗多物料出口、梗少物料出口。葉片出料口布置在上倉頂端，與風分風進風口在風分倉同一側。

1 試驗物料加工參數(shù)

在樣機整體和局部的調(diào)試優(yōu)化研究中，采用相同的試驗方法，減少系統(tǒng)誤差對試驗結果的影響，提升試驗結果對樣機改造優(yōu)化方向的指導性，試驗物料為昭通2018 C3F 等級煙葉，物料加工參數(shù)（試驗線加工）見表1。

表1 試驗物料加工參數(shù)

2 風分試驗機的設計

2.1 反拋料板的設計

為避免拋到倉壁上的煙葉直接滑落，充分使用傳統(tǒng)風分倉中未被利用的倉內(nèi)前后兩側的渦流區(qū)域，在倉壁上設置重力反拋結構，進行優(yōu)化設計試驗。首先在大量煙葉被拋到進料口對側倉壁上的落點附近設置一塊弧形拋料板（圖1 中下倉反拋拋料板）。拋到此處的煙葉首先落到拋料板上，在自身重力和該區(qū)域的渦流風場作用下沿著拋料板的弧形面向前運動，在增加重力反拋拋料板后，進料口對側倉壁下落的混合物料在自身重力及風場渦流的作用下，能沿著拋料板延伸方向運動，被拋到風分倉中部主風區(qū)，并在此區(qū)域上浮風力的作用下被再次浮選。物料在風場的下倉區(qū)域形成“O”字形環(huán)流運動軌跡，物料得到了循環(huán)風選。

圖1 風分樣機結構原理

增加下倉反拋拋料板，物料風選效率提高，樣機風分效率得到明顯提高，在此反拋結構基礎上，優(yōu)化解決上、中倉區(qū)域混合物料直接下落問題和目前反拋結構僅使用重力拋料板，拋料能力較弱的問題。

在反拋拋料板上方的中倉區(qū)域和上倉區(qū)域再增加同樣結構的拋料板。由于中倉區(qū)域和上倉區(qū)域料流減少，增加的拋料板長度分別較下倉拋料板減少。同時，在料流相對較大的中倉和下倉反拋拋料板尖端設置風刀，設置風機給風刀供風，使用風力噴吹來增強反拋結構的拋料能力，即使用風刀進行物料返拋，風刀返拋結構僅將密度較低的游離葉片拋回主風區(qū)進行風選，高密度的帶梗葉片繼續(xù)下落而被分出。與現(xiàn)有機械旋轉(zhuǎn)二次回拋結構相比，避免了機械旋轉(zhuǎn)結構工作時不加區(qū)分地將游離葉片和帶梗葉片都拋向主風區(qū)的情況，降低了主風區(qū)的物料流量負荷，提高了分選精度，同時降低了機械旋轉(zhuǎn)結構和物料接觸產(chǎn)生的造碎。

中倉反拋拋料板處物料相對較少，此處混合物料在中倉反拋拋料板的風力噴嘴作用下運動軌跡較亂。中倉與風分倉上部出料口距離較近，部分含梗較多的物料在風力噴嘴作用下會被拋到風分倉上部，受到出料口負壓風吸附作用離開風分倉。

增加中、上倉反拋拋料板及風刀后，物料在上、中、下倉分布的密度均衡，直接下降到下倉的物料總量減少，減小了下倉的風分負荷，提高下倉的物料風選精度。另一方面，下倉減少的這部分物料留在了中、上倉進行風選，充分利用了上倉的風量，提高了上倉風量利用率。

被拋到下倉反拋拋料板下方的物料受阻擋后會直接下落。同時，受到中倉風刀作用的部分混合物料會再次風選，并從合格葉片出口風選出風分倉。

2.2 進料拋料板及導流板的設計

進料拋料的角度通過更改進料拋料板角度來實現(xiàn)。拋料角度對物料進入風倉的形態(tài)有影響，最終對倉內(nèi)風場及風分效率產(chǎn)生影響。

調(diào)整循環(huán)風導流板的角度，將影響物料在倉內(nèi)的運動軌跡，對反拋結構的工作效率產(chǎn)生影響，最終影響樣機風分效率。循環(huán)風導流板角度可調(diào)給風分樣機帶來更多調(diào)節(jié)參數(shù)，可以適應不同的來料狀況和工藝標準要求。

2.3 合格物料出料結構風力導板的設計

風分樣機葉片出口方向靠近上方出料結構，此處負壓風較大，有含梗物料被直接吸走的風險，應優(yōu)化上方出料結構，減少被吸走的含梗物料；同時，進料口同側倉壁上方有物料沿著倉壁下降的現(xiàn)象，但物料流量較少。為使得物料受到循環(huán)風選，參考反拋料板的設計經(jīng)驗，在進料口同側倉壁上方設置三塊風力導板。增加上方出料結構風力導板后，葉片出料口附近負壓風得到有效阻擋，含梗物料被葉片出料口附近負壓風吸走的情況顯著減少，葉中含梗率降低，樣機整體風分效率和精度提高。倉內(nèi)物料循環(huán)風選軌跡更加明確，風分效率和精度穩(wěn)步提高。

3 風分機風選特點

在上述設計中，每個結構優(yōu)化完成的基礎上進行帶料實驗，將試驗結果指示的優(yōu)化方向帶入下一次優(yōu)化中，最終在整體上提高了高效離心力試驗樣機的工作效率，取得了風場分布區(qū)域平衡狀態(tài)和物料分選區(qū)域清晰狀態(tài)的效果。

3.1 風場分布區(qū)域平衡狀態(tài)

倉內(nèi)風場左、中、右分別形成低風速區(qū)、高風速區(qū)、低風速區(qū)。在該平衡風場中，中部高風速區(qū)為風分風力區(qū)，可有效分散和分選物料。兩側低風速區(qū)為運輸風力區(qū)，避免了風分倉內(nèi)兩側含梗較多物料沿著倉壁向上爬升進入葉片出口后增加葉中含梗率的問題，并促使倉內(nèi)兩側物料在盤旋過程中進入中部高風速區(qū)繼續(xù)風選，提高風分效率。

風場平衡狀態(tài)提高了風力的利用效率，在不需高風速區(qū)域不設置高風速風場，降低了設備能耗，減少了煙葉的溫度水分散失。

3.2 物料分選區(qū)域清晰狀態(tài)

倉內(nèi)分為下倉、中倉、上倉3 個區(qū)域，分別形成物料混合區(qū)域、物料分離區(qū)域和合格物料區(qū)域。物料進入風分倉后，首先進入下倉。剛出料時物料較多，葉梗呈現(xiàn)混合狀態(tài)，在較強的風力作用下完成初步分選，含梗多的物料下落，從下方出料口離開風分倉。含梗量適中的物料向上浮至中倉，在風力作用下完成進一步葉梗分離。中倉中含梗較多的物料盤旋后再次下落至下倉，含梗較少物料上浮至上倉。上倉物料較少，大部分為合格物料，盤旋后從上倉頂部出料口離開。

倉內(nèi)物料分選區(qū)域的清晰分隔有效減少了輕重物料之間的相互影響，從根本上提高了倉內(nèi)物料的風分效率。

3.3 設備在線推廣可行

在實際帶料實驗中，由于上述風場分布區(qū)域平衡和物料分選區(qū)域清晰的設計，觀察到風分倉內(nèi)形成了預期的多個物料循環(huán)運動圈，比傳統(tǒng)風分倉增加了更多循環(huán)圈，有效增加了物料被風場分選的時間和空間，提高了風分效率，各項經(jīng)濟技術指標穩(wěn)定。本試驗樣機流量根據(jù)風分倉寬度和正式設備比例（500∶3 600）等比例縮小。按照正式設備比例換算后，設備可在12 000 kg/h 下穩(wěn)定運行。

從能耗上看，現(xiàn)有傳統(tǒng)馬克風分設備第一級風分機的主要耗能設備為風分風機2 臺（37 kW×2），一拋電機1 臺（5.5 kW），二拋電機1 臺（4 kW），循環(huán)網(wǎng)帶電機1 臺（1.5 kW），實際工作時由于電機變頻后功耗降低，功耗為62.5 kW 左右。本樣機設備主要耗能設備為風分風機1 臺（22 kW），一拋料口風機1臺（1.6 kW），回拋及二拋風機1 臺（1.6 kW），實際工作時由于電機變頻后功耗降低，功耗為9.5 kW 左右，按照實際設備寬度比例（500∶3 600）換算后，功率為60 kW 左右,相比馬克風分倉節(jié)能4%左右。

4 結 語

風倉進料口同側、對側重力反拋拋料板、多級返拋風刀、風力導流板的設計，使得物料下倉、中倉、上倉的物料風選區(qū)域劃分初步形成，各區(qū)域?qū)Σ煌锪线M行分段拋送，具備不同的功能，即上倉梗多物料下落、中倉梗葉分離、下倉葉片上升，改變了原有傳統(tǒng)風分倉內(nèi)風選區(qū)域混雜、功能區(qū)分不清的情況。觀察倉內(nèi)物料運行情況，得到中、下倉均形成了“O”型循環(huán)浮選料流。

從風倉整體來看，倉內(nèi)物料運動軌跡形成垂直方向上的“8”字形，相比傳統(tǒng)風機，倉內(nèi)物料運動軌跡有明顯改善，在實現(xiàn)項目預期工藝指標中有著較為關鍵的作用，有效提高了風分精度和效率。