烤機預(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。文章通過對進入烤片機的補風(fēng)和物料的溫度進行預(yù)控制，為烤片機提供相對恒定生產(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 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TS411 文章編號：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)線相對較長，煙葉從二次潤葉-打葉工序出來后還需經(jīng)過較長的皮運機輸送。在這個過程中，煙葉在整個過程中處于外露狀態(tài)，當(dāng)遇到天氣變化較明顯時，會導(dǎo)致進入烤片機的來料煙葉水分發(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)計目的

通常情況下，打葉復(fù)烤工序都是在秋季和冬季進行生產(chǎn)的，烤片機周圍環(huán)境的溫度常常是在秋季相對來說高一些，到了冬季之后溫度相對低一些。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，被送進烤片機烘烤之前，受到環(huán)境的溫度變化的影響比較大，使煙片的溫度波動也比較大。這就需要頻繁地調(diào)整烤片機的溫度來適應(yīng)由于環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生的煙片溫度的波動，使煙片經(jīng)過烤片機烘烤之后，達到生產(chǎn)要求和產(chǎn)品技術(shù)要求。在烤片機進行適應(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，使烤片機干燥區(qū)溫度變化較大，嚴(yán)重制約了烤片機生產(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，為了提供烤片機相對恒定生產(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，提升涼房水分、機尾水分的一致性和穩(wěn)定性為適當(dāng)降低烤片機干燥區(qū)烘烤溫度。

根據(jù)現(xiàn)有條件，在煙片從喂料機進入干燥一區(qū)的物料輸送段增加煙片預(yù)熱功能。采用熱空氣對煙片進行預(yù)加熱，使煙片溫度在接近室溫的基礎(chǔ)上提升4℃～6℃，以達到干燥一區(qū)烘烤溫度降低3℃～4℃的工藝需求。通過設(shè)計實施優(yōu)化葉片復(fù)烤機加工參數(shù)控制精度并根據(jù)不同等級的煙葉建立數(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，提高烤片機冷卻區(qū)水分、機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

基于此目的，故提出構(gòu)建烤片機入口物料溫度保障系統(tǒng)，模擬一個固定的氣候氣溫值對煙葉的溫度進行調(diào)整，采用單點或多點低強度溫度控制的模式改變煙葉溫度。補風(fēng)溫度和煙葉溫度需滿足自動控制功能，盡量杜絕人為調(diào)節(jié)設(shè)備相關(guān)參數(shù)適應(yīng)變化時的經(jīng)驗及估計誤差等不利因素的影響。兩個系統(tǒng)按實際需求在操作面板上標(biāo)定補償溫度及風(fēng)機頻率，根據(jù)自動檢測環(huán)境溫度與標(biāo)定溫度的運算，自動啟停溫度補償系統(tǒng)來滿足要求。根據(jù)烤片機的實際情況，經(jīng)過對設(shè)備結(jié)構(gòu)的仔細分析測量，擬定采取利用排潮管加熱和蒸汽加熱共同作用的方式，提高進入烤片機的煙葉的溫度，提升烤片機整體加工工藝性能和質(zhì)量保障能力。

具體為：

第一，溫度檢測點：根據(jù)設(shè)備的情況，在烤片機與異物剔除機之間設(shè)置3個煙葉溫度檢測點，在煙葉加熱后左右兩側(cè)適當(dāng)位置各設(shè)置1個溫度檢測點，按照煙葉加熱前后的溫度情況，控制系統(tǒng)通過閉環(huán)控制自動控制氣動薄膜開啟量，自動控制供給熱交換器（散熱器）所需要的蒸汽量，實現(xiàn)物料加熱后左右溫度達到預(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風(fēng)口實現(xiàn)干燥區(qū)補風(fēng)口補充熱風(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干燥區(qū)通過對散熱器（熱交換器）傳遞的熱量對煙片進行烘烤，通過一段時間的烘烤，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，外排的濕氣量由補風(fēng)系統(tǒng)來補充，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前端進行補風(fēng)，使烤片機前端補風(fēng)裝置內(nèi)空氣溫度可達到40℃以上，補進的熱風(fēng)會加熱即將進入烤片機的煙片的溫度，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)控制的方式來達到穩(wěn)定控制進氣和物料溫度的目的。進風(fēng)溫度和煙葉溫度由溫度變檢測元件進行檢測并輸出信號到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制氣動薄膜開啟量，按需要供給熱交換器所需要的蒸汽量，使溫度達到要求。系統(tǒng)可根據(jù)煙葉溫度情況調(diào)整加溫強度，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1的作用下，進入加熱控制器2，空氣加熱后（溫度可調(diào)），通過送風(fēng)風(fēng)管3，進風(fēng)風(fēng)管5，進入加熱通道6，對煙片進行預(yù)加熱，循環(huán)風(fēng)進入回風(fēng)循環(huán)風(fēng)管4進行加熱后再次利用。

第五，對倉式喂料機、烤機前端過渡段進行全封閉密封，保證不漏風(fēng)，并對其相關(guān)部位進行改造，以滿足安裝熱風(fēng)風(fēng)道及風(fēng)機的需求。

第六，冷凝水回收管并到烤機冷凝水回收管路中，不外排。

3 方案實施

溫度檢測點設(shè)置，在烤片機與異物剔除機之間設(shè)置1～3個煙葉溫度檢測點（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個溫度檢測點。

在進入烤片機干燥區(qū)前的進料端上方設(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（中低壓離心通風(fēng)機，4～72、7.5kW，流量6416～7785m3/h，風(fēng)壓2497～2320Pa），在烤前提升機至烤箱入口間對物料進行預(yù)加熱。將倉式喂料機至烤機前端過渡段進行全封閉密封，密封用材料采用304不銹鋼。氣動薄膜閥選用技術(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)，實現(xiàn)對物料預(yù)加熱系統(tǒng)的自動控制功能。

另外根據(jù)實際需求在操作面板上設(shè)定補風(fēng)溫度及熱風(fēng)風(fēng)機頻率，根據(jù)傳感器自動檢測進入烤片機的煙片的溫度與標(biāo)定補風(fēng)溫度的運算，自動啟停熱風(fēng)補償系統(tǒng)來滿足補風(fēng)溫度的要求，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)補風(fēng)溫度的功能，即PID調(diào)節(jié)。

此PID控制系統(tǒng)有手動、自動和禁控、使能這四個狀態(tài)：手動：指此PID控制系統(tǒng)手動控制；自動：指此PID控制系統(tǒng)自動控制；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)處于自動且使能的情況下：溫度PID處于自動調(diào)節(jié)狀態(tài)。根據(jù)所需設(shè)定的SP溫度值，系統(tǒng)會自動調(diào)節(jié)PID溫度值，達到設(shè)定的SP并穩(wěn)定追蹤。當(dāng)系統(tǒng)處于手動且使能的情況下：此時PID控制系統(tǒng)不會自動調(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：如果此時把使能改為禁控，M42C風(fēng)機會即刻停止使用，且PID控制系統(tǒng)也停止使用，不論是手動和自動都無法啟用PID溫度調(diào)節(jié)。

4 結(jié)語

本方案通過實時收集烤片機干燥區(qū)溫度、冷卻區(qū)水分、機尾水分等數(shù)據(jù)，通過正交實驗等方法進行分析，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)烤機控制的精確度，穩(wěn)定葉片復(fù)烤機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)過程實時數(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)量波動的問題，而且將之前烤片機排潮管外排掉浪費的熱能重新利用，實現(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。項目完成后提高了煙葉物理保潤性能和感官保潤性能，改善了煙葉感官舒適度，同時提高了煙葉外觀質(zhì)量和內(nèi)在品質(zhì)，降低了大中片收縮率，提升了煙葉使用價值。

參考文獻

[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.

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

作者簡介：張照德（1969-），男（白族），云南大理人，紅塔集團大理卷煙廠復(fù)烤車間工程師，研究方向：機械自動化。

（責(zé)任編輯：王 波）