新型高速風分器風量設計與應用

何天佑，鳳靖羽

（紅塔集團楚雄卷煙廠，云南 楚雄 675000）

煙葉可用性分類加工模式是目前打葉復烤行業(yè)的領先技術，其中打葉風分機組的風分器采用BFS24型高速HSS風分單元，是一種利用高速輸送帶進行拋料的半開放式風分器，相比傳統(tǒng)的密閉式風分器，其優(yōu)勢是拋料均勻性好，物料以一個均勻速度輸出，在輸出過程中，避免受到拋料輥對煙葉的擊打產(chǎn)生造碎，也不會受到拋料輥周期性運動的影響，減少影響葉片分離的干擾因素，對質(zhì)量的控制因素較少，因此能大大提高風分過程中質(zhì)量的穩(wěn)定性和均勻性。由于其半開放性質(zhì)，這種風分器對內(nèi)部風場的風量和風壓要求更高，才能形成一個高效的風分區(qū)域，因此風量的大小和均衡性設計至關重要。

1 工作原理及特點

1．1 設備功能原理

風分單元的用途是把經(jīng)打葉器撕打后的煙葉，利用風力的作用和葉片、煙梗懸浮速度的差異，將葉片從煙梗和帶葉梗中分離出來，未分離的物料經(jīng)網(wǎng)帶和出料裝置進入下一級打葉器進行再處理。在風分過程中懸浮速度小于氣流速度的物料隨氣流上升，而懸浮速度大于氣流速度的物料落下來。

懸浮速度：物料在懸浮狀態(tài)時，流體的運動速度（倉內(nèi)豎直風速）稱為該物料在該種流體中的懸浮速度。懸浮速度在量值上等于物料在流體中的等速沉降速度。

物料在靜止流體中自由沉降時，受到3個力的作用，即重力Fg、浮力Fb和曳力FD。根據(jù)牛頓第二定律Fg-Fb-FD=m(du/dt)，物料在這3個力的作用下做加速沉降運動，其沉降加速度為：

式中：ρp為物料密度；ρ為空氣密度；g為重力加速度；ξ為曳力系數(shù)；Ap為物料迎風面積；m為物料質(zhì)量；u為物料沉降運動速度。

當物料的沉降加速度為0時，物料即處于懸浮狀態(tài)，對于煙葉物料，由于其形狀多為不規(guī)則，通過實驗調(diào)整風速測得。

1．2 存在問題分析

風分器采用BFS24型高速HSS風分單元，最后一級風分過程中，葉片量少，葉片結構、尺寸較小，風分器在設計時多采用單側風機結構，單側風機的運用，在滿足風分風量要求的同時，可以減少設備購置成本，有效降低雙風機帶來的高能耗。

最后一級風分器寬度一般為60″，風分器橫向空間大，單側風機帶來的直接影響就是風分器內(nèi)風場不平衡，一側風量較高，一側風量較低，物料出現(xiàn)翻滾、偏料的情況，一部分物料未通過懸浮設計區(qū)域，得不到風分處理。若風量設置在設計值水平，則一部分物料直接進入回梗系統(tǒng)和梗風送系統(tǒng)，造成風分效率低，梗中含葉率高的情況；若風量設置過大，保證大部分物料進入風分懸浮處理，則會使一部分帶梗煙葉直接進入風分落料器，造成葉中含梗率高的問題。單側風機存在風場風量不均衡的問題，特別是在高速皮帶拋料的新型高速風分器中，影響更為明顯，不利于打葉風分工序各項物理指標的實現(xiàn)。

1．3 解決辦法

單側風機風量不平衡導致的梗含葉率高或葉含梗率高的問題無法單純通過對風量的控制來實現(xiàn)，解決這個現(xiàn)象的最有效措施是設計雙側風機?，F(xiàn)用打葉風分機組為四級十五風分設計，其中最后一級十四、十五風分為單風機，因此需要對所使用的最后一級風分器中的2個風分單元實施雙風機改造。

2 風分器風量設計

2．1 不同物料的懸浮速度實驗（表1）

表1

從實驗數(shù)據(jù)可以看出，不同煙草物料的實驗懸浮速度存在較大差異。風分器實際工作中，只要選擇合適的氣流速度，即氣流的速度處于2個組份的懸浮速度之間，煙梗與葉片就有可能被分離開，即葉片隨氣流上升，煙梗向下沉降。滿足以上條件就滿足了風分器工作的必要條件，同時，還要考慮拋料速度、拋料角度、風場均勻性、氣料比（風分比）等因素的影響。

2．2 風分器參數(shù)設計

風分倉中倉體的橫截面積S=風分倉寬度B×風分倉長度 L，即：S=1.525m×1.58m=2.4m2；

倉內(nèi)風量：Q1=VS=3.5m/s×2.4m2=8.4m3/s；

換算成小時風量：Q1=8.4×3600=30240m3/h；除塵比例n設計按10%計算，風機風量Q：Q=Q1/(1-n)=30240m3/h/(1-0.1)=33600m3/h。

倉內(nèi)風速：2.5～3.5m/s可調(diào)；

拋料速度（帶式）：≤5.5m/s可調(diào)；

拋料角度：21°固定式；

風分比：0.12～0.24kg/m3。

3 雙側風機的運用

（1）管路的布置。管路布置上應盡可能直、短；減少彎管，避免采用大角度、多次彎轉(zhuǎn)的布置，盡可能縮短管路長度，降低管道內(nèi)的風量損耗。（2）管徑的選擇。在風機風量一定時，管徑直接影響風壓和風速，管徑過小，風壓、風速增大，會導致葉含梗過高；管徑過大，風壓、風速降低，會導致梗中含葉增多。在保證風分效率的基礎上，小管徑有利于降低能耗，但是同時要考慮風場內(nèi)的風壓，需要根據(jù)實際使用情況進行合理選擇。（3）風機選型。風機選型應與現(xiàn)用風機保持一致，一是便于實現(xiàn)電氣控制功能，二是便于維修標準的制定，三是容易與除塵系統(tǒng)進行匹配；使用時可通過降低頻率來達到控制能耗的目的。（4）風量調(diào)整。通過實驗確定風分風機頻率和除塵風機頻率對風分效率的影響，從而得到最優(yōu)取值范圍。通過風分風機頻率、除塵風機頻率對風分效率的交互影響，設計實驗。

4 使用效果分析

物理指標分析：采用雙風機設計后，對風分器風量、風機頻率等重要參數(shù)進行計算設計、實驗優(yōu)化，并對運用結果進行工藝測試（表2）。

表2 使用情況對比

從工藝測試結果看出，雙風機運用后，風分效率有了很大提高，梗中含葉率降幅明顯，碎末率有所降低，葉中含梗率稍有增高，總體效果十分理想。

通過對風分風機的改造，提高風分效率，減少造碎，提高產(chǎn)品物理指標；可降低風機負荷，延長電機、風機葉輪、風機軸、軸承的使用壽命；同時解決風場在風分箱內(nèi)形成正壓，風分箱內(nèi)積灰嚴重、網(wǎng)板堵塞、灰塵外噴的問題。

5 結語

通過對風分器原理的分析、參數(shù)的設計以及運用過程中的優(yōu)化配置，切實解決最后一級風分器風量不均的問題，有效提高風分效率。從長遠看，通過結合物料在風分器內(nèi)的狀態(tài)，對風分器內(nèi)風量的設計和優(yōu)化，為打葉復烤風分單元的設計提供了參考依據(jù)；在風分器設計時，不能單純從能耗和滿足風量上做考慮，應多結合實際運用情況，系統(tǒng)性規(guī)劃。