煙片增溫機煙片溫度及含水率控制方法改進

崔 升 李日南 康金嶺 劉 瑱 黃 勃

(廣西中煙工業有限責任公司，廣西 柳州 545005)

卷煙制造過程中，煙絲加工質量對卷煙感官質量影響顯著[1]，切絲前煙片處理不當，易造成煙絲并條、跑片、顏色轉深、造碎等質量問題[2-4]。制絲環節，切絲前煙片處理主要通過煙片增溫機來完成，該設備的主要工藝任務是通過蒸汽和水來提升煙片的溫度和含水率，使煙片舒展、松散，提高后續工序的切絲質量。

煙片增溫機是目前煙草行業切絲前煙片處理的關鍵制造設備之一，其主體結構見圖1。煙片進入煙葉增溫滾筒設備后，蒸汽和水經過進料端噴嘴施加到煙葉上，在滾筒的轉動和循環熱風的作用下，煙片溫度和含水率達到標準要求，從滾筒出料端排出，完成煙片溫度和含水率處理。

根據《卷煙工藝規范》，煙片切絲前最優工況條件是：煙片溫度為(35±3) ℃，含水率為(18.5±0.3)%，該條件下，煙片的切絲質量穩定、造碎率低、煙絲加工感官質量好。實踐應用中，煙片增溫機僅能對煙片進行單向的增溫增濕，北方地區卷煙企業低溫低濕環境條件可正常使用該設備，一旦煙片含水率超過最優工況，該設備則無法有效發揮其工藝性能。長江以南地區卷煙企業夏季高溫高濕，往往導致煙片溫度和含水率均超過最優工況；冬春季節低溫高濕，煙片含水率也容易超標。當煙片溫度和含水率超過最優工況時，該設備只能處于無效甚至負效運行狀態，僅作為煙片輸送通道使用，還會增加1%～2%的不合理的煙葉造碎率。因此如何在現有煙片增溫機的基礎上，設計一種改造簡單、可在不同工況條件下有效地對煙片溫度和含水率進行調控的煙片增溫機，是煙片增溫工序急需解決的問題。

1.滾筒 2.進料端振槽 3.出料端振槽 4.蒸汽管道 5.水管道 6.進料端噴嘴 7.熱風管道蒸汽 8.蒸汽噴嘴 9.循環熱風管道 10.熱風電機 11.排潮罩圖1 煙片增溫機結構示意圖Figure 1 Structure diagram of cigarette warming machine

近年來，有關煙片增溫工藝參數優化的相關研究較多，如運用模糊PID復合控制可實現隧道式煙片溫度的智能控制[5]；采用煙片增溫設備可改進煙片加工的造碎、松散等質量問題；運用不同的熱風溫度對煙片松散和加料效果進行改進[6-8]；采用無線溫濕度監控技術和圖像處理工具分析設備加工參數和加工性能對煙葉加工質量評價具有借鑒意義[9]。目前的設備都是立足于增溫增濕，但是，南方天氣帶來的影響是未處理前的煙片溫度、含水率常常高于最優工況，不僅不需要增溫增濕，還要降溫降濕。而對如何提高煙片增溫機在不同的煙片溫度和含水率情況下加工能力的相關設備改進研究則未見報道。試驗擬對設備控制系統進行設計研究，以期提高煙片加工質量穩定性。

1 煙片增溫機的改進思路與原理

針對傳統煙片增溫機在不同煙片溫度和含水率工況下不能滿足工藝需求的現狀，通過在筒體進料端和出料端分別增設加溫加濕和降溫降濕控制系統，實現煙片溫度和含水率的雙模式調節，達到煙片加工質量的均勻穩定。當煙片溫度和含水率低于加工質量要求時，采用順流控制模式，進料端蒸汽和加水系統工作，自動調節蒸汽和水比例，達到煙絲加工要求；當煙片溫度高于加工質量要求時，采用逆流控制模式，對煙片進行降溫保濕或降溫增濕處理，通過一定溫濕度的空氣調控，達到煙片溫度和含水率質量要求。

2 改進后煙片增溫機的結構設計

改進后的煙片增溫機結構示意圖如圖2所示，其中，進料端分別有進料儀4和進料溫度儀5，出料端分別有出料水分儀7和出料溫度儀6，進料側蒸汽輸送支管8和進料側水輸入支管9與進料側噴嘴12連接，出料側氣體輸入支管10和出料側水輸入支管11與出料側噴嘴13連接，進料側輸出支管14和出料側輸出支管15與滾筒1和輸出總管16連接。

3 改進的關鍵性裝置及工作方式

與原有設備相比，改進后的設備具有雙排潮功能結構的筒體，可采用順流和逆流加工模式對煙片溫度和含水率進行調控。其中順流加工模式為蒸汽和水分別由進料側蒸汽輸入支管8和進料側水輸入支管9輸入，通過進料側噴嘴12施加到滾筒1內，進料側輸出支管14關閉，尾氣通過出料側輸出支管15和輸出總管16排出。逆流加工模式為調制空氣和水分由出料側氣體輸入支管10和出料側水輸入支管11輸入，通過出料側噴嘴13施加到滾筒1內，出料側輸出支管15關閉，尾氣通過進料側輸出支管14和輸出總管16排出。系統通過順流加工方式與逆流加工方式的雙模式自動調整組合操作，實現對不同煙片溫度和含水率全方位調節。當煙片溫度、含水率低于標準要求時，煙片滾筒采用順流方式，即進料端施加蒸汽或蒸汽與水組合的高溫高濕的氣體或氣體與水的組合對煙片進行處理；當煙片溫度和含水率高于標準要求時，煙片滾筒采用逆流方式，即出料端施加空調空氣等低溫低濕的氣體或氣體與水分的組合對煙片進行處理。以此類推，其他工況下的煙片溫度水分調節，均通過蒸汽施加裝置、空調空氣施加裝置、水施加裝置、排潮裝置的自動切換與組合操作實現，完成煙片溫度和含水率的穩定控制。具體生產時，根據來料煙片溫度和含水率實際情況，與工藝標準要求進行比較，視不同工況采用不同的控制方式進行調節(見表1)，以滿足加工質量要求。

1.滾筒 2.進料振槽 3.出料振槽 4.進料水分儀 5.進料溫度儀 6.出料溫度儀 7.出料水分儀 8.進料側蒸汽輸入支管 9.進料側水輸入支管 10.出料側氣體輸入支管 11.出料側水輸入支管 12.進料側噴嘴 13.出料側噴嘴 14.進料側輸出支管 15.出料側輸出支管 16.輸出總管圖2 改進的煙片增溫機的結構示意圖Figure 2 The structure diagram of the improved tobacco warming machine

4 對煙片增溫加工質量的影響

傳統煙片增溫機工作時，當煙片溫度和含水率低于標準要求時，通過增溫增濕處理，確保加工煙片滿足切絲質量要求；當煙片溫度和含水率高于標準要求時，無有效的處理手段，無法滿足切絲質量要求。改進后，通過檢測來料煙片實際溫度和含水率，與工藝要求進行比較，按表1 的方法分別采取增溫增濕、降溫保濕、升溫保濕、保濕增濕和保溫降濕控制方法對煙片進行調節。煙片在不同工況下，通過順流和逆流的雙模式控制，實現煙片溫度和含水率精準控制，為切絲質量穩定提供有力的工藝保障。以某牌A號煙片增溫機加工質量[溫度(35±3) ℃，含水率(18.5±0.3)%]要求為例，跟蹤實際生產情況進行統計(見表2)，并監控設備運行情況。

表1 不同工況條件煙片溫度和含水率控制方法?Table 1 Temperature and moisture control methods under different working conditions

表2 不同工況煙片溫度和含水率控制情況Table 2 Temperature and moisture control of smoke sheet under different working conditions

由表3可知，改進前煙片溫度和含水率標準偏差分別為0.87%，0.25%；改進后煙片溫度和含水率標準偏差分別為0.43%，0.16%，分別較改進前提高了51%和36%。同時，改進后設備整體運行穩定，安全可靠，未發現設備故障和影響煙片加工質量的情況。

表3 改進前、后煙片溫度和含水率標準偏差Table 3 Histogram of fluctuation of temperature and moisture before and after improvement %

5 結論

因受物理性能、外界環境溫濕度、氣候、加工條件的影響，煙片耐加工性和工藝要求均有很大不同，對切絲前煙片進行精準控制，是保證卷煙加工質量的重要要求。

試驗改進方案僅通過在出料端增加調制空氣及水組合，實現煙片加工雙模式調節控制，就能有效提高煙片增溫機煙片溫度和含水率的加工質量穩定性，但離工藝質量的智能化、精準化控制還有一定的差距，后續需對改進后的控制方法進行優化處理，根據加工質量要求，實時對來料質量進行監控，通過建立模糊控制系統實現煙片溫度和含水率的精準調控，提高煙片增溫機自動識別加工質量的差異能力，并進行自主學習，進一步優化算法，完善調控能力，實現生產過程質量控制的智能化與精準化。