ZJ116B型細支高速卷接機流化床溫度對卷制質量的影響研究

＊陳智鳴 賓暉 李江 覃寧波 唐小雪 侯振強 李馨

（廣西中煙工業有限責任公司 廣西 530001）

近年隨著細支卷煙產品及技術裝備的不斷發展，有力推動了細支卷煙的快速增長，滿足了消費者對卷煙產品個性化、多樣化的需求。在細支卷煙設備研發及裝備方面，生產速度為10000支/min的國產ZJ116B型細支高速卷接機已陸續投入生產使用，本企業是該機型的首批裝備用戶，目前該型設備已成為行業內細支卷煙生產的主流設備。

ZJ116B型細支高速卷接機采用流化床供絲系統，其工作原理是通過氣力作用將煙絲懸浮于運動的流體中，使煙絲在流化床的弧面床身上形成煙絲層后，再輸送到風室體吸絲成形。流化床的工作氣流由循環風機產生，工作氣流為閉路內循環工作方式。在實際生產中，隨著卷接機高速連續運行時間的增加，流化床系統的溫度會隨著工作氣流溫度的增加而上升，進而對細支煙的卷制質量帶來影響。目前在關于細支煙卷接機流化床溫度對卷制質量的影響研究方面，行業內有一些相關研究，朱強等[1]對卷煙機流化床供絲方式對煙支燃燒溫度分布的影響開展分析研究，研究發現煙支最高燃燒溫度在特定的剖切面兩側存在明顯差異；余坤河[2]分析了流化床技術在PROTOS-M5型卷接機組的應用和技術實現原理；潘恒樂等[3]對ZJ116型常規煙卷接機組循環風機改進后的卷煙感官質量進行分析，研究表明改進后的卷煙感官質量有所提升；李滿偉[4]針對流化床供絲技術在ZJ17C中速卷接機組的應用開展研究，解決了ZJ17C中速卷接機的生產效率；關存春等[5]用流化床技術改進了ZJ17中速卷接機組的供絲系統，研究表明減少了煙絲與機械零件的接觸,降低了煙絲碎絲率。

綜上所述，目前在關于細支煙卷接機流化床溫度對卷制質量的影響研究方面，多數是基于原有ZJ17或ZJ17C等中速卷接機開展的機械機構優化或技術改造方面的研究分析，以及對ZJ116型常規煙卷接機循環風機改進后的卷煙感官質量進行分析。在針對細支煙高速卷接機流化床溫度對卷煙卷制質量的影響方面鮮有報道。本文擬對ZJ116B型細支高速卷接機流化床供絲系統的溫度變化規律，及其工作氣流方式改進后對細支煙卷制質量的影響開展研究。

1.材料與方法

(1)材料、設備及儀器

①原材料

正常在用合格卷煙材料及成品煙絲。

②主要儀器及設備

細支高速卷接機：ZJ116B型，常德煙草機械有限責任公司；電子天平：ML203型，精確至0.0001g，瑞士Mettler Toledo公司；綜合測試臺：SODIM，法國Sodim公司；實驗室紅外水份儀：Infralab710E型，英國NDC公司；煙支含末率測定儀：JMZ-V型，安徽光學精密機械研究所；煙絲振動分選篩：YQ-2型，鄭州恒德公司；煙支端部落絲量測試儀：YDZ-II型，合肥眾沃儀器公司；高精度手持紅外熱成像儀：FLUKE E60型，美國福祿克公司。

(2)方法

①卷煙重量、吸阻測定。按GB/T 22838.4-2009《卷煙和濾棒物理性能的測定》第4部分[7]及第5部分[8]執行。

②卷煙含末率、含水率及空頭的測定。按GB/T 22838.7-2009《卷煙和濾棒物理性能的測定》第7部分[9]、第8部分[10]及第9部分[11]執行。

③卷煙端部落絲量測定。按GB/T 22838.16-2009《卷煙和濾棒物理性能的測定》第16部分[12]執行。

④煙絲結構測定。按YCT 178-2003《煙絲整絲率、碎絲率的測定》[13]執行。

⑤流化床溫度測定。在ZJ116B型細支高速卷接機額定生產機速的正常生產工況條件下，以一個生產班次的周期（8h）為范圍，按一定時間間隔，使用高精度手持式紅外熱成像儀，按GB/T 28706-2012《無損檢測 機械及電氣設備紅外熱成像檢測方法》[14]，對ZJ116B型細支高速卷接機流化床系統的循環風機表面溫度及流化床床面溫度進行測定，并記錄檢測結果。

2.試驗結果與分析

(1)細支高速卷接機流化床供絲系統分析

由ZJ116B型細支高速卷接機圖冊可知[6]，流化床供絲系統主要由流化床循環風機、配氣箱、流化床、風室體、一次分選噴嘴和二次分選噴嘴等組成。由圖1可見，循環風機產生的工作氣流進入配氣箱，經配氣箱將工作氣流分配至流化床和分選噴嘴，在流化床噴出的氣流作用下，將輸送過來的煙絲在流化床的弧面床身上形成平鋪的煙絲層，再輸送到風送室體吸絲成形并形成煙絲束。

圖1 ZJ116B型細支高速卷接機流化床供絲系統結構圖

(2)流化床供絲系統溫度變化規律分析

為了解ZJ116B型細支高速卷接機流化床供絲系統的溫度變化規律，在不破壞和損傷流化床供絲系統原有結構的前提下，采用紅外熱成像檢測儀，對循環風機和流化床等兩個關鍵部位的溫度分布情況進行快速無損測定，溫度數據見表1、圖2、圖3和圖4。

圖4 ZJ116B細支高速卷接機流化床系統溫度變化規律

表1 ZJ116B型細支煙高速卷接機流化床供絲系統溫度

圖2 流化床循環風機溫度熱成像圖

圖3 流化床床面溫度熱成像圖

從表1、圖2及圖3可知，ZJ116B型細支煙高速卷接機流化床循環風機溫度均值為55.6℃，流化床床面溫度均值為46.9℃，兩個部位的溫度差為8.7℃。從圖1可知，ZJ116B型細支高速卷接機在額定高速運行條件下，流化床循環風機高速運轉，風機內部的轉子葉輪在高速運轉狀態下與空氣摩擦產生熱量，工作氣流將熱量傳遞到流化床系統的各個部位。隨著工作時間的增加，流化床的床面溫度也逐步上升，由于目前該型設備未配置有相關降溫裝置，造成流化床供絲系統的溫度總體偏高。

從圖4可知，循環風機溫度及流化床床面溫度，在設備運行4h內的溫度上升較為明顯，其中流化床循環風機溫度上升14.2℃，流化床床面溫度上升11.2℃；設備運行4h后溫度趨于穩定，流化床循環風機溫度平均在55.0℃～56.0℃之間，流化床床面溫度平均在46.0℃～47.0℃之間。

(3)流化床溫度變化對煙絲結構及卷制質量的影響分析

為掌握ZJ116B型細支煙高速卷接機流化床溫度變化對卷制過程煙絲結構及煙支物理質量的影響，在正常生產工況條件下，對應收集測定了各溫度點下的煙絲結構和卷煙含水率、含末率、端部落絲量、卷煙空頭率、卷煙重量SD、吸阻SD等指標數據，如圖5～圖8。

圖5 流化床溫度對煙絲整絲率和碎絲率的影響

圖6 流化床溫度對卷煙含水率及含末率的影響

圖7 流化床溫度對卷煙空頭率及端部落絲量的影響

從圖5～圖8可知，ZJ116B型細支煙高速卷接機流化床系統溫度的上升，對煙絲結構及卷制過程的煙支物理質量造成影響。其中煙絲整絲率隨著流化床溫度的上升而下降，整絲率下降11%；煙絲碎絲率隨著流化床溫度的上升而上升，碎絲率上升5%；卷煙含水率隨著流化床溫度的上升而下降，卷煙含水率下降0.20%；卷煙含末率、空頭率、端部落絲量、卷煙重量SD值及卷煙吸阻SD值等卷制質量指標，隨著流化床溫度的上升而升高，其中卷煙空頭率上升1.06%，端部落絲量上升3.27mg/支；卷煙含末率上升1.65%；卷煙重量SD值上升4.92mg/支；卷煙吸阻SD值上升16Pa/支。因此，流化床系統溫度的變化對煙絲結構及卷制質量造成的影響較為顯著。

圖8 流化床溫度對卷煙重量SD值和吸阻SD值的影響

(4)流化床系統循環氣流工作方式的優化改進

針對ZJ116B型細支高速卷接機流化床系統原有的工作氣流方式，在設備長時間連續高速運行過程導致系統溫度升高問題。在不改變卷煙機原有布局的基礎上，將流化床氣流工作方式改為循環風機氣流入口與現場大氣相通，出口與卷包除塵系統連接的開環工作方式（見圖9），實現對工作氣流的降溫，保障卷制過程的產品質量和工藝要求。

圖9 ZJ116B型細支高速卷接機流化床供絲系統結構圖

流化床系統循環氣流工作方式改進后，對ZJ116B型細支高速卷接機流化床供絲系統的溫度進行了跟蹤監測，其中流化床循環風機平均溫度為31.2℃，下降約24℃；流化床床身平均溫度為30.1℃，下降約17℃，詳見表2、圖10及圖11；同時改進后流化床供絲系統的溫度也趨于穩定，見圖12。

表2 流化床系統溫度統計表

圖10 改進后流化床循環風機溫度熱成像圖

圖11 改進后流化床床面溫度熱成像圖

圖12 流化床工作氣流方式改進后的溫度趨勢

(5)流化床系統循環氣流工作方式改進后對卷制質量的分析

ZJ116B型細支煙高速卷接機流化床系統循環氣流工作方式改進后，在正常生產工況條件下，對應收集測定了各溫度點下的煙絲結構和卷煙含水率、含末率、端部落絲量、卷煙空頭率、卷煙重量SD、吸阻SD等指標的數據，如圖13～圖16。

圖13 流化床循環工作氣流方式改進前后煙絲整絲率和碎絲率的對比

圖14 流化床循環工作氣流方式改進前后卷煙含水率和含末率的對比

圖15 流化床循環工作氣流方式改進前后卷煙空頭率和含末率的對比

圖16 流化床循環工作氣流方式改進前后卷煙重量SD和吸阻SD的對比

從圖13～圖16可知，ZJ116B型細支高速卷接機流化床供絲系統的循環工作氣流方式改進后，卷制過程的煙絲整絲率、煙絲碎絲率和卷煙含水率、含末率、端部落絲量、空頭率、重量SD值、吸阻SD值等指標，均有不同程度的變化。其中卷制過程的煙絲整絲率上升6.5%；煙絲碎絲率下降4.5%，卷煙含水率上升0.2%，說明卷制過程煙絲的水分散失減小，煙絲結構造碎減小；卷煙含末率下降1.4%，卷煙空頭率下降0.6%，卷煙端部落絲量下降1.1mg/支，說明煙絲水分散失減小及煙絲結構變化減小后，卷制過程煙支端部的空松現象和端部散落的煙絲量有所減小，煙支卷制質量有所提升；卷煙重量SD值下降3.1mg/支；卷煙吸阻SD值下降3.7Pa/支，說明卷制過程煙支的物理指標穩定性有所提升。

(6)生產應用跟蹤情況

ZJ116B型細支煙高速卷接機流化床系統循環氣流工作方式改進后，在本企業的細支卷煙生產中進行了應用。從生產應用跟蹤情況看，改進后流化床床面溫度及循環風機溫度明顯下降，其中流化床床面平均溫度30.18℃；流化床循環風機平均31.28℃；卷制環節的煙絲整絲率79.64%，碎絲率1.76%；卷煙含水率11.5%，含末率2.10%，端部落絲量2.1mg/支，空頭率0.62%，重量SD值10.21mg/支，吸阻SD值76.94Pa/支。說明改進后，流化床系統溫度下降，卷制過程煙絲水分散失及造碎減小，卷煙物理質量及穩定性有所提升，詳見表3。

表3 改進后生產應用及跟蹤情況

3.結論

（1）試驗結果表明，ZJ116B型細支高速卷接機流化床系統的溫度，隨著設備運行時間的增加而逐步上升，循環風機溫度及流化床床面溫度在設備連續運行4h內的溫度上升較為明顯，運行4h后的溫度趨于穩定，流化床循環風機溫度平均在55.0℃～56.0℃之間，流化床床面溫度平均在46.0℃～47.0℃之間。

（2）ZJ116B型細支高速卷接機流化床系統的溫度變化，對卷制過程的煙絲結構及卷制質量的影響較為顯著。其中煙絲整絲率、卷煙含水率隨流化床溫度的上升而下降；煙絲碎絲率、卷煙含末率、空頭率、端部落絲量、卷煙重量SD值及卷煙吸阻SD值等卷制質量指標，隨流化床溫度的上升而升高。

（3）ZJ116B型細支高速卷接機流化床系統的循環氣流工作方式改進后，研究結果表明，流化床的床面溫度及循環風機溫度明顯下降，其中流化床床身溫度下降17℃；流化床循環風機溫度下降24℃；卷制過程的煙絲整絲率上升6.5%；煙絲碎絲率下降4.5%，卷煙含水率上升0.2%，卷煙含末率下降1.4%，卷煙空頭率下降0.6%，卷煙端部落絲量下降1.1mg/支，卷煙重量SD值下降3.1mg/支；卷煙吸阻SD值下降3.7Pa/支，說明卷制過程煙絲的水分散失減小，煙絲造碎減小，煙支端部的空松現象和端部散落的煙絲量減小，卷制過程煙支的物理質量和穩定性明顯提升。

（4）上述研究是基于ZJ116B型細支高速卷接機及本企業細支卷煙牌號為支撐得出的研究結果，但不同細支卷煙產品之間存在一定差異，有待進一步研究探討。