葉絲加料機(jī)熱風(fēng)溫度穩(wěn)定性分析

葉絲加料機(jī)熱風(fēng)溫度穩(wěn)定性分析

隨著中國煙草制絲工藝的不斷發(fā)展，國內(nèi)煙機(jī)設(shè)備生產(chǎn)廠家研究提出了葉絲加料的創(chuàng)新工藝模式，駐馬店卷煙廠于2013年引進(jìn)了秦皇島煙機(jī)有限公司的SJ1237葉絲加料設(shè)備.該機(jī)械先將煙葉切成絲條后，再對煙絲進(jìn)行加料.相對于傳送的葉片加料工藝，這種工藝增大了煙葉受料表面積，有利于料液直接滲透到煙葉內(nèi)部，提高了卷煙感官質(zhì)量和料液有效利用率.在使用過程中該葉絲加料設(shè)備基本上能滿足生產(chǎn)要求，但通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，葉絲加料機(jī)工作時滾筒中熱風(fēng)溫度波動較大，對產(chǎn)品質(zhì)量造成了一定的影響，主要體現(xiàn)在以下3個方面：

1. 工業(yè)考核要求熱風(fēng)溫度應(yīng)在100±3℃范圍內(nèi)（三類煙）波動，而在生產(chǎn)過程中熱風(fēng)溫度在±7℃度范圍波動；

2. 生產(chǎn)工藝中，要求熱風(fēng)溫度過程能力指數(shù)Cpk應(yīng)大于1.33，出口水分標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)小于0.16%，而在生產(chǎn)過程中Cpk為1.12，制程不良較多；水分標(biāo)準(zhǔn)偏差大于0.2%；

3.由于排潮模式設(shè)計不合理，每天按5批煙計算（5000kg/批）計算，加料機(jī)筒體粘附物料量約為15.7kg/日，造成原料浪費。

查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，大部分文獻(xiàn)針對葉絲加料工藝及其效果，滾筒內(nèi)部導(dǎo)流、粘料問題進(jìn)行研究，而針對葉絲加料機(jī)滾筒內(nèi)熱風(fēng)溫度隨加料工藝參數(shù)的變化波動沒有任何研究報道，因此，結(jié)合實際生產(chǎn)，對影響熱風(fēng)溫度穩(wěn)定性的各種控制模式進(jìn)行深入研究分析，旨在優(yōu)化葉絲加料的控制過程，提高生產(chǎn)過程能力指數(shù)，為探索合理的工藝流程提供參考。

葉絲加料機(jī)熱風(fēng)控制原理

葉絲加料機(jī)是制造煙葉絲線的主要設(shè)備，其功能是給煙絲加料，用來改善物料吸味，滿足增香、保潤、防霉等各種要求，同時對物料進(jìn)行加溫、加濕處理。葉絲加料機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

物料由振動輸送機(jī)從右側(cè)送入筒體內(nèi)，依靠自重及筒體3°傾角，隨著筒體旋轉(zhuǎn)向出料端移動。料液和水通過控制管路，在蒸汽的引射下，由進(jìn)料端噴射進(jìn)筒體內(nèi)的物料上，對物料加料和增濕，蒸汽通過蒸汽噴頭噴射進(jìn)循環(huán)風(fēng)道內(nèi)，提高熱風(fēng)溫度，進(jìn)而提高物料溫度。循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)從進(jìn)料端向筒體內(nèi)吹熱氣，提高物料溫度，同時起到減少筒體粘料的目的，熱風(fēng)風(fēng)機(jī)通過變頻調(diào)速可調(diào)整循環(huán)風(fēng)量，通過熱風(fēng)門開度調(diào)劑冷熱風(fēng)配比。熱風(fēng)管道使筒體內(nèi)的氣流在筒內(nèi)循環(huán)，減少熱量損失；排潮風(fēng)機(jī)通過排潮管道，不斷從筒內(nèi)抽走少量的空氣，使筒內(nèi)形成負(fù)壓，以免霧化的料液及蒸汽外溢，通過調(diào)節(jié)排潮閥的開度，可以方便調(diào)整筒內(nèi)的排潮風(fēng)量.

分布電容對諧波放大的數(shù)學(xué)模型及分析

熱風(fēng)濾網(wǎng)堵塞

熱風(fēng)濾網(wǎng)位于葉絲加料機(jī)兩端，用于松散煙絲，使其料液吸收均勻，防止出現(xiàn)濕團(tuán)，SJ1237葉絲加料機(jī)熱風(fēng)濾網(wǎng)使用蒸汽清吹，由于蒸汽含水量大，清吹時造成葉絲出口水分增大2%以上；再者蒸汽噴口帶出的大量水滴將熱風(fēng)濾網(wǎng)打濕后與濾網(wǎng)上煙末混合成糊狀煙末泥堵塞網(wǎng)孔，隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，濾網(wǎng)堵塞程度會越來越嚴(yán)重，導(dǎo)致滾筒內(nèi)溫度與外界循環(huán)困難，高于給定溫度近10°C，監(jiān)測到的生產(chǎn)時間與熱風(fēng)溫度關(guān)系如圖2所示。

從圖2可以看出，連續(xù)生產(chǎn)時間與熱風(fēng)溫度近似為線性關(guān)系，說明系統(tǒng)即使在PID閉環(huán)控制下，因濾網(wǎng)堵塞造成生產(chǎn)時間愈長，熱風(fēng)溫度越高的問題。

冷熱風(fēng)配比失調(diào)

圖1 葉絲加料機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

SJ1237葉絲加料機(jī)利用熱交換器的冷熱風(fēng)配比閥門進(jìn)行熱風(fēng)溫度恒定控制，生產(chǎn)過程中，當(dāng)風(fēng)口開度顯示為“0”時，冷風(fēng)風(fēng)門應(yīng)全部打開，實際配比閥門的開度調(diào)節(jié)范圍為0－25%，僅為設(shè)計值的1/4，如圖3所示。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，冷熱風(fēng)配比閥門完好，但由于冷熱風(fēng)閥門伺服氣缸工作壓縮空氣壓力小，導(dǎo)致動能不足不能按比例有效帶動風(fēng)門擋板自動運(yùn)行，使擋板無法打到水平位置，冷風(fēng)風(fēng)門實際開度只達(dá)到25%，冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)量小，導(dǎo)致熱風(fēng)溫度高于設(shè)定值時下降緩慢.熱風(fēng)溫度由111℃下調(diào)至

給定值100℃時用時10分鐘，嚴(yán)重影響了卷煙葉絲加料的效果。

另外，熱交換器進(jìn)冷風(fēng)口安裝在筒體正下方，與地面垂直距離僅為40cm，進(jìn)風(fēng)濾網(wǎng)也固定不動，在生產(chǎn)中當(dāng)濾網(wǎng)上粘有灰塵時，由于不便于清掃，也會影響冷熱風(fēng)配比量。

排潮控制不力

現(xiàn)有排潮控制模式是排潮電機(jī)在預(yù)熱時不運(yùn)行，生產(chǎn)線啟動后才開始運(yùn)行，就造成葉絲加料滾筒出口端有蒸汽外溢，冷凝水在出口振槽聚集，導(dǎo)致料頭葉絲粘附形成濕團(tuán)，筒體粘附量多；另一方面預(yù)熱時熱風(fēng)回風(fēng)風(fēng)門處于關(guān)閉狀態(tài)，生產(chǎn)線啟動后回風(fēng)風(fēng)門打開，導(dǎo)致預(yù)熱時熱風(fēng)不能形成回路，葉絲加料滾筒預(yù)熱不充分，滾筒出口端溫度達(dá)不到工藝要求的預(yù)熱溫度，造成熱風(fēng)回風(fēng)溫度波動。

疏水閥開啟滯后

JB1237加料機(jī)在預(yù)熱時熱風(fēng)管道不開啟補(bǔ)償蒸汽，檢測到入口電子皮帶秤有料信號后，延時2min開啟補(bǔ)償蒸汽。這樣一來預(yù)熱時熱風(fēng)管道噴吹蒸汽未打開疏水閥，蒸汽含水量大且熱含值低，此時，對物料噴吹蒸汽后造成料頭熱風(fēng)溫度大幅下降，降幅達(dá)7℃以上，熱風(fēng)溫度波動較大，如圖4所示。

圖2 連續(xù)生產(chǎn)時間與熱風(fēng)溫度的關(guān)系

圖3 熱風(fēng)門開度范圍

圖4 補(bǔ)償蒸汽開啟時熱風(fēng)溫度變化圖

熱風(fēng)溫度穩(wěn)定措施

改進(jìn)濾網(wǎng)清吹系統(tǒng)

使用壓縮空氣管路替換原來的蒸汽管路進(jìn)行濾網(wǎng)清吹，如圖5所示，可以避免蒸汽含水量大的副作用，生產(chǎn)過程中關(guān)閉蒸汽截止閥，開啟壓縮空氣截止閥、電磁閥，用于對濾網(wǎng)進(jìn)行清吹。同時調(diào)整PLC控制程序，在自動運(yùn)行狀態(tài)下，加料機(jī)預(yù)熱完成清吹10s；生產(chǎn)中過料時每間隔20min進(jìn)行10s清吹；生產(chǎn)結(jié)束時，清吹10s，以保持熱風(fēng)濾網(wǎng)清潔。

熱風(fēng)濾網(wǎng)位于葉絲加料機(jī)兩端，用于松散煙絲，使其料液吸收均勻，防止出現(xiàn)濕團(tuán)，SJ1237葉絲加料機(jī)熱風(fēng)濾網(wǎng)使用蒸汽清吹，由于蒸汽含水量大，清吹堵塞程度會越來越嚴(yán)重，導(dǎo)致滾筒內(nèi)溫度與外界循環(huán)困。

提高壓縮空氣工作壓力

由于冷熱風(fēng)閥門伺服氣缸工作壓縮空氣壓力小，導(dǎo)致動能不足不能按比例有效帶動風(fēng)門擋板自動運(yùn)行。針對現(xiàn)狀調(diào)整了控制冷熱風(fēng)閥門伺服氣缸的壓縮空氣工作壓力，由原來0.05MPa提高到現(xiàn)在的0.1MPa，并對風(fēng)門控制程序進(jìn)行了優(yōu)化。改進(jìn)后，壓力調(diào)整后風(fēng)門擋板可按自控要求實現(xiàn)由0－100%有效控制，熱風(fēng)風(fēng)溫讀由111℃降至設(shè)定值100℃時，僅需要3分40秒，提高了熱風(fēng)控制能力。

同時為了保證冷風(fēng)順利進(jìn)入熱交換器，把熱交換器“進(jìn)冷風(fēng)口”向外移出1m，進(jìn)風(fēng)濾網(wǎng)由固定不動改為可向外抽拉的活動濾網(wǎng)，以便于生產(chǎn)過程中觀察濾網(wǎng)清潔情況，便于清掃、保養(yǎng)。

預(yù)熱排潮并行

優(yōu)化預(yù)熱排潮模式，在葉絲加料機(jī)預(yù)熱時同時打開排潮電機(jī)和回風(fēng)風(fēng)門，對滾筒出口端提前預(yù)熱，杜絕蒸汽外溢，使熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)道溫度同步上升并達(dá)到恒定。

優(yōu)化蒸汽噴吹程序

加料機(jī)滾筒預(yù)熱時，打開熱風(fēng)管道噴吹蒸汽閥，10分鐘后打開噴吹蒸汽疏水閥開始疏水，使蒸汽開度和工作壓力與正常生產(chǎn)時一致，生產(chǎn)結(jié)束加料入口秤流量降至200kg/h時，關(guān)閉熱風(fēng)管道噴吹蒸汽，同時用氣動薄膜調(diào)節(jié)閥代替氣動球閥控制蒸汽開啟，這樣可根據(jù)生產(chǎn)需要隨時調(diào)節(jié)動薄膜調(diào)節(jié)閥開度值。

圖5 壓縮空氣清吹濾網(wǎng)

圖6 改進(jìn)前后熱風(fēng)溫度穩(wěn)定性對比

實施效果

1） 措施實施后，熱風(fēng)溫度控制在100±2.0℃范圍內(nèi)（三類煙），如圖6所示，CPK由改進(jìn)前的1.12提升到改進(jìn)后的1.96，熱風(fēng)溫度穩(wěn)定性能力提升。

2） 葉絲加料出口水分標(biāo)偏由改進(jìn)前0.225降為0.130，葉絲加料出口水分波動值明顯減少。

3） 筒體粘附物物料量由改進(jìn)前的15.7kg/日降至改進(jìn)后的1.9kg/日，降低了物料的損失率。

結(jié)束語

通過對葉絲加料熱風(fēng)穩(wěn)定性研究，分析了影響熱風(fēng)溫度的相關(guān)因素，并針對相應(yīng)的問題進(jìn)行了不斷改進(jìn)和優(yōu)化，使葉絲加料帶料壓空溫度、熱風(fēng)溫度、水分、通體粘附物料量均得到明顯改善，有效提高了葉絲加料過程質(zhì)量穩(wěn)定性。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.20.012