穩(wěn)定霧化加水設(shè)備噴嘴出口霧化水溫度的研究

郝靜 徐風(fēng)倉

為保持在線加工物料溫度的穩(wěn)定，提高霧化加水質(zhì)量，對如何穩(wěn)定九千線霧化加水設(shè)備噴嘴出口霧化水溫度進(jìn)行研究。通過分析設(shè)備原理、DOE設(shè)計(jì)，確定影響霧化水溫度的主要因素為供水溫度、加水流量及霧化蒸汽壓力。

噴嘴出口霧化水溫度;供水溫度;加水流量;霧化蒸汽壓力;DOE設(shè)計(jì)

按照青島卷煙廠制絲車間工藝要求和流程設(shè)計(jì)，葉片回潮機(jī)、RCC葉絲回潮機(jī)等多個霧化加水設(shè)備，對物料進(jìn)行霧化加水處理。設(shè)備噴嘴對水和蒸汽進(jìn)行混合霧化，將霧化水噴灑至物料以達(dá)到增溫增濕的效果。

現(xiàn)有相關(guān)研究表明供水溫度的變化對于填充值、含水率、感官質(zhì)量和煙氣成分均具有一定的影響。供水溫度對物料的產(chǎn)生影響主要通過改變被加工物料的溫度變化。同時溫度是彰顯煙絲吸濕性、煙絲色澤的重要技術(shù)指標(biāo)。然而現(xiàn)存的研究主要側(cè)重于研究供水溫度對物料質(zhì)量的影響，但未考慮設(shè)備相關(guān)參數(shù)間影響，未對如何控制噴嘴出口霧化水溫度進(jìn)行研究。

當(dāng)前青島卷煙廠制絲車間霧化加水設(shè)備生產(chǎn)現(xiàn)狀為同一臺設(shè)備采用固定的霧化蒸汽壓力生產(chǎn);設(shè)備供水使用自來水過濾后的過濾水，供水溫度未進(jìn)行恒溫控制。調(diào)查全年設(shè)備供水水溫變化情況，對車間四處固定點(diǎn)進(jìn)行實(shí)際水溫測量，結(jié)果表明，現(xiàn)霧化加水設(shè)備供水水溫冬季為12℃，夏季為28℃，供水溫度隨著不同季節(jié)氣溫變化而變化。

為此進(jìn)行前期模擬試驗(yàn)，固定霧化加水設(shè)備霧化蒸汽壓力為正常生產(chǎn)時固定值，改變供水溫度和加水流量，測量噴嘴出口霧化水溫度，測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在同一加水流量下，加水流量改變會引起噴嘴出口霧化水溫度發(fā)現(xiàn)較大變化。

因此為保持被加工物料溫度的穩(wěn)定，提高物料的工藝質(zhì)量，穩(wěn)定噴嘴出口霧化水溫度是十分必要的。

1.材料與方法

1.1 材料與設(shè)備儀器

青島卷煙廠九千線回潮工序WQ3322滾筒式煙片回潮機(jī);青島卷煙廠制絲車間生產(chǎn)用過濾水;點(diǎn)溫度計(jì)

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1噴嘴出口霧化水溫度測量方法

項(xiàng)目組建立了規(guī)范的測點(diǎn)固定法測量噴嘴出口溫度，在試驗(yàn)實(shí)施中得到了較好的應(yīng)用。具體方法為測量時將測點(diǎn)設(shè)定為噴嘴出口外、沿霧化噴嘴軸向中心線方向，用點(diǎn)溫計(jì)進(jìn)行測量、讀數(shù)并記錄。

1.2.2數(shù)據(jù)分析方法

試驗(yàn)采用DOE設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)分析軟件Minitab分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究因子對噴嘴出口霧化水溫度的影響，構(gòu)建函數(shù)關(guān)系模型。

2.結(jié)果與分析

2.1噴嘴出口霧化水溫度的影響因素

噴嘴為雙介質(zhì)噴嘴，對蒸汽與水兩種介質(zhì)進(jìn)行混合霧化，噴灑到物料中，實(shí)現(xiàn)物料的增溫增濕。噴嘴結(jié)構(gòu)圖如圖3。

蒸汽由進(jìn)汽口1進(jìn)入到噴嘴后充滿噴嘴外腔3，水充滿噴嘴內(nèi)腔2，水與蒸汽在噴嘴出口處混合，通過蒸汽的引射進(jìn)行霧化。霧化加水的過程影響噴嘴的出口霧化水溫度的因素為霧化蒸汽壓力、供水溫度、加水流量。

2.2固定霧化蒸汽壓力下，供水溫度和加水流量對噴嘴出口霧化水溫度影響趨勢

對霧化設(shè)備進(jìn)行測試，得到霧化蒸汽壓力恒定時，供水溫度、加水流量對噴嘴出口霧化水溫度的影響趨勢。將霧化蒸汽壓力設(shè)定為正常生產(chǎn)下的工藝蒸汽壓力（12MPa），改變供水溫度和加水流量，測量噴嘴出口霧化水溫度，利用散點(diǎn)圖分析噴嘴出口霧化水溫度對供水溫度的關(guān)系，得到以下規(guī)律：

霧化蒸汽壓力恒定，在某一加水流量下，供水溫度越高噴嘴出口霧化水溫度越高，供水溫度越低噴嘴出口霧化水溫度越低，隨著供水溫度上升，噴嘴出口霧化水溫度上升趨勢變緩。在某一供水溫度下，加水流量越大噴嘴出口霧化水溫度越低，加水流量越小噴嘴出口霧化水溫度越高;并且升高供水溫度，加水流量對噴嘴出口霧化水溫度的影響變小。

2.3研究霧化蒸汽壓力、供水溫度和加水流量對噴嘴出口霧化水溫度影響規(guī)律

調(diào)查生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)，得到設(shè)備加水流量實(shí)際運(yùn)行范圍為120 KG/H～850KG/H，供水溫度實(shí)際運(yùn)行范圍為12℃～28℃，霧化蒸汽壓力實(shí)際運(yùn)行范圍為0.10 MPA～0.40MPA.當(dāng)前設(shè)備霧化水霧化效果符合要求。

以九千線葉片回潮機(jī)為試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)設(shè)備運(yùn)行能力和參試因子實(shí)際運(yùn)行水平基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)試驗(yàn)因子水平。為深入研究影響關(guān)系并穩(wěn)定噴嘴出口霧化水溫度，將供水溫度研究范圍固定為20-80℃，擴(kuò)大因子水平范圍設(shè)計(jì)：供水溫度低水平20℃、高水平80℃，加水流量低水平120KG/H、高水平1000 KG/H，霧化蒸汽壓力低水平0.1MPA、高水平0.5 MPA。利用數(shù)據(jù)分析分別對供水溫度、加水流量、霧化蒸汽壓力與噴嘴出口霧化水溫度關(guān)系進(jìn)行初步研究。使用MINITAB 16 版軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，通過數(shù)據(jù)全模型分析、響應(yīng)曲面模型分析、、模型殘差分析，確定影響規(guī)律的函數(shù)關(guān)系模型。得到函數(shù)關(guān)系模型為：

噴嘴出口霧化水溫度=56.7890+0.486657*供水溫度-0.00530303加水流量+10.9375*霧化蒸汽壓力-0.00227513*供水溫度*供水溫度-0.135417*加水流量*霧化蒸汽壓力

2.4分析模型，得到最佳參數(shù)組合

繪制噴嘴出口霧化水溫度與各因子等值線圖、曲面圖，觀察等值線圖和曲面圖，發(fā)現(xiàn)噴嘴出口霧化水溫度平穩(wěn)變化區(qū)間為75-78℃和72-75℃，即將噴嘴出口霧化水溫度穩(wěn)定為75±3℃即可滿足要求。

2.5驗(yàn)證試驗(yàn)

為了驗(yàn)證得到的最佳取值組合，我們選定九千線煙片回潮機(jī)、五千線煙片回潮機(jī)、三千線煙片回潮機(jī)和RCC葉絲回潮機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。由驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果可知模型有效。

3.結(jié)論

本文通過實(shí)驗(yàn)研分析數(shù)據(jù)得到在固定霧化蒸汽壓力下，供水溫度、加水流量對噴嘴出口霧化水溫度影響趨勢;霧化蒸汽壓力、供水溫度、加水流量與噴嘴出口霧化水溫度函數(shù)關(guān)系模型，及確定噴嘴出口霧化水溫度穩(wěn)定區(qū)間，確定了最佳參數(shù)組合。為制絲生產(chǎn)線霧化加水設(shè)備參數(shù)監(jiān)控提供有效理論依據(jù)，優(yōu)化霧化加水設(shè)備加工穩(wěn)定性。

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