節(jié)能型循環(huán)風(fēng)式多級(jí)葉絲風(fēng)選系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

朱國(guó)成 魏甲欣 郭宏敏 李書芳 曹利紅 范磊 宋偉民

(1. 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司許昌卷煙廠，河南 許昌 461000；2. 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，河南 鄭州 450000)

節(jié)能型循環(huán)風(fēng)式多級(jí)葉絲風(fēng)選系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

朱國(guó)成1魏甲欣1郭宏敏1李書芳1曹利紅1范磊1宋偉民2

(1. 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司許昌卷煙廠，河南 許昌 461000；2. 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，河南 鄭州 450000)

為了解決現(xiàn)有風(fēng)選設(shè)備存在的能耗高、物料水分損失大、溫度散失大等問題，研制節(jié)能型多級(jí)葉絲風(fēng)選系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由勻料攤薄裝置、一級(jí)循環(huán)風(fēng)選系統(tǒng)、二級(jí)循環(huán)風(fēng)選系統(tǒng)、除塵管路等組成。通過對(duì)物料進(jìn)行均布攤薄，采用二級(jí)風(fēng)選系統(tǒng)側(cè)進(jìn)風(fēng)及垂直進(jìn)風(fēng)進(jìn)行飄選及浮選，以提高風(fēng)選效果，利用90%的循環(huán)風(fēng)降低能耗及溫度水分散失，采用密閉輸送網(wǎng)帶+出雜氣鎖裝置對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行密封，防止揚(yáng)塵。對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明：與傳統(tǒng)多級(jí)風(fēng)選相比，采用節(jié)能型多級(jí)葉絲風(fēng)選機(jī)，溫度提高6.2 ℃，含水率提高0.3%，能耗降低50%以上，卷煙品質(zhì)接近。改進(jìn)后有效減少了葉絲水分及溫度散失，節(jié)約了能源消耗。

多級(jí)風(fēng)選；葉絲；梗簽剔除；循環(huán)風(fēng)；能耗

Abstract： In order to solve the existing problems of air separation equipment of high energy consumption, loss of moisture and temperature, circulating air was used to reduce energy consumption, moisture and temperature dissipation, and the energy-saving multiple-silk air separation system was developed. The system was composed of material uniform and dilution, first and second cycle the air separation systems, dust extraction pipe and other devices. Through uniform thinning of the material, both the side and vertical air entered and floated to improve wind effect, by the first and second cycle air separation systems. 90% of the circulated air were utilized to reduce the energy consumption and water loss. Moreover, system sealed with a closed conveyer belt combined with a miscellaneous gas locking device was used to prevent dust. The processing and product quality and energy consumption for the Energy-saving between both the circulation wind type of multi-stage winnowing and traditional air separation device were compared. The results show that, compared with the later, the former resulted in the temperature increasing by 6.2 ℃, the moisture content increasing by 0.3 percentage points, and energy consumption reducing by more than 50%，with the almost similar cigarette quality.

Keywords： Multistage air separation; cut strip; terrier sign removed; circulating air; energy consumption

目前中國(guó)煙草企業(yè)使用的單級(jí)或多級(jí)風(fēng)選設(shè)備多為開放式風(fēng)選機(jī)，即直接從車間環(huán)境抽風(fēng)，回風(fēng)直接進(jìn)入除塵設(shè)備除塵后排入大氣，存在風(fēng)選效果差、能耗高和風(fēng)選后煙絲的水分、溫度損失大等諸多問題[1]。多年來，對(duì)風(fēng)選機(jī)已進(jìn)行了許多改進(jìn)和創(chuàng)新，如從來料松散打斷、風(fēng)選機(jī)風(fēng)量[2]、風(fēng)選箱體結(jié)構(gòu)[3]、風(fēng)選機(jī)風(fēng)量、濕度控制、抽風(fēng)管道[4-5]等方面。但上述研究都是側(cè)重于解決某一方面的問題，未能系統(tǒng)解決煙絲風(fēng)選過程中存在的諸多問題。為此，開發(fā)了一種節(jié)能型循環(huán)風(fēng)式多級(jí)葉絲風(fēng)選系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用煙絲勻料攤薄、二級(jí)風(fēng)選、除塵風(fēng)本地循環(huán)利用、改進(jìn)風(fēng)選箱體結(jié)構(gòu)及應(yīng)用雙轉(zhuǎn)網(wǎng)出風(fēng)裝置，改善了煙絲結(jié)構(gòu)，提高了風(fēng)選效果，降低了系統(tǒng)的能耗，減少了煙絲溫度、水分的散失。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

節(jié)能型循環(huán)風(fēng)式多級(jí)風(fēng)選機(jī)由進(jìn)料裝置、一級(jí)循環(huán)風(fēng)選系統(tǒng)、二級(jí)循環(huán)風(fēng)選系統(tǒng)、除塵管路及電控系統(tǒng)等組成，見圖1。進(jìn)料裝置由松散均料裝置、振槽及高速皮帶組成，其作用是將物料松散、絲團(tuán)打散，保證物料均勻分布和流量均勻穩(wěn)定；一級(jí)風(fēng)選器風(fēng)選箱體采用循環(huán)式就地風(fēng)選機(jī)對(duì)葉絲進(jìn)行初選、松散；初選落下的梗簽約10%、成團(tuán)煙絲等物料進(jìn)入二級(jí)分離器進(jìn)行精選，出風(fēng)采用雙轉(zhuǎn)網(wǎng)對(duì)稱出風(fēng)裝置，均勻風(fēng)選箱體風(fēng)力分布，降低風(fēng)壓損失，避免煙絲損耗；二級(jí)風(fēng)選系統(tǒng)由振槽、進(jìn)料氣鎖、風(fēng)選箱體、密封網(wǎng)帶+出雜氣鎖及旋風(fēng)落料器等組成，振槽上設(shè)置導(dǎo)流板保證物料均勻分布，進(jìn)料氣鎖防止氣體及粉塵溢出，倒錐形+方形組合風(fēng)選器提高風(fēng)選效率；采用密封網(wǎng)帶+出雜氣鎖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的密封及風(fēng)量的均衡；采用切向落料器獲得更好的分離效果；系統(tǒng)采用循環(huán)風(fēng)減少煙絲溫度、水分散失及降低能耗。

1. 一級(jí)風(fēng)選器出料氣鎖 2. 一級(jí)風(fēng)選箱體 3. 一級(jí)風(fēng)選輸送網(wǎng)帶+出雜氣鎖系統(tǒng) 4. 一級(jí)風(fēng)選回風(fēng)管道 5. 二級(jí)風(fēng)選器進(jìn)料振槽 6. 循環(huán)風(fēng)機(jī) 7. 進(jìn)風(fēng)管道 8. 二級(jí)風(fēng)選回風(fēng)管道 9. 二級(jí)風(fēng)選進(jìn)風(fēng)管道 10. 二級(jí)風(fēng)選器 11. 二級(jí)風(fēng)選出料振槽

圖1 節(jié)能型循環(huán)風(fēng)式多級(jí)風(fēng)選機(jī)示意圖

Figure 1 Diagram of energy-saving multiple-silk air separation system

2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 勻料攤薄裝置

為保證物料流量均勻穩(wěn)定，主要采取以下措施：① 設(shè)置勻料松散裝置，防止來料由于“雪崩”效應(yīng)[6]使輸出物料厚度不均，同時(shí)將絲團(tuán)打散；② 采用振動(dòng)輸送機(jī)及導(dǎo)流板對(duì)物料進(jìn)行橫向拉寬和均布；③ 使用高速皮帶機(jī)實(shí)現(xiàn)物料的攤薄及拋揚(yáng)。勻料攤薄裝置主要由勻料松散裝置、振動(dòng)輸送機(jī)及高速皮帶組成，見圖2。勻料裝置安裝在振動(dòng)輸送機(jī)的前上方，由5個(gè)輸送輥、2個(gè)撥輥等組成，工作時(shí)5個(gè)輥?zhàn)咏M件以相同的轉(zhuǎn)速向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使物料均勻分布，2個(gè)撥輥將煙絲團(tuán)打散。振動(dòng)輸送機(jī)振槽寬度1 200 mm，上部設(shè)有多組導(dǎo)流板，以“/”“、<”形狀排布，對(duì)振動(dòng)輸送的物料進(jìn)行橫向均鋪。高速攤薄及拋料主要由高速皮帶機(jī)實(shí)現(xiàn)，安裝在振動(dòng)輸送機(jī)的下方，速度在2～5 m/s可調(diào)，試驗(yàn)表明，在帶寬1 200 mm，額定生產(chǎn)能力5 000 kg/h，高速皮帶機(jī)的輸送帶速度為2，3，4，5 m/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的料層厚度分別為7.0，5.3，3.7，2.8 mm。高速皮帶機(jī)主要由高速皮帶、皮帶張緊裝置、皮帶輪、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等組成，見圖3。

2.2 一級(jí)循環(huán)風(fēng)選系統(tǒng)

一級(jí)風(fēng)選系統(tǒng)在傳統(tǒng)風(fēng)選器基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，見圖4。主要采用以下改進(jìn)措施：① 采用循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)，利用循環(huán)風(fēng)溫接近風(fēng)選機(jī)進(jìn)口煙絲溫度，設(shè)備內(nèi)濕度高于環(huán)境濕度的原理減少煙絲溫度、水分散失，其中90%風(fēng)量自循環(huán)，10%的風(fēng)量用于除塵，降低能耗；② 風(fēng)選器出風(fēng)采用雙轉(zhuǎn)網(wǎng)對(duì)稱出風(fēng)裝置(見圖5)，試驗(yàn)表明，風(fēng)選箱體內(nèi)部風(fēng)力分布更加均勻，同時(shí)風(fēng)速由原來的18～20 m/s降低到10 m/s左右，吸風(fēng)口位置的壓力損失由1 200 Pa減少到400 Pa。有效降低了噪音，減少了能耗；③ 設(shè)置密閉輸送網(wǎng)帶+出雜氣鎖系統(tǒng)，密閉輸送網(wǎng)帶網(wǎng)孔為16目，具有勻風(fēng)、密封循環(huán)風(fēng)及氣料分離的作用，見圖6。

1. 送料皮帶 2. 輸送輥 3. 撥輥 4. 振槽 5. 高速皮帶

1. 高速皮帶 2. 皮帶張緊裝置 3. 皮帶輪 4. 驅(qū)動(dòng)電機(jī)

1. 支腿 2. 出料氣鎖 3. 輸送底帶 4. 中箱檢修門 5. 中箱 6. 上箱 7. 雙轉(zhuǎn)網(wǎng) 8. 循環(huán)管路 9. 進(jìn)料皮帶 10. 除雜斗 11. 接灰斗 12. 梳絲輥 13. 除塵管 14. 導(dǎo)風(fēng)板 15. 循環(huán)風(fēng)機(jī)

圖4 一級(jí)風(fēng)選示意圖

Figure 4 Diagram of election of the first-level wind

1. 左出風(fēng)口 2. 右出風(fēng)口

1. 網(wǎng)帶被動(dòng)輥組件 2. 清理門 3. 出雜網(wǎng)帶 4. 拖動(dòng)輥組件 5. 網(wǎng)帶主動(dòng)輥組 6. 出雜氣鎖組件

2.3 二級(jí)循環(huán)風(fēng)選系統(tǒng)

二級(jí)循環(huán)風(fēng)選系統(tǒng)主要由振動(dòng)輸送機(jī)、進(jìn)料氣鎖、風(fēng)選箱體、密封網(wǎng)帶+出雜氣鎖及旋風(fēng)落料器等組成，見圖7。一級(jí)風(fēng)選系統(tǒng)選下約10%的煙絲通過輸送網(wǎng)帶+出雜氣鎖系統(tǒng)輸出至二級(jí)循環(huán)風(fēng)選系統(tǒng)的喂料機(jī)，喂料機(jī)上設(shè)置有撥輥，保證物料厚度的均勻。振動(dòng)輸送機(jī)上設(shè)置有導(dǎo)流板保證物料橫向均鋪；進(jìn)料氣鎖保證物料的連續(xù)輸送及防治漏風(fēng)；采用方形垂直風(fēng)管對(duì)煙絲進(jìn)行松散及輸送；風(fēng)選器采用倒錐形+方形組合風(fēng)選器，采用變風(fēng)速風(fēng)選技術(shù)保證風(fēng)選效率。

風(fēng)選箱體上設(shè)置有觀察窗可觀察風(fēng)選狀態(tài)；方形風(fēng)選器設(shè)置有兩對(duì)梳絲輥，對(duì)煙絲進(jìn)一步松散(見圖8)；倒錐型風(fēng)選箱體上設(shè)置有調(diào)風(fēng)板調(diào)節(jié)風(fēng)量，箱體上部風(fēng)速約4 m/s，實(shí)現(xiàn)低風(fēng)速風(fēng)選，有利于減小造碎，降低能耗；采用切向落料器獲得更好的分離效果[7-8]；循環(huán)風(fēng)與一級(jí)風(fēng)選系統(tǒng)共用一個(gè)風(fēng)機(jī)，在回風(fēng)、進(jìn)風(fēng)處設(shè)置有風(fēng)門可實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)。

3 對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)牌號(hào)為黃金葉(YDH)，分別對(duì)卷制后的煙支進(jìn)行取樣，各種樣品等時(shí)間間隔分別取樣3次，所有取樣和檢測(cè)均按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[9-11]執(zhí)行，結(jié)果取平均值；評(píng)吸樣品置于RH(60±2)%、溫度(22±1) ℃的恒溫恒濕箱中平衡48 h，采用對(duì)比評(píng)吸的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 葉絲質(zhì)量指標(biāo)對(duì)比

黃金葉(YDH)經(jīng)不同方式風(fēng)選葉絲前后質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見表1。由表1可知，風(fēng)選后葉絲含水率降低0.17%，葉絲溫度降低6.7 ℃，整絲率降低1.48%，碎絲率增加0.2%，填充值增加0.28 cm3/g；與傳統(tǒng)多級(jí)風(fēng)選機(jī)相比，煙絲溫度提高6.2 ℃，含水率提高0.3%，其他指標(biāo)接近。

1. 進(jìn)風(fēng)管道 2. 切向落料器 3. 風(fēng)選器 4. 進(jìn)料振槽 5. 進(jìn)料氣鎖 6. 調(diào)風(fēng)板 7. 調(diào)風(fēng)板 8. 落料氣鎖 9. 梳絲機(jī)構(gòu) 10. 風(fēng)門

圖7 二級(jí)風(fēng)選示意圖

Figure 7 Diagram of second-tier air separation

1. 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 2. 上梳絲棍 3. 觀察門 4. 檢修門 5. 風(fēng)選箱體 6. 檢修門 7. 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 8. 下梳絲棍

圖8 方形風(fēng)選箱體示意圖

Figure 8 Diagram of square air separation tank

3.2 產(chǎn)品品質(zhì)對(duì)比

產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見表2～4。由表2～4可知，采用節(jié)能型循環(huán)風(fēng)式多級(jí)葉絲風(fēng)選系統(tǒng)與不風(fēng)選相比：① 卷煙機(jī)梗簽剔除率降低2%，單支質(zhì)量標(biāo)偏降低0.5 mg，吸阻標(biāo)偏降低9 Pa，控制精度有明顯改善；② 卷煙的焦油量、煙堿量和CO量均略有降低趨勢(shì)，但不明顯；③ 卷煙感官質(zhì)量有所改善，主要是雜氣、刺激和余味；④ 節(jié)能型循環(huán)風(fēng)式多級(jí)葉絲風(fēng)選系統(tǒng)與傳統(tǒng)多級(jí)風(fēng)選機(jī)在產(chǎn)品品質(zhì)方面無明顯差異。

表1 不同風(fēng)選方式葉絲質(zhì)量指標(biāo)

表2 不同風(fēng)選方式卷煙物理指標(biāo)對(duì)比

表3 不同風(fēng)選方式卷煙(單支)煙氣指標(biāo)

表4 不同風(fēng)選方式卷煙感官質(zhì)量指標(biāo)

3.3 能耗對(duì)比

由表5可知，節(jié)能型葉絲風(fēng)選機(jī)比傳統(tǒng)多級(jí)風(fēng)選器節(jié)約能耗50%以上，節(jié)能效果顯著。如果考慮空調(diào)能耗方面，節(jié)能型葉絲風(fēng)選機(jī)僅有傳統(tǒng)二級(jí)風(fēng)選機(jī)除塵風(fēng)量的10%，比傳統(tǒng)多級(jí)就地風(fēng)選系統(tǒng)節(jié)能90%以上，大大減輕了空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷。經(jīng)測(cè)算，僅節(jié)能型葉絲風(fēng)選機(jī)自身每年可為企業(yè)節(jié)約電費(fèi)20萬元以上。

表5 能耗對(duì)比

4 結(jié)論

與傳統(tǒng)多級(jí)風(fēng)選機(jī)相比，采用節(jié)能型循環(huán)風(fēng)式多級(jí)風(fēng)選器，能耗降低50%以上；風(fēng)選后葉絲含水率提高0.17%，溫度提高6.2 ℃；卷煙感官質(zhì)量在雜氣、刺激和余味方面有所改善。采用節(jié)能型循環(huán)風(fēng)式多級(jí)風(fēng)選器可有效提高風(fēng)選效果，改善煙絲結(jié)構(gòu)，減少煙絲溫度、水分散失，降低能耗，值得推廣應(yīng)用。由于設(shè)備為首臺(tái)樣機(jī)，外觀較為粗糙，部分連接處存在揚(yáng)塵現(xiàn)象，下一步將在提高設(shè)備的外觀及密封性方面開展工作。

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Development and application of energy-saving multiple-silk air separation system

ZHU Guo-cheng1WEIJia-xin1GUOHong-min1LIShu-fang1CAOLi-hong1FANLei1SONGWei-min2

(1.XuchangCigaretteFactory,ChinaTobaccoHenanIndustrialCo.,Ltd.,Xuchang,Henan461000,China; 2.TechnologyCenter,ChinaTobaccoHenanIndustrialCo.,Ltd.,Zhengzhou,Henan450000,China)

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.08.021

河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司科技項(xiàng)目(編號(hào)：2012012)

朱國(guó)成，男，河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司工程師，碩士。

宋偉民(1975—)，男，河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司工程師，本科。E-mall：gongyishi@126.com

2017—05—11