CO2膨脹線預膨脹裝置的設計與應用

張 卓

（江蘇中煙工業(yè)有限責任公司 淮陰卷煙廠，江蘇 淮安 223022）

熱端升華裝置是CO2膨脹煙絲生產線的關鍵設備，其作用是利用干冰升華的物理特性，完成煙絲的膨脹。經過一定壓力的二氧化碳液體浸泡的干冰煙絲被均勻的送入升華器，在升華管中干冰煙絲與高溫空氣、干冰組成的高溫工藝氣體接觸。在輸送過程中，煙絲與工藝氣體充分混合并加熱，高溫氣流使煙絲中的干冰急劇升華、水分迅速蒸發(fā)，在兩者共同作用下，煙絲得到充分膨脹，煙絲中焦油等有害物質的含量得到揮發(fā)，膨脹后煙絲的體積約為膨脹前的一倍，形成滿足工藝要求的膨脹煙絲。浸漬后的干冰煙絲耐加工性差，最終產出的成品膨脹煙絲的整絲率不會太高。

1 工作原理

干冰煙絲以恒定的流量通過進料氣鎖進入升華器中，再由升華器中的文丘里管進入升華管，干冰煙絲一進入升華管就被320℃左右的高溫工藝氣體以30m/s的速度送入升華段。在升華段干冰煙絲與工藝氣體充分混合并加熱，在高溫度差狀態(tài)下，干冰急劇升華，水分迅速蒸發(fā)，煙絲急劇膨脹。膨脹后的煙絲進入切向分離器與工藝氣體分離，分離出來的工藝氣體進入旋風除塵器除塵，然后由工藝風機送入燃燒爐加熱器，經加熱器加熱后的工藝氣體進入升華管路，循環(huán)使用。同時有一小部分氣體在工藝風機出口排出，與來自冷卻振動輸送機和冷卻皮帶輸送機的廢氣混合后由廢氣風機送入預熱器預熱，然后送入燃燒爐的燃燒室，既能提供氧氣，又能將有害物質燒掉，保護環(huán)境。被切向分離器分離出來的膨脹煙絲通過出料空氣鎖進入冷卻振動輸送機，再經過冷卻皮帶輸送機（I、II）連續(xù)散熱降溫后，進入滾筒式葉絲回潮機回潮，從回潮機中出來的成品膨脹煙絲含水率為12%±0.5% 。

2 現(xiàn)狀調查

通過對升華裝置的工作原理和工作流程的分析，分析出低溫干冰煙絲脆性較大，耐加工性差是主要原因，最終產出的成品膨脹煙絲的整絲率有待提高。

據(jù)統(tǒng)計2016年10月份至12月份膨脹后煙絲的整絲率分別為：72.32%、72.28%、72.33%。雖然生產出的成品膨脹煙絲整絲率高于工藝標準值的72%，但是通過調查發(fā)現(xiàn)，兄弟單位的成品膨脹煙絲整絲率達到了73%，我車間的膨脹煙絲整絲率還有一定的提升空間。

3 存在的問題現(xiàn)象

低溫干冰煙絲脆性較大，干冰煙絲在落入進料氣鎖時與氣鎖翻板的撞擊會造成破碎，從而影響了成品煙絲的整絲率。

4 實施過程

要解決干冰煙絲脆性大，耐加工性差的問題，就需借鑒干冰在常溫的條件下也會緩慢氣化這一原理，研發(fā)一種在快速膨脹前能將干冰煙絲進行預先緩慢膨脹的裝置，提高高溫膨脹前煙絲的耐加工性。我們利用常溫氣體對浸漬好的干冰煙絲進行噴吹，讓煙絲表面干冰進行緩慢氣化，使干冰煙絲表面變得柔軟，從而提高了在進入升華裝置前煙絲的耐加工性，我們將這樣的裝置稱為預膨脹裝置。[1]

4.1 設計預膨脹裝置

4.1.1 制定預膨脹裝置設計思路，在定量帶出口處下方加裝一個氣流噴吹管

利用常溫氣流也能對干冰煙絲起到一定的膨脹現(xiàn)象，在定量帶出口與進料氣鎖之間加裝一管道，并在管道上安裝一排小噴嘴。在壓縮空氣管道上加裝兩位五通單電控電磁閥、氣控常閉T型截止閥和調壓閥。利用定量帶啟動信號控制電磁閥，利用電磁閥控制常閉T型截止閥，從而控制噴吹管的噴吹狀態(tài)，還可利用調壓閥控制噴吹氣流的大小。之所以在氣流噴吹管道上加裝噴嘴而不直接開孔是為了防止出氣口堵塞。

4.1.2 根據(jù)定量帶料位寬度為480mm、高度為150mm、流量為570Kg/h，設計預膨脹裝置各組件尺寸參數(shù)

通過實驗所取得的結果表明較好方案是24號方案：A3B2C3，即噴吹孔間距20mm，噴吹孔直徑1.5mm，噴吹氣流壓力0.15Mpa。

根據(jù)現(xiàn)場位置，最終確定安裝高度為進料氣鎖上方水平位置330mm處、噴吹孔間距20mm、噴吹孔直徑1.5mm、噴吹氣流壓力0.15Mpa時的效果最為理想。根據(jù)安裝位置確定噴嘴底座的長度為650mm，根據(jù)噴嘴底座的長度和噴吹孔的間距確定噴嘴數(shù)量為32個，根據(jù)噴吹孔間距和噴吹孔直徑確定噴嘴外形尺寸。

4.1.3 按照設計圖紙?zhí)暨x合適材料，加工預膨脹裝置

管道選用不銹鋼材質，噴嘴選用黃銅材質。管道之所以使用不銹鋼材質，是因為定量帶出口溫度較低，如果使用鍍鋅管容易被腐蝕生銹，而不銹鋼不易被腐蝕且強度高不易變形。噴嘴使用黃銅是因為噴嘴尺寸較小，加工難度大，而黃銅可加工性強，不銹鋼加工難度大。[2]

4.1.4 規(guī)范合理安裝預膨脹裝置

預膨脹裝置由兩位五通單電控電磁閥、氣動控制常閉T型截止閥、調壓閥、噴嘴底座和噴嘴組成。

預膨脹裝置的安裝步驟：

第一步：在進料氣鎖上方330mm處的下料斗兩側面各開一個直徑35mm的孔。

第二步：將噴嘴底座插入在所開孔的位置，并將噴嘴安裝到噴嘴底座上。

第三步：調整噴嘴底座將噴嘴口對準正前方，用螺母固定鎖緊噴嘴底座。

第四步：連接壓縮空氣管道并在管道上安裝調壓閥、兩位五通單電控電磁閥和氣動控制常閉T型截止閥。

第五步：連接兩位五通單電控電磁閥控制信號。

5 使用后效果

整絲率的提升相應的降低了膨脹煙絲的單箱消耗，提高了膨脹煙絲的利用率。改造前成品膨脹煙絲整絲率為72.31%，膨脹煙絲的單箱消耗為2.27kg；改造完成后整絲率提升至74.125%，膨脹煙絲的單箱消耗降低為2.19kg。

為確保效果持續(xù)穩(wěn)定，在2017年10月份對成品裝箱煙絲的質量進行跟蹤鞏固檢查，測試結果見上表1。

表1 2017年10月份整絲率、碎絲率、填充值統(tǒng)計

由表1可以看出，鞏固期內各項指標均在目標之上，鞏固期效果良好。

6 結語

通過對二氧化碳膨脹線預膨脹裝置的研制，進一步提高了膨脹煙絲的整絲率，降低了成品膨脹煙絲的單箱煙絲消耗。通過以上研究對熱端升華裝置有了更透徹的了解，對以后的設備維修工作積累了更多寶貴經驗，提高了分析問題、解決問題、創(chuàng)新思維能力。