筒式烘絲機(jī)的不同操作模式及影響因素分析

劉威作

四川中煙工業(yè)有限責(zé)任公司什邡卷煙廠 四川 德陽 618000

引言

國內(nèi)外煙草工業(yè)對葉絲、梗絲干燥處理的工藝方法主要為筒式干燥、氣流式干燥和隧道式干燥三種[1]。對筒式干燥而言，葉絲的干燥采用飽和蒸汽為加熱介質(zhì)（或媒介）對載體進(jìn)行加熱，其干燥過程多以筒體加熱為主、熱風(fēng)加熱為輔，通過傳導(dǎo)對流的方式實(shí)現(xiàn)對葉絲的干燥。近年來，因筒式烘絲設(shè)備進(jìn)廠時不存在廠家人員“手把手”教學(xué)環(huán)節(jié)，以致各廠人員對過程控制把握程度存在有一定差異。

1 筒式烘絲機(jī)基本結(jié)構(gòu)與控制原理

烘絲機(jī)是對煙絲進(jìn)行干燥處理的同時改善和提高葉絲的感官質(zhì)量，提高填充能力和耐加工性，以滿足卷煙工藝的要求。什邡廠制絲線目前采用的是KLD-2-2Z型順流式薄板筒式烘絲機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示主要由前室、進(jìn)料罩、筒體、熱風(fēng)管道、排潮管道、排潮轉(zhuǎn)網(wǎng)、驅(qū)動裝置、機(jī)架、控制管路、防護(hù)裝置等組成[2]。

圖1 筒式烘絲機(jī)結(jié)構(gòu)

煙絲的干燥去濕是水分從內(nèi)部蒸發(fā)向周圍空氣擴(kuò)散的過程，生產(chǎn)時煙絲經(jīng)過SX-增溫增濕后由進(jìn)料振槽送至筒體內(nèi)部，由于烘絲筒體前室位置與后室水平面之間形成3°左右的銳角，所以隨著筒體的旋轉(zhuǎn)煙絲不斷拋落下滑并由高的一側(cè)向低的一測流出；其中炒料板與筒體之間存在有一定的夾角而筒體出料端、分配器又與旋轉(zhuǎn)接頭連接，所以飽和蒸汽從旋轉(zhuǎn)接頭進(jìn)入分配器通過分流的方式作用于各個熱交換板，煙絲在筒體圓形干燥空間內(nèi)與熱風(fēng)充分接觸，在熱能的作用下達(dá)到烘絲的目的[3-4]。其中，KLD-2Z烘絲機(jī)為分段區(qū)域溫度控制，可實(shí)現(xiàn)更為穩(wěn)定的煙絲出口水分，控制該設(shè)備的煙絲提升炒料板采用30°傾角設(shè)計，延長了物料在提升板上的停留時間，保證物料均勻干燥，干尾量約為批次的0.2%。

2 問題描述

此前，烘絲機(jī)的過程控制主要是根據(jù)人機(jī)畫面所示數(shù)值調(diào)整干燥機(jī)1、2區(qū)溫度區(qū)域薄膜閥開度CV值來實(shí)現(xiàn)，為確保筒壁溫度及加香水分的穩(wěn)定持續(xù)人為干預(yù)，誤操作下會造成指標(biāo)的判異帶來生產(chǎn)批次降級或報廢處理；同時批次指標(biāo)判定存在有數(shù)采標(biāo)偏值大、CPK偏小等缺點(diǎn)。對批次生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析后如圖2所示，可能受人為控制的影響R-sq相對較低，同時以嬌子（五糧醇香）煙絲為對象進(jìn)行測試。

圖2 筒壁溫度相關(guān)性回歸分析

3 調(diào)整后影響因素分析及控制方法

KLD-2-2Z烘絲機(jī)為前、后兩饋PID模糊控制調(diào)節(jié)，烘絲機(jī)的控制系統(tǒng)主要由模糊控制器、被控對象、檢測模塊和反饋部分構(gòu)成，其運(yùn)作流程也是從選定輸入量到轉(zhuǎn)化識別再到推理決策、控制輸出；當(dāng)烘絲出口未檢測到物料時只有前饋參與計算，待出口部位檢測到物料后參與后饋計算，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

3.1 筒式烘絲機(jī)計算公式

實(shí)際筒溫（計算值）＝設(shè)定筒溫+前饋溫差計算值+反饋溫差計算值

前饋溫差計算值=（實(shí)際脫水量-設(shè)定脫水量）×CK值

后饋溫差計算值=（出口水分偏差值CV×2-100）×K-factor×CK值×水分控制獨(dú)立性

實(shí)際脫水量＝筒入口實(shí)際進(jìn)料量（sirox水分增加后的物料流量）×（進(jìn)料實(shí)際水分-出口水分設(shè)定值）÷出口水分設(shè)定值

CK（干燥因子）=△實(shí)際筒溫÷△實(shí)際脫水量×2

其中，實(shí)際筒溫（壓力換算值）是通過進(jìn)筒蒸汽壓力按照飽和蒸汽所計算的。

3.2 測試方法描述

薄板烘絲機(jī)采用模塊化設(shè)計，生產(chǎn)前操作人員需要轉(zhuǎn)換牌號通道并保證生產(chǎn)條件滿足該批次生產(chǎn)要求，煙絲生產(chǎn)初期操作人員無須調(diào)節(jié)控制面板，脫水量會隨入口物料含水率、物料流量及出口水分的變化而變化；待后饋參數(shù)完全參與計算后脫水量、筒壁溫度、最終水分額定值趨于穩(wěn)定（物料累計量大約350kg左右），操作人員可以憑借工藝標(biāo)準(zhǔn)和往期經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)對最終煙絲水分值和實(shí)際脫水量進(jìn)行調(diào)整來改變筒溫設(shè)定值，而后待完全穩(wěn)定可將干燥區(qū)溫度區(qū)域1、2和最終水分轉(zhuǎn)化為本地控制即實(shí)施“鎖定”，全程無須動作只實(shí)施監(jiān)護(hù)即可[5]。

需要注意的是：筒壁溫度設(shè)定值，其設(shè)計值與實(shí)際筒壁溫度的差異越小，過程控制越穩(wěn)定；設(shè)定脫水量和實(shí)際脫水量，兩者之間差異越小，前饋溫差越小，筒壁溫度波動較??；來料水分和出口水分，兩者之間的差值波動越小，脫水量的變化越小，筒壁溫度波動就越??；除脫水量與出口水分設(shè)定值的變化互受影響外，兩個數(shù)值任何一個變動都能夠?qū)ν矞卦斐梢欢ǖ挠绊?；即通過關(guān)聯(lián)前后水分，調(diào)整最終水分額定值及設(shè)定合適的除水標(biāo)準(zhǔn)工作點(diǎn)（調(diào)高TT1最終水分額定值時，烘絲機(jī)筒壁溫度降低；微調(diào)時：增大除水標(biāo)準(zhǔn)工作點(diǎn)的大小可以降低烘絲機(jī)筒壁溫度值）。

3.3 影響批次判定的因素

在生產(chǎn)中入口物料含水率、蒸汽壓力、物料流量、出口水分等參數(shù)的穩(wěn)定對烘絲機(jī)的控制尤為重要。KLD-2Z滾筒式為分段區(qū)域溫度控制，在不同的加熱區(qū)域設(shè)有不同的蒸汽接口，將一個筒體分為不同的溫度反映區(qū)域（也可不分區(qū)），可根據(jù)工藝需求進(jìn)行控制，以達(dá)到不同分組模塊而采用不同處理溫度的目的（在生產(chǎn)中為保證整個干燥過程中熱風(fēng)溫度的恒定，一般采用蒸汽穩(wěn)壓后恒流量供應(yīng)）[6]。

來料流量與入口含水率的穩(wěn)定是保證煙絲正常加工的必要條件。制絲環(huán)節(jié)中卷煙工業(yè)均會將煙葉暫貯于貯葉柜中進(jìn)行水分平衡，儲葉柜中的煙葉經(jīng)過若干個小時后由輸送裝置經(jīng)切絲處理到達(dá)倉式，過程中設(shè)備故障停機(jī)及正常啟停都會對入口含水率指標(biāo)情況造成一定的影響，經(jīng)驗(yàn)表明入口物料含水率的大小直接影響筒壁溫度的高低，含水值主要受加料工序出口水分和貯葉時間的影響，一定條件下貯葉時間越長水分顯示值越高[7]。

生產(chǎn)前操作人員需提前對排潮濾網(wǎng)及烘絲設(shè)備的冷凝水排放情況進(jìn)行確認(rèn)，避免因此問題造成筒壁溫度的波動影響出口水分。

在生產(chǎn)中為保證整個干燥過程中熱風(fēng)溫度的恒定，需采用蒸汽穩(wěn)壓后恒流量供應(yīng)。此方式是通過溫度傳感器對熱風(fēng)溫度進(jìn)行檢測的同時將電信號傳輸?shù)絇LC中與設(shè)定值進(jìn)行比較，從而控制風(fēng)門的開度，調(diào)節(jié)冷熱風(fēng)量之間的摻配比例；經(jīng)減壓閥穩(wěn)壓后流經(jīng)旋轉(zhuǎn)接頭對蒸汽的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，在恒溫跟蹤控制中保證筒體干燥溫度；而筒壁溫度一方面是按照飽和蒸汽計算的蒸汽溫度作為實(shí)際筒溫，另一方面根據(jù)檢測到的物料流量參與閉環(huán)控制，來達(dá)到出口含水率滿足設(shè)計的要求。

4 效果驗(yàn)證

通過模式調(diào)整，批次判定結(jié)果如表1所示：

表1 不同過程控制下的烘絲機(jī)指標(biāo)統(tǒng)計

烘絲是卷煙制造環(huán)節(jié)最為重要的工序之一，其作用是把煙絲干燥到適合卷制成煙支所需的含水率，使煙絲進(jìn)一步松散和變形卷曲，提高填充能力。在烘烤過程將部分清雜味物質(zhì)揮發(fā)排出，使煙氣香氣顯露出來，提升煙絲品質(zhì)，讓煙絲中不同的配方成分混合的更加均勻，以達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。

在生產(chǎn)過程需堅(jiān)持非必要不調(diào)整原則。過程中全程自動控制，除非出現(xiàn)異常影響筒壁溫度或加香出口水分，可以對筒壁溫度、脫水量、出口水分設(shè)定值進(jìn)行修正，修正原則主要為[8]：筒壁溫度設(shè)定值與實(shí)際筒壁溫度接近、脫水量設(shè)定值與實(shí)際脫水量接近、出口水分設(shè)定值與實(shí)際出口水分接近，且能滿足加香出口水分需求。

從指標(biāo)即CPK來看，KLD-2Z-筒壁溫度標(biāo)偏、CPK及混絲加香出口水分CPK均得到提高，且生產(chǎn)過程中筒壁溫度所產(chǎn)生的標(biāo)偏較小過程穩(wěn)定，減少了生產(chǎn)批次中的人工干預(yù)次數(shù)，避免了因人為干預(yù)而導(dǎo)致的指標(biāo)判異，并將此過程控制中更多的經(jīng)驗(yàn)與方法應(yīng)用到其他牌號中去，也為技改后的自動化控制提供有效信息。

5 結(jié)束語

生產(chǎn)過程的穩(wěn)定與成品煙絲感官質(zhì)量息息相關(guān)，本文通過對KLD-2Z型筒式烘絲機(jī)的過程控制測試與生產(chǎn)中的影響因素的寫實(shí)，旨在為減少人為操作頻率提高判定結(jié)果，也為相關(guān)人士起到借鑒作用。