提高梗絲氣流干燥出口水分穩(wěn)定性的研究

關(guān)鍵詞：梗絲；氣流干燥；水分穩(wěn)定性；優(yōu)化

中圖分類號：TS452 文獻標志碼：A 文章編號：1671-0797（2025）13-0030-05

D0I：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.13.008

0 引言

梗絲氣流干燥是制梗絲工藝中對梗絲水分進行控制的關(guān)鍵工序[i-，其工藝任務(wù)是去除梗絲中的部分水分，提高梗絲的彈性、填充能力和燃燒性[3]。在實際生產(chǎn)中，梗絲氣流干燥的出口水分容易出現(xiàn)波動，導(dǎo)致干燥后的梗絲水分合格率降低，這種情況還將影響后續(xù)工序的物料水分穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致成品梗絲的質(zhì)量降低[4-5]。為此，行業(yè)內(nèi)對梗絲氣流干燥出口水分的穩(wěn)定性開展了廣泛研究。如王享譽等設(shè)計了一套喂料流量穩(wěn)定控制系統(tǒng)，提升電子皮帶秤頻率的穩(wěn)定性，以期提高烘梗絲喂料流量的穩(wěn)定性；金曉亮等在進料口設(shè)計一套拋料裝置，利用波紋型板材達到均料效果，使梗絲無法形成結(jié)塊，提高水分的穩(wěn)定性；余佑輝等8研制出一種烘梗絲機風門自動調(diào)節(jié)裝置，對設(shè)備性能進行改進與創(chuàng)新，達到穩(wěn)定梗絲水分和提升產(chǎn)品質(zhì)量的目的；靳松等設(shè)計了倒錐管式梗絲干燥系統(tǒng)，以期縮短干燥路徑，降低干燥風速，提高梗絲物料的水分均勻性；袁書豪[10]針對梗絲干燥出口含水率波動較大的問題，提出對烘干一區(qū)、二區(qū)熱風采用級聯(lián)型PID控制的模式，以提高過程控制能力；任志軍[1]和他的團隊針對烘梗絲過程中存在的不確定性、非線性和大滯后等問題，提出了一種融合模糊控制與PID控制的綜合控制策略。在這些研究中，相關(guān)人員對設(shè)備或控制策略的單一方面進行了升級或針對性優(yōu)化，而缺乏整體的研究改進，因此梗絲氣流干燥出口水分的波動情況有所改善，但效果并不顯著。鑒于此，本研究在梳理梗絲氣流干燥工藝流程的基礎(chǔ)上，從設(shè)備改善和控制模式優(yōu)化兩個方面對梗絲干燥過程中的關(guān)鍵點進行系統(tǒng)改進，以期達到提高梗絲氣流干燥出口水分穩(wěn)定性的目的，進而提升工藝控制水平，提高卷煙產(chǎn)品質(zhì)量。

1 問題分析

1.1梗絲氣流干燥原理

目前，梗絲氣流干燥通常采用SH23A型梗絲低速氣流干燥機，其結(jié)構(gòu)主要由閃蒸膨化裝置、進料氣鎖、進料管道、檢修平臺、干燥管、氣料分離裝置、旋風除塵器、回風管道、循環(huán)風機、排潮及冷熱風分配管道、熱風爐、冷熱風混合箱、蒸汽加熱器、電控柜以及水、氣、汽管路系統(tǒng)等組成[12]，如圖1所示。

梗絲經(jīng)加料回潮機回潮后進入喂料柜，然后通過提升機進入限量管，由限量管上的光電管配合電子皮帶秤實現(xiàn)對物料流量的控制，流量穩(wěn)定的梗絲由進料振槽均勻地送入進料氣鎖，經(jīng)氣鎖落下的梗絲由飽和蒸汽吹入文氏管，梗絲與蒸汽進行充分迅速的熱交換，得以迅速膨化。膨化后的梗絲通過汽料分離器進入干燥進料氣鎖，當梗絲達到干燥管后，受到從底部向上吹送的熱風的力，便能飄浮起來并向上移動。在干燥過程中，主要通過混合風對梗絲進行干燥，其過程如下：循環(huán)風機出口處對接排潮及冷熱

1一閃蒸膨化裝置；2一進料氣鎖；3—進料管道；4—檢修平臺；

5—干燥管；6—氣料分離裝置；7一旋風除塵器；8一回風管道；

9—循環(huán)風機；10—排潮及冷熱風分配管道；11—熱風爐；

12—排潮風機；13—冷熱風混合箱；14—排尾氣風機；

15一水氣汽控制柜。

風分配管道，經(jīng)過排潮后的風，一部分進入熱風爐進行加熱，另一部分通過旁風管直接進入混合箱；在混合箱里，經(jīng)過熱風爐加熱的風和直接通過旁風管進來的風進行充分混合后進入進料管道，同時，濕物料經(jīng)過閃蒸膨化裝置通過干燥進料氣鎖落入進料管道，在熱風的帶動下進入干燥管；干燥后，物料和熱風一起進入氣料分離裝置，物料通過出料氣鎖排出，熱風進入旋風除塵器；除塵后的熱風通過回風管回到循環(huán)風機，構(gòu)成一個循環(huán)系統(tǒng)。

1.2 存在問題

通過上述分析可知，來料流量的穩(wěn)定性情況、回風負壓的控制情況和混合風溫度的調(diào)節(jié)情況都會影響梗絲氣流干燥出口水分的穩(wěn)定性。

梗絲氣流干燥前物料的流量采用電子皮帶秤進行控制，現(xiàn)有的控制程序是當喂料機提升帶將物料輸送至限量管，限量管低位光電檢測開關(guān)檢測到物料后，主電柜電控程序發(fā)送啟動信號給電子皮帶秤，電子皮帶秤直接啟動，因限量管上的物料還未到達皮帶秤的稱重區(qū)域，電子皮帶秤會自動提高皮帶速度，皮帶電機以最快速度 50Hz 運行，物料到達稱重區(qū)域后，再根據(jù)設(shè)定流量PID自動調(diào)整皮帶速度，皮帶電機速度再慢慢下降，這樣在料頭階段容易出現(xiàn)流量沖高，超過工藝要求的情況。

目前，梗絲氣流干燥機上的排潮風機為定頻控制，當排潮管道負壓不足時，容易造成回風負壓波動，影響回風控制，進而影響梗絲氣流干燥出口水分的控制。

梗絲氣流干燥中，物料在設(shè)備內(nèi)停留的時間很短，當出口水分波動時，需快速進行混合風溫度的調(diào)整。目前，混合風溫度的調(diào)節(jié)反應(yīng)偏慢，不能快速跟蹤出口水分變化趨勢。

2 改進方法

2.1 電子皮帶秤流量穩(wěn)定性優(yōu)化

開發(fā)電子皮帶秤預(yù)填充功能，如圖2所示，當限量管低位檢測到物料后，系統(tǒng)向電子皮帶秤發(fā)送預(yù)填充指令，電子皮帶秤皮帶以 30Hz 運行，當物料到達稱重區(qū)域時，預(yù)填充結(jié)束，電子皮帶秤停止運行，發(fā)送預(yù)填充完成信號給梗絲氣流干燥設(shè)備，梗絲氣流干燥設(shè)備接收到電子秤已預(yù)填充好的信號后，根據(jù)設(shè)備工作狀態(tài)，發(fā)送生產(chǎn)啟動指令給電子皮帶秤，電子皮帶秤再根據(jù)工藝設(shè)定流量，PID自動調(diào)整皮帶速度，解決了料頭物料流量沖高的問題。

2.2 回風負壓控制優(yōu)化

梗絲氣流干燥機的回風負壓穩(wěn)定控制的優(yōu)化主要是通過將原軟啟控制的排潮風機改進為變頻控制，以預(yù)設(shè)的回風負壓設(shè)定值為控制目的，使用PID調(diào)節(jié)的方式對排潮風機的頻率進行精準控制，達到回風負壓穩(wěn)定受控的效果。梗絲低速氣流干燥機的排潮風機控制方式由原來的軟啟控制改為變頻控制，如圖3所示。

增加排潮風機的變頻器后，對回風負壓進行PID調(diào)節(jié)控制，將設(shè)定的回風負壓值和回風負壓傳感器采集的實際負壓值進行比較，調(diào)節(jié)排潮風機的運行頻率，從而調(diào)節(jié)回風管道內(nèi)的負壓，使回風負壓保持穩(wěn)定。具體控制程序流程圖如圖4所示。

2.2.1 新增變頻器相關(guān)控制程序

新增變頻器標準塊控制程序，如圖5所示，實現(xiàn)對丹佛斯變頻器的頻率設(shè)定、控制字的輸入，同時能獲得變頻器反饋狀態(tài)字和速度字，并對變頻器實現(xiàn)手動/自動狀態(tài)下的啟動、停正功能，頻率設(shè)定和狀態(tài)監(jiān)測功能等。

2.2.2 增加回風負壓PID控制程序

通過調(diào)用PID控制標準塊，將控制畫面上的PID相關(guān)參數(shù)設(shè)定值傳入至PID標準塊內(nèi)，對PID模塊的P、I、D值和上下限、死區(qū)值進行設(shè)定，模塊通過比對回風負壓實際值和設(shè)定值，經(jīng)過程序分析和計算，從而獲得建議的排潮風機頻率輸出值，最后再根據(jù)干燥機的工作狀態(tài)來決定排潮風機的實際頻率。

2.2.3 增加風機頻率設(shè)定程序

在梗絲氣流干燥機不同的工作狀態(tài)下，需要對排潮風機進行不同的頻率設(shè)定。在手動狀態(tài)下，將風機的頻率設(shè)定值定為手動頻率設(shè)定值。在自動狀態(tài)下，當干燥機處于非生產(chǎn)狀態(tài)時（如待機、預(yù)熱、預(yù)熱完成、冷卻和閃蒸清洗時），頻率設(shè)定值定為手動頻率設(shè)定值；當干燥機處于生產(chǎn)狀態(tài)時，將頻率設(shè)定為PID標準塊的建議頻率輸出值。

2.3 混合風溫度控制優(yōu)化

調(diào)整爐溫控制參數(shù)，增加分階段控制功能，如圖6所示，將爐溫控制分成兩個階段，即當實際爐溫與設(shè)定爐溫差值超過 5°C 時，采用快速控制參數(shù)，當差值在 5°C 以內(nèi)時，采用平穩(wěn)控制參數(shù)，使生產(chǎn)過程中爐溫調(diào)節(jié)更平穩(wěn)，有利于熱風溫度控制，從而使出口水分PID控制回路更好地調(diào)節(jié)混合風門開度。

3 應(yīng)用效果

3.1 實驗設(shè)計

材料：梅州卷煙廠在產(chǎn)A膨脹梗絲和B膨脹梗絲。設(shè)備：SH23A型梗絲低速氣流干燥機。方法：分別統(tǒng)計優(yōu)化前后梗絲氣流干燥出口水分標準偏差值。

3.2 數(shù)據(jù)分析

如表1所示，優(yōu)化后，A膨脹梗絲和B膨脹梗絲的出口水分標準偏差平均值為 0.2334% 和 0.2207% 相較于優(yōu)化前的 0.323 5% 和 0.3385% ，分別降低了

0.09個百分點和0.118個百分點，降幅分別為 27.9% 和 34.8% 。說明采用上述措施優(yōu)化后，梗絲氣流干燥出口水分的準確性和穩(wěn)定性有顯著提升。

4總結(jié)與展望

針對梗絲氣流干燥過程中出口水分波動大、合格率低的問題，本研究從設(shè)備改進與控制策略優(yōu)化兩方面進行了系統(tǒng)性優(yōu)化。通過開發(fā)電子皮帶秤預(yù)填充功能、改進排潮風機變頻控制及優(yōu)化混合風溫分階段調(diào)節(jié)策略，達到提升梗絲氣流干燥出口水分穩(wěn)定性的目的。優(yōu)化后，A膨脹梗絲和B膨脹梗絲的出口水分標準偏差分別由 0.3235% 和 0.3385% 降至0.2334% 和 0.2207% ，梗絲干燥工藝的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高，為保障后續(xù)工序的物料水分一致性奠定了基礎(chǔ)。

本研究通過多維度優(yōu)化策略的系統(tǒng)整合，突破了傳統(tǒng)單點優(yōu)化的局限性，為行業(yè)同類設(shè)備的工藝改進提供了可借鑒的解決方案。未來可進一步探索智能控制算法與設(shè)備結(jié)構(gòu)的深度融合，以持續(xù)提升梗絲氣流干燥的自動化與智能化水平。

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