降低片煙加料機出口含水率批次間差異的方法及實現

李秀芳，朱子玉，謝 建，王建偉，翟建政，李明偉，李國霞，王德吉

1.河南中煙工業有限責任公司黃金葉生產制造中心，鄭州經濟技術開發區第三大街 450016

2.河南中煙工業有限責任公司安陽卷煙廠，河南省安陽市煙廠路南段 455000

3.中國煙草總公司職工進修學院，鄭州市鑫苑路7 號 450008

片煙加料是制絲生產過程中的關鍵工序之一，其工藝目的是將糖料均勻地噴灑到片煙上,并對來料含水率進行平衡,以利于后續工序對片煙進一步加工［1］。其中，含水率的控制效果對煙絲的內在品質具有重要作用。目前卷煙生產中常用的SJ1523 型等加料機沒有含水率控制系統，增加的含水率主要來源于熱風控制系統中的補償蒸汽和加料系統中的引射蒸汽，在生產過程中引射蒸汽波動小，但補償蒸汽調整閥門開度頻繁變動，是影響出口含水率的主要因素之一［2-3］。近年來，在解決片煙加料機出口含水率方面已有較多研究報道，曹正良等［4］通過程序將蒸汽加入量設定為一個穩定值，由于未考慮硬件因素，該方法不能從根本上解決干擾問題；孫佩［5］針對熱風風速風量、噴射蒸汽恒流量設計了3 個PID 控制環，但整定和優化PID 參數較繁瑣；侯俊峰等［6］和許世勇［7］固定噴射蒸汽閥的開度，通過控制熱交換器內部控制閥進行熱風微調，調整簡單，但穩定性不夠理想；宋杰［8］和肖一博等［9］通過增加自動補水系統控制含水率，但綜合考慮熱風、蒸汽、排潮的調控較復雜，且含水率偏大時效果不好；岳先領等［10］將篩網網孔尺寸由6 mm 改為12.5 mm，減少了影響含水率均勻性的碎片，但仍未解決含水率的穩定問題。為此，通過改進排潮網并增加一套霧化料液收集和清洗裝置，以降低片煙加料機出口含水率批次間的差異，提高烘絲工序的穩定性。

1 問題分析

對片煙加料工序出口含水率批次間的極差數據分析可見，薄板干燥入口含水率以及片煙加料出口含水率極差較大，且批次間不穩定。目前烘絲機的工作模式是固定熱風溫度，調整筒壁溫度以保證出口含水率達標，因此在該模式下要穩定薄板溫度，并要保證來料入口含水率穩定。由于貯葉和切絲工序都不具備含水率控制和增濕功能，經過統計計算，片煙加料入口含水率批次間極差接近松散回潮出口含水率的控制水平，極差是0.54，批次間差異小；而片煙加料出口含水率批次間差異大，極差高達1.47，由此造成薄板干燥入口含水率批次間差異大，極差達1.98。經曲線擬合，兩者相關性達74.6%。因此，片煙加料出口含水率批次間差異大是造成薄板干燥入口含水率差異大的主要因素。

在正常生產過程中，片煙加料機沒有含水率控制系統，但可以增加含水率，增加的含水率主要來源于熱風控制系統中的補償蒸汽和加料系統中的引射蒸汽，引射蒸汽波動小，而補償蒸汽在生產過程中開度變化較大，影響出口含水率，一般情況下是含水率容易沖高，所以并不需要額外增加水量。隨著生產的進行，如果補償蒸汽閥門開度逐漸增大，就會造成加料出口含水率持續增大，導致批次間含水率存在差異，即使經過貯葉柜的平衡，批次間在烘絲機入口的含水率仍然存在差異，造成下道工序的控制不穩定，影響煙支品質。

2 設計方法

2.1 改進排潮網帶

由于片煙加料熱風溫度傳感器探頭位于熱風管道內，當排潮不暢時，回風風量偏小，造成溫度傳感器檢測到的溫度偏低。當溫度值反饋給PLC后，控制系統認為滾筒內溫度過低，打開補償蒸汽來提高溫度，由此造成滾筒內溫度（循環熱風溫度）持續升高，增加物料的吸水性，導致加料機出口含水率逐漸上升。在實際生產中，經過1 個批次的生產后，片煙加料機的排潮網網孔已基本被堵塞，排潮效果降低，導致回風風量減少，溫度檢測值偏低，從而影響片煙加料出口含水率。因此，為保證煙支品質，減少操作人員的勞動強度，將抽拉式板狀排潮網改造為由旁鏈固定的排潮網帶，并增加一套自清潔裝置，見圖1。

圖1 排潮網帶及自清潔裝置結構圖

片煙加料機的排潮網帶位于后室門上方，在原排潮網固定軌道部位，焊接加裝寬度為100 mm的短槽鋼，用做排潮網帶被動滾輥的固定座。排潮網帶自動清潔裝置的外殼直接連接在片煙加料機的后室外壁上，在外殼下方加裝兩根槽鋼作為立柱進行支撐和加固，使自清潔裝置的清潔毛刷、排潮網帶主動輥及傳動電機等傳動裝置固定在清潔裝置的外殼上。由于排潮網帶需要在運行過程中不斷變形和彎曲，材料采用食品級的PVC 網帶，具有較好的柔韌性、耐磨性和變形能力，過濾網截面積是排潮管道的5 倍，工作孔直徑1 mm，與原排潮網保持一致。由于物料黏性較大，排出量較多，外殼下方的排污收集管路，選擇較粗的DN20 鍍鋅管，便于排出清理出的污物。整體運行機構采用蝸輪減速，以1.5 kW 交流電機作為動力源，軌道設有密封和機械定位裝置，以保證運行時安全可靠。

為保障排潮網帶的清潔效果，自清潔裝置采用毛刷清掃和壓縮空氣清潔相結合的模式。清潔裝置內部設有10 排環繞網帶的高壓氣槍，其中有4 排高壓氣槍設在循環系統的頂端，主要對網帶拐彎處的隱藏部位進行清掃，高壓氣槍動力源壓力為0.7 MPa。另有3 排高壓氣槍針對循環鏈條內側毛刷未能徹底清除部位進行噴吹。

由于片煙加料機預熱和生產過程中熱風風速不相同，但排潮網帶驅動電機始終以頻率50 Hz 運行，由此造成能源浪費，加劇了網帶和毛刷的磨損。為節能降耗，采用變頻控制網帶的運轉速度，在片煙加料系統預熱階段，沒有過料時，網帶不運行；在生產過程中料頭部分以低速運行，正常生產時以高速運行。通過編程實驗和反復調試［11］，使網帶運行速度與熱風風速匹配良好，同時實現了排潮和網帶清潔功能。

2.2 增加霧化料液收集和清洗裝置

在生產結束后，將熱交換器和熱風風機蝸殼打開，可以發現煙塵、料液等污垢黏附在風機葉輪和換熱器表面。原因在于熱風中含有霧化料液，料液黏性較大，同時由于排潮網無法過濾循環熱風中呈霧化狀態的料液，導致熱風在循環過程中，冷凝后的霧化料液容易黏附在風機和換熱器上，致使熱風風速發生變化，換熱器換熱效率降低，進而影響熱風溫度。此時，設備開啟補償蒸汽進行增溫，則會影響出口物料含水率。為有效過濾循環熱風中的霧化料液，穩定熱風風速，提高換熱器換熱效率，減少對補償蒸汽的依賴，設計了一套霧化料液收集和清洗裝置，見圖2。

圖2 霧化料液收集和清洗裝置結構圖

在風機出風口對側開口，確保風機部分的密封性良好，并選用不銹鋼加工料液收集盒。隨著風機啟動，含有料液的熱風隨葉輪一起旋轉，熱風沿風機切線方向進入熱風管道。由于料液密度高、質量大，受離心作用被甩向四周，最終被料液收集裝置收集并沉降在收集盒中。收集盒的下方安裝有電控閥，當生產間歇時自動打開閥門，將收集的料液和污物排出。為保證清潔效果，在葉輪上方安裝有清洗噴頭，方便對葉輪進行清洗。在收集裝置上設計有清洗管路，分為上下兩路。為保證噴嘴壓力，上水管路選擇了較細的DN15 管；考慮到污水黏性較大，下水管路選擇了較粗的DN20 管。料液和清洗出的污物沿著下水管道排走。增加料液收集和清洗裝置，可以在過濾熱風的同時對風機葉輪進行清洗，保證風機風量和風速穩定，延長風機的使用壽命。

2.3 應用效果

改進后片煙加料機的熱風溫度穩定，無劇烈變化，正常生產中開啟補償蒸汽的次數明顯減少，降低了對補償蒸汽的依賴性。對同一牌號20 個批次產品進行隨機抽樣分析，片煙加料機出口含水率均值趨勢圖見圖3。根據卷煙工藝規范要求，片煙加料出口物料含水率的控制范圍為（18.0%～21.0%）±1.0%［12］。分析統計結果可知，20 個批次產品的標準偏差為0.13，極差為0.46。片煙加料出口物料含水率穩定，批次間極差在±0.5 以內。對薄板干燥入口含水率統計分析表明，批次間極差為0.58，穩定在±0.6 以內，控制效果良好。

圖3 改進后片煙加料機出口含水率均值趨勢圖

3 結語

改進后片煙加料機有效降低了加料出口含水率的波動，經過儲葉柜平衡，提高了烘絲工序進料含水率的穩定性。經過半年多的實際運行，同一牌號不同季節加料出口含水率的波動均在工藝要求范圍內，說明季節性的環境變化對蒸汽使用量的影響不大，提高了設備的工藝性能。

［1］陳良元.卷煙加工工藝［M］.鄭州:河南科學技術出版社，1996.

［2］代寧光，王道銓，劉力云.滾筒設備物料溫度控制策略的設計應用［J］.煙草科技，2012（6）:24-26.

［3］孫紹波.制絲線潤葉機熱風溫度控制方式的改進［J］.煙草科技，2008（1）:19-22.

［4］曹正良，葉紀華.葉片加料熱風循環系統的改進［C］//中國煙草學會工業專業委員會工藝學組2010年學術研討會論文集.青島:中國煙草學會，2010:398-399.

［5］孫佩.葉片加料機熱風溫度控制技術研究［J］.硅谷，2012（16）:10-11.

［6］侯俊峰，郭越.葉片加料機熱風溫度控制改進［C］//中國煙草學會2006年煙草機械學術研討會征集論文匯編（下冊）.上海:中國煙草學會，2006:631-637.

［7］許世勇.葉片加料機加熱系統的改進［J］.科技創業家，2013（12）:51.

［8］宋杰.葉片加料機加水功能改造［J］.中國新技術新產品，2014（2）:98.

［9］肖一博，楊梓豪.提高葉片加料出口水分的穩定性［J］.現代工業經濟和信息化，2014（9）:71-72.

［10］岳先領，石中金，何佳滿.片煙加料篩網的改進［J］.煙草科技，2007（1）:13-14.

［11］國家煙草專賣局.卷煙工藝規范［M］.北京:中央文獻出版社，2003.

［12］廖常初.S7-300/400 PLC 應用技術［M］.北京:機械工業出版社，2008.