烤機預加熱新技術探究

張照德　李銳洪　王榮康　蘇吉傳

摘要：葉片復烤是煙葉加工過程中的關鍵工序之一，在生產過程中復烤機干燥區溫度調整受煙葉溫度、水分變化影響非常大。文章通過對進入烤片機的補風和物料的溫度進行預控制，為烤片機提供相對恒定生產條件，以減少甚至杜絕由于氣候變化導致的操作人員大幅度適應性調整，提高葉片復烤加工過程的穩定性。

關鍵詞：煙草設備；葉片復烤；預加熱新技術；煙葉加工；烤片機 文獻標識碼：A

中圖分類號：TS411 文章編號：1009-2374（2017）08-0081-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.039

煙葉復烤生產加工采用流水線作業，在復烤車間實際生產環境中，由于設備體積的影響，導致生產線相對較長，煙葉從二次潤葉-打葉工序出來后還需經過較長的皮運機輸送。在這個過程中，煙葉在整個過程中處于外露狀態，當遇到天氣變化較明顯時，會導致進入烤片機的來料煙葉水分發生大幅變化，給煙葉復烤生產帶來調整難度，同時由于環境溫度變化較大，極大地增加熱交換器加熱消耗的熱能。

1 設計目的

通常情況下，打葉復烤工序都是在秋季和冬季進行生產的，烤片機周圍環境的溫度常常是在秋季相對來說高一些，到了冬季之后溫度相對低一些。尤其是冬季早晨、中午和晚上的溫差比較大，煙片在打葉工序完成之后，被送進烤片機烘烤之前，受到環境的溫度變化的影響比較大，使煙片的溫度波動也比較大。這就需要頻繁地調整烤片機的溫度來適應由于環境溫度變化而產生的煙片溫度的波動，使煙片經過烤片機烘烤之后，達到生產要求和產品技術要求。在烤片機進行適應性調整的過程中，需消耗大量的熱交換器的熱量來加熱，使烤片機干燥區溫度變化較大，嚴重制約了烤片機生產加工能力，消耗了大量的資源，并且難以保證煙片的生產工藝和技術要求。

基于以上問題，為了提供烤片機相對恒定生產條件，以保證設備參數可按照優化后的最佳值設置，減少甚至杜絕由于氣候變化導致的大幅度適應性調整，在確保煙片成品內在品質的同時，提升涼房水分、機尾水分的一致性和穩定性為適當降低烤片機干燥區烘烤溫度。

根據現有條件，在煙片從喂料機進入干燥一區的物料輸送段增加煙片預熱功能。采用熱空氣對煙片進行預加熱，使煙片溫度在接近室溫的基礎上提升4℃～6℃，以達到干燥一區烘烤溫度降低3℃～4℃的工藝需求。通過設計實施優化葉片復烤機加工參數控制精度并根據不同等級的煙葉建立數學模型，為生產操作提供指導，提高操作的精確性和準確性，提高烤片機冷卻區水分、機尾水分的一致性和穩定性，從而提高裝箱水分的一致性和穩定性，提高葉片復烤加工質量。

2 方案設計

基于此目的，故提出構建烤片機入口物料溫度保障系統，模擬一個固定的氣候氣溫值對煙葉的溫度進行調整，采用單點或多點低強度溫度控制的模式改變煙葉溫度。補風溫度和煙葉溫度需滿足自動控制功能，盡量杜絕人為調節設備相關參數適應變化時的經驗及估計誤差等不利因素的影響。兩個系統按實際需求在操作面板上標定補償溫度及風機頻率，根據自動檢測環境溫度與標定溫度的運算，自動啟停溫度補償系統來滿足要求。根據烤片機的實際情況，經過對設備結構的仔細分析測量，擬定采取利用排潮管加熱和蒸汽加熱共同作用的方式，提高進入烤片機的煙葉的溫度，提升烤片機整體加工工藝性能和質量保障能力。

具體為：

第一，溫度檢測點：根據設備的情況，在烤片機與異物剔除機之間設置3個煙葉溫度檢測點，在煙葉加熱后左右兩側適當位置各設置1個溫度檢測點，按照煙葉加熱前后的溫度情況，控制系統通過閉環控制自動控制氣動薄膜開啟量，自動控制供給熱交換器（散熱器）所需要的蒸汽量，實現物料加熱后左右溫度達到預期目的。

第二，送風：在干燥區排潮管外套一層管，使排潮管與外套管之間形成一個密封空間，該空間的空氣被排潮管外排熱風通過管壁傳熱加溫，在該外套管上分別引出分管至各補風口實現干燥區補風口補充熱風功能。

第三，加熱：增設一套熱交換器，當排潮管傳熱溫度低時熱交換器控制閥按工況需求打開所需開度，使熱空氣與外套管內空氣混合，滿足所需溫度要求。烤片機干燥區通過對散熱器（熱交換器）傳遞的熱量對煙片進行烘烤，通過一段時間的烘烤，干燥區箱體內的煙片經烘烤后，水分由16%蒸發后降為8%～9%，蒸發掉的水分積累達到一定飽和濃度后通過排潮系統外排，外排的濕氣量由補風系統來補充，確保箱體內各區空氣壓力保持平衡。外排濕氣管內濕氣溫度較高，使管壁外表面溫度在55℃左右，靠近管壁附近空氣溫度比周邊環境溫度高30℃左右，若把靠近管壁附近溫度較高部分的熱空氣密封起來送到烤片機前端進行補風，使烤片機前端補風裝置內空氣溫度可達到40℃以上，補進的熱風會加熱即將進入烤片機的煙片的溫度，使煙片不再受到由于環境溫度變化而產生的溫度波動的影響。

第四，控制系統：控制系統采用閉環控制的方式來達到穩定控制進氣和物料溫度的目的。進風溫度和煙葉溫度由溫度變檢測元件進行檢測并輸出信號到控制系統，控制系統控制氣動薄膜開啟量，按需要供給熱交換器所需要的蒸汽量，使溫度達到要求。系統可根據煙葉溫度情況調整加溫強度，或者關閉不加溫，或者以冷風形式適當降低煙葉溫度。

工作原理：空氣在循環風機1的作用下，進入加熱控制器2，空氣加熱后（溫度可調），通過送風風管3，進風風管5，進入加熱通道6，對煙片進行預加熱，循環風進入回風循環風管4進行加熱后再次利用。

第五，對倉式喂料機、烤機前端過渡段進行全封閉密封，保證不漏風，并對其相關部位進行改造，以滿足安裝熱風風道及風機的需求。

第六，冷凝水回收管并到烤機冷凝水回收管路中，不外排。

3 方案實施

溫度檢測點設置，在烤片機與異物剔除機之間設置1～3個煙葉溫度檢測點（如圖2所示），煙葉加熱后在左右兩側適當位置各設置1個溫度檢測點。

在進入烤片機干燥區前的進料端上方設置熱風通道（如圖4所示），抽取外界空氣然后通過風管連接干燥區的排潮風管，匯入熱風風機（中低壓離心通風機，4～72、7.5kW，流量6416～7785m3/h，風壓2497～2320Pa），在烤前提升機至烤箱入口間對物料進行預加熱。將倉式喂料機至烤機前端過渡段進行全封閉密封，密封用材料采用304不銹鋼。氣動薄膜閥選用技術性能滑窗式調節閥，其他閥件選用技術性能不低于Spiray品牌技術性能的產品，蒸汽管路和冷凝水回收管路采用304不銹鋼，表面包裝防熱層。

增設物料預加熱電控系統，實現對物料預加熱系統的自動控制功能。

另外根據實際需求在操作面板上設定補風溫度及熱風風機頻率，根據傳感器自動檢測進入烤片機的煙片的溫度與標定補風溫度的運算，自動啟停熱風補償系統來滿足補風溫度的要求，實現自動調節補風溫度的功能，即PID調節。

此PID控制系統有手動、自動和禁控、使能這四個狀態：手動：指此PID控制系統手動控制；自動：指此PID控制系統自動控制；禁控：不使用PID控制系統；使能：使用PID控制系統。

當系統處于自動且使能的情況下：溫度PID處于自動調節狀態。根據所需設定的SP溫度值，系統會自動調節PID溫度值，達到設定的SP并穩定追蹤。當系統處于手動且使能的情況下：此時PID控制系統不會自動調節溫度，需要根據設定閥門開度OP來調節所需要的溫度。當系統處于禁控情況下：如果此時把使能改為禁控，M42C風機會即刻停止使用，且PID控制系統也停止使用，不論是手動和自動都無法啟用PID溫度調節。

4 結語

本方案通過實時收集烤片機干燥區溫度、冷卻區水分、機尾水分等數據，通過正交實驗等方法進行分析，找出它們與裝箱水分之間的數學模型和相關關系，用以指導生產操作，提高葉片復烤機控制的精確度，穩定葉片復烤機冷房水分和成品裝箱水分，提高冷房水分和成品裝箱水分合格率。經生產過程實時數據得出結果顯示，冷卻水分合格率提高至90%以上（抽檢數據合格率）；成品裝箱水分合格率提高至99.0%以上（抽檢數據合格率）；烤片機干燥區總溫度控制在318℃以下。

除此之外，煙片的溫度經過“烤前預加熱系統”加熱之后，溫度有了顯著的提高。項目成功的研發并且迅速的投入使用，不僅解決了煙片烘烤質量受環境溫度變化影響較大而產生質量波動的問題，而且將之前烤片機排潮管外排掉浪費的熱能重新利用，實現了把外排余能回收循環利用、變廢為寶、節能降耗、綠色生產的目的。項目完成后提高了煙葉物理保潤性能和感官保潤性能，改善了煙葉感官舒適度，同時提高了煙葉外觀質量和內在品質，降低了大中片收縮率，提升了煙葉使用價值。

參考文獻

[1] 毛光平.復烤廠利用空氣源熱泵預加熱鍋爐給水技術

研究[J].科技創新與應用，2014，（24）.

[2] 孟嘉.工業煙氣余熱回收利用方案優化研究[D].華中

科技大學，2008.

基金項目：紅塔煙草（集團）有限責任公司科技項目《成品裝箱水分一致性和穩定性的改進研究》（S-6016008）。

作者簡介：張照德（1969-），男（白族），云南大理人，紅塔集團大理卷煙廠復烤車間工程師，研究方向：機械自動化。

（責任編輯：王 波）