葉片復(fù)烤機(jī)干燥區(qū)廢氣循環(huán)利用的系統(tǒng)研究

徐云龍 王子云 錢龍祥 戴永生（云南省紅塔集團(tuán)楚雄卷煙廠，云南 楚雄675000）

0 引言

煙葉葉片復(fù)烤工序在各打葉復(fù)烤加工工藝流程中都屬于核心環(huán)節(jié)，葉片復(fù)烤機(jī)主要由輸送部分、干燥區(qū)、冷卻區(qū)、取樣間、回潮區(qū)、管路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成[1]。作為葉片復(fù)烤機(jī)的第一道工序，干燥區(qū)的作用是對葉片進(jìn)行干燥處理，將水分降低到臨界含水率附近，除去煙葉中的天然青雜味，使煙葉的香氣顯露、煙味醇和。干燥區(qū)的控制水平直接反映在后續(xù)冷卻區(qū)、回潮區(qū)的質(zhì)量上，最終影響成品片煙裝箱后的相關(guān)工藝指標(biāo)。目前，行業(yè)內(nèi)相關(guān)復(fù)烤企業(yè)的干燥區(qū)均通過蒸汽加熱熱交換器后產(chǎn)生熱風(fēng)對干燥區(qū)內(nèi)的葉片進(jìn)行加熱的模式，加熱后廢氣均通過排潮系統(tǒng)排出。

1 烤機(jī)功能結(jié)構(gòu)簡析

煙片復(fù)烤機(jī)是打葉復(fù)烤處理線中的主要設(shè)備，其用途是調(diào)整煙片中的水分，去除煙片中的雜氣，殺滅煙片中的害蟲和病菌，使煙片更適合于貯存，醇化和人工發(fā)酵，使煙片質(zhì)量更趨于規(guī)范一致。

煙片復(fù)烤機(jī)主要由以下幾部分組成：進(jìn)料端、壓網(wǎng)帶主被動段、干燥區(qū)上吹風(fēng)段、干燥區(qū)吹下風(fēng)段、冷卻段、排潮風(fēng)道、回潮段、出料端、管路系統(tǒng)、輸送網(wǎng)帶、保溫門板等。

物料進(jìn)入煙片復(fù)烤機(jī)后，首先隨網(wǎng)帶在多個較長的干燥區(qū)內(nèi)烘烤。運行中，先由下向上吹的循環(huán)熱風(fēng)對濕煙片進(jìn)行烘干。隨著物料的運行，烘烤時間的增加，煙片溫度逐漸升高，煙片中的水分被蒸發(fā)，蒸發(fā)出的帶有雜氣的水分被風(fēng)機(jī)排到室外，當(dāng)煙片達(dá)到一定溫度時煙片中的霉菌被殺死。物料繼續(xù)向前運行，煙片溫度逐漸下降，大部分水分蒸發(fā)后循環(huán)熱風(fēng)再由上向下對煙片進(jìn)行烘干，潮濕空氣繼續(xù)排出，直至干燥區(qū)出口處煙片水分達(dá)到8%～10%。

煙片從干燥區(qū)出來后進(jìn)入冷卻區(qū)。在冷卻區(qū)，利用較低溫度的循環(huán)風(fēng)使煙片溫度降至35～45℃之間，為煙片回潮提供工藝條件。

最后煙片通過較長的回潮通道。運行中先由上向下，后由下向上噴吹霧化水和蒸汽，物料充分吸收熱量及水分后，送至出料端。

2 存在問題

干燥區(qū)加熱熱交換器后的熱空氣（廢氣）直接外排，熱效能未充分利用，存在浪費情況。當(dāng)前復(fù)烤企業(yè)的復(fù)烤機(jī)干燥區(qū)加溫系統(tǒng)均采用蒸汽-熱交換器-循環(huán)熱風(fēng)加熱方式，具體是利用蒸汽通過熱交換器，熱交換器對周圍環(huán)境冷空氣進(jìn)行加熱，加熱后的熱空氣由離心風(fēng)機(jī)吹往煙葉，從而對干燥區(qū)內(nèi)部的葉片進(jìn)行干燥作用[2]。

一般干燥段分為3～5 個干燥區(qū)，目前多采用5 個干燥區(qū)，各區(qū)的離心風(fēng)機(jī)吹風(fēng)模式分為上進(jìn)風(fēng)或下進(jìn)風(fēng)，結(jié)合各自設(shè)備結(jié)構(gòu)組合使用。一般來說中間區(qū)的熱風(fēng)溫度需求最高，前后幾區(qū)的溫度逐步遞減，總體上形成一個正弦波形，熱風(fēng)溫度一般控制在60～90℃之間，能達(dá)到較為細(xì)化的干燥葉片作用。

循環(huán)熱風(fēng)對葉片進(jìn)行加熱后，在干燥區(qū)內(nèi)形成一個恒溫密閉空間，通過不斷的輸送物料帶走熱量，熱交換器不斷補(bǔ)償熱風(fēng)，使得干燥區(qū)內(nèi)熱風(fēng)溫度保持穩(wěn)定，部分加熱煙葉后的廢氣通過排潮風(fēng)機(jī)抽走，進(jìn)過除異味設(shè)備的凈化后排出符合環(huán)境要求的氣體。排入大氣中的熱風(fēng)溫度會降低5～8℃，但還含大量的熱量，大量的熱能未得到循環(huán)利用而散失，是一種能源的浪費，與目前各煙草企業(yè)發(fā)展的提質(zhì)降耗目標(biāo)相違背。

3 研究內(nèi)容

為提高葉片復(fù)烤機(jī)熱效率，發(fā)揮熱風(fēng)廢氣的剩余利用價值，達(dá)到節(jié)能減排、提質(zhì)降耗的效果。通過對某復(fù)烤企業(yè)復(fù)烤機(jī)的系統(tǒng)分及析論，具體的研究思路為：將各干燥區(qū)廢氣引到進(jìn)料端對來料煙葉進(jìn)行預(yù)加熱，以達(dá)到降低葉片復(fù)烤機(jī)干燥區(qū)蒸汽用量，進(jìn)而降低葉片復(fù)烤機(jī)能源消耗的目的。

3.1 設(shè)計密封物料輸送裝置

在葉片復(fù)烤機(jī)入口設(shè)計一根豎向且前后可相對密封的管道。該輸送裝置可以為皮帶輸送機(jī)或網(wǎng)帶式輸送機(jī)，通過加長烤片機(jī)的排潮管道，將干燥各區(qū)的高溫廢汽從輸送機(jī)的物料出料端通入輸送機(jī)的密閉腔體內(nèi)部，從輸送機(jī)的進(jìn)料端再排放至室外。在輸送機(jī)的密閉段內(nèi)物料運行方向與熱風(fēng)運行方向相反，通過熱交換的方式對煙葉進(jìn)行加熱。密閉輸送機(jī)的長度可根據(jù)需要確定，見圖1。

圖1 干燥區(qū)廢氣循環(huán)利用輸送帶設(shè)計系統(tǒng)原理圖

3.2 設(shè)計密封管道

在葉片復(fù)烤機(jī)入口設(shè)計一根豎向且前后可相對密封的管道，通過加長烤片機(jī)的排潮管道，將干燥各區(qū)的高溫廢汽從豎直管道的底部通入到管道中，從管道上部排出，煙葉原料從管道的上部進(jìn)入管道內(nèi)部，從管道下部排出。在豎直管道內(nèi)部，物料運行方向與熱風(fēng)運行方向相反，通過熱交換的方式對煙葉進(jìn)行加熱。豎管的長度可根據(jù)需要確定。

3.3 PID控制模型

本葉片復(fù)烤機(jī)干燥區(qū)廢氣循環(huán)利用系統(tǒng)設(shè)計為閉環(huán)控制，可在不高于干燥區(qū)廢氣溫度的前提下進(jìn)行預(yù)加熱區(qū)的溫度設(shè)定，利用溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)、利用風(fēng)速儀監(jiān)控進(jìn)入預(yù)加熱區(qū)的廢氣流速，通過PID 調(diào)節(jié)來調(diào)整角執(zhí)行器的開度，從而控制進(jìn)入預(yù)加熱區(qū)的廢氣量，形成對預(yù)加熱區(qū)溫度的精準(zhǔn)自動控制，見圖2。

圖2 葉片復(fù)烤機(jī)干燥段廢氣循環(huán)利用系統(tǒng)閉環(huán)控制原理圖

3.4 應(yīng)用原理

本系統(tǒng)可在不高于干燥區(qū)廢氣溫度的前提下進(jìn)行預(yù)加熱區(qū)的溫度設(shè)定，利用溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)、利用風(fēng)速儀監(jiān)控進(jìn)入預(yù)加熱區(qū)的廢氣流速，通過PID調(diào)節(jié)來調(diào)整角執(zhí)行器的開度，從而控制進(jìn)入預(yù)加熱區(qū)的廢氣量，形成對預(yù)加熱區(qū)溫度精準(zhǔn)的自動反饋控制。如圖1所示，來自干燥區(qū)的廢氣被排潮風(fēng)機(jī)通過排潮風(fēng)管抽走，廢氣通過支管進(jìn)入煙片預(yù)加熱區(qū)的網(wǎng)帶底部，廢氣向上流動對煙片進(jìn)行加熱，同時，熱交換器持續(xù)輸送熱風(fēng)，循環(huán)風(fēng)機(jī)帶動加熱區(qū)內(nèi)氣體流動，與來料形成對向沖撞、充分接觸，低溫廢氣通過循環(huán)風(fēng)機(jī)被帶走重回排潮風(fēng)管，如此循環(huán)往復(fù)達(dá)到對入口煙片的升溫加熱。

4 結(jié)語

此次研究內(nèi)容提供了一種提高葉片復(fù)烤機(jī)熱能使用效率、降低葉片復(fù)烤能源消耗的系統(tǒng)解決方案。本此研究方向在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過增加干燥區(qū)廢氣循環(huán)利用系統(tǒng)，在物料入口區(qū)域形成預(yù)加熱區(qū)，充分利用富含大量熱能的廢氣，達(dá)到快速提高入口物料溫度的目的，緩解后續(xù)物料加工溫度和水分控制壓力，減少后續(xù)物料加工的蒸汽用量，進(jìn)而降低葉片復(fù)烤機(jī)整機(jī)能源消耗，提高葉片復(fù)烤加工質(zhì)量。