葉片復烤機干燥區廢氣循環利用的系統研究

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

0 引言

煙葉葉片復烤工序在各打葉復烤加工工藝流程中都屬于核心環節，葉片復烤機主要由輸送部分、干燥區、冷卻區、取樣間、回潮區、管路系統和控制系統組成[1]。作為葉片復烤機的第一道工序，干燥區的作用是對葉片進行干燥處理，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。干燥區的控制水平直接反映在后續冷卻區、回潮區的質量上，最終影響成品片煙裝箱后的相關工藝指標。目前，行業內相關復烤企業的干燥區均通過蒸汽加熱熱交換器后產生熱風對干燥區內的葉片進行加熱的模式，加熱后廢氣均通過排潮系統排出。

1 烤機功能結構簡析

煙片復烤機是打葉復烤處理線中的主要設備，其用途是調整煙片中的水分，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，醇化和人工發酵，使煙片質量更趨于規范一致。

煙片復烤機主要由以下幾部分組成：進料端、壓網帶主被動段、干燥區上吹風段、干燥區吹下風段、冷卻段、排潮風道、回潮段、出料端、管路系統、輸送網帶、保溫門板等。

物料進入煙片復烤機后，首先隨網帶在多個較長的干燥區內烘烤。運行中，先由下向上吹的循環熱風對濕煙片進行烘干。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，蒸發出的帶有雜氣的水分被風機排到室外，當煙片達到一定溫度時煙片中的霉菌被殺死。物料繼續向前運行，煙片溫度逐漸下降，大部分水分蒸發后循環熱風再由上向下對煙片進行烘干，潮濕空氣繼續排出，直至干燥區出口處煙片水分達到8%～10%。

煙片從干燥區出來后進入冷卻區。在冷卻區，利用較低溫度的循環風使煙片溫度降至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。當前復烤企業的復烤機干燥區加溫系統均采用蒸汽-熱交換器-循環熱風加熱方式，具體是利用蒸汽通過熱交換器，熱交換器對周圍環境冷空氣進行加熱，加熱后的熱空氣由離心風機吹往煙葉，從而對干燥區內部的葉片進行干燥作用[2]。

一般干燥段分為3～5 個干燥區，目前多采用5 個干燥區，各區的離心風機吹風模式分為上進風或下進風，結合各自設備結構組合使用。一般來說中間區的熱風溫度需求最高，前后幾區的溫度逐步遞減，總體上形成一個正弦波形，熱風溫度一般控制在60～90℃之間，能達到較為細化的干燥葉片作用。

循環熱風對葉片進行加熱后，在干燥區內形成一個恒溫密閉空間，通過不斷的輸送物料帶走熱量，熱交換器不斷補償熱風，使得干燥區內熱風溫度保持穩定，部分加熱煙葉后的廢氣通過排潮風機抽走，進過除異味設備的凈化后排出符合環境要求的氣體。排入大氣中的熱風溫度會降低5～8℃，但還含大量的熱量，大量的熱能未得到循環利用而散失，是一種能源的浪費，與目前各煙草企業發展的提質降耗目標相違背。

3 研究內容

為提高葉片復烤機熱效率，發揮熱風廢氣的剩余利用價值，達到節能減排、提質降耗的效果。通過對某復烤企業復烤機的系統分及析論，具體的研究思路為：將各干燥區廢氣引到進料端對來料煙葉進行預加熱，以達到降低葉片復烤機干燥區蒸汽用量，進而降低葉片復烤機能源消耗的目的。

3.1 設計密封物料輸送裝置

在葉片復烤機入口設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或網帶式輸送機，通過加長烤片機的排潮管道，將干燥各區的高溫廢汽從輸送機的物料出料端通入輸送機的密閉腔體內部，從輸送機的進料端再排放至室外。在輸送機的密閉段內物料運行方向與熱風運行方向相反，通過熱交換的方式對煙葉進行加熱。密閉輸送機的長度可根據需要確定，見圖1。

圖1 干燥區廢氣循環利用輸送帶設計系統原理圖

3.2 設計密封管道

在葉片復烤機入口設計一根豎向且前后可相對密封的管道，通過加長烤片機的排潮管道，將干燥各區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入管道內部，從管道下部排出。在豎直管道內部，物料運行方向與熱風運行方向相反，通過熱交換的方式對煙葉進行加熱。豎管的長度可根據需要確定。

3.3 PID控制模型

本葉片復烤機干燥區廢氣循環利用系統設計為閉環控制，可在不高于干燥區廢氣溫度的前提下進行預加熱區的溫度設定，利用溫度傳感器采集溫度數據、利用風速儀監控進入預加熱區的廢氣流速，通過PID 調節來調整角執行器的開度，從而控制進入預加熱區的廢氣量，形成對預加熱區溫度的精準自動控制，見圖2。

圖2 葉片復烤機干燥段廢氣循環利用系統閉環控制原理圖

3.4 應用原理

本系統可在不高于干燥區廢氣溫度的前提下進行預加熱區的溫度設定，利用溫度傳感器采集溫度數據、利用風速儀監控進入預加熱區的廢氣流速，通過PID調節來調整角執行器的開度，從而控制進入預加熱區的廢氣量，形成對預加熱區溫度精準的自動反饋控制。如圖1所示，來自干燥區的廢氣被排潮風機通過排潮風管抽走，廢氣通過支管進入煙片預加熱區的網帶底部，廢氣向上流動對煙片進行加熱，同時，熱交換器持續輸送熱風，循環風機帶動加熱區內氣體流動，與來料形成對向沖撞、充分接觸，低溫廢氣通過循環風機被帶走重回排潮風管，如此循環往復達到對入口煙片的升溫加熱。

4 結語

此次研究內容提供了一種提高葉片復烤機熱能使用效率、降低葉片復烤能源消耗的系統解決方案。本此研究方向在原有設備的基礎上，通過增加干燥區廢氣循環利用系統，在物料入口區域形成預加熱區，充分利用富含大量熱能的廢氣，達到快速提高入口物料溫度的目的，緩解后續物料加工溫度和水分控制壓力，減少后續物料加工的蒸汽用量，進而降低葉片復烤機整機能源消耗，提高葉片復烤加工質量。