高溫高濕環境頂部防冷凝水裝置的改進及應用研究

摘要：為了避免煙片復烤在回潮加濕過程中產生水滴，實現高品質煙葉復烤加工的要求，在雙側交替進風煙片復烤設備回潮加濕段頂部采用封裝式的頂部加熱保溫蓋板，有效避免頂部結露而產生冷凝水滴落。經過應用驗證，結果表明，封裝式的頂部加熱保溫蓋板可有效防止高溫高濕環境頂部產生冷凝水，對高溫高濕環境的溫度影響降至最底，可靠性及穩定性較以往結構有大幅度的提高。

關鍵詞：頂部加熱;封裝;結露;高溫高濕;煙片復烤

0? 引言

在煙草加工行業中，煙片復烤環節是控制成品水分和溫度的關鍵工藝環節，對煙片自然醇化質量會產生一定影響。煙片復烤設備需具備對煙片進行回潮加濕的功能。現有的煙片回潮加濕段采用隧道式濕熱空氣強制循環對流技術，增濕水經霧化噴嘴，在風機的作用下，形成富含細微水顆粒的高溫高濕氣流穿過煙片層，在較高水蒸氣分壓作用下，水分子向煙片內部滲透，煙片吸收水分，含水率上升。通常情況下，煙片經過回潮加濕，其含水率由9%左右上升到12%，溫度由40℃左右上升到約65℃。

富含細微水顆粒的高溫高氣流在運動過程中遇到溫度偏低的物體就會形成結露，隨著時間的推移，結露增加，露珠逐漸加大，形成水珠。煙片在經過回潮加濕隧道時，上方頂蓋板處的水珠飄落在煙片表面，就會形成水漬煙（行業內稱之為“機尾明水現象”）。水漬煙的含水率較高，非常容易出現霉變。在自然醇化后，成品含水率超標的片煙出現點狀霉煙問題。如果機尾明水現象嚴重，會導致整箱成品片煙發霉，嚴重影響成品質量，給煙草加工企業帶來損失。所以對煙片復烤設備回潮加濕隧道結構進行研究及改進，杜絕機尾明水現象出現是非常必要的。本文將結合杜絕機尾明水現象的研究及結構改進在實際應用過程中的效果進行比較分析。

1  傳統結構

目前打葉復烤生產線上使用的煙片復烤設備的回潮段保溫頂蓋板下方處都設置了頂部加熱裝置，目的是提升頂蓋板下表面溫度，防止物料上方頂蓋板處由于結露而產生水珠飄落在煙片表面形成水漬煙。其結構形式見圖1（傳統頂部加熱裝置）。

向圖1所示的頂部加熱管內部送入飽和蒸汽，蒸汽壓力在5～8bar，加熱管被蒸汽加熱140～174℃，加熱管向四周輻射、對流傳熱，設備頂蓋板吸收熱量，溫度升高，超過了加濕空氣的露點溫度，頂蓋板不出現凝露。為盡可能避免結露，煙片復烤設備頂蓋板采用帶夾層并填充保溫棉，盡可能減小熱量損失，同時把加熱管排布得更密，減少加熱盲區。

在實際應用過程中，由于煙片復烤設備的加熱管外露在對流的濕空氣里，加熱管熱量散發快，超過80%的熱量被對流的空氣帶走，頂蓋板吸收的熱量非常有限，加熱管表面散發的熱量不能充分用于頂蓋板溫度的提升，并且加熱管不能完全覆蓋需要加熱的頂蓋板，出現了接近加熱管的部位溫度高，遠離加熱管的部位溫度低的問題。為了提高加熱效率，有的煙片復烤設備甚至采用了紫銅管加工加熱管。即便采用較高的蒸汽壓力，更密集布置的加熱管，當環境溫度偏低、輻射不均勻、對流盲區等多方面原因影響時，加熱管不能有效的均勻加熱整個頂蓋板，稍微有不慎，局部位置就會形成水珠飄落在煙片表面，形成水漬煙，影響產品質量。

另一方面，由于在煙片復烤設備內部設置了密集的較高溫度的加熱管，加熱管向設備的回潮段內部輸入了較多的熱量，導致濕空氣溫度升高，影響回潮段的溫度控制，同時導致物料溫度高等問題。

2? 改進研究

針對水漬煙這一困擾煙葉復烤企業多年的問題，相關技術團隊進行了技術研究及論證，并且進行多種方式的技術改進嘗試，逐步優化結構，徹底解決了此問題。

2.1 加熱管上方增加接水擋板

結合實際情況，在加熱管下方增加接水擋板，接水擋板緊貼加熱管（見圖2）。技術思路是接水擋板接住頂部形成的冷凝水滴，加熱管與接水擋板接觸，通過接觸加熱接水擋板，使擋板上方的水滴蒸發。

但在實際應用試驗時出現了更嚴重的水漬煙問題。分析原因：①接水擋板阻礙了加熱管的熱量向頂蓋板輻射和對流傳遞，頂蓋板溫度較低，形成了大量的冷凝水滴;②加熱管與接水擋板的傳熱能力低，接水擋板溫度不高，不能及時蒸發落在擋板上的水滴;③接水擋板與頂蓋板間形成狹小空間，空氣流動不通暢，接水擋板蒸發水分后在頂蓋板上凝結，形成水滴滴落在接水擋板上，再次蒸發、滴落，水分子在這個狹小空間內反復循環，越積越多;④接水擋板不平整，并且有接縫，水滴在接水擋板低洼處匯聚，并在接縫處直接滴漏在下方的煙片上，形成水漬煙。

加熱管上方增加接水擋板的技術應用試驗不成功。

2.2 增加加熱管的覆蓋率

結合實際情況，在未找到更好解決方案的時候，技術團隊選擇了增加加熱管的覆蓋率，通過結構改進，改變原有加熱管的排布方式。第一次改進是把加熱管間距從210mm改為160mm，并在局部位置進行特殊加密排布。2.1×3.7m的頂部下表面處，加熱管行程長度由41.44m增加到58.07m。雖然取得了一定效果，但局部位置還會形成水珠飄落，形成水漬煙。

結合第一次改進的取得的成果，緊接著又進行了第二次改進，把加熱管間距從160mm改為100mm，同樣在局部位置進行進一步加密排布。在2.1m的長度上，加熱管往返行程由58.07m增加到94.02m。

第二次改進取得了明顯效果，局部位置形成水珠飄落的幾率大幅降低，但不能完全杜絕。如果再縮小加熱管間距，會導致加工成本快速提高，可靠性降低等不利因素出現，并且在實際應用過程中出現了影響回潮段溫度控制的問題，導致物料溫度偏高的不良影響。

2.3 均勻加熱、減小熱量損失的頂部加熱方式

結合現實生活中地暖的應用案例進行技術拓展，在雙側交替進風煙片回潮加濕設備中，把頂部加熱管封裝在頂蓋板里，減小對流導致的熱量損失，提高加熱均勻性，避免加熱盲區。

加熱管封裝在下面板與上層保溫層之間，加熱管散發的熱量被限制一個封閉的空腔內部，空腔內部與外界無空氣對流熱量損失小，內部升溫容易;加熱管散發的熱量集中在一個封閉腔內，腔體內部溫度均勻，腔體向下傳熱到下面板，下面板溫度上升快，加熱均勻;熱量向上傳熱到上層保溫層，上層保溫層阻礙熱量向上傳遞。此頂部加熱結構完全避免了保溫頂蓋板下方結露的問題，解決了多年來一直困擾復烤企業由于產生水珠飄落在煙片表面形成水漬煙的問題。

采用封裝式的頂部加熱保溫蓋板優點：①降低無效加熱損失，加熱的目標集中在下面板上;②在封閉的空間內加熱，避免對流空氣帶走更多加熱管熱量;③封閉空間內部溫度均勻，對下面板的加熱均勻性好;④蒸汽壓力在1.5～2bar就可實現下面板不結露的均勻加熱，下面板表面溫度不高，對回潮段的溫度影響不大，同時降低了熱量損耗;⑤下面板為一個整體平面，避免以往外露加熱管可能出現的掛料積灰問題。

3? 應用效果

封裝式的頂部加熱保溫蓋板在多臺煙片復烤設備中應用，我公司針對此技術的應用進行了專項技術跟蹤及用戶回訪，封裝式的頂部加熱保溫蓋板確實解決了煙片復烤設備回潮段頂部冷凝水的問題，并且取得非常明顯的效果。在設備管理、使用、操作及維護等方面都起到的積極推進作用，得到用戶的一致好評。

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