煙片增溫機(jī)煙片溫度及含水率控制方法改進(jìn)

崔 升 李日南 康金嶺 劉 瑱 黃 勃

(廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 柳州 545005)

卷煙制造過程中，煙絲加工質(zhì)量對(duì)卷煙感官質(zhì)量影響顯著[1]，切絲前煙片處理不當(dāng)，易造成煙絲并條、跑片、顏色轉(zhuǎn)深、造碎等質(zhì)量問題[2-4]。制絲環(huán)節(jié)，切絲前煙片處理主要通過煙片增溫機(jī)來完成，該設(shè)備的主要工藝任務(wù)是通過蒸汽和水來提升煙片的溫度和含水率，使煙片舒展、松散，提高后續(xù)工序的切絲質(zhì)量。

煙片增溫機(jī)是目前煙草行業(yè)切絲前煙片處理的關(guān)鍵制造設(shè)備之一，其主體結(jié)構(gòu)見圖1。煙片進(jìn)入煙葉增溫滾筒設(shè)備后，蒸汽和水經(jīng)過進(jìn)料端噴嘴施加到煙葉上，在滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)和循環(huán)熱風(fēng)的作用下，煙片溫度和含水率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，從滾筒出料端排出，完成煙片溫度和含水率處理。

根據(jù)《卷煙工藝規(guī)范》，煙片切絲前最優(yōu)工況條件是：煙片溫度為(35±3) ℃，含水率為(18.5±0.3)%，該條件下，煙片的切絲質(zhì)量穩(wěn)定、造碎率低、煙絲加工感官質(zhì)量好。實(shí)踐應(yīng)用中，煙片增溫機(jī)僅能對(duì)煙片進(jìn)行單向的增溫增濕，北方地區(qū)卷煙企業(yè)低溫低濕環(huán)境條件可正常使用該設(shè)備，一旦煙片含水率超過最優(yōu)工況，該設(shè)備則無法有效發(fā)揮其工藝性能。長(zhǎng)江以南地區(qū)卷煙企業(yè)夏季高溫高濕，往往導(dǎo)致煙片溫度和含水率均超過最優(yōu)工況；冬春季節(jié)低溫高濕，煙片含水率也容易超標(biāo)。當(dāng)煙片溫度和含水率超過最優(yōu)工況時(shí)，該設(shè)備只能處于無效甚至負(fù)效運(yùn)行狀態(tài)，僅作為煙片輸送通道使用，還會(huì)增加1%～2%的不合理的煙葉造碎率。因此如何在現(xiàn)有煙片增溫機(jī)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種改造簡(jiǎn)單、可在不同工況條件下有效地對(duì)煙片溫度和含水率進(jìn)行調(diào)控的煙片增溫機(jī)，是煙片增溫工序急需解決的問題。

1.滾筒 2.進(jìn)料端振槽 3.出料端振槽 4.蒸汽管道 5.水管道 6.進(jìn)料端噴嘴 7.熱風(fēng)管道蒸汽 8.蒸汽噴嘴 9.循環(huán)熱風(fēng)管道 10.熱風(fēng)電機(jī) 11.排潮罩圖1 煙片增溫機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Structure diagram of cigarette warming machine

近年來，有關(guān)煙片增溫工藝參數(shù)優(yōu)化的相關(guān)研究較多，如運(yùn)用模糊PID復(fù)合控制可實(shí)現(xiàn)隧道式煙片溫度的智能控制[5]；采用煙片增溫設(shè)備可改進(jìn)煙片加工的造碎、松散等質(zhì)量問題；運(yùn)用不同的熱風(fēng)溫度對(duì)煙片松散和加料效果進(jìn)行改進(jìn)[6-8]；采用無線溫濕度監(jiān)控技術(shù)和圖像處理工具分析設(shè)備加工參數(shù)和加工性能對(duì)煙葉加工質(zhì)量評(píng)價(jià)具有借鑒意義[9]。目前的設(shè)備都是立足于增溫增濕，但是，南方天氣帶來的影響是未處理前的煙片溫度、含水率常常高于最優(yōu)工況，不僅不需要增溫增濕，還要降溫降濕。而對(duì)如何提高煙片增溫機(jī)在不同的煙片溫度和含水率情況下加工能力的相關(guān)設(shè)備改進(jìn)研究則未見報(bào)道。試驗(yàn)擬對(duì)設(shè)備控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，以期提高煙片加工質(zhì)量穩(wěn)定性。

1 煙片增溫機(jī)的改進(jìn)思路與原理

針對(duì)傳統(tǒng)煙片增溫機(jī)在不同煙片溫度和含水率工況下不能滿足工藝需求的現(xiàn)狀，通過在筒體進(jìn)料端和出料端分別增設(shè)加溫加濕和降溫降濕控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煙片溫度和含水率的雙模式調(diào)節(jié)，達(dá)到煙片加工質(zhì)量的均勻穩(wěn)定。當(dāng)煙片溫度和含水率低于加工質(zhì)量要求時(shí)，采用順流控制模式，進(jìn)料端蒸汽和加水系統(tǒng)工作，自動(dòng)調(diào)節(jié)蒸汽和水比例，達(dá)到煙絲加工要求；當(dāng)煙片溫度高于加工質(zhì)量要求時(shí)，采用逆流控制模式，對(duì)煙片進(jìn)行降溫保濕或降溫增濕處理，通過一定溫濕度的空氣調(diào)控，達(dá)到煙片溫度和含水率質(zhì)量要求。

2 改進(jìn)后煙片增溫機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

改進(jìn)后的煙片增溫機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，其中，進(jìn)料端分別有進(jìn)料儀4和進(jìn)料溫度儀5，出料端分別有出料水分儀7和出料溫度儀6，進(jìn)料側(cè)蒸汽輸送支管8和進(jìn)料側(cè)水輸入支管9與進(jìn)料側(cè)噴嘴12連接，出料側(cè)氣體輸入支管10和出料側(cè)水輸入支管11與出料側(cè)噴嘴13連接，進(jìn)料側(cè)輸出支管14和出料側(cè)輸出支管15與滾筒1和輸出總管16連接。

3 改進(jìn)的關(guān)鍵性裝置及工作方式

與原有設(shè)備相比，改進(jìn)后的設(shè)備具有雙排潮功能結(jié)構(gòu)的筒體，可采用順流和逆流加工模式對(duì)煙片溫度和含水率進(jìn)行調(diào)控。其中順流加工模式為蒸汽和水分別由進(jìn)料側(cè)蒸汽輸入支管8和進(jìn)料側(cè)水輸入支管9輸入，通過進(jìn)料側(cè)噴嘴12施加到滾筒1內(nèi)，進(jìn)料側(cè)輸出支管14關(guān)閉，尾氣通過出料側(cè)輸出支管15和輸出總管16排出。逆流加工模式為調(diào)制空氣和水分由出料側(cè)氣體輸入支管10和出料側(cè)水輸入支管11輸入，通過出料側(cè)噴嘴13施加到滾筒1內(nèi)，出料側(cè)輸出支管15關(guān)閉，尾氣通過進(jìn)料側(cè)輸出支管14和輸出總管16排出。系統(tǒng)通過順流加工方式與逆流加工方式的雙模式自動(dòng)調(diào)整組合操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同煙片溫度和含水率全方位調(diào)節(jié)。當(dāng)煙片溫度、含水率低于標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，煙片滾筒采用順流方式，即進(jìn)料端施加蒸汽或蒸汽與水組合的高溫高濕的氣體或氣體與水的組合對(duì)煙片進(jìn)行處理；當(dāng)煙片溫度和含水率高于標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，煙片滾筒采用逆流方式，即出料端施加空調(diào)空氣等低溫低濕的氣體或氣體與水分的組合對(duì)煙片進(jìn)行處理。以此類推，其他工況下的煙片溫度水分調(diào)節(jié)，均通過蒸汽施加裝置、空調(diào)空氣施加裝置、水施加裝置、排潮裝置的自動(dòng)切換與組合操作實(shí)現(xiàn)，完成煙片溫度和含水率的穩(wěn)定控制。具體生產(chǎn)時(shí)，根據(jù)來料煙片溫度和含水率實(shí)際情況，與工藝標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行比較，視不同工況采用不同的控制方式進(jìn)行調(diào)節(jié)(見表1)，以滿足加工質(zhì)量要求。

1.滾筒 2.進(jìn)料振槽 3.出料振槽 4.進(jìn)料水分儀 5.進(jìn)料溫度儀 6.出料溫度儀 7.出料水分儀 8.進(jìn)料側(cè)蒸汽輸入支管 9.進(jìn)料側(cè)水輸入支管 10.出料側(cè)氣體輸入支管 11.出料側(cè)水輸入支管 12.進(jìn)料側(cè)噴嘴 13.出料側(cè)噴嘴 14.進(jìn)料側(cè)輸出支管 15.出料側(cè)輸出支管 16.輸出總管圖2 改進(jìn)的煙片增溫機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖Figure 2 The structure diagram of the improved tobacco warming machine

4 對(duì)煙片增溫加工質(zhì)量的影響

傳統(tǒng)煙片增溫機(jī)工作時(shí)，當(dāng)煙片溫度和含水率低于標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，通過增溫增濕處理，確保加工煙片滿足切絲質(zhì)量要求；當(dāng)煙片溫度和含水率高于標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，無有效的處理手段，無法滿足切絲質(zhì)量要求。改進(jìn)后，通過檢測(cè)來料煙片實(shí)際溫度和含水率，與工藝要求進(jìn)行比較，按表1 的方法分別采取增溫增濕、降溫保濕、升溫保濕、保濕增濕和保溫降濕控制方法對(duì)煙片進(jìn)行調(diào)節(jié)。煙片在不同工況下，通過順流和逆流的雙模式控制，實(shí)現(xiàn)煙片溫度和含水率精準(zhǔn)控制，為切絲質(zhì)量穩(wěn)定提供有力的工藝保障。以某牌A號(hào)煙片增溫機(jī)加工質(zhì)量[溫度(35±3) ℃，含水率(18.5±0.3)%]要求為例，跟蹤實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(見表2)，并監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況。

表1 不同工況條件煙片溫度和含水率控制方法?Table 1 Temperature and moisture control methods under different working conditions

表2 不同工況煙片溫度和含水率控制情況Table 2 Temperature and moisture control of smoke sheet under different working conditions

由表3可知，改進(jìn)前煙片溫度和含水率標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.87%，0.25%；改進(jìn)后煙片溫度和含水率標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.43%，0.16%，分別較改進(jìn)前提高了51%和36%。同時(shí)，改進(jìn)后設(shè)備整體運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠，未發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障和影響煙片加工質(zhì)量的情況。

表3 改進(jìn)前、后煙片溫度和含水率標(biāo)準(zhǔn)偏差Table 3 Histogram of fluctuation of temperature and moisture before and after improvement %

5 結(jié)論

因受物理性能、外界環(huán)境溫濕度、氣候、加工條件的影響，煙片耐加工性和工藝要求均有很大不同，對(duì)切絲前煙片進(jìn)行精準(zhǔn)控制，是保證卷煙加工質(zhì)量的重要要求。

試驗(yàn)改進(jìn)方案僅通過在出料端增加調(diào)制空氣及水組合，實(shí)現(xiàn)煙片加工雙模式調(diào)節(jié)控制，就能有效提高煙片增溫機(jī)煙片溫度和含水率的加工質(zhì)量穩(wěn)定性，但離工藝質(zhì)量的智能化、精準(zhǔn)化控制還有一定的差距，后續(xù)需對(duì)改進(jìn)后的控制方法進(jìn)行優(yōu)化處理，根據(jù)加工質(zhì)量要求，實(shí)時(shí)對(duì)來料質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，通過建立模糊控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)煙片溫度和含水率的精準(zhǔn)調(diào)控，提高煙片增溫機(jī)自動(dòng)識(shí)別加工質(zhì)量的差異能力，并進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，進(jìn)一步優(yōu)化算法，完善調(diào)控能力，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程質(zhì)量控制的智能化與精準(zhǔn)化。