紅外加熱技術(shù)在卷煙紙膠后加熱中的運(yùn)用

劉元 黃炬 張孝權(quán) 豐文兵

摘要：紅外加熱技術(shù)具有速率快、污染小、節(jié)約能源等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于物料干燥領(lǐng)域。本文對(duì)紅外加熱技術(shù)的原理、優(yōu)點(diǎn)做了簡(jiǎn)述，介紹了卷煙機(jī)水松紙傳統(tǒng)加熱存在的問(wèn)題，著重就紅外加熱技術(shù)在卷煙機(jī)水松紙膠后加熱上的體運(yùn)用進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：紅外加熱技術(shù);卷煙機(jī);水松紙

一、應(yīng)用背景

YJ27型接嘴機(jī)是ZJ17機(jī)組實(shí)現(xiàn)濾嘴接裝功能的設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)濾嘴與短支煙段接裝的功能。為實(shí)現(xiàn)水松紙粘接濾嘴與煙支的功能，YJ27型接嘴機(jī)設(shè)有2處加熱裝置，分別是膠后加熱裝置和搓板加熱裝置，其中膠后加熱裝置的作用是將上膠后的水松紙進(jìn)行預(yù)加熱，提升膠水粘合力的同時(shí)便于搓接后更快地烘干膠水。

目前膠后加熱裝置采用的平面接觸熱傳導(dǎo)加熱方式，存在導(dǎo)熱效率低、加熱不均勻的現(xiàn)象，導(dǎo)致膠水干化程度不一。而且，隨著降膠減害理念的深入和推廣，卷煙生產(chǎn)所用水松紙絕大部分為激光打孔水松紙，膠水會(huì)透過(guò)激光孔粘接到膠后搓板上如圖1.1所示，同時(shí)干化程度不一會(huì)導(dǎo)致有少量膠水預(yù)熱程度不夠，在傳輸過(guò)程中會(huì)透過(guò)激光孔堵塞水松鼓，并讓水松紙切刀積垢粘膠加快，最終會(huì)導(dǎo)致接嘴機(jī)搓接故障停機(jī)次數(shù)、煙支搓接質(zhì)量問(wèn)題以及設(shè)備維護(hù)頻次增加的問(wèn)題。該問(wèn)題普遍存在，目前沒(méi)有較好的解決方案。

二、紅外加熱原理及優(yōu)點(diǎn)

紅外線為不可見(jiàn)光，其波長(zhǎng)為 0.75～100 μm。按照其波長(zhǎng)紅外線分為近紅外線（0.76～1.50 μm）、中紅外線（1.5～6.0 μm）和 遠(yuǎn)紅外線（6～1 000 μm）[1]。紅外線依據(jù)其波長(zhǎng)具有不同的特性，因此紅外線技術(shù)運(yùn)用的非常廣泛，已在感應(yīng)開(kāi)關(guān)、遙感、醫(yī)療、軍事等多種領(lǐng)域得到應(yīng)用。紅外線主要是物體向外的能量輻射，帶有較高的熱能，因此利用紅外線這種特性，逐漸形成了紅外線輻射加熱的干燥技術(shù)，物體加熱是紅外線運(yùn)用的另一重要領(lǐng)域。

紅外線屬于不可見(jiàn)光，同時(shí)具有光和波的兩種性質(zhì)。紅外線遵守電磁波的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，當(dāng)紅外線照射到被加熱的水松紙時(shí)，紅外線被水松紙和膠水反射、吸收，同樣也有一部分穿透水松紙。當(dāng)水松紙和膠水的分子固有振動(dòng)頻率與被吸收的紅外輻射頻率相同時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，將輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，使水松紙和膠水的溫度同時(shí)升高，使膠水中內(nèi)的水分排出，達(dá)到加熱水松紙和干燥膠水的目的。

膠后紅外加熱的加熱方式有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）非接觸式：采用非接觸式加熱方式，避免了接觸式加熱板粘膠的情況。

（2）安全環(huán)保：紅外加熱設(shè)備的安全性能較高，因此對(duì)環(huán)境和人身安全危害極小。

（3）效率高：因此對(duì)物料加熱的速度快、效率高，同時(shí)內(nèi)外部加熱相對(duì)一致，干燥更加均勻。

（4）節(jié)能：對(duì)于電加熱的各種方式，紅外加熱有明顯優(yōu)勢(shì)，電能相對(duì)節(jié)省 30%～50%，生產(chǎn)效率明顯提高20%～30%【2】。

（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：遠(yuǎn)紅外線輻射原件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)和改造相對(duì)容易，安裝、維修都比較簡(jiǎn)答。

三、應(yīng)用方案

1.紅外線燈管

遠(yuǎn)紅外線幅射熱元件的類型，從形狀分有燈型、管型和板型三種，可適用各種烘干和產(chǎn) 品加熱。從加熱方式分，有直熱 式 和旁 熱式 兩 種，一般說(shuō)來(lái)直熱式升溫速度快、省電。根據(jù)卷煙機(jī)膠后加熱的安裝空間、安全防護(hù)和易維護(hù)性等需求著手，選擇直熱式燈管型紅外線發(fā)生器最為合適。燈管型紅外發(fā)生器有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）燈管的輻射波長(zhǎng)可以控制在一定范圍之內(nèi);

（2）燈管功率、電壓、燈管的長(zhǎng)度等可根據(jù)被加熱工件的材質(zhì)和物理特性任意選擇和定制。

（3）加熱燈管的熱效率高，其最高紅外輻射效率可達(dá)86%以上;

（4）加熱燈管體積很小、功率大;

（5）紅外燈管燈絲的熱慣性很小，也就能很方便地實(shí)現(xiàn)快速精確的溫度控制。

2.加熱器功率選擇

本次改造設(shè)備為ZJ17型卷煙機(jī)組，設(shè)備速度為7000支/分鐘，設(shè)備上配套的水松紙寬度均值為0.025m，測(cè)算設(shè)備內(nèi)部可用安裝位置紅外加熱器有效加熱長(zhǎng)度長(zhǎng)度為0.15m，通過(guò)如下公式計(jì)算加熱時(shí)間T為：

T=S/（V/2*L）

（V---設(shè)備生產(chǎn)煙支速度，L---煙支周長(zhǎng)，S---加熱器長(zhǎng)度）

通過(guò)計(jì)算，則紅外水松紙加熱器的有效加熱時(shí)間為0.1S。加熱距離為4CM，通過(guò)時(shí)間、物料吸收比等數(shù)據(jù)，計(jì)算出紅外線燈管所需功率，依據(jù)30%的余量選擇為500W加熱管。由于水松紙涂膠后，加熱器主要的加熱位置在水松紙邊緣區(qū)域，為保證加熱面的全面均勻覆蓋，加熱管選擇雙燈管型加熱器，增加有效加熱覆蓋面。

3.溫控設(shè)定

紅外燈管燈絲的熱慣性極小，通電后1-2秒可達(dá)額定功率的50%左右，約2-4秒鐘后即可全功率運(yùn)行，能夠迅速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)開(kāi)溫、降溫功能。且當(dāng)紅外燈管短時(shí)間切斷電源后依然會(huì)對(duì)外輻射紅外線，依然會(huì)對(duì)加熱物體加熱，不會(huì)造成熱源中斷的情況，因此本次溫控控制采用原機(jī)控制模式，即采用ZJ17原機(jī)的PID控制紅外加熱其電流通斷，來(lái)控制加熱器的溫度，直接將PT100鉑電阻接入PLC控制器，電路圖如圖1。膠后加熱設(shè)定溫度設(shè)定，由于鉑電阻和水松紙的對(duì)紅外線的反射和吸收率不同，且位置也有差別，我廠紅外燈管與水松紙平面的距離為100mm，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)設(shè)定溫度和水松紙的實(shí)際溫度進(jìn)行對(duì)比，依據(jù)改造前生產(chǎn)時(shí)膠后水松紙的加熱溫度在70度左右，因此紅外改造后膠后加熱設(shè)定溫度為50攝氏度。

四、效果驗(yàn)證

根據(jù)改造后的數(shù)據(jù)追蹤統(tǒng)計(jì)，采用紅外線水松紙膠后加熱后，水松紙和膠水干燥相對(duì)更加均勻，因膠水干燥不均勻而造成的膠液滲漏帶來(lái)搓接原因停機(jī)平均次數(shù)下降40%，水松紙膠后加熱的能耗下降28%，同時(shí)因取消加熱接觸器減少了清潔次數(shù)，降低了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏忠彩，孫傳祝，張麗麗. 紅外干燥技術(shù)在果蔬和糧食加 工中的應(yīng)用[J]. 食品與機(jī)械，2016（1）：217-220.

[2]邊軍，劉相華，王國(guó)棟.新型紅外線加熱設(shè)備的研制[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)，2004（04）：367-369.