細支卷煙制葉絲線生產工藝設計探討

王永海 馬延平 周國仁 周偉超

（1.湖北中煙工業(yè)有限責任公司襄陽卷煙廠，湖北襄陽 441000；2.中國五洲工程設計集團有限公司，北京 100053）

0.引言

近年來，行業(yè)細支卷煙實現了快速發(fā)展，已成為中式卷煙發(fā)展的新亮點。但國內細支卷煙發(fā)展起步較晚，細支卷煙產量占比較小，工藝技術研究較為滯后，工藝技術水平與細支卷煙產品發(fā)展存在不相適應的突出問題。本文結合某卷煙廠細支卷煙技改項目，對細支卷煙的設計改造中需要重點關注和亟待解決的問題進行初步探討。

1.細支卷煙現狀簡述

2014年，在《關于規(guī)范和支持細支卷煙發(fā)展的通知》中[1]，明確規(guī)定細支卷煙的周長標準為17±1mm。細支卷煙周長17±1mm，換算成煙支直徑在5.09mm～5.73mm。細支卷煙普遍具有細支、超長的特征。目前，市場主流的細支卷煙直徑為5.4mm，長度以90mm、94mm、97mm、100mm居多。17mm左右的細支卷煙周長標準的確立，是對細支卷煙細分品類發(fā)展的規(guī)范，通過明確細支卷煙周長標準，來規(guī)范細支卷煙市場的有序發(fā)展。

同時，在《關于規(guī)范和支持細支卷煙發(fā)展的通知》中明確了細支卷煙新產品開發(fā)價類不得低于二類煙價類，焦油量不得高于8mg/支，即細支卷煙新產品價格要保持在二類煙及以上價類，焦油量要保持在8mg/支及以下，這是對細支卷煙細分品類往“低焦高檔”“低焦高質”“低焦高水平”方向的堅持。既要結構又要降焦，以確保細支卷煙細分品類未來繼續(xù)保持良好健康發(fā)展。

國產細支卷煙可追溯至2005年，除了“茶花”“夢都”等少數品牌，國內細支卷煙市場大都被國外品牌占據。自2010年起，細支卷煙逐漸成為國內部分卷煙企業(yè)拓展低焦油產品的發(fā)力點之一，紛紛加大市場投入力度，并推出各具特色的細支卷煙產品。

此后幾年，隨著消費群體的消費能力的升級、自我健康消費理念的轉變，帶動了低焦油卷煙的快速發(fā)展。而細支卷煙在煙支體積較小、焦油釋放量相對較少的先天條件的優(yōu)勢下，便顯得身逢其時、格外引人關注。在工業(yè)企業(yè)的技術努力下，新生的細支卷煙的產品風格開始明顯靠攏、回歸市場主流的烤煙型口味，拋棄了之前女士煙、薄荷香型煙的形象與觀念的束縛。細支卷煙產品“降焦保香”方面不遜于常規(guī)焦油量6mg/支的低焦油卷煙。

根據有關數據，2011年，國內僅有4個品牌生產細支卷煙，分別是“南京”（1.38萬箱）、“鉆石”（0.28箱）、“夢都”（0.18萬箱）、“紅金龍”（0.15萬箱）。而到了2017年，全國已有30余個品牌生產細支卷煙，其中超過10萬箱的品牌有5個，分別是“南京”“黃鶴樓”“紅金龍”“黃金葉”和“長白山”。銷量超過5萬箱品牌有“泰山”“貴煙”“嬌子”“好貓”和“云煙”，而細支卷煙銷量占本品牌銷量比重超過10%的品牌有11個。自此，國內細支卷煙市場呈現出“雨后春筍、百花齊放”的局面。而細支卷煙市場銷量過百萬箱大關，儼然已成為卷煙市場上不可小覷的新生力量，標志著細支卷煙市場進入到新的更高階段，競爭層次更高、程度更深、范圍更廣。

2.某煙廠易地技改項目簡述

近幾年，隨著國家控煙力度加大，煙草行業(yè)經濟形勢增速減緩，但細支卷煙產品在國內市場卻逆勢上行、加快發(fā)展。2016年6月，國家煙草專賣局啟動實施《細支卷煙升級創(chuàng)新重大專項方案》[2]，方案提出，細支卷煙升級創(chuàng)新重大專項要實現細支卷煙產品、技術、裝備“三位一體”全面升級創(chuàng)新，實現細支卷煙產品設計、生產制造、降本增效、控焦穩(wěn)焦“四個上水平”。

實現產品升級，彰顯細支卷煙產品風格特色，提高產品綜合質量；

實現技術升級，突破細支卷煙關鍵技術瓶頸，構建核心技術體系；

實現裝備升級，形成覆蓋細支卷煙生產全過程的系列化國產設備，提高裝備保障能力。

實現產品設計上水平，提高細支卷煙配方設計、材料設計整體水平；

實現生產制造上水平，提高細支卷煙加工水平和裝備水平，研制細支卷煙專用生產線，打造細支卷煙生產基地；

實現降本增效上水平，有效降低細支卷煙原料消耗和材料消耗；

實現控焦穩(wěn)焦上水平，提高細支卷煙焦油釋放量的穩(wěn)定性。

根據《細支卷煙升級創(chuàng)新重大專項方案》，很多卷煙廠已經開展，或即將開展針對細支卷煙的工藝生產線及設備的改造升級，各煙機設備廠家也正在大力研發(fā)細支卷煙專用設備，或現有設備的改造升級及研發(fā)。

2.1 指導思想與基本原則

2.1.1 指導思想

工藝設計緊緊圍繞 “夯實管理基礎、轉變發(fā)展方式、調整產品結構，做強、做優(yōu)、做大，建設一流企業(yè)、打造百年品牌”的發(fā)展規(guī)劃及品牌戰(zhàn)略。彰顯品牌細支卷煙加工工藝的特色性，突出細支卷煙生產專業(yè)性，汲取先進技術的創(chuàng)新性，考慮未來技術改進的前瞻性等；聚焦核心細支卷煙品規(guī)，提升產品核心競爭力，聚焦技術與管理創(chuàng)新，提升工藝及生產管理水平，聚焦柔性生產、精細加工、智能管控，提升項目智能制造水平。以技術進步和技術創(chuàng)新為出發(fā)點，按照“高起點規(guī)劃、高水平設計、高質量施工、高標準管理”的原則實施本項目。采用先進的工藝生產技術，堅持實事求是、量力而行的方針，通過易地技改工程全面增強企業(yè)綜合實力，使該廠成為技術一流、管理一流、產品一流、經濟效益一流的現代化“專業(yè)、一流”的細支卷煙生產企業(yè)。

2.1.2 基本原則

（1）整體設計系統化。采用新工藝、新技術；設備布局具有前瞻性，為企業(yè)發(fā)展留有一定空間：公用設施配套齊全，能力匹配。

（2）生產制造柔性化。加工系統、物流系統和控制管理系統均具備一定的柔性，滿足精細化加工和訂單式生產的需要。

（3）加工過程精細化。生產系統能夠根據不同原料的特性，在加工過程中采用不同的流程設計、加工方式及工藝技術條件，各工序的工藝參數具有較寬的調整范圍，滿足不同規(guī)格產品特色工藝加工的要求。

（4）控制系統智能化。控制管理系統能夠完成對加工系統和物流系統的自動控制和整體協調，具備各工序主要工藝參數和在線質量信息數據的自動采集和處理、運行仿真、故障自動診斷和異常狀況處理等功能。

（5）環(huán)保節(jié)能：建立生產經營與自然環(huán)境的協調關系。通過采取節(jié)能、降噪、除塵、廢物回收處理利用等措施，在各個細節(jié)的設計上將生產對廠內外環(huán)境的影響降至最低。采用先進的工藝加工技術，選擇節(jié)能降耗、性價比高的設備，達到改善勞動環(huán)境、降低運行成本的目的。

（6）防蟲：以防為主，減少蟲害。從廠區(qū)環(huán)境、建筑設計、設備設施等各環(huán)節(jié)全方位考慮防蟲設計。

2.2 定位與目標

設計定位：項目定位于建設“一流、專業(yè)”細支卷煙生產基地。著手于細支卷煙工藝加工水平升級、質量控制水平升級、提升企業(yè)產品競爭力。通過技術改造，全面提升工藝裝備水平和生產管理水平，滿足柔性化、精細化、智能化細支卷煙生產需要和安全綠色發(fā)展要求，努力建設成位居細支卷煙生產企業(yè)前列的“一流、專業(yè)”的細支卷煙生產企業(yè)和資源節(jié)約型，環(huán)境友好型卷煙生產企業(yè)，進一步強化公司細支卷煙的市場地位，有力支撐公司戰(zhàn)略目標實現和可持續(xù)發(fā)展。

項目目標：通過工藝流程再造、工藝裝備升級、智能化制造升級，對技術改造中的工藝設計、設備選型、過程柔性化加工、過程精細化控制、綜合智能化管控、安全綠色達標等方面精心謀劃、深入研究、細致推敲、精準實施，充分滿足“天賜談雅香”的風格持征、加工要求和對細支卷煙的保持滿足感、提升舒適感、解決輕松感的消費需求，充分滿足對不同原料、不同產品結構的柔性化特色加工要求。

2.3 制絲工藝流程設計簡述

總體要求：圍繞公司品牌發(fā)展戰(zhàn)略和細支卷煙發(fā)展規(guī)劃，充分考慮“一流”“專業(yè)”“特色”和“柔性化、精細化”以及工藝創(chuàng)新要求，進行針對性工藝流程設計。

制葉絲工藝流程：備料工段、片煙處理工段、制葉絲工段、混絲加香工段。

制梗絲工藝流程：煙梗備料、煙梗預處理和制梗絲三大工段，煙梗預處理工段采用兩級潤梗、兩級儲梗的加工工藝；制梗絲工段采用熱壓冷切、梗絲加料、梗絲干燥的加工工藝。

3.需重點關注的問題

近年來，行業(yè)細支卷煙實現了快速發(fā)展，已成為中式卷煙發(fā)展的新亮點，但國內細支卷煙發(fā)展起步較晚，細支卷煙產量占比較小，工藝技術研究相對滯后，工藝技術水平與細支卷煙產品發(fā)展存在不相適應的突出問題。這些問題主要表現在：生產過程中原料消耗高、設備有效作業(yè)率低、煙支空頭較多，品吸時存在吸阻偏大、燃燒錐掉落等現象。

這些問題的根本原因是由于煙絲純凈度低、混合均勻性差、煙絲結構不均、梗絲及再造煙絲配伍性差引起的。歸納總結起來，細支卷煙技術存在四大關鍵核心技術瓶頸：質量穩(wěn)定性差、原材料消耗大、原料使用范圍較窄及專用設備研發(fā)不足。

3.1 細支卷煙的質量穩(wěn)定性差

（1）產品的技術指標波動大。由于原料物理特性差異，在松散回潮環(huán)節(jié)，溫度、水分不易控制，在加料環(huán)節(jié)，煙片所吸收料液的均勻性控制難度較大，影響后續(xù)加工精度，這些都會導致產品的技術指標波動。

（2）產品的感官質量波動大。由于細支卷煙體積小，單支卷煙容納的煙絲量少，在燃燒過程中，煙絲配方的不均勻、原輔材料質量的波動更容易被疊加、放大，引起卷煙吸阻、焦油及感官質量的較大波動，增加細支卷煙產品質量穩(wěn)定性控制的難度。

3.2 原材料消耗高

由于細支卷煙要求煙絲較窄、長度短，導致煙絲的耐加工性相對較差，在切絲、混絲、加香、貯絲等加工過程及輸送環(huán)節(jié)造碎較高。另外細支卷煙對煙絲中的梗簽含量要求苛刻，含量越少越好，僅在某一環(huán)節(jié)達到剔除要求的難度很高，或會因此導致其他不利影響。所以，需要考慮在多環(huán)節(jié)進行煙梗或梗簽剔除。

3.3 原料使用范圍較窄

目前在細支卷煙上，很多企業(yè)或牌號卷煙僅使用葉絲或者添加少量的梗絲，原料使用范圍較窄。

受目前梗絲生產技術所限，加工的梗絲形態(tài)呈片狀，梗絲攙兌后與葉絲相容性和交聯性不好，既影響感官質量的均勻性，也對吸阻穩(wěn)定性有一定的影響；成品梗絲感官質量不能滿足產品對產品的需求，對煙支成品總體感官質量產生不利影響。

3.4 專用設備研發(fā)不足

目前，細支卷煙的煙絲加工沿用傳統常規(guī)制絲生產線，缺少對煙絲結構控制的工序或設備；煙葉原料中細梗含量較高，無專用設備進行有效地剔除；另外在片煙處理、混絲、加香、存儲輸送等環(huán)節(jié)仍采用傳統設備，造碎較大。

4.本次技術改造細支卷煙制葉絲線生產工藝[3]

4.1 制葉線工藝

在制葉絲線上我們要解決：煙絲結構、純凈度、混合均勻性、消耗高的問題。通過解決煙絲結構，減少空頭、掉錐等現象，提升細支卷煙的卷制質量；通過提高純凈度，減少因梗簽刺破煙支導致的停機次數提高有效的生產作業(yè)率，減少煙支燃燒過程中因梗簽的存在而引起的爆花問題；通過提高煙絲的混合均勻性，有效提升煙支線密度的均勻性一致性，保證煙支吸阻均勻；通過采用柔性加工手段，有效降低制絲線上的消耗。

設計亮點：

（1）片煙處理段采用柔性松散回潮系統。

（2）在松散回潮后設置專用的片型處理單元。

（3）設置多級煙梗或梗簽剔除，即在片型處理單元設置煙梗剔除風選裝置，烘后設置梗簽精選剔除設備。

（4）改進筒類、喂料和儲存等設備，降低加工及輸送過程造碎。

（5）剔除物經在線計量裝置計量后風力輸送至除塵房集中處理，實現消耗適時與精細化管控。

（6）強化原料煙葉投料段質量控制，新增水分、霉變、顏色及單箱重量等檢測裝置。

4.2 制梗絲工藝

目前梗絲多是片狀形態(tài)，不利于梗絲在細支卷煙中的應用。因此，制梗絲線主要實現既可生產形態(tài)接近葉絲的絲狀梗絲，也可生產填充性能好的常規(guī)梗絲，滿足細支卷煙使用和梗絲外發(fā)的需要。

通過煙梗直徑一致化處理和超薄壓梗，實現梗絲物理形態(tài)接近于葉絲。（1）剔除梗拐及細梗，為均勻壓梗創(chuàng)造有利條件；（2）通過浸梗設備，實現一次浸透煙梗，減少儲梗時間；（3）通過超薄壓梗，實現絲狀梗絲成型。

設計亮點：

（1）采用兩級潤梗、儲梗，提高煙梗回潮效果。

（2）采用靈活壓梗組合，實現并聯、串聯、一備一用等不同生產方式。

（3）預留先進梗絲加工工藝設備空間和接口。

5.細支卷煙制葉絲線生產設備選型

結合某煙廠技術改造及打造細支卷煙生產基地的契機，借鑒國內主要煙機企業(yè)針對細支卷煙制絲線設備創(chuàng)新研發(fā)，將本次技術改造細支卷煙制葉絲線部分關鍵升級設備歸納如下：

5.1 柔性葉片松散回潮系統

加工細支卷煙，造碎問題尤其突出。為控制細支卷煙制絲造碎指標，需要加大對相關環(huán)節(jié)造碎因素的控制力度。另外，均質化加工包括處理強度的一致性，是影響煙支質量穩(wěn)定性的重要因素。

而無論是造碎還是均質化問題，松散回潮都是一個重要環(huán)節(jié)。

柔性葉片松散回潮系統能夠為細支卷煙提供一個良好的解決方案。該設備具有柔性加工、減少造碎、降低原料損耗；實現均質化加工、改善筒內加工強度均等化水平、降低煙支質量波動的特點。

切片后的煙塊經過預松散處理，變得松軟并分解成若干小塊之后進入松散回潮筒，在翻滾過程中，物料與熱風、蒸汽及噴射水三種工作介質由表及里充分漸次接觸，并在其共同作用下逐漸松散。

設置預松散裝置，使切片后的煙塊在進入松散回潮機之前，初步得到柔性的預松散處理。通過預松散裝置，實現厚煙塊到薄煙塊的轉變，為松散回潮筒提供了一個好的工作條件，有效地減少筒體的機械強度，為減少造碎提供幫助。

柔性松散回潮機，筒體內部結構經過針對性和精細化設計，與預松散有機結合、相輔相成。不同用途的水或蒸汽都應當噴入到所需要的加工區(qū)域，因此對噴嘴位置和角度、噴射距離都進行了合理布置。

5.2 片型控制處理單元

針對細支卷煙要求的煙絲結構均勻性，片控制處理單元主要解決長絲的問題。因此，在松散回潮后增加片形控制處理單元，通過對切絲前煙片片型進行有效控制，進一步實現對煙絲長度的控制，從而有效提升細支卷煙卷制性能。

片型控制處理單元主要作用：

（1）解決了目前切絲機定長切絲造碎大、成本高的難題。

（2）解決細支卷煙生產時由于煙絲過長，造成后續(xù)環(huán)節(jié)的煙絲纏繞、結團等，以及在卷制中產生的煙支空頭等難題。

（3）在切絲前，有效剔除煙片中所含的細梗，滿足細支卷煙梗簽含量低的要求。

（4）通過片型均勻性的調整，平衡煙絲耐加工性能，解決后續(xù)工藝中由于煙絲長度變化較大，溫度水分不易控制的難題。

該單元中主要涉及兩臺設備，包括控制片型的葉片旋轉分切機，和大片處理后的細梗分離凈化設備。

5.2.1 葉片旋轉分切機

葉片旋轉分切機的一個關鍵部件是大片篩分提取設備。

大片篩分提取設備采用特殊的振動模式，使煙葉處于“沸騰”的狀態(tài)，互相分開不再粘連，中小葉片在前進過程中由篩孔落下，大片被分離出來。分離出來的大片經風送、氣料分離后輸送至大片處理裝置進行處理，控制片型尺寸。處理后的大片再經過篩分裝置循環(huán)提取，達到降低大片率，提高中片率的目的。

葉片旋轉分切機的另一個關鍵部件是大片處理器，是對分離出來的大片進行片型尺寸的調整，從而實現大片向中片轉變的功能。

通過實驗，采用葉片旋轉分切機，可以將大片率控制在10%以內，并且能夠將大片煙葉中部分細梗從煙葉上脫離下來。

5.2.2 細梗凈化設備

細梗凈化設備是將葉片旋轉分切機處理葉片時脫離下來的細梗剔除出來，滿足細支卷煙梗含量低的要求，進一步提升煙絲純凈度。

5.3 混絲加香機

傳統加香機存在的問題：香料在筒體內部施加不均勻；筒體結構不利于香料充分吸收；存在造碎；煙絲結構分布不均。

以上的問題主要是由筒體內部結構體不合理引起的，體現在以下幾個方面：

（1）單一的直釘結構帶起的物料面比較狹窄，在筒體截面上物料簾分布僅有一半左右，導致加香加料不均勻性。

（2）比較短的煙絲或者碎末一直筒體底部滑動前行，加劇了煙絲結構的不均，不利于香料的吸收。

（3）釘長度與物料厚度不匹配，物料帶不起來，產生一定的造碎。

（4）無法形成合理的物料簾，造成香料的浪費。

（5）耙釘之間的距離分布不合理，間距大了帶料能力就差，間距小了布置的釘就相對多了，造碎就上升。

針對以上問題，對筒體內部進行改進，改進后的筒體，煙絲可均勻地分布在筒體截面上，形成更加合理的物料簾，從而保證香料的均勻吸收，減少香料的浪費，提升煙絲的混合均勻性，提升細支卷煙的質量穩(wěn)定性，同時再在一定程度上減少造碎，降低消耗。

6.結語

細支卷煙作為快速增長的中式卷煙新品類，在降焦減害、降本增效等方面具有天然的優(yōu)勢。2016年，國內煙草行業(yè)正式啟動實施細支卷煙升級創(chuàng)新重大專項。近年來，國內科研單位、生產廠家和專業(yè)設備生產商，在細支卷煙相關的梗絲利用、香味補償、煙機設計與制造等方面進行了大量研究，并初步形成了一些關鍵特色技術，為細支卷煙的發(fā)展奠定了一定基礎。