新型ZJ118 卷接機組流化床旋風式除塵系統設計

劉 峰 陳晉禮

（重慶中煙工業有限責任公司涪陵卷煙廠，重慶 408102）

ZJ118卷接機組采用主流的流化床柔性風送方式，通過獨立循環風機提供穩定的正壓風，實現煙絲持續、松散地輸送至吸絲成型裝置。它全程無須機械部件輔助，有效降低了煙絲破碎率[1]。

1 ZJ118 流化床供絲系統的結構與原理

流化床供絲系統如圖1 所示。煙絲在針輥與彈絲轆的共同作用下，呈現出均勻松散的狀態，落入落絲通道。隨后，煙絲順著導風塊與導板之間的落絲通道1，通過一次梗絲分離裝置5 中的空氣噴射裝置，向前方噴射正壓氣流，使得輕質煙絲與較重的煙梗分離。輕質煙絲被氣流直接吹入前方的流化床，而較重的煙梗則落入下方閘輥2。通過閘輥的旋轉，葉片9 將落在閘輥上的煙梗拋向二次分選裝置的通道。該通道內存在向上流動的氣流，使得煙梗中的煙絲得以再次被分選。在氣流作用下，輕質煙絲進入流化床，而較重的煙梗則落入下方回梗系統。經過一次、二次分選的煙絲，被流化床以柔和均勻的方式輸送至吸絲成型系統。

圖1 流化床供絲系統

柔性供絲模式依賴于流化床循環風系統[2]。該系統由循環風機、旋風除塵器、風道、吹風條等部件組成。循環風機工作時，氣流經過風管進入機器兩側的配氣箱中，在此進行氣流分配。配氣箱分配的大部分氣流進入流化床。風機的入口端與流化床上部風管相連，形成一個內部的氣流循環回路。循環風機的主要作用是為一次分選裝置、流化床和二次分選裝置等部件提供正壓氣流，完成對煙絲梗簽、梗塊雜物的分離和輸送[3]，同時在流化床上方形成微弱的負壓區，吸走煙絲中的粉塵。通過旋風除塵器和主風機的共同作用，將粉塵排放至除塵管道。

在設備長期運行過程中發現，第一、第二梗絲分離風道和流化床風分通道中容易堆積大量煙沫粉塵，導致循環風風量降低，使煙絲輸送連續性、均勻性變差，因此必須定期維護流化床循環風力系統。

2 ZJ118 流化床供絲系統粉塵堆積原因分析

結合ZJ118 流化床供絲系統的結構和工作原理，重點分析流化床供絲系統粉塵容易堆積堵塞的原因。

在ZJ118 設備高速運行時，煙絲通過風力輸送至供料成條機，其中的煙葉碎片、煙沫及煙塵在柔性風送過程中不斷飄散，融入正壓氣流。原ZJ118 除塵裝置配備了由3 個粉塵分離風扇組成的旋風除塵器，通過3 根除塵管道與集中負壓相連，原理是通過集中負壓吸走循環風中的煙沫煙塵。然而，由于粉塵分離風扇直徑較小，分離效果不佳，大量粉末仍混雜在循環風中，逐漸吸附在吸氣槽壁、網篩、流化床吹氣槽腔體內，以及一次風選、二次風選吹氣槽腔體內、補風Z 字板面上、空氣分配箱內壁、旋風除塵器內部、左右分配箱管壁上和循環風機內表面，長期累積形成大量沉積。

3 ZJ118 流化床除塵系統改進

對于清理流化床循環風系統內積存的粉塵，現有方法需要拆卸整個系統，維修工作量大，而且在清理過程中，粉塵容易對生產環境造成污染。為降低粉塵導致的流化床保養頻次，優化和改進流化床風力循環系統相關部件，設計一款覆蓋整個旋風除塵器的獨立粉塵分離裝置，取代原有的3 個分離風扇，達到更卓越的分離循環風中粉末的效果，降低循環風中含有粉塵的概率，從而解決了管道中粉塵堆積。

3.1 旋風除塵器部分

采用新型旋風除塵器，改善旋風除塵器除塵效果。含有粉塵的氣體從氣流入口進入，壓力差補口補償旋風除塵器造成的壓力損失。含塵氣流在引流錐的作用下導入引流片。高速螺旋氣流中的粉塵會在離心力的作用下被分離出來，貼著內壁進入集塵槽[4]。3 個吸塵口在吸塵風機的作用下，將集塵槽內的粉塵吸走。壓力傳感器實時監測內部壓力，做出相應的調節動作。補風口補償除塵器造成的氣流量的損失。干凈的氣體從氣流出口排出，在循環風機的作用下，重新進入流化床內部，保證流化床內部的清潔。旋風除塵器的作用是降低循環風中粉末的含量，使重新進入流化床的氣體是潔凈的。

3.2 集氣槽清掃部分

煙絲中的粉塵在經過流化床的過程中會被流化床上半部分的負壓氣流帶走。流化床頂部裝有1 個網篩，作用是氣流混亂時隔絕流化床內部的煙絲，防止其被負壓氣流帶走。網篩的網孔間距為0.5 mm，當含有粉塵的氣流經過網篩時，容易堵塞網篩，造成流化床內部氣流混亂，進而出現床體堵塞、煙絲不均勻、剔梗混亂等問題。含有粉塵的氣流在經過集氣槽壁面時，粉塵自身的吸附性和壁面靜電等導致粉塵堆積在集氣槽表面。針對此問題，在集氣槽內部安裝清潔頭，壓縮空氣帶動集氣槽內的清潔頭旋轉。清潔頭邊旋轉邊噴射出擴散狀氣流，就能大面積清潔集氣槽。在網篩上安裝高頻振動馬達，通過其高頻振動，能有效清除附著在網篩上的粉塵。集氣槽清掃部分的作用是把附著在網篩和壁面的粉末及時清除。

3.3 Z 字板改造部分

原有的Z 字板上板出口結構呈L 形，內部的粉塵從出口流出時會被阻擋在上板表面，形成堆積，導致出口面積變小。從Z 字板流出的氣流主要用于一次分選，出口面積變小會導致一次分選的氣流量不足，進而出現一次分選不充分、吹入流化床的氣流量不足等問題。

為此，對Z 字板上板出口結構進行改造，去掉原有的L 形出口，使出口變成一字形，原有的平面變為1 個8°的傾斜面。當粉塵附著在出口表面時，在設備自身的振動下，粉塵會隨著傾斜面流出。此部分結構改變后，原有的氣流流速、流量及壓力不會改變，且Z 字板處不易堆積粉塵。Z 字板改造部分的作用是避免自清潔循環風中的粉末在Z 字板處堆積，使粉末隨循環風重新進入除塵器被分離出來。

3.4 控制模塊

電控系統時刻監控除塵器內部各點的壓力情況，結合流化床內部的壓力值做出相應的調節，保證設備的正常運行[5]。壓力差補口和補風口的開合角度均由伺服電機控制。可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）收集旋風除塵器上與流化床內部安裝的壓力傳感器反饋的壓力值，通過運算控制補風和泄壓閥門的開合角度，保證流化床內部壓力處于穩定狀態。PLC 控制電磁閥，進而控制振動馬達與清潔頭，保持集氣槽和網篩的清潔。

4 新型除塵系統效果檢查

4.1 氣流對比

通過實驗對比新舊除塵器的除塵氣流，結果如表1 所示。新舊除塵器的仿真數據條件相同，入口風速與設備現有流量一致，風速為40 m·s-1，出口壓強為10 000 Pa，吸塵口壓強10 000 Pa，仿真介質為空氣，流量為20 m3·min-1。

表1 新舊除塵器除塵數據

通過實驗測得新型除塵器最大壓強為10 500 Pa，計算可得循環風在通過旋風除塵器后的風力損失達到5%以下。

4.2 清潔效果

新除塵系統減少了流化床網篩與集氣槽處的清潔次數。粉塵在車間飛揚，會引起粉塵污染。車間每班操作工需要用高壓氣槍來清潔流化床網篩與集氣槽處堆積的粉塵，而新除塵系統將清潔頻次減少到每周1 次。此外，新除塵系統降低了流化床腔體、風選腔體、Z 字板處的保養頻次，將保養頻次由每月1 次減少為每2 個季度1 次。

4.3 數據驗證

采用稱重法，稱取10 kg 粉塵從新除塵器入口緩慢導入，從3 個排塵口排出的粉塵質量約為8 kg，從除塵器底部排出的粉塵質量約為2 kg。數據表明，新型旋風除塵器對流化床循環風中煙塵煙沫的篩除率達到80%。采用仿真法建立仿真模型，從入口放入10 點灰塵粒子，氣體中的粉塵經過新除塵器分離后，從吸塵口排出8 點灰塵，2 點灰塵進入底部，如圖2 所示。經過仿真得到的設備篩除率為80%，與稱重法的結果一致。

圖2 除塵效率仿真分析圖

5 結語

ZJ118 卷煙機供料成條機新型流化床的使用，大大減少了煙絲造碎率，使煙絲輸送更加均勻、柔和。但是，風力循環系統帶來了粉塵問題。如果忽視粉塵問題，則會對產品質量造成嚴重影響。通過改進流化床風力系統，可降低粉塵對設備生產造成的影響，也降低了設備維護保養成本，在保證產品質量的同時，提升了設備運行效率。