1、序言
高溫氣流式葉絲干燥烘干機(jī)HXD是一種全新概念的氣流式干燥烘干機(jī)，它使葉絲在自由狀態(tài)中隨熱氣流或者說(shuō)在用熱氣流輸送過(guò)程中快速進(jìn)行干燥，由于氣流溫度較高迫使葉絲細(xì)胞內(nèi)水份快速蒸發(fā)，細(xì)胞得到充分膨脹，加之沒(méi)有任何機(jī)械外力作用，所以葉絲能保持自然蓬松狀態(tài)，具有良好的葉絲在線全配方膨脹效果。
我廠使用的HXD是國(guó)家煙草專(zhuān)賣(mài)局批準(zhǔn)引進(jìn)英國(guó)Dickinson公司的SH 9型，在入口葉絲含水率為28%時(shí)額定生產(chǎn)能力4800Kg/h，我們?cè)诒ＷCHXD前葉絲回潮筒出口葉絲流量、溫度、含水率恒定的條件下，探索HXD工藝技術(shù)系統(tǒng)中工藝氣溫度、工藝氣流量、旋風(fēng)分離器出口溫度、燃燒爐爐溫、進(jìn)料點(diǎn)負(fù)壓、控制噴水量和蒸汽注入量這些參數(shù)的合理設(shè)定，尋找最重要的參數(shù)，以及它們相互的聯(lián)系和對(duì)葉絲干燥含水率恒定、葉絲膨脹工藝品質(zhì)的影響，初步探索HXD工藝的理論和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)以上各項(xiàng)參數(shù)合理的工藝混合配方，富通新能源銷(xiāo)售木屑顆粒機(jī)、木屑烘干機(jī)等生物質(zhì)燃料成型、木屑烘干機(jī)械設(shè)備。
2、HXD工藝技術(shù)
2.1 HXD正常實(shí)際工作的過(guò)程
進(jìn)料葉絲由氣鎖帶入；工藝氣將葉絲以15m/s速率沿豎直干燥管送上；葉絲在干燥管頂部進(jìn)入旋風(fēng)分離器，此處速度減慢并落下去，進(jìn)入出料氣鎖；葉絲大約4秒鐘內(nèi)經(jīng)過(guò)整個(gè)系統(tǒng)，干燥溫度由旋風(fēng)分離器出口的一個(gè)溫度傳感器控制；工藝氣從旋風(fēng)分離器出去部分廢氣排空，補(bǔ)充新鮮空氣后回到熱交換器；通過(guò)熱交換器將燃燒爐產(chǎn)生的熱量傳遞到工藝氣；燃燒爐由天然氣點(diǎn)火，燃料使用柴油，通過(guò)調(diào)節(jié)燃油噴量來(lái)控制爐溫；通過(guò)控制爐溫和工藝風(fēng)機(jī)來(lái)控制工藝氣溫度和流量；整個(gè)系統(tǒng)采用模擬水負(fù)載；通過(guò)注入蒸汽來(lái)加大工藝氣的含水率，隨著外加蒸汽的增加，葉絲的膨脹效果提高。
2.2 HXD使用Dickinson Controls公司的專(zhuān)門(mén)算法
以與P&ID循環(huán)級(jí)連系統(tǒng)相配合以控制主工藝參數(shù)，響應(yīng)設(shè)備為速動(dòng)閥。
系統(tǒng)工藝物理化學(xué)原理是預(yù)期蒸發(fā)量等于系統(tǒng)熱負(fù)荷量，在HXD空轉(zhuǎn)狀態(tài)下使用模擬水負(fù)載。HXD可以設(shè)置精確重復(fù)已有工藝混合配方，系統(tǒng)可以逐步調(diào)節(jié)直至完全使用已有的膨脹矩陣。
2.3燃燒爐的控制
液化氣、壓縮空氣與助燃風(fēng)機(jī)空氣點(diǎn)火；火焰探測(cè)器探測(cè)到火焰；壓縮空氣將柴油霧化噴射，液化氣關(guān)閉，燃燒爐完成點(diǎn)火；同步增加燃油、壓縮空氣工作壓力和助燃風(fēng)量使燃燒爐由低火狀態(tài)逐步升溫；燃燒爐達(dá)到設(shè)定的工作爐溫。燃燒爐產(chǎn)生的熱量由熱交換器傳遞給工藝氣，熱交換器出口燃燒爐尾氣通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)完成排空和部分再循環(huán)。燃燒爐爐溫由燃油噴射壓力控制，燃料與助燃空氣的混合比例是通過(guò)空氣／燃料比例閥控制，位置信號(hào)反饋給PLC，燃燒爐安全控制是通過(guò)Landis或Stadi控制器實(shí)現(xiàn)。
2.4 HXD工作狀態(tài)連續(xù)為6個(gè)階段
(1)預(yù)熱階段：燃燒爐被點(diǎn)燃后溫度每分鐘提高20℃直到工藝氣達(dá)到工藝混合配方所要求的空轉(zhuǎn)狀態(tài)下的溫度，當(dāng)工藝氣體和管道達(dá)到足夠溫度防止產(chǎn)生冷凝水時(shí)，模擬水負(fù)載開(kāi)始按空轉(zhuǎn)時(shí)的設(shè)定值進(jìn)行噴射；(2)空轉(zhuǎn)階段：在葉絲準(zhǔn)備進(jìn)入系統(tǒng)之前，系統(tǒng)一直處于空運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；空轉(zhuǎn)狀態(tài)在使用中是一種低功率損耗狀態(tài)，HXD等待一個(gè)操作請(qǐng)求來(lái)進(jìn)入待命狀態(tài)；(3)待命狀態(tài)：操作者必須通過(guò)HMI要求進(jìn)入待命狀態(tài)。蒸汽和模擬負(fù)荷的流量都達(dá)到設(shè)定點(diǎn)，然后提高加熱器輸出溫度，HXD準(zhǔn)備接受葉絲，并達(dá)到可以對(duì)葉絲充分膨脹干燥的溫度；(4)運(yùn)行狀態(tài)：葉絲開(kāi)始進(jìn)入HXD，當(dāng)系統(tǒng)感應(yīng)到葉絲時(shí)，停止噴射模擬水負(fù)載，同時(shí)控制噴水以一定的流量噴射；(5)干燥狀態(tài)：當(dāng)探測(cè)到HXD出料口有葉絲并且模擬水負(fù)載已經(jīng)停止時(shí)，HXD進(jìn)入干燥狀態(tài)，圭要的控制信號(hào)是出料口的葉絲含水率，通過(guò)紅外水份儀來(lái)測(cè)量。返回的工藝氣溫度通過(guò)調(diào)節(jié)控制噴水的流量保持在設(shè)定點(diǎn)，它隨著葉絲的含水率和流量變化而迅速作出反應(yīng)，當(dāng)工藝氣溫度的平均值遠(yuǎn)離正常值時(shí)，通過(guò)逐漸調(diào)節(jié)決定系統(tǒng)加熱溫度的燃燒爐溫度設(shè)定點(diǎn)來(lái)使它回到正常值；(6)停機(jī)狀態(tài)：一般從空轉(zhuǎn)狀態(tài)或待命狀態(tài)進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)，系統(tǒng)開(kāi)始停機(jī)時(shí)，模擬水負(fù)載繼續(xù)噴射，燃燒爐溫度以每分鐘20℃下降，直到降到300℃，然后關(guān)閉燃燒爐，系統(tǒng)以小于每分鐘20℃的冷卻速率冷卻。模擬水負(fù)載繼續(xù)噴射直到管道內(nèi)溫度降到100℃，之后關(guān)閉所有水流。循環(huán)風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，直到關(guān)閉所有水流。
3、HXD工藝混合配方各項(xiàng)參數(shù)
3.1燃燒爐溫
圖1是爐溫與工藝氣溫曲線。我們認(rèn)為燃燒爐溫度首先決定了工藝氣溫度，在相同的工藝氣流量和不同的工藝氣溫度設(shè)定需求情況下，前提是應(yīng)先設(shè)定相應(yīng)的燃燒爐溫度。燃燒爐的工藝能力爐溫最大能夠達(dá)到800C。
3.2工藝氣溫度
(1)圖2是在HXD入口葉絲含水率恒定的條件下，不同葉絲流量對(duì)工藝氣溫度的影響，表明兩者成正比，葉絲流量增加工藝氣溫度增加；(2)圖3是在葉絲流量恒定的條件下，不同HXD入口葉絲含水率對(duì)工藝氣溫度的影響，表明兩者成正比，HXD人口葉絲含水率增加工藝氣溫度增加；(3)圖4是控制噴水量對(duì)工藝氣溫度的調(diào)節(jié)，兩者成反比，控制噴水量增加工藝氣溫度降低；在生產(chǎn)過(guò)程中HXD入口葉絲流量和含水率波動(dòng)，系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)控制噴水量來(lái)調(diào)節(jié)工藝氣溫度以實(shí)現(xiàn)HXD出口葉絲含水率達(dá)到葉絲干燥設(shè)定要求，這大約需要30~ 40s;(4)圖5是工藝氣溫度與HXD干燥后出口葉絲含水率的關(guān)系，在系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的過(guò)程中，HXD出口葉絲含水率需升高或降低以達(dá)到設(shè)定值則工藝氣溫度相應(yīng)地降低或升高進(jìn)行調(diào)節(jié)，而工藝氣溫度的調(diào)節(jié)則是通過(guò)控制噴水量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)工藝氣溫度的平均值遠(yuǎn)離正常值時(shí)，通過(guò)逐漸調(diào)節(jié)決定系統(tǒng)加熱溫度的燃燒爐爐溫來(lái)使它回到正常值。
3.3控制噴水量
控制噴水量的設(shè)定從0到500kg/h，控制噴水的主要工藝作用是在干燥過(guò)程中調(diào)節(jié)工藝氣溫度在設(shè)定點(diǎn)，當(dāng)工藝氣溫度高于設(shè)定點(diǎn)30qC或低于70qC時(shí)，HXD將自動(dòng)停止進(jìn)料。圖4是控制噴水量對(duì)工藝氣溫度的調(diào)節(jié)。
3.4工藝氣流量
工藝氣流量最高設(shè)定值是從12000kg/h到18000kg/h．由在正常生產(chǎn)中由旋風(fēng)分離器工藝氣出口的一個(gè)文丘里管的壓差傳感器來(lái)測(cè)最。
3.5旋風(fēng)分離器溫度
在HXD空轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)分離器溫度高于空轉(zhuǎn)設(shè)定點(diǎn)5℃，并且返回的工藝氣體管壁溫度超過(guò)10%時(shí)，開(kāi)始噴射模擬負(fù)載霧化蒸汽，并且水噴嘴打開(kāi)到設(shè)定點(diǎn)的lO%，噴水量隨著分離器溫度升高而迅速增加，直到達(dá)到所要求的流量。在HXD干燥狀態(tài)，模擬水負(fù)載停止，主要的控制信號(hào)是出料口葉絲含水率，通過(guò)紅外水份儀測(cè)量，信號(hào)是時(shí)間的平均值，用來(lái)調(diào)節(jié)分離器溫度的設(shè)定點(diǎn)，如果含水率太高，就向上調(diào)節(jié)，如果含水率太低，就向下調(diào)節(jié)。
3.6蒸汽注入量
蒸汽在工藝廢氣部分排空后在熱交換器前注入到工藝氣中，它的值是由工藝混合配方來(lái)決定，蒸汽流量通過(guò)一個(gè)帶法蘭的壓力傳感器來(lái)測(cè)量，不同壓力信號(hào)的平方根與蒸汽流量的平方平方成正比例，經(jīng)過(guò)處理的蒸汽流量信號(hào)反饋給PID控制環(huán)，它的輸出控制著蒸汽流量控制閥。圖6是蒸汽注入量對(duì)HXD干燥出口葉絲填充值關(guān)系，表明在HXD入口葉絲含水率恒定的情況下，隨著蒸汽注入量的增加HXD出口干燥葉絲填充值逐漸增加。
3.7進(jìn)料點(diǎn)負(fù)壓
通過(guò)壓力傳感器可以感應(yīng)到靠近進(jìn)料口的管道內(nèi)的工藝氣體的壓力，當(dāng)蒸發(fā)載荷發(fā)生波動(dòng)時(shí)，除非采取相應(yīng)措施，否則HXD內(nèi)的壓力平衡將發(fā)生變化，進(jìn)料點(diǎn)負(fù)壓信號(hào)反饋給壓力控制環(huán)，通過(guò)一個(gè)PID運(yùn)算法則來(lái)控制排潮風(fēng)門(mén)的位置。如果進(jìn)料點(diǎn)壓力升高（負(fù)壓變�。瑒t排潮風(fēng)門(mén)打開(kāi)大一些；如果進(jìn)料點(diǎn)壓力下降（負(fù)壓變大），排潮風(fēng)門(mén)逐漸被關(guān)閉。進(jìn)料點(diǎn)負(fù)壓設(shè)定從O到- 20mbar。在HXD實(shí)際干燥生產(chǎn)過(guò)程中顯示負(fù)壓的瞬時(shí)波動(dòng)很大，主要是由于進(jìn)料氣鎖6個(gè)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生。
3.8葉絲流量
葉絲流量通過(guò)葉絲回潮筒( RCC)前一個(gè)完整的流量控制系統(tǒng)來(lái)控制恒定的設(shè)定葉絲流量。這個(gè)流量控制系統(tǒng)包括倉(cāng)式喂料機(jī)、計(jì)量管和核子秤組成。圖7是葉絲流量與工藝氣溫度的關(guān)系，表明當(dāng)葉絲流量增加時(shí)工藝氣溫度相應(yīng)自動(dòng)提高。
3.9 HXD人口葉絲含水率
HXD入口葉絲含水率在HXD實(shí)際系統(tǒng)控制操作中，以葉絲回潮筒出口葉絲含水率等同替代。圖8是HXD入口葉絲含水率與工藝氣溫度的關(guān)系，表明隨著入口葉絲含水率設(shè)定值的提高，相應(yīng)的HXD工藝氣溫度設(shè)定值需要提高，同時(shí)工藝混合配方需要做相應(yīng)的調(diào)整重新設(shè)定。
4、結(jié)論
(1)HXD的最優(yōu)化使用首先是確定來(lái)料葉絲流量和含水率。葉絲流量由倉(cāng)式喂料機(jī)、計(jì)量管和核子秤組成的流量控制系統(tǒng)精確控制，葉絲含水率由RCC葉絲回潮筒精確控制。，同時(shí)保持以上兩項(xiàng)參數(shù)的恒定是HXD能夠良好工作的前提。
(2)HXD工藝混合配方中最重要的參數(shù)是燃燒爐溫度和工藝氣溫度的設(shè)定，其次是工藝氣流量的設(shè)定，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)熱負(fù)荷量達(dá)到葉絲預(yù)期蒸發(fā)量。隨著來(lái)料葉絲流量和葉絲含水率的增加，以上三項(xiàng)參數(shù)都需要增加以達(dá)到最佳工藝效果和最精確控制。
(3)HXD王藝混合配方中控制噴水量和旋風(fēng)分離器出口溫度的設(shè)定，直接影響到對(duì)工藝氣溫度的調(diào)控精度和調(diào)控速度。
(4)HXD工藝混合配方中蒸汽注入量和葉絲來(lái)料含水率決定了葉絲的膨脹效果，隨著葉絲含水率和蒸汽注入量的增加，HXD出口葉絲填充值增加。
(5)HXD工藝混合配方中進(jìn)料口負(fù)壓的設(shè)定對(duì)HXD最優(yōu)化工藝控制影響最小。在實(shí)際運(yùn)行中系統(tǒng)能夠快速自動(dòng)調(diào)節(jié)。
(6)我們認(rèn)為HXD在中國(guó)以外燃燒爐燃料都是使用天然氣，我國(guó)由于原料限制全部都使用柴油，帶來(lái)燃燒爐爐溫和工藝氣溫度控制方面的困難和相關(guān)問(wèn)題，我廠使用的HXD已針對(duì)性地在工藝設(shè)備上做了改良，工藝質(zhì)量效果良好，也未出現(xiàn)國(guó)內(nèi)先期使用的HXD出口葉絲結(jié)團(tuán)和含水率波動(dòng)的問(wèn)題。
(7)在實(shí)際的多方面研究中，我們認(rèn)為HXD工藝對(duì)比傳統(tǒng)的烘絲筒工藝具有以下工藝優(yōu)點(diǎn)：①增加膨脹；②表面硬化最小，防止煙絲變脆（干燥時(shí)迫使煙絲內(nèi)部水份在當(dāng)其蒸發(fā)到煙絲表面時(shí)快速產(chǎn)生蒸汽壓）；③快速干燥將煙絲定型于白然蓬松狀態(tài)（煙絲在HXD干燥柱內(nèi)自由飛行，無(wú)機(jī)械外力作用，使其以自然狀態(tài)無(wú)折疊和無(wú)壓縮的膨脹）；④不合格煙絲最少（煙絲在大約4s內(nèi)通過(guò)整個(gè)系統(tǒng)，任何時(shí)刻HXD的物料量均小于傳統(tǒng)烘絲筒內(nèi)物料量的2qo）；⑤良好的水份控制；⑥卷煙配方膨脹煙絲用量減少（使用HXD進(jìn)行全配方在線膨脹，適度增加卷煙配方中所有煙絲的膨脹率等效于加入膨脹煙絲）；⑦增加卷煙煙支的堅(jiān)挺性而不帶來(lái)額外的壓降（HXD工藝煙絲較傳統(tǒng)烘絲筒更為堅(jiān)韌，因?yàn)闊熃z折疊減少使得壓力下降減少）；⑧膨脹率可以精確控制，通過(guò)外加蒸汽可以控制膨脹率，膨脹率可逐步調(diào)節(jié)以逐步降低卷煙煙支重量；⑨保持煙草自然香氣，HXD干燥柱內(nèi)是一種高溫?zé)o氧環(huán)境，對(duì)煙草自然香氣損失最��；⑩除雜氣、減少刺激性，能夠去除煙草中的青雜氣、土腥氣等多種雜氣，提高煙草的自然香氣純度；⑩提高煙絲色澤的均勻性，改善煙絲色澤，更加油潤(rùn)光澤。
高溫氣流式葉絲干燥烘干機(jī)HXD是國(guó)家煙草專(zhuān)賣(mài)局推廣的一項(xiàng)葉絲在線全配方膨脹的制絲新工藝技術(shù)，我們對(duì)于HXD的認(rèn)識(shí)，對(duì)于其各項(xiàng)工藝參數(shù)的設(shè)置以及對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響目前仍停留在感性認(rèn)識(shí)階段，生產(chǎn)還處于試生產(chǎn)調(diào)試階段，迫切要求我們將它提高到理性認(rèn)識(shí)階段。HXD作為現(xiàn)在世界先進(jìn)制絲生產(chǎn)工藝的代表，有其突出的優(yōu)點(diǎn)，特別是它的可控制高膨脹率可以為配方帶來(lái)更大的調(diào)整空間，對(duì)于降焦降耗都有極大的幫助，對(duì)于一個(gè)現(xiàn)代化的卷煙生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，HXD工作狀態(tài)的精確快速控制、工藝的最優(yōu)化，對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大極為有利。我們將付出更艱辛的努力達(dá)到完全掌握HXD工藝的理論和技術(shù)。
