摘要：长期以来，我厂松散回潮机松散率、温度、出口含水率指标的控制不理想。为提高松散回潮机工艺指标，研究采用直喷雾化蒸汽的方法改善烟片松散率，稳定热风温度、出料温度、出口含水率。经过改进后，检验结果表明：①烟片松散率提高5.64%；②热风温度CPK达标率上升8.79%；③ 出料水分标准偏差达标率上升8.54%；④基本达到使烟片松散率>90%；同时让批次生产过程热风温度控制CPK≥1.33；出口水分标准偏差Si≤0.25，出口水分趋势曲线波动≤5%。松散回潮机的工艺指标得到了明显提升。
关键词：松散回潮机；烟片松散率；出料温度；出料含水率；蒸汽直喷装置
烟叶、薄片经过松散回潮后，存在直径较大的“饼烟”，同时松散烟叶温度控制效果会产生波动，不能达到温度控制平衡的最佳水平。“饼烟”不仅会影响烟叶对糖料的吸收与切丝宽度均匀性，同时也不利于降低单箱叶丝物耗量。而蒸汽、热风、烟叶温度、烟叶水分与烟叶在松散回潮筒内的运动时间等因素都与烟片松散率的高低有关。故烟片松散率、热风温度、出口含水率标准偏差均是松散回潮工序重要的工艺指标。这些指标相互关联又独立存在，反映片烟松散回潮的效果、强度和感官质量。如何通过切实有效的工艺和控制改进，提高烟片松散率，稳定热风温度、出料温度、出口含水率，使松散回潮工序工艺指标最优化？为此，考虑引入直喷蒸汽喷射烟叶，并对出料温度、出料含水率指标作控制优化，以提升松散回潮机的加工工艺指标。
1 问题分析
1.1松散回潮机指标现状
红河卷烟厂制丝二线的片烟松散回潮机，为2004年的昆船设备，使用到如今设备性能下降明显。各项指标情况如下：
1.1.1 烟片松散率抽捡
经对半年7批次的各牌号片烟松散率作取样检测，制丝二线松散回潮工序片烟松散率平均为88.29%。
1.1.2 松散回潮热风温度统计
根据MES系统采集数据，统计795批次制丝二线松散回潮热风温度，其中CPK值超标批次89，占统计批次的11.19%，
1.1.3 出料含水率统计
相同795批次，制丝二线松散回潮出料含水率CPK值超标批次36，占统计批次的4.5%；标准偏差超标批次109，占13.71%。
1.2 因素分析
1.2.1 影响烟片松散的因素
分析烟片松散率主要与松散回潮机的松散原理有关。制丝二线的松散回潮机，包括汽水混合双介质喷嘴、钯钉、滚筒尺寸、转速等。在滚筒尺寸及运行参数不变的情况下，提高烟片松散率最直接的方法是改进烟片的增温、增湿以及喷吹效果。现松散回潮机使用的喷嘴，为椎形广角雾化喷嘴。使用蒸汽雾化水喷射烟叶，对烟叶作增温、增湿及松散。喷嘴X轴和Y轴均有角度，以对应烟叶在滚筒抄起位置11点半方向喷射烟叶。此种喷射方式存在下列问题：
①块状烟叶由于重量较大，滚筒抄起时不能到达喷射位置，松散效果欠佳；
②由于喷嘴安装位置的X轴向有70度左右的夹角，缩短了喷射范围；
③受热风循环能力和喷嘴喷射距离的影响，滚筒入口端和出口端温差明显，滚筒内温度不均匀。以上三点问题影响片烟的松散率。
1.2.2 热风温度的影响
热风温度由散热器通入蒸汽提供热源加热循环风，循环风经管道、滚筒内循环，使滚筒内部保持恒定的温度环境，以利于烟叶的加温、吸湿。
热风温度的控制，由PID（比例微积分）控制器调节气动薄膜阀（IP阀）开度，即调节进入热交换器的蒸汽量，以达到设定温度。由于存在温度控制的滞后，当实际温度达到设定温度时，由于升温惯性，实际温度会超过设定温度；同理实际温度高于设定温度时，也存在这种现象。这就是控制超调。超调的结果是温度控制曲线呈波浪型。故温度控制稳定比较困难，需调整好PID参数，再考虑用其它方法结合PID控制。克服温度超调，达到热风温度的控制稳定。
1.2.3 出口水分控制提高
松散回潮出料水分控制，根据来料水分、电子秤流量、润叶设定水分计算加水量，对进入松散回潮机的烟叶进行增湿，以达到工艺要求的松散后烟叶含水率。我厂制丝二线松散回潮机的出料水分控制仍有提升的空间，可通过参数优化使出口水分的达标率再提高。
2 改进方法
基于调查分析结果，决定采用先进的松散回潮增温、增湿理念，设计入口蒸汽直喷装置，当片烟进入到滚筒时，工艺蒸汽直接穿透烟叶，使烟叶松散效果更佳。蒸汽直喷的引入，必定会使热风温度、出料水分产生变化，因此，必须对原控制作优化，使其达到工艺指标要求。同时改善热风温度、出料水分的指标现状。
2.1 蒸汽直喷装置的设计及安装
蒸汽直喷箱体的设计，根据滚筒尺寸（内径×筒长）：φ2450×8000mm、安装位置、喷射角度作精心设计。箱体设计尺寸及外观图如下：
图1 直喷蒸汽箱体示意图
Fig.1 Box sketch of directly sprinkling atomizing steam device
直喷蒸汽箱体安装在滚筒入料端下方，以20°角斜向上喷射雾化蒸汽。
2.2 直喷蒸汽装置的控制
直喷蒸汽装置通过滑窗阀控制进入喷蒸汽箱体的蒸汽量，调节从箱体喷出的蒸汽喷吹距离和雾化效果。采用滑窗阀设定开度控制，具体为：预热状态时，采用热风温度控制松散回潮滚筒温度；生产和尾料状态时，主要采用蒸汽喷吹装置控制热风温度。
直喷装置滑窗阀具备配方调用开度功能，将设置开度存在数据库配方表单中。根据不同的生产牌号，自动调用相应配方中的开度，实现牌号的直喷蒸汽量对应。同时也具备修改和手动操作功能。
2.3 热风温度控制优化
直喷蒸汽滚筒内直接喷射烟叶，必然使滚筒热风温度升高。故原热风温度的PID控制器参数需要调整，以适应新的热风温度环境的控制。经过多次调试，调整热风温度的PID参数如下：
比例系数（KP）：1.0→0.8；微分系数（KD）：500→800；
积分系数（KI）：2→2；死区：0.1→0.01。
调整后的PID参数，作用是降低PID调节的响应速度，缩小自动调节的启动范围，以克服调节过程中的温度超调现象。料头时通过限制最大输出值的方法，限制IP阀的开度，避免料头温度超调引发的温度振荡。
2.4 出口水分控制优化
直喷蒸汽的引入，将使回潮后的烟叶水分增加。因此考虑直喷蒸汽量的固定开度控制，使直喷蒸汽作用烟叶增加的水分固定，出口水分控制在此基础上作自动调节。烟叶增加的水分，通过降低加水系数值来对消。经长期测试，各牌号加水系数值平均降低0.2，出口水分控制较为平稳。
3 应用效果
3.1 烟片松散率提高成效
引入雾化直喷蒸汽喷射烟叶，不仅对进入滚筒的烟叶有喷吹松散作用，而且雾化效果较好，能在整个滚筒上方2/3的内部空间形成汽雾区，使滚筒内的温度、湿度环境恒定，更利于烟叶的松散和吸湿。
图2 蒸汽直喷效果
Fig.2 Directly sprinkling effect of steam
改造后片烟的平均松散率达到93.93%，松散率得到提高。
3.2 热风温度及出料水分控制成效
改造及控制优化后，根据MES采集的445批次数据统计，热风温度CPK超标（<1.33）的批次为11，占比2.4%；出口水分CPK超标的批次为8，占比1.8%，标准偏差超标的批次为23，占比5.17%。热风温度、出料水分的控制指标超标率降低，热风温度和出料水分的控制曲线稳定性得到提高。
结论
改造后松散率、热风温度、出料水分控制达标率提高明显。热风温度以CPK≥1.33为达标标准，出料水分以标准偏差si≤0.25为达标标准，改造前后的工艺指标达标率对比见图3。
图3 改造前后工艺指标达标率对比
Fig.3 Standard-reaching rate of technology indicators before and after improvement
本项目的应用，使烟片松率提高5.64%；热风温度CPK达标率上升8.79%；出料水分标准偏差达标率上升8.54%。基本达到使烟片松散率>90%；同时让批次生产过程热风温度控制CPK≥1.33；出口水分标准偏差si≤0.25，出口水分趋势曲线波动≤5%。项目的实施，达到了提高松散回潮松散率及工艺指标控制优化的目标。
参考文献：
[1]张本甫，金忠理，秦前浩，罗登山等.卷烟工艺规范/国家烟草专卖局.—北京：中央文献出版社，2003.4.
论文作者:孔祥明1,梅健2,张素莲3,张强4
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
标签：松散论文; 直喷论文; 温度论文; 热风论文; 烟叶论文; 蒸汽论文; 水分论文; 《电力设备》2018年第26期论文;