朱國成 魏甲欣 郭宏敏 李書芳 曹利紅 范磊 宋偉民

(1. 河南中煙工業(yè)有限責任公司許昌卷煙廠，河南 許昌 461000；2. 河南中煙工業(yè)有限責任公司技術(shù)中心，河南 鄭州 450000)

節(jié)能型循環(huán)風式多級葉絲風選系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

朱國成1魏甲欣1郭宏敏1李書芳1曹利紅1范磊1宋偉民2

(1. 河南中煙工業(yè)有限責任公司許昌卷煙廠，河南 許昌 461000；2. 河南中煙工業(yè)有限責任公司技術(shù)中心，河南 鄭州 450000)

為了解決現(xiàn)有風選設(shè)備存在的能耗高、物料水分損失大、溫度散失大等問題，研制節(jié)能型多級葉絲風選系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由勻料攤薄裝置、一級循環(huán)風選系統(tǒng)、二級循環(huán)風選系統(tǒng)、除塵管路等組成。通過對物料進行均布攤薄，采用二級風選系統(tǒng)側(cè)進風及垂直進風進行飄選及浮選，以提高風選效果，利用90%的循環(huán)風降低能耗及溫度水分散失，采用密閉輸送網(wǎng)帶+出雜氣鎖裝置對系統(tǒng)進行密封，防止揚塵。對比試驗結(jié)果表明：與傳統(tǒng)多級風選相比，采用節(jié)能型多級葉絲風選機，溫度提高6.2 ℃，含水率提高0.3%，能耗降低50%以上，卷煙品質(zhì)接近。改進后有效減少了葉絲水分及溫度散失，節(jié)約了能源消耗。

多級風選；葉絲；梗簽剔除；循環(huán)風；能耗

Abstract： In order to solve the existing problems of air separation equipment of high energy consumption, loss of moisture and temperature, circulating air was used to reduce energy consumption, moisture and temperature dissipation, and the energy-saving multiple-silk air separation system was developed. The system was composed of material uniform and dilution, first and second cycle the air separation systems, dust extraction pipe and other devices. Through uniform thinning of the material, both the side and vertical air entered and floated to improve wind effect, by the first and second cycle air separation systems. 90% of the circulated air were utilized to reduce the energy consumption and water loss. Moreover, system sealed with a closed conveyer belt combined with a miscellaneous gas locking device was used to prevent dust. The processing and product quality and energy consumption for the Energy-saving between both the circulation wind type of multi-stage winnowing and traditional air separation device were compared. The results show that, compared with the later, the former resulted in the temperature increasing by 6.2 ℃, the moisture content increasing by 0.3 percentage points, and energy consumption reducing by more than 50%，with the almost similar cigarette quality.

Keywords： Multistage air separation; cut strip; terrier sign removed; circulating air; energy consumption

目前中國煙草企業(yè)使用的單級或多級風選設(shè)備多為開放式風選機，即直接從車間環(huán)境抽風，回風直接進入除塵設(shè)備除塵后排入大氣，存在風選效果差、能耗高和風選后煙絲的水分、溫度損失大等諸多問題[1]。多年來，對風選機已進行了許多改進和創(chuàng)新，如從來料松散打斷、風選機風量[2]、風選箱體結(jié)構(gòu)[3]、風選機風量、濕度控制、抽風管道[4-5]等方面。但上述研究都是側(cè)重于解決某一方面的問題，未能系統(tǒng)解決煙絲風選過程中存在的諸多問題。為此，開發(fā)了一種節(jié)能型循環(huán)風式多級葉絲風選系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用煙絲勻料攤薄、二級風選、除塵風本地循環(huán)利用、改進風選箱體結(jié)構(gòu)及應(yīng)用雙轉(zhuǎn)網(wǎng)出風裝置，改善了煙絲結(jié)構(gòu)，提高了風選效果，降低了系統(tǒng)的能耗，減少了煙絲溫度、水分的散失。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

節(jié)能型循環(huán)風式多級風選機由進料裝置、一級循環(huán)風選系統(tǒng)、二級循環(huán)風選系統(tǒng)、除塵管路及電控系統(tǒng)等組成，見圖1。進料裝置由松散均料裝置、振槽及高速皮帶組成，其作用是將物料松散、絲團打散，保證物料均勻分布和流量均勻穩(wěn)定；一級風選器風選箱體采用循環(huán)式就地風選機對葉絲進行初選、松散；初選落下的梗簽約10%、成團煙絲等物料進入二級分離器進行精選，出風采用雙轉(zhuǎn)網(wǎng)對稱出風裝置，均勻風選箱體風力分布，降低風壓損失，避免煙絲損耗；二級風選系統(tǒng)由振槽、進料氣鎖、風選箱體、密封網(wǎng)帶+出雜氣鎖及旋風落料器等組成，振槽上設(shè)置導流板保證物料均勻分布，進料氣鎖防止氣體及粉塵溢出，倒錐形+方形組合風選器提高風選效率；采用密封網(wǎng)帶+出雜氣鎖系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)的密封及風量的均衡；采用切向落料器獲得更好的分離效果；系統(tǒng)采用循環(huán)風減少煙絲溫度、水分散失及降低能耗。

1. 一級風選器出料氣鎖 2. 一級風選箱體 3. 一級風選輸送網(wǎng)帶+出雜氣鎖系統(tǒng) 4. 一級風選回風管道 5. 二級風選器進料振槽 6. 循環(huán)風機 7. 進風管道 8. 二級風選回風管道 9. 二級風選進風管道 10. 二級風選器 11. 二級風選出料振槽

圖1 節(jié)能型循環(huán)風式多級風選機示意圖

Figure 1 Diagram of energy-saving multiple-silk air separation system

2 技術(shù)實現(xiàn)

2.1 勻料攤薄裝置

為保證物料流量均勻穩(wěn)定，主要采取以下措施：① 設(shè)置勻料松散裝置，防止來料由于“雪崩”效應(yīng)[6]使輸出物料厚度不均，同時將絲團打散；② 采用振動輸送機及導流板對物料進行橫向拉寬和均布；③ 使用高速皮帶機實現(xiàn)物料的攤薄及拋揚。勻料攤薄裝置主要由勻料松散裝置、振動輸送機及高速皮帶組成，見圖2。勻料裝置安裝在振動輸送機的前上方，由5個輸送輥、2個撥輥等組成，工作時5個輥子組件以相同的轉(zhuǎn)速向同一方向轉(zhuǎn)動，使物料均勻分布，2個撥輥將煙絲團打散。振動輸送機振槽寬度1 200 mm，上部設(shè)有多組導流板，以“/”“、<”形狀排布，對振動輸送的物料進行橫向均鋪。高速攤薄及拋料主要由高速皮帶機實現(xiàn)，安裝在振動輸送機的下方，速度在2～5 m/s可調(diào)，試驗表明，在帶寬1 200 mm，額定生產(chǎn)能力5 000 kg/h，高速皮帶機的輸送帶速度為2，3，4，5 m/s時，對應(yīng)的料層厚度分別為7.0，5.3，3.7，2.8 mm。高速皮帶機主要由高速皮帶、皮帶張緊裝置、皮帶輪、驅(qū)動電機等組成，見圖3。

2.2 一級循環(huán)風選系統(tǒng)

一級風選系統(tǒng)在傳統(tǒng)風選器基礎(chǔ)上進行改進，見圖4。主要采用以下改進措施：① 采用循環(huán)風系統(tǒng)，利用循環(huán)風溫接近風選機進口煙絲溫度，設(shè)備內(nèi)濕度高于環(huán)境濕度的原理減少煙絲溫度、水分散失，其中90%風量自循環(huán)，10%的風量用于除塵，降低能耗；② 風選器出風采用雙轉(zhuǎn)網(wǎng)對稱出風裝置(見圖5)，試驗表明，風選箱體內(nèi)部風力分布更加均勻，同時風速由原來的18～20 m/s降低到10 m/s左右，吸風口位置的壓力損失由1 200 Pa減少到400 Pa。有效降低了噪音，減少了能耗；③ 設(shè)置密閉輸送網(wǎng)帶+出雜氣鎖系統(tǒng)，密閉輸送網(wǎng)帶網(wǎng)孔為16目，具有勻風、密封循環(huán)風及氣料分離的作用，見圖6。

1. 送料皮帶 2. 輸送輥 3. 撥輥 4. 振槽 5. 高速皮帶

1. 高速皮帶 2. 皮帶張緊裝置 3. 皮帶輪 4. 驅(qū)動電機

1. 支腿 2. 出料氣鎖 3. 輸送底帶 4. 中箱檢修門 5. 中箱 6. 上箱 7. 雙轉(zhuǎn)網(wǎng) 8. 循環(huán)管路 9. 進料皮帶 10. 除雜斗 11. 接灰斗 12. 梳絲輥 13. 除塵管 14. 導風板 15. 循環(huán)風機

圖4 一級風選示意圖

Figure 4 Diagram of election of the first-level wind

1. 左出風口 2. 右出風口

1. 網(wǎng)帶被動輥組件 2. 清理門 3. 出雜網(wǎng)帶 4. 拖動輥組件 5. 網(wǎng)帶主動輥組 6. 出雜氣鎖組件

2.3 二級循環(huán)風選系統(tǒng)

二級循環(huán)風選系統(tǒng)主要由振動輸送機、進料氣鎖、風選箱體、密封網(wǎng)帶+出雜氣鎖及旋風落料器等組成，見圖7。一級風選系統(tǒng)選下約10%的煙絲通過輸送網(wǎng)帶+出雜氣鎖系統(tǒng)輸出至二級循環(huán)風選系統(tǒng)的喂料機，喂料機上設(shè)置有撥輥，保證物料厚度的均勻。振動輸送機上設(shè)置有導流板保證物料橫向均鋪；進料氣鎖保證物料的連續(xù)輸送及防治漏風；采用方形垂直風管對煙絲進行松散及輸送；風選器采用倒錐形+方形組合風選器，采用變風速風選技術(shù)保證風選效率。

風選箱體上設(shè)置有觀察窗可觀察風選狀態(tài)；方形風選器設(shè)置有兩對梳絲輥，對煙絲進一步松散(見圖8)；倒錐型風選箱體上設(shè)置有調(diào)風板調(diào)節(jié)風量，箱體上部風速約4 m/s，實現(xiàn)低風速風選，有利于減小造碎，降低能耗；采用切向落料器獲得更好的分離效果[7-8]；循環(huán)風與一級風選系統(tǒng)共用一個風機，在回風、進風處設(shè)置有風門可實現(xiàn)風量的調(diào)節(jié)。

3 對比實驗結(jié)果

試驗牌號為黃金葉(YDH)，分別對卷制后的煙支進行取樣，各種樣品等時間間隔分別取樣3次，所有取樣和檢測均按相關(guān)標準[9-11]執(zhí)行，結(jié)果取平均值；評吸樣品置于RH(60±2)%、溫度(22±1) ℃的恒溫恒濕箱中平衡48 h，采用對比評吸的方法進行評價。

3.1 葉絲質(zhì)量指標對比

黃金葉(YDH)經(jīng)不同方式風選葉絲前后質(zhì)量指標檢測結(jié)果見表1。由表1可知，風選后葉絲含水率降低0.17%，葉絲溫度降低6.7 ℃，整絲率降低1.48%，碎絲率增加0.2%，填充值增加0.28 cm3/g；與傳統(tǒng)多級風選機相比，煙絲溫度提高6.2 ℃，含水率提高0.3%，其他指標接近。

1. 進風管道 2. 切向落料器 3. 風選器 4. 進料振槽 5. 進料氣鎖 6. 調(diào)風板 7. 調(diào)風板 8. 落料氣鎖 9. 梳絲機構(gòu) 10. 風門

圖7 二級風選示意圖

Figure 7 Diagram of second-tier air separation

1. 驅(qū)動電機 2. 上梳絲棍 3. 觀察門 4. 檢修門 5. 風選箱體 6. 檢修門 7. 驅(qū)動電機 8. 下梳絲棍

圖8 方形風選箱體示意圖

Figure 8 Diagram of square air separation tank

3.2 產(chǎn)品品質(zhì)對比

產(chǎn)品品質(zhì)檢測結(jié)果見表2～4。由表2～4可知，采用節(jié)能型循環(huán)風式多級葉絲風選系統(tǒng)與不風選相比：① 卷煙機梗簽剔除率降低2%，單支質(zhì)量標偏降低0.5 mg，吸阻標偏降低9 Pa，控制精度有明顯改善；② 卷煙的焦油量、煙堿量和CO量均略有降低趨勢，但不明顯；③ 卷煙感官質(zhì)量有所改善，主要是雜氣、刺激和余味；④ 節(jié)能型循環(huán)風式多級葉絲風選系統(tǒng)與傳統(tǒng)多級風選機在產(chǎn)品品質(zhì)方面無明顯差異。

表1 不同風選方式葉絲質(zhì)量指標

表2 不同風選方式卷煙物理指標對比

表3 不同風選方式卷煙(單支)煙氣指標

表4 不同風選方式卷煙感官質(zhì)量指標

3.3 能耗對比

由表5可知，節(jié)能型葉絲風選機比傳統(tǒng)多級風選器節(jié)約能耗50%以上，節(jié)能效果顯著。如果考慮空調(diào)能耗方面，節(jié)能型葉絲風選機僅有傳統(tǒng)二級風選機除塵風量的10%，比傳統(tǒng)多級就地風選系統(tǒng)節(jié)能90%以上，大大減輕了空調(diào)系統(tǒng)的負荷。經(jīng)測算，僅節(jié)能型葉絲風選機自身每年可為企業(yè)節(jié)約電費20萬元以上。

表5 能耗對比

4 結(jié)論

與傳統(tǒng)多級風選機相比，采用節(jié)能型循環(huán)風式多級風選器，能耗降低50%以上；風選后葉絲含水率提高0.17%，溫度提高6.2 ℃；卷煙感官質(zhì)量在雜氣、刺激和余味方面有所改善。采用節(jié)能型循環(huán)風式多級風選器可有效提高風選效果，改善煙絲結(jié)構(gòu)，減少煙絲溫度、水分散失，降低能耗，值得推廣應(yīng)用。由于設(shè)備為首臺樣機，外觀較為粗糙，部分連接處存在揚塵現(xiàn)象，下一步將在提高設(shè)備的外觀及密封性方面開展工作。

[1] 張輝, 孫小龍, 戈方, 等. 一種烘后葉絲松散、篩分并風選的方法[J]. 科技創(chuàng)新導報, 2012(10): 227.

[2] 李春光, 孫覓, 劉強, 等. 葉絲風選工藝實用性評價[J]. 煙草科技, 2010(3): 5-7.

[3] 張良斌, 羅富煒, 范明登, 等. ET22型風分器結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進及應(yīng)用[J]. 食品與機械, 2016, 32(9):74-76.

[4] 江威, 張國智, 馮志斌, 等. 利用煙絲含簽率檢測儀研究加工工藝對煙支含簽率的影響[J]. 食品與機械, 2014, 30(5):161-166, 228.

[5] 姚光明, 劉朝賢, 尤長虹, 等. FX型就地風選器在制絲線上的應(yīng)用試驗[J]. 煙草科技, 2003(8): 3-5.

[6] 熊安言, 彭桂新, 姚光明, 等. 薄層物料雙面噴射式加料系統(tǒng)的研制與應(yīng)用[J]. 煙草科技, 2015, 48(9): 81-87.

[7] 顧芳珍, 劉燕. 氣流干燥器的優(yōu)化設(shè)計[J]. 天津大學學報, 1996(3): 22-24.

[8] 葉德全. 切向落料器結(jié)構(gòu)的改進設(shè)計[J]. 煙草科技, 1998(1): 15-16.

[9] 國家煙草專賣局. 卷煙工藝規(guī)范[S]. 北京: 中央文獻出版社, 2013: 66-78.

[10] 國家煙草專賣局. GB 5606.4—2005 卷煙 第3部分: 包裝、卷接技術(shù)要求及貯運[S]. 北京: 中國標準出版社, 2005: 1-2.

[11] 全國煙草標準化技術(shù)委員會卷煙分技術(shù)委員會. YC/T 151.2—2001 卷煙 端部掉落煙絲的測定 第2部分: 旋轉(zhuǎn)箱法[S]. 北京: 中國標準出版社, 2001: 1-2.

Development and application of energy-saving multiple-silk air separation system

ZHU Guo-cheng1WEIJia-xin1GUOHong-min1LIShu-fang1CAOLi-hong1FANLei1SONGWei-min2

(1.XuchangCigaretteFactory,ChinaTobaccoHenanIndustrialCo.,Ltd.,Xuchang,Henan461000,China; 2.TechnologyCenter,ChinaTobaccoHenanIndustrialCo.,Ltd.,Zhengzhou,Henan450000,China)

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.08.021

河南中煙工業(yè)有限責任公司科技項目(編號：2012012)

朱國成，男，河南中煙工業(yè)有限責任公司工程師，碩士。

宋偉民(1975—)，男，河南中煙工業(yè)有限責任公司工程師，本科。E-mall：gongyishi@126.com

2017—05—11