陳加坤，丁文彬，劉銀初，盛小文

江西中煙工業(yè)有限責任井岡山卷煙廠制絲車間，吉安市井開區(qū)南山大道298號 343100

在加香工序過程中排潮系統(tǒng)主要是利用風力將出口成品煙絲中的廢氣和煙塵抽出，保證成品煙絲香氣適宜、質量更純，因此排潮系統(tǒng)的完好狀態(tài)和排潮管路的清潔狀況至關重要。但在實際生產中存在本地排潮風機葉輪處易起火、排潮管道內壁易積垢，難清潔、排潮管路內壁粘附的煙垢煙油掉入成品煙絲引起質量事故等問題，造成排潮系統(tǒng)不穩(wěn)定、排潮效果不理想、工藝質量投訴多、設備維保勞動強度大、設備維修費用高等后果。為解決此類問題，陳文明[1]對除塵管路系統(tǒng)進行了改進，避免了加香機溢香，保證了加香機加香的均勻性和產品質量。崔玲玲等[2]設計了排潮風機自動清潔裝置和煙塵顆粒分離沉降室，實現(xiàn)了排潮風機和排潮管道的自動清潔，避免了設備的反復拆卸和安裝，提高了排潮系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。焦躍層等[3]設計了旋風除塵器作為沉降單元，采用清洗水作為降溫介質，在水淋降溫過程中對高溫粉塵顆粒進行捕捉，解決了排潮管道堵塞問題。張冰江等[4]設計的一種滾筒排潮管道自動清洗裝置，實現(xiàn)了排潮管路自動清洗，保障了排潮管道的干凈度，減輕了維護人員的勞動強度，消除了安全隱患。但上述類似改進設計未能解決當前實際存在的問題。為此，以SJ233B 加香機為研究對象，通過改進當前排潮系統(tǒng)，并針對性設計一排潮管路清潔系統(tǒng)，以提高排潮系統(tǒng)健康運行的穩(wěn)定性，降低產品質量投訴次數(shù)，降低排潮管路維保勞動強度，減少排潮管路維修費用等。

1 問題分析

（1）SJ233B 加香機排潮過程是采用集中排潮風機與本地排潮風機同步運行，以利用風力將出口成品煙絲中的廢氣和煙塵抽出。本地排潮系統(tǒng)組成，見圖1 示。排潮口通過較長距離的連接管與位于樓上的集中排潮風機連接。在實際生產中，由于加香工序產生的廢氣中含有較強粘性的霧狀香精，在排潮風機抽吸下，部分煙塵因粘性霧狀香精逐漸被粘附在排潮管路內壁、本地排潮風機內殼和風機葉輪表面；同時又因本地排潮風機與集中排潮風機之間的連接排潮管路跨度之大，銜接彎頭之多，在長時間運行以后，上述位置處積攢的煙塵及粘性霧狀香精會不斷增加抽吸含塵氣體的阻力，進而導致煙塵積攢日漸增多，尤其在本地排潮風機葉輪位置。因此若不及時拆卸清潔，不僅嚴重影響實際排潮效果，而且極易在本地排潮風機葉輪處因風機葉輪高速旋轉與煙塵摩擦靜電產生火星進而引發(fā)起火。據(jù)2019 年6～8 月份本地排潮風機葉輪處起火數(shù)據(jù)如表1 可知，起火次數(shù)達3.7 次/月。嚴重影響設備運行安全和排潮系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，甚至造成因除塵房排潮管道內部起火引起管路安全裝置防火閥關閉切斷，最終導致排潮系統(tǒng)起火報警引起全線設備停機斷流。

圖 1 SJ233B 加香機排潮系統(tǒng)示意圖Fig. 1 Schematic diagram of moisture exhaust pipeline system of SJ233B flavoring machine

（2）據(jù)圖1 可知，排潮罩位于加香滾筒出口振槽正上方，因此為避免排潮管道內壁上的煙垢與煙油在生產過程中掉落至下方出口振槽成品煙絲中造成水漬煙、濕團煙和雜質煙的現(xiàn)象，車間提出需對本地排潮管路作嚴格的日保清洗要求。同時為防止本地排潮風機葉輪位置處出現(xiàn)火星起火現(xiàn)象，則另需對本地排潮風機等銜接管路作嚴格的周/月維護保養(yǎng)要求。每月的三級保養(yǎng)過程步驟繁瑣、費時費力。其中日保平均耗時為32 min/次；周/月保平均耗時為78 min/次。尤其是本地排潮風機的拆卸、清洗、安裝過程耗時耗力，而且經常拆卸與安裝不僅會影響排潮系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，而且極易造成排潮風機的機械損傷等。經以上綜合分析發(fā)現(xiàn)，改進現(xiàn)有排潮系統(tǒng)并增加配套的清潔系統(tǒng)是解決上述問題的關鍵。

2 改進方法

2.1 排潮系統(tǒng)改進設計

2.1.1 沉降方式的選擇

當前，煙草行業(yè)除塵系統(tǒng)應用較多的機械式除塵主要有以下三種，如重力沉降室、慣性除塵器、旋風分離器[5]等。對比其性能，首先重力沉降室主要是利用重力作用使塵粒從氣流中自然沉降，含塵氣體進入沉降室后流道截面增大、流速降低；又因顆粒與流體的密度差異，使之發(fā)生相對運動而沉降至底部被流走[6-7]。但該方式設備體積大，效率相對低，適用范圍為捕集密度較大、顆粒粗的粉塵。其次慣性除塵器是使含塵氣體與擋板撞擊或者急劇改變氣流方向，進而利用慣性力分離并捕集粉塵的除塵設備[8-9]。但該方式設備除塵效率不高，適用范圍為大顆粒（20 μm以上）的干性顆粒。最后旋風分離器是利用離心力分離含塵氣流中固體顆?；蛞旱蔚脑O備，該方式設備效率可達97%～99%，適用范圍為凈化大于1 μm～3 μm的非粘性、非纖維的干燥粉塵。為此，基于現(xiàn)場安裝空間和粉塵沉降效率的考慮，最終選用了旋風分離器作為改進后的沉降方式。

2.1.2 旋風分離器設計

單個旋風分離器的選擇設計主要在于確定其幾何尺寸，見圖2。依據(jù)實際集中排潮情況，工作狀況下的氣體流量為：

式中：Q 為標準狀態(tài)下的煙氣流量，m3/h；T’為工況下的煙氣溫度，K；T 為標準狀態(tài)下的溫度，273 K。

已知Q=0.156 m3/h，T’=393 K，計算可得：

（1）進口截面積：

式中：A 為進口截面積，v 為進口風速。

已知v=5 m/s，計算可得：

（2）筒體尺寸

筒體直徑D=3.33b=0.49 m

筒體長度L=1.7D=0.83 m

（3）錐體尺寸

錐體長度H=2.3D=1.127 m

排灰口直徑d1=0.43D=0.21 m

（4）出口管直徑與插入深度

出口管直徑de=0.6D=0.294 m

插入深度s=0.3D=0.147 m

2.1.3 安裝位置設計

根據(jù)加香機本地排潮管路、集中排潮管路、集中除塵管路和排污水管路的現(xiàn)場安裝布局，同時為滿足增設的旋風分離器煙氣進口與排潮罩連接管道緊密配合、儲灰斗與集中除塵管道緊密配合、排出管口與集中排潮彎管緊密配合的安裝要求，加工制作時對旋風分離器理論設計值作了一定的微調，以保障改進后的排潮、除塵功效正常，且便于后期的管道維修保養(yǎng)，現(xiàn)場安裝如圖3 所示。另外，為使得旋風分離器日常保養(yǎng)后的污水和生產過程產生的煙油排放便捷，又在旋風分離器儲灰斗出口處通過三通增設了另一排污支路且直接排放至地溝。

圖2 旋風分離器原理圖及結構圖Fig. 2 Schematic diagram and structure diagram of cyclone separator

2.2 清潔系統(tǒng)設計

根據(jù)上述改進后的排潮管路系統(tǒng)結構布局和運行狀態(tài)，同時設計了一配套的自動清潔系統(tǒng)，見圖4。該系統(tǒng)利用滾筒清洗水源和噴吹氣源作為清潔噴吹介質[10-13]，組成部分有清洗主水管路、空壓噴吹氣管路和旁通排水管路。

2.2.1 清洗主水管路設計

清洗主水管路末端采用兩路分支設計，一路分支用于清洗改進后的旋風分離器及連接管路；另一路分支則用于清洗出口振槽上方的排潮罩及連接管路。由于旋風分離器及連接管路和排潮罩及連接管路管徑結構尺寸大，清潔面廣，因此在設計時要求清洗覆蓋范圍大且流量大，即噴嘴噴射面積要大、覆蓋面要廣。通過對比選型確定噴嘴類型為“大桶清洗噴嘴”，同時采用正交試驗法確定噴嘴安裝位置、噴嘴孔徑（圓弧寬度）、清洗水壓等參數(shù)，試驗以清潔時間和清洗效果作為考察指標，設計3 因素2 水平的因素水平表見表2 和正交試驗表見表3 示。最終確定最優(yōu)方案為A2B1C1，即噴嘴安裝角度為45°，噴嘴孔徑（圓弧寬度）2 mm，清洗水壓0.4 MPa。兩支路噴嘴安裝位置示意圖及現(xiàn)場圖如5 示。清洗主水管路上設計安裝有總快開球閥，通過手動開啟總快開球閥，即可實現(xiàn)每日的清洗過程。

圖3 改進后的旋風分離器安裝位置圖Fig. 3 Installation location diagram of the improved cyclone separator

表2 正交試驗因素水平表Tab. 2 Orthogonal test factor level

表3 正交試驗表L4（23）Tab. 3 Orthogonal test table L4 (23)

2.2.2 空壓噴吹氣管路設計

在完成上述排潮管路清洗后，由于清洗主水管路路徑較長，使得管路內壁殘留余水無法短時間內排放干凈，此時，內壁殘留余水極易在生產過程中沿噴嘴流出滴落至排潮罩正下方的成品煙絲中，引起產品質量事故。因此，配套設計了一空壓噴吹氣管路，見圖6。噴吹氣管路利用設備總氣源作為噴吹介質，由電磁閥、快開球閥、耐高壓氣管等組成，并利用PLC 編程軟件編寫空壓噴吹控制程序。當每次完成清洗排潮管路后，只需先關閉清洗主水管路上的總快開球閥；然后開啟空壓噴吹氣管路上的快開球閥；再按下該段控制子站上的“排潮管路清洗控制按鈕”，即可啟動空壓噴吹控制程序，實現(xiàn)對清洗主水管路、噴嘴、排潮管道內壁的噴吹作用。確保清洗主水管路和排潮管路內壁在每批生產前干燥無積水，進而消除了生產過程因清洗管路余水掉入成品煙絲中引起水漬煙絲、濕團煙絲和黃斑煙等的工藝產品質量風險。

圖4 排潮管路自動清潔系統(tǒng)示意圖Fig. 4 Schematic diagram of automatic cleaning system for moisture exhaust pipeline

圖5 兩支路噴嘴安裝位置示意圖及現(xiàn)場圖Fig. 5 Schematic diagram and site diagram of the installation position of the two branch nozzles

圖6 空壓噴吹氣管路控制程序及現(xiàn)場示意圖Fig. 6 Control program and site diagram of air pressure injection and blowing air pipeline

2.2.3 旁通排水管路設計

現(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)，由于控制清洗主水管路的手動快開球閥存在因長時間使用后內部易磨損，導致閥門溢水或其他突發(fā)型故障問題。因此，為避免在生產過程中出現(xiàn)閥門溢水滲漏，造成清洗用水沿清洗主水管路滴落至排潮罩正下方的成品煙絲中，引起產品質量事故的發(fā)生，在清洗主水管路總快開球閥后加裝了一旁通排水管路，見圖7 示。旁通排水管路上安裝有手動快開球閥，生產時開啟，確保當清洗主水管路上的手動快開球閥出現(xiàn)溢水滲漏時，可直接由旁通排出流至水池；保養(yǎng)時關閉，確保清洗過程中的水壓達到最大值，以提高清洗效率。

3 應用效果

圖7 旁通排水管路示意圖Fig. 7 Schematic diagram of bypass drainage pipeline

以甲、乙兩班組加香崗操作工為對象進行試驗測試，對集中除塵與集中排潮風機頻率進行跟蹤測試調查，并同時對每日最后一批次結束后的清潔保養(yǎng)時間與效果進行跟蹤調查統(tǒng)計。測試方法：①集中排潮風機、除塵風機初始頻率分別以（30±5）Hz、（40±5）Hz 開始運行后，觀察除塵與排潮效果。②統(tǒng)計每日清洗排潮管道的時間，并觀察清潔效果，測試時間周期為三個月（每日生產完最后一批次進行清洗測試），改進前后數(shù)據(jù)對比情況如表4 示。

表4 改進前后數(shù)據(jù)對比情況Tab. 4 Data comparison before and after improvement

改進后，通過隨機抽查2019 年10～12 月份共計21 個批次加香生產現(xiàn)場時發(fā)現(xiàn)，集中排潮風機與除塵風機頻率分別在（30±5）Hz、（40±5）Hz 情況下運行穩(wěn)定，除塵與排潮效果好，即生產過程檢查除塵器出口氣流無明顯灰塵、排潮罩口無煙塵廢氣外溢等，如表5 示。均符合生產要求。

統(tǒng)計每日對排潮管路清洗所需時間發(fā)現(xiàn)，已由改進前的32 min/次減少到3 min/次，見表4 示。產能損耗由改進前的2.67 萬公斤/月減少到0.40 萬公斤/月；主電控柜及摻兌間每日保養(yǎng)過程耗電時間也隨之從改進前的32 min 降低到3 min；按月均25 個工作日計算，全年節(jié)約用水約424 噸，綜合全年節(jié)約用電約5256 度。另外，主機本地排潮風機起火問題和因排潮管路清洗不到位造成的煙絲質量缺陷問題均在改進后徹底被解決。

4 結論

（1）改進后的排潮管路系統(tǒng)有效解決了原來本地排潮風機易起火問題，且排潮效果及除塵效果均很理想，實現(xiàn)了廢氣和煙塵的排潮除塵分離。另外，設計的配套清潔系統(tǒng)，更是有效避免了對改進后的排潮管路系統(tǒng)清洗時進行的反復拆卸和安裝，極大減少了日常清洗時間，極大減輕了設備維保人員的勞動強度。

（2）應用效果表明，改進后的排潮管路系統(tǒng)和配套的清潔系統(tǒng)，也有效消除了因排潮管路清洗不到位造成的煙絲質量缺陷等風險隱患。按月均25 個工作日計算時，全年節(jié)約用水約424 噸、全年節(jié)約用電約5256 度?？傊?，改進后的兩套系統(tǒng)不僅提高了排潮系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，而且極大降低了生產維保費用。

表5 改進后現(xiàn)場排潮與除塵情況Tab. 5 Moisture exhaust and dust removal on site after improvement