王澤武 陳生超

摘要：針對目前國內皮棉加濕行業(yè)面臨的問題，提出一種新型的皮棉加濕工藝。該工藝摒棄了以往熱風伴隨式的皮棉加濕方式，而是通過將濕熱空氣穿透集棉后的棉胎層，在濕熱空氣穿透過程中水分被強行留在皮棉中完成對皮棉的加濕。結果表明，在供熱風機的頻率為15 Hz、水泵電機頻率為15 Hz時，皮棉加濕的效果最好，皮棉回潮率增加的平均值為2.4%;新型皮棉加濕工藝與熱風伴隨式皮棉加濕工藝相比，耗能、耗水降低了2/3;加濕后皮棉的成包高度降低了41.3 cm，棉包塑鋼帶被拉伸的長度降低了82.6 cm，所承受的拉力降低，崩包的概率減小，同時棉包尺寸的控制提高了裝載率和庫容率。

關鍵詞：皮棉;加濕工藝;濕熱空氣;回潮率;棉花加工

中圖分類號：S226.7文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）07-0186-04

收稿日期：2020-08-10

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（編號：2018YFD0700403）。

作者簡介：王澤武（1975—），男，河南鄭州人，高級工程師，主要從事棉花加工設備設計、棉花調濕工藝設計研究。E-mail：758879253@qq.com。

通信作者：陳生超，碩士，工程師，主要從事機械裝備設計加工。E-mail：csc19871012@163.com。

棉花加工的整個工藝流程主要為喂棉→籽棉烘干→籽棉清理→軋花→皮棉清理→皮棉加濕→集棉打包等[1]，其中整個流程中棉花回潮率調節(jié)主要包括了籽棉烘干和皮棉加濕，統(tǒng)稱為棉花調濕工藝[2]。

1 研究現(xiàn)狀

研究表明，籽棉付軋前的回潮率大小是影響棉花加工清理效果和棉纖維質量的主要因素之一，當籽棉回潮率大于8.5%時，清理效果差，含雜多;當籽棉回潮率低于6.5%時，棉纖維斷裂加劇，降低棉纖維質量[3-6]。當籽棉回潮率控制在6.5%～8.5%區(qū)間時，成包皮棉的回潮率往往會降到6%以下，會導致打包機踩壓困難和棉包崩包。棉包崩包不利于皮棉的成包和運輸，并且在運輸和庫存時有較大的火災隱患。根據(jù)美國國家棉花委員會所定的標準，皮棉的最佳成包回潮率在7.5%左右[2，7]，因此，在皮棉打包前要對皮棉進行加濕。國內相關學者對皮棉加濕方式也開展了研究，其中鄭州棉麻工程技術設計研究所開發(fā)了塔式加濕機，該加濕方式是通過在軋花工藝和集棉工藝之間安裝導向閥來改變皮棉的輸送方向，進而來增加皮棉的行程，并在該行程段通入濕熱氣流伴隨皮棉輸送對皮棉進行加濕[8-9];山東大學采用模糊控制法來精確控制皮棉回潮率，該方式增加了模糊控制方法，可以通過調節(jié)濕熱空氣的含量，控制皮棉加濕量[10-11];安徽東升新能源科技有限公司開發(fā)的超聲波霧化技術也在皮棉加濕中得到了少量的應用[12]。但這些皮棉加濕方式主要通過加熱產生濕熱空氣，來伴隨皮棉一起輸送，在皮棉輸送過程中起到皮棉加濕效果（圖1）。但這種加濕方式由于能耗高，能源利用率低，需燃燒大量的煤，隨著我國環(huán)保政策的不斷加強，高效節(jié)能的皮棉加濕方式成為未來皮棉加濕的發(fā)展方向。

針對目前我國皮棉加濕工藝的研究現(xiàn)狀，本研究開發(fā)了一款新型的皮棉加濕系統(tǒng)，該加濕系統(tǒng)摒棄了以往濕熱風伴隨式的皮棉加濕方式，而是通過將濕熱空氣穿透集棉后的棉胎層，在濕熱空氣穿透過程中水分被強行留在皮棉中完成對皮棉的加濕，如圖2所示，采用這種皮棉加濕的方式，不需要大量的濕熱空氣運送皮棉，實現(xiàn)了以小風量濕熱空氣達到加濕效果的目標。

2 工藝設計與安裝

2.1 工藝設計

該皮棉加濕工藝摒棄了投資占地大、不環(huán)保的燃煤熱風爐，采用了風道式電加熱器作為熱源。通過風道式電加熱器產生干燥的高溫氣流，輸送進入加濕霧化器，高溫氣流蒸發(fā)加濕霧化器中的霧狀水滴，產生濕熱氣流，濕熱氣流進入安裝在皮棉滑道上的加濕機，穿透棉胎后進入集棉管道，對進入集棉機的皮棉進行加濕，然后濕熱空氣通過集棉機風機排出。其中，集棉管道處安裝皮棉軋花質量在線檢測儀用于測量進入集棉管道處的皮棉回潮率，在濕熱空氣管道處設置溫濕度測量儀來測量用于穿透加濕的空氣的溫濕度，其工藝如圖3所示。

整個工藝系統(tǒng)根據(jù)皮棉軋工質量在線檢測設備，隨時采集進入集棉管道的皮棉回潮率，根據(jù)測得的皮棉回潮率大小，自動調節(jié)供熱風機頻率和霧化器水泵工作頻率，實現(xiàn)熱濕氣流溫濕度的精確控制，確保進入打包機的皮棉回潮率在6.5%～8.5%之間。其控制原理見圖4。

2.2 現(xiàn)場設備安裝及試驗

2.2.1 設備安裝

2016年10月19日，在第八師伊欣棉業(yè)有限責任公司進行了新型皮棉加濕工藝的試驗，試驗時室外溫度為8 ℃，空氣濕度為10%。為了防止出現(xiàn)皮棉棉胎堵塞和拉伸的現(xiàn)象發(fā)生，須要保證加濕機里面的塵籠線速度和集棉機內塵籠線速度一致，設定主電機頻率固定不變。現(xiàn)場設備安裝見圖5。

2.2.2 試驗過程

固定供熱風機的頻率為15 Hz，水泵頻率分別調整到5、10、15、20、25、30 Hz，運行穩(wěn)定后，測量加濕后皮棉的回潮率，并記錄下此時集棉滑道上加濕前皮棉回潮率的數(shù)值。

固定水泵頻率為15 Hz，供熱風機的頻率分別調整到5、10、15、20、25、30 Hz，運行穩(wěn)定后，測量加濕后皮棉的回潮率，并記錄下此時集棉滑道上加濕前皮棉回潮率的數(shù)值。

固定供熱風機的頻率和水泵電機的頻率均為 15 Hz， 測得此時所供濕熱氣流的流量是 5 000 m3/h

左右，溫濕度范圍是溫度在40～45 ℃之間，濕度在70%～75%之間，測量加濕后皮棉的回潮率，并記錄下此時集棉滑道上加濕前皮棉回潮率的數(shù)值，共測量105組數(shù)據(jù)。

固定打包壓力為400 t，分別打包加濕前后的棉包各10包，放置24 h后，分別測量加濕前后棉包的高度。

3 結果與分析

3.1 不同水泵電機頻率下皮棉回潮率增加值

從表1可以看出，在水泵電機頻率分別為5、10、15、20、25、30 Hz時，皮棉回潮率的增加值分別為1.49%、1.91%、2.45%、2.20%、2.11%、1.68%。當水泵電機頻率在15 Hz時，加濕效果最為明顯。

3.2 不同供熱風機頻率下皮棉回潮率的增加值

從表2可以看出，在供熱風機頻率分別為5、10、15、20、25、30 Hz時，皮棉回潮率的增加值分別為1.14%、1.55%、2.45%、2.23%、1.98%、1.21%。當供熱風機頻率在15 Hz時，加濕效果最為明顯。

3.3 加濕前和加濕后皮棉回潮率對比

從圖6可以看出，加濕前皮棉回潮率平均值為4.47%，加濕后皮棉回潮率平均值為6.87%，皮棉回潮率增加的平均值為2.4%。

3.4 與熱風伴隨式工藝耗能對比

由于熱風伴隨式中濕熱空氣不僅起到皮棉加濕的作用，還要起到皮棉輸送的作用，所以須要提供的風量為15 000 m3/h左右，要把這么多干燥空氣轉化為溫度在40～45 ℃之間，濕度在70%～75%之間，須要消耗大量的能量，而通過試驗可知，新的皮棉加濕工藝消耗的濕熱空氣量僅為 5 000 m3/h 左右，耗能、耗水僅為原熱風伴隨式皮棉加濕工藝的1/3。

3.5 加濕前后棉包高度對比

從表3可以看出，加濕前10個棉包的高度分別為82.0、81.5、81.2、82.3、81.4、80.5、82.5、80.8、81.6、82.0 cm;加濕后10個棉包的高度分別為76.5、77.6、76.9、78.0、77.2、78.5、76.8、78.1、77.3、77.6 cm。計算可得加濕前棉包的平均高度為81.58 cm，加濕后棉包的平均高度為77.45 cm，加濕前后棉包的平均高度降低了4.13 cm，表明加濕后棉包塑鋼帶被拉伸的長度降低了8.26 cm，所承受的拉力降低，崩包的概率減小，同時棉包尺寸的控制提高了裝載率和庫容率。

4 結論

供熱風機的頻率為15 Hz、水泵電機頻率為 15 Hz 時，皮棉加濕的效果最好，皮棉回潮率增加的平均值為2.4%。

新型皮棉加濕工藝與熱風伴隨式皮棉加濕工藝相比，耗能、耗水降低了2/3。

加濕后皮棉的成包高度降低了4.13 cm，棉包塑鋼帶被拉伸的長度降低了8.26 cm，所承受的拉力降低，崩包的概率減小，同時棉包尺寸的控制提高了裝載率和庫容率。

參考文獻：

[1]張 生. 棉花加工工藝流程研究與發(fā)展展望[J]. 中國棉花加工，2009（3）：18-20.

[2]王殿欽，史書偉. 棉花調濕工藝研究及發(fā)展展望[J]. 中國棉花加工，2009（4）：20-21，23.

[3]陳從華. 籽棉加濕應用研究的意義[J]. 中國棉花加工，2012（3）：31-32.

[4]張紅戰(zhàn). 回潮率對棉花加工工藝系統(tǒng)的影響[J]. 中國棉花加工，2008（4）：19，21.

[5]宋長順. 淺析回潮率對棉花加工和紡紗質量的影響與對策[J]. 中國纖檢，2011（11）：84-85.

[6]卞曉靜. 回潮率和含水率對棉花質量的影響及測試方法研究[J]. 中國纖檢，2018（2）：67-69.

[7]趙 萌. 皮棉加濕研究與探討[J]. 中國棉花加工，2005（5）：35-36.

[8]楊建華，屈 怡. 塔式皮棉加濕機在149團的應用[J]. 中國棉花加工，2013（6）：21-22.

[9]楊建華，李建民. 皮棉加濕成套設備中試應用測試數(shù)據(jù)分析[J]. 中國棉花加工，2014（3）：28-30，31.

[10]王曉明. 棉花加工智能控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D]. 濟南：山東大學，2008.

[11]許 剛. 棉花加工智能化關鍵技術研究[D]. 濟南：山東大學，2009.

[12]左敬東，王 偉，常 勇. 全自動超聲波皮棉在線加濕系統(tǒng)設計應用[J]. 中國棉花加工，2015（1）：17-19.