劉元 黃炬 張孝權(quán) 豐文兵

摘要：紅外加熱技術(shù)具有速率快、污染小、節(jié)約能源等優(yōu)勢，廣泛應用于物料干燥領(lǐng)域。本文對紅外加熱技術(shù)的原理、優(yōu)點做了簡述，介紹了卷煙機水松紙傳統(tǒng)加熱存在的問題，著重就紅外加熱技術(shù)在卷煙機水松紙膠后加熱上的體運用進行闡述。

關(guān)鍵詞：紅外加熱技術(shù);卷煙機;水松紙

一、應用背景

YJ27型接嘴機是ZJ17機組實現(xiàn)濾嘴接裝功能的設(shè)備，主要實現(xiàn)濾嘴與短支煙段接裝的功能。為實現(xiàn)水松紙粘接濾嘴與煙支的功能，YJ27型接嘴機設(shè)有2處加熱裝置，分別是膠后加熱裝置和搓板加熱裝置，其中膠后加熱裝置的作用是將上膠后的水松紙進行預加熱，提升膠水粘合力的同時便于搓接后更快地烘干膠水。

目前膠后加熱裝置采用的平面接觸熱傳導加熱方式，存在導熱效率低、加熱不均勻的現(xiàn)象，導致膠水干化程度不一。而且，隨著降膠減害理念的深入和推廣，卷煙生產(chǎn)所用水松紙絕大部分為激光打孔水松紙，膠水會透過激光孔粘接到膠后搓板上如圖1.1所示，同時干化程度不一會導致有少量膠水預熱程度不夠，在傳輸過程中會透過激光孔堵塞水松鼓，并讓水松紙切刀積垢粘膠加快，最終會導致接嘴機搓接故障停機次數(shù)、煙支搓接質(zhì)量問題以及設(shè)備維護頻次增加的問題。該問題普遍存在，目前沒有較好的解決方案。

二、紅外加熱原理及優(yōu)點

紅外線為不可見光，其波長為 0.75～100 μm。按照其波長紅外線分為近紅外線（0.76～1.50 μm）、中紅外線（1.5～6.0 μm）和 遠紅外線（6～1 000 μm）[1]。紅外線依據(jù)其波長具有不同的特性，因此紅外線技術(shù)運用的非常廣泛，已在感應開關(guān)、遙感、醫(yī)療、軍事等多種領(lǐng)域得到應用。紅外線主要是物體向外的能量輻射，帶有較高的熱能，因此利用紅外線這種特性，逐漸形成了紅外線輻射加熱的干燥技術(shù)，物體加熱是紅外線運用的另一重要領(lǐng)域。

紅外線屬于不可見光，同時具有光和波的兩種性質(zhì)。紅外線遵守電磁波的運動規(guī)律，當紅外線照射到被加熱的水松紙時，紅外線被水松紙和膠水反射、吸收，同樣也有一部分穿透水松紙。當水松紙和膠水的分子固有振動頻率與被吸收的紅外輻射頻率相同時，就會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，將輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，使水松紙和膠水的溫度同時升高，使膠水中內(nèi)的水分排出，達到加熱水松紙和干燥膠水的目的。

膠后紅外加熱的加熱方式有如下優(yōu)點：

（1）非接觸式：采用非接觸式加熱方式，避免了接觸式加熱板粘膠的情況。

（2）安全環(huán)保：紅外加熱設(shè)備的安全性能較高，因此對環(huán)境和人身安全危害極小。

（3）效率高：因此對物料加熱的速度快、效率高，同時內(nèi)外部加熱相對一致，干燥更加均勻。

（4）節(jié)能：對于電加熱的各種方式，紅外加熱有明顯優(yōu)勢，電能相對節(jié)省 30%～50%，生產(chǎn)效率明顯提高20%～30%【2】。

（5）結(jié)構(gòu)簡單：遠紅外線輻射原件結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計和改造相對容易，安裝、維修都比較簡答。

三、應用方案

1.紅外線燈管

遠紅外線幅射熱元件的類型，從形狀分有燈型、管型和板型三種，可適用各種烘干和產(chǎn) 品加熱。從加熱方式分，有直熱 式 和旁 熱式 兩 種，一般說來直熱式升溫速度快、省電。根據(jù)卷煙機膠后加熱的安裝空間、安全防護和易維護性等需求著手，選擇直熱式燈管型紅外線發(fā)生器最為合適。燈管型紅外發(fā)生器有如下優(yōu)點：

（1）燈管的輻射波長可以控制在一定范圍之內(nèi);

（2）燈管功率、電壓、燈管的長度等可根據(jù)被加熱工件的材質(zhì)和物理特性任意選擇和定制。

（3）加熱燈管的熱效率高，其最高紅外輻射效率可達86%以上;

（4）加熱燈管體積很小、功率大;

（5）紅外燈管燈絲的熱慣性很小，也就能很方便地實現(xiàn)快速精確的溫度控制。

2.加熱器功率選擇

本次改造設(shè)備為ZJ17型卷煙機組，設(shè)備速度為7000支/分鐘，設(shè)備上配套的水松紙寬度均值為0.025m，測算設(shè)備內(nèi)部可用安裝位置紅外加熱器有效加熱長度長度為0.15m，通過如下公式計算加熱時間T為：

T=S/（V/2*L）

（V---設(shè)備生產(chǎn)煙支速度，L---煙支周長，S---加熱器長度）

通過計算，則紅外水松紙加熱器的有效加熱時間為0.1S。加熱距離為4CM，通過時間、物料吸收比等數(shù)據(jù)，計算出紅外線燈管所需功率，依據(jù)30%的余量選擇為500W加熱管。由于水松紙涂膠后，加熱器主要的加熱位置在水松紙邊緣區(qū)域，為保證加熱面的全面均勻覆蓋，加熱管選擇雙燈管型加熱器，增加有效加熱覆蓋面。

3.溫控設(shè)定

紅外燈管燈絲的熱慣性極小，通電后1-2秒可達額定功率的50%左右，約2-4秒鐘后即可全功率運行，能夠迅速準確地實現(xiàn)開溫、降溫功能。且當紅外燈管短時間切斷電源后依然會對外輻射紅外線，依然會對加熱物體加熱，不會造成熱源中斷的情況，因此本次溫控控制采用原機控制模式，即采用ZJ17原機的PID控制紅外加熱其電流通斷，來控制加熱器的溫度，直接將PT100鉑電阻接入PLC控制器，電路圖如圖1。膠后加熱設(shè)定溫度設(shè)定，由于鉑電阻和水松紙的對紅外線的反射和吸收率不同，且位置也有差別，我廠紅外燈管與水松紙平面的距離為100mm，通過實驗對設(shè)定溫度和水松紙的實際溫度進行對比，依據(jù)改造前生產(chǎn)時膠后水松紙的加熱溫度在70度左右，因此紅外改造后膠后加熱設(shè)定溫度為50攝氏度。

四、效果驗證

根據(jù)改造后的數(shù)據(jù)追蹤統(tǒng)計，采用紅外線水松紙膠后加熱后，水松紙和膠水干燥相對更加均勻，因膠水干燥不均勻而造成的膠液滲漏帶來搓接原因停機平均次數(shù)下降40%，水松紙膠后加熱的能耗下降28%，同時因取消加熱接觸器減少了清潔次數(shù)，降低了操作人員勞動強度。

參考文獻：

[1]魏忠彩，孫傳祝，張麗麗. 紅外干燥技術(shù)在果蔬和糧食加 工中的應用[J]. 食品與機械，2016（1）：217-220.

[2]邊軍，劉相華，王國棟.新型紅外線加熱設(shè)備的研制[J].東北大學學報，2004（04）：367-369.