＊陳智鳴 賓暉 李江 覃寧波 唐小雪 侯振強 李馨

（廣西中煙工業(yè)有限責任公司 廣西 530001）

近年隨著細支卷煙產(chǎn)品及技術(shù)裝備的不斷發(fā)展，有力推動了細支卷煙的快速增長，滿足了消費者對卷煙產(chǎn)品個性化、多樣化的需求。在細支卷煙設(shè)備研發(fā)及裝備方面，生產(chǎn)速度為10000支/min的國產(chǎn)ZJ116B型細支高速卷接機已陸續(xù)投入生產(chǎn)使用，本企業(yè)是該機型的首批裝備用戶，目前該型設(shè)備已成為行業(yè)內(nèi)細支卷煙生產(chǎn)的主流設(shè)備。

ZJ116B型細支高速卷接機采用流化床供絲系統(tǒng)，其工作原理是通過氣力作用將煙絲懸浮于運動的流體中，使煙絲在流化床的弧面床身上形成煙絲層后，再輸送到風室體吸絲成形。流化床的工作氣流由循環(huán)風機產(chǎn)生，工作氣流為閉路內(nèi)循環(huán)工作方式。在實際生產(chǎn)中，隨著卷接機高速連續(xù)運行時間的增加，流化床系統(tǒng)的溫度會隨著工作氣流溫度的增加而上升，進而對細支煙的卷制質(zhì)量帶來影響。目前在關(guān)于細支煙卷接機流化床溫度對卷制質(zhì)量的影響研究方面，行業(yè)內(nèi)有一些相關(guān)研究，朱強等[1]對卷煙機流化床供絲方式對煙支燃燒溫度分布的影響開展分析研究，研究發(fā)現(xiàn)煙支最高燃燒溫度在特定的剖切面兩側(cè)存在明顯差異；余坤河[2]分析了流化床技術(shù)在PROTOS-M5型卷接機組的應用和技術(shù)實現(xiàn)原理；潘恒樂等[3]對ZJ116型常規(guī)煙卷接機組循環(huán)風機改進后的卷煙感官質(zhì)量進行分析，研究表明改進后的卷煙感官質(zhì)量有所提升；李滿偉[4]針對流化床供絲技術(shù)在ZJ17C中速卷接機組的應用開展研究，解決了ZJ17C中速卷接機的生產(chǎn)效率；關(guān)存春等[5]用流化床技術(shù)改進了ZJ17中速卷接機組的供絲系統(tǒng)，研究表明減少了煙絲與機械零件的接觸,降低了煙絲碎絲率。

綜上所述，目前在關(guān)于細支煙卷接機流化床溫度對卷制質(zhì)量的影響研究方面，多數(shù)是基于原有ZJ17或ZJ17C等中速卷接機開展的機械機構(gòu)優(yōu)化或技術(shù)改造方面的研究分析，以及對ZJ116型常規(guī)煙卷接機循環(huán)風機改進后的卷煙感官質(zhì)量進行分析。在針對細支煙高速卷接機流化床溫度對卷煙卷制質(zhì)量的影響方面鮮有報道。本文擬對ZJ116B型細支高速卷接機流化床供絲系統(tǒng)的溫度變化規(guī)律，及其工作氣流方式改進后對細支煙卷制質(zhì)量的影響開展研究。

1.材料與方法

(1)材料、設(shè)備及儀器

①原材料

正常在用合格卷煙材料及成品煙絲。

②主要儀器及設(shè)備

細支高速卷接機：ZJ116B型，常德煙草機械有限責任公司；電子天平：ML203型，精確至0.0001g，瑞士Mettler Toledo公司；綜合測試臺：SODIM，法國Sodim公司；實驗室紅外水份儀：Infralab710E型，英國NDC公司；煙支含末率測定儀：JMZ-V型，安徽光學精密機械研究所；煙絲振動分選篩：YQ-2型，鄭州恒德公司；煙支端部落絲量測試儀：YDZ-II型，合肥眾沃儀器公司；高精度手持紅外熱成像儀：FLUKE E60型，美國福祿克公司。

(2)方法

①卷煙重量、吸阻測定。按GB/T 22838.4-2009《卷煙和濾棒物理性能的測定》第4部分[7]及第5部分[8]執(zhí)行。

②卷煙含末率、含水率及空頭的測定。按GB/T 22838.7-2009《卷煙和濾棒物理性能的測定》第7部分[9]、第8部分[10]及第9部分[11]執(zhí)行。

③卷煙端部落絲量測定。按GB/T 22838.16-2009《卷煙和濾棒物理性能的測定》第16部分[12]執(zhí)行。

④煙絲結(jié)構(gòu)測定。按YCT 178-2003《煙絲整絲率、碎絲率的測定》[13]執(zhí)行。

⑤流化床溫度測定。在ZJ116B型細支高速卷接機額定生產(chǎn)機速的正常生產(chǎn)工況條件下，以一個生產(chǎn)班次的周期（8h）為范圍，按一定時間間隔，使用高精度手持式紅外熱成像儀，按GB/T 28706-2012《無損檢測 機械及電氣設(shè)備紅外熱成像檢測方法》[14]，對ZJ116B型細支高速卷接機流化床系統(tǒng)的循環(huán)風機表面溫度及流化床床面溫度進行測定，并記錄檢測結(jié)果。

2.試驗結(jié)果與分析

(1)細支高速卷接機流化床供絲系統(tǒng)分析

由ZJ116B型細支高速卷接機圖冊可知[6]，流化床供絲系統(tǒng)主要由流化床循環(huán)風機、配氣箱、流化床、風室體、一次分選噴嘴和二次分選噴嘴等組成。由圖1可見，循環(huán)風機產(chǎn)生的工作氣流進入配氣箱，經(jīng)配氣箱將工作氣流分配至流化床和分選噴嘴，在流化床噴出的氣流作用下，將輸送過來的煙絲在流化床的弧面床身上形成平鋪的煙絲層，再輸送到風送室體吸絲成形并形成煙絲束。

圖1 ZJ116B型細支高速卷接機流化床供絲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

(2)流化床供絲系統(tǒng)溫度變化規(guī)律分析

為了解ZJ116B型細支高速卷接機流化床供絲系統(tǒng)的溫度變化規(guī)律，在不破壞和損傷流化床供絲系統(tǒng)原有結(jié)構(gòu)的前提下，采用紅外熱成像檢測儀，對循環(huán)風機和流化床等兩個關(guān)鍵部位的溫度分布情況進行快速無損測定，溫度數(shù)據(jù)見表1、圖2、圖3和圖4。

圖4 ZJ116B細支高速卷接機流化床系統(tǒng)溫度變化規(guī)律

表1 ZJ116B型細支煙高速卷接機流化床供絲系統(tǒng)溫度

圖2 流化床循環(huán)風機溫度熱成像圖

圖3 流化床床面溫度熱成像圖

從表1、圖2及圖3可知，ZJ116B型細支煙高速卷接機流化床循環(huán)風機溫度均值為55.6℃，流化床床面溫度均值為46.9℃，兩個部位的溫度差為8.7℃。從圖1可知，ZJ116B型細支高速卷接機在額定高速運行條件下，流化床循環(huán)風機高速運轉(zhuǎn)，風機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子葉輪在高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下與空氣摩擦產(chǎn)生熱量，工作氣流將熱量傳遞到流化床系統(tǒng)的各個部位。隨著工作時間的增加，流化床的床面溫度也逐步上升，由于目前該型設(shè)備未配置有相關(guān)降溫裝置，造成流化床供絲系統(tǒng)的溫度總體偏高。

從圖4可知，循環(huán)風機溫度及流化床床面溫度，在設(shè)備運行4h內(nèi)的溫度上升較為明顯，其中流化床循環(huán)風機溫度上升14.2℃，流化床床面溫度上升11.2℃；設(shè)備運行4h后溫度趨于穩(wěn)定，流化床循環(huán)風機溫度平均在55.0℃～56.0℃之間，流化床床面溫度平均在46.0℃～47.0℃之間。

(3)流化床溫度變化對煙絲結(jié)構(gòu)及卷制質(zhì)量的影響分析

為掌握ZJ116B型細支煙高速卷接機流化床溫度變化對卷制過程煙絲結(jié)構(gòu)及煙支物理質(zhì)量的影響，在正常生產(chǎn)工況條件下，對應收集測定了各溫度點下的煙絲結(jié)構(gòu)和卷煙含水率、含末率、端部落絲量、卷煙空頭率、卷煙重量SD、吸阻SD等指標數(shù)據(jù)，如圖5～圖8。

圖5 流化床溫度對煙絲整絲率和碎絲率的影響

圖6 流化床溫度對卷煙含水率及含末率的影響

圖7 流化床溫度對卷煙空頭率及端部落絲量的影響

從圖5～圖8可知，ZJ116B型細支煙高速卷接機流化床系統(tǒng)溫度的上升，對煙絲結(jié)構(gòu)及卷制過程的煙支物理質(zhì)量造成影響。其中煙絲整絲率隨著流化床溫度的上升而下降，整絲率下降11%；煙絲碎絲率隨著流化床溫度的上升而上升，碎絲率上升5%；卷煙含水率隨著流化床溫度的上升而下降，卷煙含水率下降0.20%；卷煙含末率、空頭率、端部落絲量、卷煙重量SD值及卷煙吸阻SD值等卷制質(zhì)量指標，隨著流化床溫度的上升而升高，其中卷煙空頭率上升1.06%，端部落絲量上升3.27mg/支；卷煙含末率上升1.65%；卷煙重量SD值上升4.92mg/支；卷煙吸阻SD值上升16Pa/支。因此，流化床系統(tǒng)溫度的變化對煙絲結(jié)構(gòu)及卷制質(zhì)量造成的影響較為顯著。

圖8 流化床溫度對卷煙重量SD值和吸阻SD值的影響

(4)流化床系統(tǒng)循環(huán)氣流工作方式的優(yōu)化改進

針對ZJ116B型細支高速卷接機流化床系統(tǒng)原有的工作氣流方式，在設(shè)備長時間連續(xù)高速運行過程導致系統(tǒng)溫度升高問題。在不改變卷煙機原有布局的基礎(chǔ)上，將流化床氣流工作方式改為循環(huán)風機氣流入口與現(xiàn)場大氣相通，出口與卷包除塵系統(tǒng)連接的開環(huán)工作方式（見圖9），實現(xiàn)對工作氣流的降溫，保障卷制過程的產(chǎn)品質(zhì)量和工藝要求。

圖9 ZJ116B型細支高速卷接機流化床供絲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

流化床系統(tǒng)循環(huán)氣流工作方式改進后，對ZJ116B型細支高速卷接機流化床供絲系統(tǒng)的溫度進行了跟蹤監(jiān)測，其中流化床循環(huán)風機平均溫度為31.2℃，下降約24℃；流化床床身平均溫度為30.1℃，下降約17℃，詳見表2、圖10及圖11；同時改進后流化床供絲系統(tǒng)的溫度也趨于穩(wěn)定，見圖12。

表2 流化床系統(tǒng)溫度統(tǒng)計表

圖10 改進后流化床循環(huán)風機溫度熱成像圖

圖11 改進后流化床床面溫度熱成像圖

圖12 流化床工作氣流方式改進后的溫度趨勢

(5)流化床系統(tǒng)循環(huán)氣流工作方式改進后對卷制質(zhì)量的分析

ZJ116B型細支煙高速卷接機流化床系統(tǒng)循環(huán)氣流工作方式改進后，在正常生產(chǎn)工況條件下，對應收集測定了各溫度點下的煙絲結(jié)構(gòu)和卷煙含水率、含末率、端部落絲量、卷煙空頭率、卷煙重量SD、吸阻SD等指標的數(shù)據(jù)，如圖13～圖16。

圖13 流化床循環(huán)工作氣流方式改進前后煙絲整絲率和碎絲率的對比

圖14 流化床循環(huán)工作氣流方式改進前后卷煙含水率和含末率的對比

圖15 流化床循環(huán)工作氣流方式改進前后卷煙空頭率和含末率的對比

圖16 流化床循環(huán)工作氣流方式改進前后卷煙重量SD和吸阻SD的對比

從圖13～圖16可知，ZJ116B型細支高速卷接機流化床供絲系統(tǒng)的循環(huán)工作氣流方式改進后，卷制過程的煙絲整絲率、煙絲碎絲率和卷煙含水率、含末率、端部落絲量、空頭率、重量SD值、吸阻SD值等指標，均有不同程度的變化。其中卷制過程的煙絲整絲率上升6.5%；煙絲碎絲率下降4.5%，卷煙含水率上升0.2%，說明卷制過程煙絲的水分散失減小，煙絲結(jié)構(gòu)造碎減?。痪頍熀┞氏陆?.4%，卷煙空頭率下降0.6%，卷煙端部落絲量下降1.1mg/支，說明煙絲水分散失減小及煙絲結(jié)構(gòu)變化減小后，卷制過程煙支端部的空松現(xiàn)象和端部散落的煙絲量有所減小，煙支卷制質(zhì)量有所提升；卷煙重量SD值下降3.1mg/支；卷煙吸阻SD值下降3.7Pa/支，說明卷制過程煙支的物理指標穩(wěn)定性有所提升。

(6)生產(chǎn)應用跟蹤情況

ZJ116B型細支煙高速卷接機流化床系統(tǒng)循環(huán)氣流工作方式改進后，在本企業(yè)的細支卷煙生產(chǎn)中進行了應用。從生產(chǎn)應用跟蹤情況看，改進后流化床床面溫度及循環(huán)風機溫度明顯下降，其中流化床床面平均溫度30.18℃；流化床循環(huán)風機平均31.28℃；卷制環(huán)節(jié)的煙絲整絲率79.64%，碎絲率1.76%；卷煙含水率11.5%，含末率2.10%，端部落絲量2.1mg/支，空頭率0.62%，重量SD值10.21mg/支，吸阻SD值76.94Pa/支。說明改進后，流化床系統(tǒng)溫度下降，卷制過程煙絲水分散失及造碎減小，卷煙物理質(zhì)量及穩(wěn)定性有所提升，詳見表3。

表3 改進后生產(chǎn)應用及跟蹤情況

3.結(jié)論

（1）試驗結(jié)果表明，ZJ116B型細支高速卷接機流化床系統(tǒng)的溫度，隨著設(shè)備運行時間的增加而逐步上升，循環(huán)風機溫度及流化床床面溫度在設(shè)備連續(xù)運行4h內(nèi)的溫度上升較為明顯，運行4h后的溫度趨于穩(wěn)定，流化床循環(huán)風機溫度平均在55.0℃～56.0℃之間，流化床床面溫度平均在46.0℃～47.0℃之間。

（2）ZJ116B型細支高速卷接機流化床系統(tǒng)的溫度變化，對卷制過程的煙絲結(jié)構(gòu)及卷制質(zhì)量的影響較為顯著。其中煙絲整絲率、卷煙含水率隨流化床溫度的上升而下降；煙絲碎絲率、卷煙含末率、空頭率、端部落絲量、卷煙重量SD值及卷煙吸阻SD值等卷制質(zhì)量指標，隨流化床溫度的上升而升高。

（3）ZJ116B型細支高速卷接機流化床系統(tǒng)的循環(huán)氣流工作方式改進后，研究結(jié)果表明，流化床的床面溫度及循環(huán)風機溫度明顯下降，其中流化床床身溫度下降17℃；流化床循環(huán)風機溫度下降24℃；卷制過程的煙絲整絲率上升6.5%；煙絲碎絲率下降4.5%，卷煙含水率上升0.2%，卷煙含末率下降1.4%，卷煙空頭率下降0.6%，卷煙端部落絲量下降1.1mg/支，卷煙重量SD值下降3.1mg/支；卷煙吸阻SD值下降3.7Pa/支，說明卷制過程煙絲的水分散失減小，煙絲造碎減小，煙支端部的空松現(xiàn)象和端部散落的煙絲量減小，卷制過程煙支的物理質(zhì)量和穩(wěn)定性明顯提升。

（4）上述研究是基于ZJ116B型細支高速卷接機及本企業(yè)細支卷煙牌號為支撐得出的研究結(jié)果，但不同細支卷煙產(chǎn)品之間存在一定差異，有待進一步研究探討。