余東，萬宇超，周翠江，徐志強(qiáng)，紀(jì)多敏，徐武劍

（江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司廣豐卷煙廠，江西 廣豐 334600）

在卷煙加工過程中，烘絲工序是制絲生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工序，主要工藝任務(wù)是對(duì)煙絲進(jìn)行干燥處理，對(duì)來料葉絲（濕物料）進(jìn)行“脫水”的過程，通過此過程使出料葉絲（干物料）的含水率降低以達(dá)到卷煙品牌工藝規(guī)范的要求。其不僅提高了葉絲的填充能力和耐加工性，還有助于彰顯卷煙的香氣風(fēng)格，改善感官舒適性，實(shí)現(xiàn)了葉絲感官質(zhì)量和物理質(zhì)量的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，故烘絲工序?qū)頍煾泄儋|(zhì)量具有重要影響。目前，國內(nèi)卷煙廠所使用的薄板式滾筒式烘絲機(jī)多為HAUNI 公司生產(chǎn)，KLS-2 型薄板式滾筒烘絲機(jī)作為新一代產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)布局和加工能力對(duì)比傳統(tǒng)KLD-2 型都進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。因此，針對(duì)KLS-2 型薄板式滾筒烘絲機(jī)生產(chǎn)過程中調(diào)節(jié)能力的研究需求，本文圍繞烘絲機(jī)調(diào)節(jié)模式的工作原理、調(diào)節(jié)邏輯和控制流程，研究調(diào)節(jié)模式對(duì)物料干燥過程穩(wěn)定性和干頭干尾量的影響。通過對(duì)設(shè)備參數(shù)“預(yù)熱溫度”和“除水標(biāo)準(zhǔn)工作點(diǎn)”進(jìn)行梯度測(cè)試，對(duì)比分析得出2 種調(diào)節(jié)模式各自的優(yōu)缺點(diǎn)，為烘絲工序過程穩(wěn)定性控制和煙絲質(zhì)量保障提供技術(shù)支撐。

1 KLS-2 薄板式滾筒烘絲機(jī)的設(shè)備研究

1.1 滾筒烘絲機(jī)結(jié)構(gòu)

煙KLS-2 滾筒烘絲機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，設(shè)備主要由滾筒單元1、閥門管件柜2、機(jī)架3 部分組成。

圖1 KLS-2 滾筒烘絲機(jī)結(jié)構(gòu)圖

其中滾筒單元的熱空氣管路分為4 條，管路1 為排潮除塵管路，廢氣經(jīng)卸料側(cè)上旋轉(zhuǎn)的篩分滾筒及后面的管道，經(jīng)由過濾器排入大氣，借助排氣管道中的風(fēng)門可可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)廢氣流量，從而調(diào)節(jié)卸除罩內(nèi)的負(fù)壓力。管路2 和管路4 分別是出料端和進(jìn)料端的密封管路，從主氣流中分支出的密封空氣使出入口罩板和干燥筒之間的密封腔內(nèi)形成過壓，以防止?jié)L筒內(nèi)濕熱氣體外溢。管路3 一分為二，一部為工藝熱風(fēng)，從入口端順著煙絲流動(dòng)方向流過滾筒，其間通過對(duì)流方式將熱量傳遞給煙絲并帶走水分；另一部為次級(jí)熱風(fēng)，從出口端流入篩分滾筒箱，目的是阻止廢氣在排氣管道和濾塵器中因冷卻而產(chǎn)生結(jié)露。

1.2 滾筒烘絲機(jī)工作原理

葉絲通過振槽輸送進(jìn)入滾筒烘絲機(jī)內(nèi)。滾筒烘絲機(jī)主要由熱風(fēng)及滾筒筒壁翻炒來實(shí)現(xiàn)干燥目的，滾筒壁上安裝有熱交換板，可完成對(duì)煙絲的加熱和翻動(dòng)，使得煙絲可充分受熱膨脹并將葉絲內(nèi)部分水分蒸發(fā)，烘絲機(jī)入口管路的工藝熱風(fēng)也可以實(shí)現(xiàn)加熱葉絲，蒸發(fā)葉絲內(nèi)部分水分的作用，還可以實(shí)現(xiàn)帶走筒內(nèi)高溫高濕的潮氣，將煙絲干燥過程中產(chǎn)生的水汽排出。KLS-2 滾筒烘絲機(jī)作為兩段式烘絲機(jī)，在烘絲方式上有兩種調(diào)節(jié)模式可供選擇，其一是固定熱風(fēng)溫度，利用筒壁溫度上下浮動(dòng)調(diào)節(jié)出料水分；其二是固定筒壁溫度，利用熱風(fēng)溫度上下浮動(dòng)調(diào)節(jié)出料水分。這兩種烘絲控制模式的熱風(fēng)風(fēng)速（風(fēng)量）是固定不變的，熱風(fēng)風(fēng)門開度根據(jù)風(fēng)速設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)，排潮風(fēng)門開度根據(jù)排潮負(fù)壓設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)。

1.3 滾筒烘絲機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)

預(yù)熱狀態(tài)：在“自動(dòng)”狀態(tài)下，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”或“預(yù)熱”按鈕,烘絲機(jī)進(jìn)入預(yù)熱狀態(tài)。預(yù)熱狀態(tài)分為閥門測(cè)試階段、壓力成形階段和預(yù)熱階段。在壓力成形階段結(jié)束后，滾筒壁溫度調(diào)節(jié)裝置被開通，在一段規(guī)定的勻變時(shí)間內(nèi)，筒壁溫度的額定值將從滾筒壁溫度的當(dāng)前實(shí)際值均勻上升至配方中預(yù)設(shè)的額定值，并保持該值。滾筒以9 轉(zhuǎn)/分鐘運(yùn)行，排潮風(fēng)機(jī)運(yùn)行，循環(huán)熱風(fēng)風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行；熱交換器調(diào)節(jié)閥打開并開始PID 調(diào)節(jié)，新風(fēng)系統(tǒng)的熱交換器調(diào)節(jié)閥打開開始PID 調(diào)節(jié)。

待機(jī)狀態(tài)：隨著預(yù)熱階段的結(jié)束，烘絲機(jī)切換至待機(jī)運(yùn)行階段，并允許將煙絲輸入烘絲機(jī)內(nèi)。尾料階段結(jié)束后也會(huì)自動(dòng)切換為待機(jī)運(yùn)行階段，這樣烘絲機(jī)的滾筒壁可以保持溫度并節(jié)省能源。

啟動(dòng)狀態(tài)：當(dāng)入口水分儀檢測(cè)到水分大于某個(gè)值后，烘絲機(jī)前的煙絲識(shí)別裝置識(shí)別到煙絲，經(jīng)過一段給定的延遲時(shí)間后，烘絲機(jī)由待機(jī)運(yùn)行階段切換至起動(dòng)階段，此階段烘絲機(jī)為“前饋控制”。

生產(chǎn)狀態(tài)：當(dāng)出口水分儀檢測(cè)到水分大于某個(gè)值后，經(jīng)過一段給定的延遲時(shí)間后，從啟動(dòng)階段切換至生產(chǎn)階段。在生產(chǎn)階段，煙絲出口水分調(diào)節(jié)裝置MIC 被激活，并切換到滾筒壁溫度調(diào)節(jié)器TIC 上，作為主導(dǎo)調(diào)節(jié)裝置（級(jí)聯(lián)）。煙絲水分的額定值在配方中預(yù)設(shè)，此階段烘絲機(jī)為“前饋+反饋控制”。

尾料狀態(tài)：當(dāng)入口水分儀檢測(cè)到水分小于某個(gè)值后，烘絲機(jī)前的煙絲識(shí)別裝置識(shí)別不到煙絲，在一段延遲時(shí)間后，煙絲薄層的尾端到達(dá)滾筒入口，由生產(chǎn)階段切換到尾料階段。

冷卻狀態(tài)：當(dāng)生產(chǎn)結(jié)束后，烘絲機(jī)進(jìn)入冷卻狀態(tài)。在冷卻階段滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，但烘絲機(jī)中沒有熱能輸入，滾筒慢慢冷卻。冷卻階段的持續(xù)時(shí)間同樣在設(shè)備參數(shù)中給定。在該時(shí)間結(jié)束后，冷卻階段通過關(guān)閉滾筒驅(qū)動(dòng)裝置自動(dòng)結(jié)束。在冷卻結(jié)束后，滾筒提升裝置啟動(dòng)，升起滾筒，以使工作輪卸載。

2 KLS-2 薄板式滾筒烘絲機(jī)干燥過程調(diào)節(jié)模式的研究

2.1 “筒壁溫度調(diào)節(jié)”調(diào)節(jié)邏輯和控制流程

筒壁溫度調(diào)節(jié)模式的調(diào)節(jié)邏輯為固定熱風(fēng)溫度，利用筒壁溫度上下浮動(dòng)調(diào)節(jié)出料水分，信號(hào)輸入端為紅外水分儀、電子皮帶秤；執(zhí)行端為PID 調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、蒸汽噴入氣動(dòng)薄膜閥；輸出端為壓力變送器換算筒壁溫度?？刂屏鞒倘鐖D2 所示。

圖2 筒壁溫度控制流程圖

2.2 “熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)”調(diào)節(jié)邏輯和控制流程

熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)模式的調(diào)節(jié)邏輯為固定筒壁溫度，利用熱風(fēng)溫度上下浮動(dòng)調(diào)節(jié)出料水分，信號(hào)輸入端為紅外水分儀、電子皮帶秤；執(zhí)行端為PID 調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、加熱蒸汽閥；輸出端為溫度變送器換算熱風(fēng)溫度?？刂屏鞒倘鐖D3 所示。

圖3 熱風(fēng)溫度控制流程圖

3 KLS-2 薄板式滾筒烘絲機(jī)干燥過程各調(diào)節(jié)模式控制能力的研究

3.1 “除水標(biāo)準(zhǔn)工作點(diǎn)”設(shè)置梯度測(cè)試

以廬山（黃精品）牌號(hào)卷煙作為研究對(duì)象，通過保障生產(chǎn)過程中環(huán)境條件一致性，確保Sirox 入口水分的一致，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)入口水分20.3%±0.5%要求，分別啟用“筒壁溫度調(diào)節(jié)”模式（固定熱風(fēng)溫度100±2℃，允許筒壁溫度自主調(diào)節(jié)）和“熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)”模式（固定筒壁溫度142±3℃，允許熱風(fēng)溫度自主調(diào)節(jié)），使出料水分達(dá)到工藝規(guī)范12.5%±0.5%的要求。設(shè)置滾筒烘絲機(jī)工藝參數(shù)“除水標(biāo)準(zhǔn)工作點(diǎn)”值呈梯度變化——高于實(shí)際值、實(shí)際值一致及低于實(shí)際值3 個(gè)梯度，記錄生產(chǎn)過程中SD值、非穩(wěn)態(tài)時(shí)間和干頭干尾量。（每一梯度至少測(cè)試3批）。得到數(shù)據(jù)如表1 和表2 所示。

表1 筒壁溫度調(diào)節(jié)模式下“除水標(biāo)準(zhǔn)工作點(diǎn)”梯度測(cè)試數(shù)據(jù)

表2 熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)模式下“除水標(biāo)準(zhǔn)工作點(diǎn)”梯度測(cè)試數(shù)據(jù)

由上表1 和表2 知，KLS-2 薄板式滾筒烘絲機(jī)在生產(chǎn)廬山（黃精品）牌號(hào)過程中，針對(duì)“除水標(biāo)準(zhǔn)工作點(diǎn)”的梯度測(cè)試，“設(shè)定除水標(biāo)準(zhǔn)工作點(diǎn)低于實(shí)際運(yùn)行值”的干頭干尾量和非穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間基本與“等于實(shí)際運(yùn)行值”保持一致，而在“高于實(shí)際值”時(shí)，則出現(xiàn)干頭干尾量、非穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間和出口水分SD 值均大幅增加的情況。說明KLS-2 滾筒烘絲機(jī)的自主調(diào)節(jié)能力有偏向性——筒內(nèi)溫度上升速度比下降速度快，且KLS-2 滾筒烘絲機(jī)的筒壁溫度調(diào)節(jié)模式比熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)模式對(duì)葉絲物料料頭階段的調(diào)節(jié)更迅速，調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)。因此，設(shè)定除水標(biāo)準(zhǔn)工作點(diǎn)略低于實(shí)際運(yùn)行值，可有效降低烘絲過程中的干頭干尾量，提升過程穩(wěn)定性。

3.2 “預(yù)熱溫度”設(shè)置梯度測(cè)試

以廬山（新）牌號(hào)卷煙作為研究對(duì)象，通過保障生產(chǎn)過程中環(huán)境條件一致性，確保Sirox 入口水分的一致，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)入口水分20.8%±0.5%的要求，分別啟用“筒壁溫度調(diào)節(jié)”模式（固定熱風(fēng)溫度100±2℃，允許筒壁溫度自主調(diào)節(jié)）和“熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)”模式（固定筒壁溫度148±3℃，允許熱風(fēng)溫度自主調(diào)節(jié)），使出料水分達(dá)到工藝規(guī)范12.5%±0.5%的要求。設(shè)置滾筒烘絲機(jī)工藝參數(shù)“預(yù)熱溫度”值呈梯度變化——高于生產(chǎn)溫度3℃，與生產(chǎn)溫度相同，低于生產(chǎn)溫度3℃。記錄生產(chǎn)過程中SD 值、非穩(wěn)態(tài)時(shí)間和干頭干尾量。

由表3 和表4 可知，KLS-2 薄板式滾筒烘絲機(jī)在生產(chǎn)廬山（新）牌號(hào)過程中，針對(duì)“預(yù)熱溫度”的梯度測(cè)試，“預(yù)熱溫度為145℃”的干頭干尾量和非穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間基本與“預(yù)熱溫度為148℃”保持一致，而預(yù)“熱溫度為151℃”時(shí)，則出現(xiàn)干頭干尾量、非穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間和出口水分SD 值大幅增加的情況。再次說明KLS-2 滾筒烘絲機(jī)的自主調(diào)節(jié)能力有偏向性——筒內(nèi)溫度上升速度比下降速度快，且KLS-2 滾筒烘絲機(jī)的筒壁溫度調(diào)節(jié)模式比熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)模式對(duì)葉絲物料料頭階段的調(diào)節(jié)更迅速，調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)。因此，設(shè)定預(yù)熱溫度略低于實(shí)際運(yùn)行值，可有效降低烘絲過程中的干頭干尾量，提升過程穩(wěn)定性。

表3 筒壁溫度調(diào)節(jié)模式下 “預(yù)熱溫度”梯度測(cè)試數(shù)據(jù)

表4 熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)模式下“預(yù)熱溫度”梯度測(cè)試數(shù)據(jù)

3.3 對(duì)比分析

如表5 所示，KLS-2 薄板式滾筒烘絲機(jī)在“筒壁溫度控制模式”下，其料頭控制干頭干尾量、非穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間和出口水分SD 值都優(yōu)于“熱風(fēng)溫度控制模式”下，說明KLS-2 滾筒烘絲機(jī)在“筒壁溫度控制模式”下生產(chǎn)加工過程的穩(wěn)定性更高，設(shè)備自動(dòng)化調(diào)節(jié)能力反饋更迅速，調(diào)節(jié)效果更顯著，非穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間更短，過程更容易進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。

表5 筒壁溫度和熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)模式穩(wěn)定性對(duì)比

4 結(jié)語

（1）KLS-2 滾筒烘絲機(jī)的自主調(diào)節(jié)能力有偏向性——筒內(nèi)溫度上升速度比下降速度快，可針對(duì)此特點(diǎn)，在生產(chǎn)過程中烘絲工序來料水分和來料流量不變的情況下，將設(shè)備參數(shù)“除水標(biāo)準(zhǔn)工作點(diǎn)”和“預(yù)熱溫度”設(shè)置值略低于標(biāo)準(zhǔn)值，可有效降低干頭干尾量，減少生產(chǎn)過程中非穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間，提升烘絲過程的穩(wěn)定性。

（2）KLS-2 滾筒烘絲機(jī)的筒壁溫度調(diào)節(jié)模式比熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)模式調(diào)節(jié)效果更為迅速有效，且穩(wěn)定性更高，調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)。