叶片复烤机干燥区废气循环利用的系统研究

徐云龙 王子云 钱龙祥 戴永生（云南省红塔集团楚雄卷烟厂，云南 楚雄675000）

0 引言

烟叶叶片复烤工序在各打叶复烤加工工艺流程中都属于核心环节，叶片复烤机主要由输送部分、干燥区、冷却区、取样间、回潮区、管路系统和控制系统组成[1]。作为叶片复烤机的第一道工序，干燥区的作用是对叶片进行干燥处理，将水分降低到临界含水率附近，除去烟叶中的天然青杂味，使烟叶的香气显露、烟味醇和。干燥区的控制水平直接反映在后续冷却区、回潮区的质量上，最终影响成品片烟装箱后的相关工艺指标。目前，行业内相关复烤企业的干燥区均通过蒸汽加热热交换器后产生热风对干燥区内的叶片进行加热的模式，加热后废气均通过排潮系统排出。

1 烤机功能结构简析

烟片复烤机是打叶复烤处理线中的主要设备，其用途是调整烟片中的水分，去除烟片中的杂气，杀灭烟片中的害虫和病菌，使烟片更适合于贮存，醇化和人工发酵，使烟片质量更趋于规范一致。

烟片复烤机主要由以下几部分组成：进料端、压网带主被动段、干燥区上吹风段、干燥区吹下风段、冷却段、排潮风道、回潮段、出料端、管路系统、输送网带、保温门板等。

物料进入烟片复烤机后，首先随网带在多个较长的干燥区内烘烤。运行中，先由下向上吹的循环热风对湿烟片进行烘干。随着物料的运行，烘烤时间的增加，烟片温度逐渐升高，烟片中的水分被蒸发，蒸发出的带有杂气的水分被风机排到室外，当烟片达到一定温度时烟片中的霉菌被杀死。物料继续向前运行，烟片温度逐渐下降，大部分水分蒸发后循环热风再由上向下对烟片进行烘干，潮湿空气继续排出，直至干燥区出口处烟片水分达到8%～10%。

烟片从干燥区出来后进入冷却区。在冷却区，利用较低温度的循环风使烟片温度降至35～45℃之间，为烟片回潮提供工艺条件。

最后烟片通过较长的回潮通道。运行中先由上向下，后由下向上喷吹雾化水和蒸汽，物料充分吸收热量及水分后，送至出料端。

2 存在问题

干燥区加热热交换器后的热空气（废气）直接外排，热效能未充分利用，存在浪费情况。当前复烤企业的复烤机干燥区加温系统均采用蒸汽-热交换器-循环热风加热方式，具体是利用蒸汽通过热交换器，热交换器对周围环境冷空气进行加热，加热后的热空气由离心风机吹往烟叶，从而对干燥区内部的叶片进行干燥作用[2]。

一般干燥段分为3～5 个干燥区，目前多采用5 个干燥区，各区的离心风机吹风模式分为上进风或下进风，结合各自设备结构组合使用。一般来说中间区的热风温度需求最高，前后几区的温度逐步递减，总体上形成一个正弦波形，热风温度一般控制在60～90℃之间，能达到较为细化的干燥叶片作用。

循环热风对叶片进行加热后，在干燥区内形成一个恒温密闭空间，通过不断的输送物料带走热量，热交换器不断补偿热风，使得干燥区内热风温度保持稳定，部分加热烟叶后的废气通过排潮风机抽走，进过除异味设备的净化后排出符合环境要求的气体。排入大气中的热风温度会降低5～8℃，但还含大量的热量，大量的热能未得到循环利用而散失，是一种能源的浪费，与目前各烟草企业发展的提质降耗目标相违背。

3 研究内容

为提高叶片复烤机热效率，发挥热风废气的剩余利用价值，达到节能减排、提质降耗的效果。通过对某复烤企业复烤机的系统分及析论，具体的研究思路为：将各干燥区废气引到进料端对来料烟叶进行预加热，以达到降低叶片复烤机干燥区蒸汽用量，进而降低叶片复烤机能源消耗的目的。

3.1 设计密封物料输送装置

在叶片复烤机入口设计一根竖向且前后可相对密封的管道。该输送装置可以为皮带输送机或网带式输送机，通过加长烤片机的排潮管道，将干燥各区的高温废汽从输送机的物料出料端通入输送机的密闭腔体内部，从输送机的进料端再排放至室外。在输送机的密闭段内物料运行方向与热风运行方向相反，通过热交换的方式对烟叶进行加热。密闭输送机的长度可根据需要确定，见图1。

图1 干燥区废气循环利用输送带设计系统原理图

3.2 设计密封管道

在叶片复烤机入口设计一根竖向且前后可相对密封的管道，通过加长烤片机的排潮管道，将干燥各区的高温废汽从竖直管道的底部通入到管道中，从管道上部排出，烟叶原料从管道的上部进入管道内部，从管道下部排出。在竖直管道内部，物料运行方向与热风运行方向相反，通过热交换的方式对烟叶进行加热。竖管的长度可根据需要确定。

3.3 PID控制模型

本叶片复烤机干燥区废气循环利用系统设计为闭环控制，可在不高于干燥区废气温度的前提下进行预加热区的温度设定，利用温度传感器采集温度数据、利用风速仪监控进入预加热区的废气流速，通过PID 调节来调整角执行器的开度，从而控制进入预加热区的废气量，形成对预加热区温度的精准自动控制，见图2。

图2 叶片复烤机干燥段废气循环利用系统闭环控制原理图

3.4 应用原理

本系统可在不高于干燥区废气温度的前提下进行预加热区的温度设定，利用温度传感器采集温度数据、利用风速仪监控进入预加热区的废气流速，通过PID调节来调整角执行器的开度，从而控制进入预加热区的废气量，形成对预加热区温度精准的自动反馈控制。如图1所示，来自干燥区的废气被排潮风机通过排潮风管抽走，废气通过支管进入烟片预加热区的网带底部，废气向上流动对烟片进行加热，同时，热交换器持续输送热风，循环风机带动加热区内气体流动，与来料形成对向冲撞、充分接触，低温废气通过循环风机被带走重回排潮风管，如此循环往复达到对入口烟片的升温加热。

4 结语

此次研究内容提供了一种提高叶片复烤机热能使用效率、降低叶片复烤能源消耗的系统解决方案。本此研究方向在原有设备的基础上，通过增加干燥区废气循环利用系统，在物料入口区域形成预加热区，充分利用富含大量热能的废气，达到快速提高入口物料温度的目的，缓解后续物料加工温度和水分控制压力，减少后续物料加工的蒸汽用量，进而降低叶片复烤机整机能源消耗，提高叶片复烤加工质量。