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ZJ116型卷接机组循环风机的改进设计
潘恒乐 朱强 邓灿
日期: 2020年02月11日 来源: 东方烟草报

图1:水冷循环风机安装示意图(1.水冷循环风机 2.冷却水管路机构 3.空气分配箱 4.法兰座)

图2:补风装置结构图(1.补风口 2.热交换器 3.除尘管道 4.排风口)

  目前国内卷烟生产企业常用的高速卷接机组有德国虹霓公司生产的PROTOS2-2、M5和M8,国产机型有ZJ116型和ZJ112型,这些机型的供料系统均采用流化床供丝技术;常用的中速卷接机组主要是国产的ZJ17型和德国虹霓公司的PROTOS70,其供料系统为拋丝辊供丝。据观察,实际生产中,中速机组ZJ17供料系统生产的烟丝束温度明显低于高速机组ZJ116生产的烟丝束温度,而温度是卷烟加工过程中的关键控制参数,对于烟丝的物理特性具有重要意义。由于ZJ17机组是当前国内卷烟企业的主流设备,烟丝配方也大多以适应ZJ17机组而设计。

  为保证烟支感官质量,浙江中烟工业有限责任公司对生产过程中的烟丝束设定了温度范围,并提出了“三机打通”要求,即高速机组ZJ116、ZJ112与中速机组ZJ17必须实现生产牌号打通,且所有机型生产的同一牌号卷烟感官质量相近。分析发现,高速机组采用的流化床供丝技术在生产中主要以循环风机为载体,参与生产的循环空气在系统内不断循环,温度不断升高,超过了烟丝束生产所要求的温度,从而使高速机组生产的烟支感官质量有别于品牌特有的口感。为此,我们以ZJ116机组为研究对象,在不改变机组现有布局的条件下,采用水冷加风冷的方法对循环风机进行改造,使循环空气温度降低到卷烟工艺要求范围内,以满足企业的个性化生产需求,提高卷烟产品感官质量的一致性。

  原因分析

  ZJ116机组采用的流化床供丝系统主要由流化床、循环风机、空气分配箱等部分组成。循环风机的入风口通过入风管道、旋风除尘器与流化床腔体相连,出风口通过出风管道与空气分配箱相连,经过空气分配箱将空气分配至流化床喷嘴和一次、二次分选喷嘴,从而形成循环系统,使烟丝柔和成型并形成烟丝束。

  为分析流化床供丝系统各部位的温度变化,我们对浙江中烟杭州卷烟厂3组ZJ116机组风机入风口、风机出风口及空气分配箱3个测试点的温度进行测量。由于流化床喷嘴的空气由空气分配箱提供,因此空气分配箱内的温度即为流化床喷嘴的温度。

  测量结果表明,3台ZJ116机组空气分配箱内的平均温度为42.23℃,风机入风口平均温度为33.33℃,出风口平均温度为42.70℃。在额定生产速度下,风机出风口与入风口的温差达9.37℃,而出风口与空气分配箱之间的温差只有0.47℃。分析可见,空气通过风机后温度升高是引起流化床内部温度过高的主要原因。温差计算公式为:

  式中,Δt为空气通过风机后的温差(℃),H为风机的全压(Pa),η为电机安装位置修正系数,η1为风机的全压效率,η2为电机效率。

  查阅相关设备资料可知,风机的H=8700Pa,η1=0.8,电机安装在风机外部,则η=η2。计算可得Δt=8.7℃,风机理论温差8.7℃与实测温差9.37℃非常接近。这是由于风机在高速运转过程中,空气在风机叶轮带动下与风机外壳内壁摩擦产生大量热量,使风机出口的空气温度上升,而风机本身无自动冷却装置,也没有外部空气补充,由此造成流化床内部空气温度逐渐升高。

  改进方法

  1.降低循环风机温度。

  为降低循环风机出风口与入风口之间的温差,我们重新定制了一台水冷循环风机,其主要技术参数与原风机参数基本相同。该风机总体结构分为3层:内层循环风机、中间多面包覆水冷装置、外覆隔热保温层。其工作原理为:循环风机工作时,空气在风机叶轮带动下与风机外壳摩擦所产生的热能,被多面包覆水冷装置吸收后使出风口温度降低;外覆隔热保温层阻断冷却水与环境空气进行热能交换,防止外表面出现冷凝现象。

  由于水冷风机外形及安装尺寸发生改变,需重新对安装法兰座、空气分配箱进行设计,保证与换型后的水冷风机无缝对接。采用Creo软件参数化设计,得到水冷风机装配模型(见图1)。

  2.降低循环风机入风口温度。

  在循环风机入风口补充适量低温空气,降低入风口处温度。改进后选用了一台水汽式热交换器,该热交换器在冷却水温度15℃的条件下能够将流量为600立方米/小时的空气温度由24℃降低到18℃。根据热交换器的外形尺寸和安装方式,设计了安装支架并安装在ZJ116供料成条机的右罩壳部分。

  根据ZJ116流化床供丝系统工作原理,系统内风量必须保持恒定才能保证整个系统的平衡和稳定。因此,通过循环风机入风口补充一定量的低温空气时,必须同时从系统内排出等量气体。为此,将排风口设计在旋风除尘器上方的管道上,排出的风量通过除尘管道调整后进入机组的除尘系统。

  现场测得,循环风机入风管道风速v1=32m/s,补风口管道直径D1=27mm,旋风除尘器上方管道风速v2=45m/s,冷水风机上共有4个补风口,则补充的风量Q1为:

  式中,Q1为补充的风量(m3/s),v1为循环风机入风管道风速(m/s),D1为补风口管道直径(mm)。

  排出的风量Q2为:

  式中,Q2为排出的风量(m3/s),v2为循环风机入风管道风速(m/s),D2为排风口管道直径(mm)。

  由于风量要保持恒定,则Q1=Q2,由此可以计算得出排风口管道直径D2=46mm。根据得到的直径D2设计排风口管道,采用Creo软件参数化设计,得到补风装置模型(见图2)。

  应用效果

  为验证改进效果,我们对杭州卷烟厂ZJ116机组进行了改进及现场对比测试。

  1.试验设计。

  材料:“利群”牌号卷烟配套烟丝及辅料。

  设备和仪器:ZJ116、ZB48、ZJ17、ZB45各1组,MC6多功能过程校验仪(温度精度为0.01℃)1台,TA2437型温度传感器3个。

  温度检测方法:将3个温度传感器分别设置在ZJ116机组循环风机入风口、循环风机出风口及空气分配箱,再将3个温度传感器分别与多功能过程校验仪连接读取温度数值。在3种工作条件下分别对改进后系统进行测试:①只对冷水风机进行制冷,不补充低温空气,即降低风机温度;②只对风机入风口补充低温空气,冷水风机不制冷,即降低入风口温度;③冷水风机制冷且风机入风口补充低温空气。

  感官质量评价:ZJ116和ZJ17机组均使用同一批次烟丝,分别稳定运行30分钟后取样。制作样品分为5种,即ZJ116机组降温前生产样品A,降温后3种条件下生产样品B、C、D,ZJ17机组正常生产样品E。参照相关标准文件,由浙江中烟技术中心进行卷烟感官质量评价。

  2.数据分析。

  温度控制效果。试验结果表明,只降低冷水风机温度时,出风口与入风口的温差为6℃左右,与改进前温差9.37℃相比,减少3.37℃,空气分配箱温度降低到38.40℃;只降低风机入风口温度时,空气分配箱温度降低到39.32℃;冷水风机制冷且风机入风口补充低温空气时,空气分配箱温度降低到36.41℃,满足了浙江中烟生产工艺温度要求。

  感官质量评价。改进后,ZJ116机组随着空气分配箱内温度的降低,感官质量得分显著提高,主要体现在香气质量、烟气浓度、丰富性、细腻度和圆润感有较大提升。其中,ZJ116在冷水风机制冷且风机入风口补充低温空气条件下生产的样品D得分最高,基本与ZJ17正常生产的样品E得分一致,仅在烟气丰富性、圆润度以及干燥性上略有差异。

  (常德烟机公司、浙江中烟)

 
 
网络责任编辑: 马锋 收藏 打印 关闭
 
 
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