基于风量控制的制丝排潮系统设计
来源:用户上传
作者:
摘要：为提高制丝排潮系统稳定性，保障产品质量，减少车间环境污染，本文首先深入研究现有的制丝排潮系统的工作原理，设计一套基于风量控制的制丝排潮系统并设计实验对新系统进行验证。实验结果显示：1、风量相较于负压更加稳定；2、风量控制相较于负压控制，出口烟叶水分SD值可降低6.5%，烟叶温度SD值可降低9.0%；3、采用风量控制以后，出口湿度降低了11.2%。因此，基于风量控制的排潮系统能有效提高系统稳定性，有效解决湿热气体外溢问题，显著优于负压控制的排潮系统，更适合制丝生产线的使用。
关键词：排潮系统，制丝工艺，风量控制
引言
排潮系统在卷烟工业企业制丝车间内有着广泛的应用，回潮、加料、烘丝、加香等工序都配备有相应的排潮系统。在制丝工艺中，各工段的筒内压力相对于环境压力均呈现负值状态，使用排潮系统的目的是将筒体内部多余的湿热空气、蒸汽以及挥发性料液经由排潮管道抽走，防止它们滞留于筒内或者外溢到环境中，对产品质量和车间环境造成影响。排潮系统的工作能力不仅反映为抽走的湿热空气、蒸汽、挥发性料液等物质数量的多少，还包括抽离这些物质的过程中流量的稳定性。排潮系统的稳定性对于产品质量、车间环境都有着不可忽视的作用。本文拟设计一种基于风量控制的制丝排潮系统，以达到稳定产品质量、改善车间环境的目的。
1 卷烟工厂排潮系统
1.1 宁波卷烟厂现有排潮系统
以浙江中烟宁波卷烟厂一次加料工序的排潮系统为例。宁波卷烟厂制丝车间一次加料工序原有的排潮系统采用本地风机M1与排潮房大功率风机M2协同工作的模式，共同为加料筒的排潮系统提供动力。这样的排潮电机工作模式，对两个电机之间的能力匹配要求很高。当M1的工作能力大于M2时，一批烟叶加工完成后，管道内就会出现一定的积水和烟叶残留物，虽然M2运行时间可根据实际情况略微加长，但两个电机的距离太远，管道太长，在风速较小的情况下，无法有效排出残留物、吹干管道内积水，致使管道内阻力变大，风量变小。
1.2控制变量
为了直观的反映出当前筒体的压力，取一次加料筒体出料罩壳顶部靠近排潮管道处的桶内压力作为排潮负压测量点，以该处负压作为排潮能力的指标。排潮系统以筒体内部压力P1与环境压力P2的差值作为检测指标。压差测量值为
（1.1）
正常情况下，P2为大气压，P1即为测量的桶内压力。
在生产过程中，由仪表所测量测量的负压为由表示排潮能力的系统负压以及由PID控制自身产生的噪声与环境变化产生的噪声所正常之和。如式1.2所示
（1.2）
根据PID控制的原理，排潮负压的波动会引起控制机构负反馈的调节，而电机频率的变化会引起排潮负压较大的波动。根据卷烟工艺， 必须控制在-5 ～-30 之间，排潮负压变化范围较小，非常容易受到环境中其他因素的干扰而导致负压读数的非正常变化。实际生产表明：进出筒体的物料速度、进出料振槽的振动频率与幅度、滚筒筛网的清洁程度（非堵塞状态）、进出料罩围边的抖动等都会对筒体负压的读数有较为明显的影响。
2基于风量排潮系统的设计与研究
2.1 材料、仪器与设备
（1）材料。新版（利群）配方烟叶（来料水分18%，设定物料流量4000kg/h）；
（2）设备。HAUNI公司KAP加料机（自带1.5KW排潮风机与E+H牌PMD75-AOA7BB12YAA型号的压差表）；除尘房排潮风机（变频器控制，最大频率50HZ，额定功率18kW）；
（3）仪器。TESTO-445手持式风速仪；DSR-TH-UC手持温湿度记录仪。
2.2排潮系统结构设计
2.3.1控制变量的选择
根据第一章中的描述，以负压作为测量指标存在易受环境影响，产生较大噪声等问题。2017年1月宁波卷烟厂制丝车间某批次物料在一次加料生产过程中排潮负压变化的统计表，牌号为利群（新版）。不难发现，该批次的排潮负压波动很大，经计算，以-10 为控制目标，其SD达到了2.11。
根据上诉内容，可以看到，仅以排潮负压作为排潮能力的指标无法保证排潮系统的稳定性，进而影响产品质量和车间环境。
2.3.2风量传感器的选择
在本系统中，风速传感器拟采用ABB公司的 FS430Y0C1F08R0D4A1A1HA旋进涡街传感器，管径为DN80。该传感器具有如下几个优点：1、安装方便，对前后管道直管段距离要求小，便于安装在卷烟厂现有复杂排潮管道段；2、防爆，可满足加香等处排潮气体中含有酒精，需要防爆的要求；3、适用于卷烟厂排潮中多蒸汽和水分的复杂环境；4、可选多种协议数字输出，便于布线与组态。
2.3.3基于风量控制的排潮系统设计
针对二级排潮系统存在的两个电机工作能力无法始终保持匹配的问题，本项目拟采用单一风机的控制模式，仅采用位于除尘房的电机M2作为唯一的排潮风机，拆除原有的本地电机M1。在本地排潮管道的出口直管3米处安装一台ABB风量传感器，传感器采用HART协议，产生4～20ma电流信号传输至本地控制PLC。
3效果测试
要检验本项目中该系统的效果，首先应采用实验模拟，考查在使用风量代替负压后，排潮工艺指标的稳定性，验证风量能否能更好的代替负压成为排潮系统排潮能力的考察指标。
同时，作为一个有机整体，车间内各工艺段、工艺点存在相互影响、相互作用的现象。所以，不能将风量作为一个独立分割的指标进行研究，而应该将风量的变化与产品品质的变化相结合，从全局考察风量的变化与某工艺段整体工艺指标之间的相互影响。而产品品质的好坏反映在指标上，就是一次加料出口烟叶的温度、水分的平均值和SD值。
另外，原有的排潮控制模式存在湿热气体外溢的现象，对车间环境造成一定的影响，以风量作为控制指标应减少湿热气体的外溢，改善车间环境。
为此，本项目将从风量控制的稳定性，风量对出口烟叶的温度、水分造成的影响，风量控制对环境的影响三个角度进行考查。
3.1稳定性验证
在宁波卷烟厂制丝车间三条主线的一次加料工序安装本项目设计的排潮系统后，以利群（休闲）牌号的生产过程作对比测试，控制模式调整如下：除尘房排潮风机频率25HZ，本地排潮手动阀门至风量285m?/h，风速均为4m/s。
3.2 产品质量的影响
在保持一次加料其他参数不变的情况下，生产利群（休闲）牌号烟叶的过程中，利用负压控制和风量控制分别进行实物测试。
因此，基于风量控制的排潮系统能有效提高系统稳定性，有效解决湿热气体外溢问题，显著优于负压控制的排潮系统，更适合制丝生产线的使用。
参考文献
[1] 张本甫. 卷烟工艺规范[M]. 北京：中央文献出版社，2003.
[2] 高顺利，陈继富，颛孙伟. 滚筒式烟片回潮机排潮系统的改进及实现[J]. 机械工程与自动化，2010（6）：79-80，82.
[3] 吴玉生，廖章平，周跃飞，等. 使滚筒式回潮机潮气零排放的方法：中国，201310445705.X[P]. 2014-01-15.
[4] 李文好. 卷烟制丝加料机新排潮系统的设计与应用[C]//广西烟草学会2013年学术年会论文集.南宁：广西烟草学会，2013：232-236.
[5] 李洪全，朱法强.变风量除尘在线节能控制技术研究[J]. 环境工程，2013（S1），450-452.
（作者單位：浙江中烟工业有限责任公司）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14735231.htm
