VAD烘梗排潮和烘梗丝产质量的关系初探

VAD烘梗排潮和烘梗丝产质量的关系初探丁钺宗（上海烟草(集团)公司上海卷烟厂，长阳路733号200082）【摘要】VAD烘梗丝机是制丝车间制梗丝线的关键设备，采用硫化床对流干燥方法对梗丝内的水分进行干燥，蒸发出的水分由排潮系统带走。排潮系统的排潮工作能力会影响烘梗丝的产、质量，这一点常常被人们忽略。由于进入排潮系统除尘器的是湿度极高的空气，易凝结成水，使除尘器内过滤器效率降低、排潮系统失效。为使排潮系统工作效率提高，我们对排潮空气加热，提高排潮温度，经过多次试验终于取得了效果。【关键词】温度湿度露点温度吸阻1.引言我厂VAD烘梗设备在冬天存在烘干不理想、梗丝质量及CPK值不达标的现象，为此，我们对VAD烘梗机的结构原理进行分析，VAD烘梗机烘干系统分加热和排潮两部分组成，为解决冬天存在梗丝烘不干、水分波动的问题，首先，我们对热空气循环加热系统进行了检查，结果不存在问题，于是探索烘梗排潮系统对烘梗质量的影响作为课题提了出来。2.VAD烘梗丝机的干燥工作原理2.1对流热干燥原理热干燥过程实质上是对湿物料进行加热，使物料中的水分蒸发到周围空气中，随空气的流动被带走，使物料的含水率不断降低，湿物料和热空气之间不断进行交换，是热量的相互传递，传递的速度决定了干燥速度。干燥实际上也是对湿物料进行“脱水”的过程，经过此过程使湿物料的含水率降低到工艺规定的要求。在烘梗丝机中烟丝的干燥，就是使梗丝不断被加热致使其中的水分不断蒸发并被热风带走。物料的干燥是一个复杂的工艺过程，影响这一过程的因素很多。2.2VAD烘梗丝机的工作原理VAD烘梗丝机是硫化床干燥装置，在热干燥过程中，用加热后的空气为介质对物料进行加热，物料中的水分被蒸发后排到周围介质中。空气既是热载体，又是湿载体，在烟草干燥过程中，采用被加热了的空气(热风)作为干燥的介质。高温空气能向物料提供蒸发水分所必须的全部(或部分)热量，同时能吸收物料中蒸发出来的水蒸气。VAD烘梗丝机干燥热风由一个主风机提供主循环气流，在风机进口有新风补充旁路、出口有排潮旁路，它控制循环气流的湿度和温度，风机出口主通道连接着调节风门和加热器，加热后的热空气送入VAD硫化床底部，热空气通过硫化床面小孔喷出吹向硫化床上输送的梗丝，梗丝和热空气之间不断进行热交换，由于硫化床面的运动和热空气向上的动能同时作用使物料松散，减小了水分传递时的阻力，加快了梗丝干燥。热空气和梗丝交换后的含湿空气由硫化床顶部排出，被主风机吸入，主风机进口的新风补充旁路，补充干燥空气，主风机出口旁路为排潮管路。3.VAD烘梗丝机排潮装置的原理VAD烘梗丝机排潮是将梗丝蒸发出的水分带出干燥气流，不使干燥气流湿度过大而失去干燥功能。排潮装置由排潮风门、连接除尘器的风管、除尘器、除尘风机等组成，VAD烘梗丝机排潮风量的大小，有排潮风门手动控制，排潮风经过风管连接吸入除尘器，除尘器能过滤烘干梗丝时被气流带出的烟尘，被过滤后的含湿气体经过除尘风机后排入大气或进行异味处理。过滤器一般由布质滤袋和纸质滤筒两种材料制成，过滤器不断有压缩空气反向定时喷吹进行清理。过滤器由于需要高透气性，过滤材料比较疏松且较厚，水分很易被吸收而停留在过滤材料中，从而造成吸阻增加而堵塞。4.烘梗排潮对烘梗丝产、质量的影响原因查找4.1影响产、质量的原因查找根据烘梗机原理，我们对影响烘梗丝的产量、质量的原因进行查找。加热装置蒸汽压力0.8Mpa达到工艺要求，风机运行良好无故障、管道无泄漏堵塞，主循环风速1.7米/秒，热气流温度150℃符合工艺要求，自动控制风门遇气侯变冷或湿度大时无法控制，总是在最大位置显示干燥能力不够，但循环热风温度正常。排潮系统风机运行良好无故障、管道无泄漏堵塞，冬季除尘器进出口压差大表示过滤器吸阻大，调换新过滤器后过滤器内外压力差在U形计上显示水位差50mm，但只能维持低压差三天，即上升至113mm水柱，而春、夏、秋季可工作二至三个月。除尘器进出口压差大即意味着过滤器透气性差使排潮风力变小，影响烘后梗丝的水分波动及梗丝烘不干影响产量，尽管自动控制的主控量热风温度达到要求，而主循环热气流含湿量越来越大，这就降低了干燥速度，使控制梗丝水分的自动控制热风风门失控，总是在最大位置，用测定来验证我们的判断，根据不同天气对排潮风管风速进行测定，数据如表一所示：（表一）1#烘梗机排潮风管风速统计表序号日期时间气温气候风速风管温度11月16日9：00-1—9℃晴天11米/秒48.8℃21月18日17：001—11℃晴天12.4米/秒49.1℃31月23日10：005—10℃小雨14.7米/秒51.6℃42月29日13：006—11℃中雨15.5米/秒51.3℃53月2日16：007—15℃多云16.8米/秒50℃63月5日12：008—17℃多云17.5米/秒51.6℃根据以上数据验证了我们的想法，1月16日气温只有-1—9℃，风管温度为48.8℃，由于气温低气流中的水易凝结变冷凝水，吸附在除尘器的布袋上，造成过滤吸阻增加，排潮风流量降低，影响烘梗丝烘干效果。从表一中还可看出，当雨天时环境湿度提高也对风速有一定的影响。4.2对比烘丝机的排潮温度烘丝机的排潮原理和烘梗丝机基本相同，但对比烘丝机排潮系统，我们发现烘丝机排潮管在设计上有补充热风装置，从而使排潮风的温度提高防止结露，2003年3月份对烘丝、烘梗机排潮温度进行了抽样调查和对比，以证明我们的判断，测定数据如表二所示：（表二）烘丝、烘梗机拔热温度统计表序号日期时间1#烘丝2#烘丝1#烘梗2#烘梗13月18日12：0090.9℃88.3℃52.3℃51.6℃215：0087.9℃87.6℃50.1℃50.5℃33月19日12：0090℃86℃51℃50℃415：0089.6℃85.7℃50.3℃50.3℃53月20日12：0090.5℃87.8℃50℃51.7℃615：0087.9℃86.4℃51.6℃52.7℃由此我们得到了以下数据，1#烘丝机平均排潮温度为：89.5℃；2#烘丝机平均排潮温度为：87℃；1#烘梗机平均排潮温度为：50.9℃；2#烘梗机平均排潮温度为：51.1℃。经过对比，烘梗机的平均排潮温度比烘丝机的平均排潮温度低35℃以上，因此排潮温度低，是影响烘梗烘干效果和烘梗丝水份波动的主要因素。4.3排潮障碍的理论分析理论上烘梗机排潮不畅，会造成循环热风水蒸汽含量不断增加，使循环热风吸湿能力下降，从而影响烘梗机烘干效果。干燥过程中物料和高温空气之间不断地进行着热交换和质交换。高温空气的热量传递给物料，自身温度降低，水蒸气含量(含湿量)增加，高温空气逐步演变为湿空气，其吸湿能力也不断下降变为湿蒸汽。湿蒸气是指在汽化过程中处于汽液两相共存状态，此时的状态是蒸气和水的混合物状态，既有水又有汽，也称为湿饱和蒸气状态，简称为湿蒸气状态。当湿空气被冷却到一定数值，饱和蒸气压变小，相对湿度增加，其干燥能力下降；当饱和蒸气压下降到和水蒸气分压相等，湿空气的温度达到了露点值，湿空气变饱和；如果温度再降低，即开始水蒸气的凝结，此时的温度叫做露点温度。如果继续冷却，水蒸气即会冷凝结露。当天气气温下降时VAD烘梗丝机排潮风的温度也随即下降，容易接近露点温度，而冷凝结成露。VAD烘梗丝机排潮风的湿度值，由补充自然空气湿度值加梗丝中蒸发出的水蒸气湿度值所组成，雨天时空气中的湿度增加，排潮风的湿度值也会相应增加。通过测定，烘梗丝机排潮风管直径0.250m、风速16m/s，VAD烘梗丝进料水分为32%，烘后梗丝质量要求水分13.5%，梗丝线设计流量2000KG/h，可经过计算梗丝烘干蒸发的水分量和排潮能力,来对比确定排潮能力是否达到要求。烘梗丝机每小时的排湿量计算：Q水=(d1-d2)q(4—1)Q水—烘梗丝机每小时的排湿量d1—进料水分d2—烘后梗丝水分q—流量按(4—1)公式计算得：Q水=(32%-13.5%)×2000Kg/h=370Kg/h排潮风的携湿能力计算：取1月16日检测的排潮风管温度48.8℃，在一个标准大气压下从湿空气I—d图上可查出，φ=100%的相对湿度线和48.8℃露点温度线相交点上的垂线，所表达48.8℃时每千克空气能携78.8g水。已知排潮风管直径0.25m、风速16m/s计算出48.8℃时排潮风的携湿能力：所携水/每千克空气＝排潮风携湿能力/排潮风流量(1/4πD²vγ)0.0788kg/1kg=Q水/(1/4πD²vγ)(4—2)式中：Q水—排潮风携湿能力D—排潮风管直径v—排潮风速γ—空气密度(1.2kg/m³)按(4—2)公式计算得：Q水=0.0788/1×1/4πD²vγ=0.0788/1×1/4×3.14×0.25²×16×1.2=0.072(Kg/s)=267.23Kg/h从计算出的烘梗丝机每小时的排湿量370Kg/h(未计补充空气的含湿量)，排潮风管内温度为48.8℃时能携267.23Kg/h水分。可得到排潮风管携水能力远小于烘梗丝机湿度增加量，可证明VAD烘梗机排潮能力不够。5.防止排潮风结露的改进方案5.1缩短滤袋的调换周期通过缩短滤袋的调换周期，原平均三个月调换一次过滤袋的周期在冬季缩短至二个星期调换一次，使排潮空气流量、压力不受影响。5.2加装降湿装置在烘梗机排潮风管出口加装降湿装置，使排潮空气的湿度降下来。5.3提升烘梗机排潮温度根据烘丝机出口排潮风管设计上有加热装置，防止水汽凝结的原理，在原有风管的前部加装加热器，提高烘梗机排潮风温度，防止滤袋上水汽的凝结。5.4方案可行性分析对于以上三套方案进行了对比如表三所示：（表三）可行性分析表序号方案分析1缩短滤袋调换周期1.易实施。2.不需改动原有设备。3.费用较高，不经济。4.仍有可能产生水汽凝结的问题。技术难度较大。2加装去湿装置1.需要改动原风管的走向和布局，增加制冷系统。2.费用较高，维护保养困难。3.可解决拔热水汽凝结的问题。3在排潮风管前部1.可实施，有设备可借鉴。加装加热器2.无须改动风管走向，在除尘器前加装加热器即可。3.需要一定费用。4.可解决拔热水汽凝结的问题。经过可行性分析，一、二方案存在技术难度较大、不经济、费用较高等局限，方案三可实施并原理上可借鉴烘丝系统，选该方案实施较可靠。6.试验6.1排潮温度计算在一个标准大气压下从湿空气I—d图上查出，φ=100%的相对湿度线和60℃露点温度线相交点上的垂线，所表达60℃的露点温度每千克空气能携158g水。排潮风管直径0.25m、风速16m/s，根据(4－2)公式计算出60℃时排潮风的携湿能力：0.158Kg/1Kg=Q水/(1/4πD²vγ)得：Q水=0.158/1×1/4πD²vγ按上式计算得：Q水=0.158/1×1/4×3.14×0.25²×16×1.2=0.149(Kg/s)=535.81Kg/h计算出烘梗丝机排潮风温度提高至60℃时能携535.81Kg/h水分，如不计补充风的含湿量，可得到排潮风管携水能力大于烘梗丝机每小时370Kg/h的排湿量，所以排潮风温度提高至60℃时排潮能力达到要求。6.2加热器设计与试验考虑补充风在雨天的含湿量高等因素，所以排潮温度需要提升至70℃，来设计加热器。根据《现代干燥技术》一书中间接式热风加热装置一节的计算公式：加热空气所需的热量Q=1.008Gγ(t2-t1)(kJ/h)(6—1)散热排管的散热量Q=FK｛tH－(t1+t2)/2｝(kJ/h)(6—2)式中：Q—加热空气所需的热量、散热排管的散热量G—风量γ—空气密度(1.2㎏/m³)t1—进风温度t2—出风温度tH—蒸汽温度F—散热面积K—传热系数推算出交换器排管的换热面积公式：1.008Gγ(t2-t1)=FK｛tH－(t1+t2)/2｝(6—3)F=1.008Gγ(t2-t1)1/K·1/｛tH－(t1+t2)/2｝(6—4)加热器的进风温度为排潮风管温度48.8℃，出风温度是需要提升至70℃的排潮温度，蒸汽温度按提供给交换器的蒸汽压力0.7Mp从蒸汽性能表中查得饱和蒸汽温度tH=171℃，K传热系数根据上海华美空调厂GL型散热排管参数与《现代干燥技术》一书中计