1、序言
高溫氣流式葉絲干燥烘干機HXD是一種全新概念的氣流式干燥烘干機，它使葉絲在自由狀態中隨熱氣流或者說在用熱氣流輸送過程中快速進行干燥，由于氣流溫度較高迫使葉絲細胞內水份快速蒸發，細胞得到充分膨脹，加之沒有任何機械外力作用，所以葉絲能保持自然蓬松狀態，具有良好的葉絲在線全配方膨脹效果。
我廠使用的HXD是國家煙草專賣局批準引進英國Dickinson公司的SH 9型，在入口葉絲含水率為28%時額定生產能力4800Kg/h，我們在保證HXD前葉絲回潮筒出口葉絲流量、溫度、含水率恒定的條件下，探索HXD工藝技術系統中工藝氣溫度、工藝氣流量、旋風分離器出口溫度、燃燒爐爐溫、進料點負壓、控制噴水量和蒸汽注入量這些參數的合理設定，尋找最重要的參數，以及它們相互的聯系和對葉絲干燥含水率恒定、葉絲膨脹工藝品質的影響，初步探索HXD工藝的理論和技術，實現以上各項參數合理的工藝混合配方，富通新能源銷售木屑顆粒機、木屑烘干機等生物質燃料成型、木屑烘干機械設備。
2、HXD工藝技術
2.1 HXD正常實際工作的過程
進料葉絲由氣鎖帶入；工藝氣將葉絲以15m/s速率沿豎直干燥管送上；葉絲在干燥管頂部進入旋風分離器，此處速度減慢并落下去，進入出料氣鎖；葉絲大約4秒鐘內經過整個系統，干燥溫度由旋風分離器出口的一個溫度傳感器控制；工藝氣從旋風分離器出去部分廢氣排空，補充新鮮空氣后回到熱交換器；通過熱交換器將燃燒爐產生的熱量傳遞到工藝氣；燃燒爐由天然氣點火，燃料使用柴油，通過調節燃油噴量來控制爐溫；通過控制爐溫和工藝風機來控制工藝氣溫度和流量；整個系統采用模擬水負載；通過注入蒸汽來加大工藝氣的含水率，隨著外加蒸汽的增加，葉絲的膨脹效果提高。
2.2 HXD使用Dickinson Controls公司的專門算法
以與P&ID循環級連系統相配合以控制主工藝參數，響應設備為速動閥。
系統工藝物理化學原理是預期蒸發量等于系統熱負荷量，在HXD空轉狀態下使用模擬水負載。HXD可以設置精確重復已有工藝混合配方，系統可以逐步調節直至完全使用已有的膨脹矩陣。
2.3燃燒爐的控制
液化氣、壓縮空氣與助燃風機空氣點火；火焰探測器探測到火焰；壓縮空氣將柴油霧化噴射，液化氣關閉，燃燒爐完成點火；同步增加燃油、壓縮空氣工作壓力和助燃風量使燃燒爐由低火狀態逐步升溫；燃燒爐達到設定的工作爐溫。燃燒爐產生的熱量由熱交換器傳遞給工藝氣，熱交換器出口燃燒爐尾氣通過循環風機完成排空和部分再循環。燃燒爐爐溫由燃油噴射壓力控制，燃料與助燃空氣的混合比例是通過空氣／燃料比例閥控制，位置信號反饋給PLC，燃燒爐安全控制是通過Landis或Stadi控制器實現。
2.4 HXD工作狀態連續為6個階段
(1)預熱階段：燃燒爐被點燃后溫度每分鐘提高20℃直到工藝氣達到工藝混合配方所要求的空轉狀態下的溫度，當工藝氣體和管道達到足夠溫度防止產生冷凝水時，模擬水負載開始按空轉時的設定值進行噴射；(2)空轉階段：在葉絲準備進入系統之前，系統一直處于空運轉狀態；空轉狀態在使用中是一種低功率損耗狀態，HXD等待一個操作請求來進入待命狀態；(3)待命狀態：操作者必須通過HMI要求進入待命狀態。蒸汽和模擬負荷的流量都達到設定點，然后提高加熱器輸出溫度，HXD準備接受葉絲，并達到可以對葉絲充分膨脹干燥的溫度；(4)運行狀態：葉絲開始進入HXD，當系統感應到葉絲時，停止噴射模擬水負載，同時控制噴水以一定的流量噴射；(5)干燥狀態：當探測到HXD出料口有葉絲并且模擬水負載已經停止時，HXD進入干燥狀態，圭要的控制信號是出料口的葉絲含水率，通過紅外水份儀來測量。返回的工藝氣溫度通過調節控制噴水的流量保持在設定點，它隨著葉絲的含水率和流量變化而迅速作出反應，當工藝氣溫度的平均值遠離正常值時，通過逐漸調節決定系統加熱溫度的燃燒爐溫度設定點來使它回到正常值；(6)停機狀態：一般從空轉狀態或待命狀態進入停機狀態，系統開始停機時，模擬水負載繼續噴射，燃燒爐溫度以每分鐘20℃下降，直到降到300℃，然后關閉燃燒爐，系統以小于每分鐘20℃的冷卻速率冷卻。模擬水負載繼續噴射直到管道內溫度降到100℃，之后關閉所有水流。循環風機連續運轉，直到關閉所有水流。
3、HXD工藝混合配方各項參數
3.1燃燒爐溫
圖1是爐溫與工藝氣溫曲線。我們認為燃燒爐溫度首先決定了工藝氣溫度，在相同的工藝氣流量和不同的工藝氣溫度設定需求情況下，前提是應先設定相應的燃燒爐溫度。燃燒爐的工藝能力爐溫最大能夠達到800C。
3.2工藝氣溫度
(1)圖2是在HXD入口葉絲含水率恒定的條件下，不同葉絲流量對工藝氣溫度的影響，表明兩者成正比，葉絲流量增加工藝氣溫度增加；(2)圖3是在葉絲流量恒定的條件下，不同HXD入口葉絲含水率對工藝氣溫度的影響，表明兩者成正比，HXD人口葉絲含水率增加工藝氣溫度增加；(3)圖4是控制噴水量對工藝氣溫度的調節，兩者成反比，控制噴水量增加工藝氣溫度降低；在生產過程中HXD入口葉絲流量和含水率波動，系統通過調節控制噴水量來調節工藝氣溫度以實現HXD出口葉絲含水率達到葉絲干燥設定要求，這大約需要30~ 40s;(4)圖5是工藝氣溫度與HXD干燥后出口葉絲含水率的關系，在系統進行自動調節的過程中，HXD出口葉絲含水率需升高或降低以達到設定值則工藝氣溫度相應地降低或升高進行調節，而工藝氣溫度的調節則是通過控制噴水量的自動調節，當工藝氣溫度的平均值遠離正常值時，通過逐漸調節決定系統加熱溫度的燃燒爐爐溫來使它回到正常值。
3.3控制噴水量
控制噴水量的設定從0到500kg/h，控制噴水的主要工藝作用是在干燥過程中調節工藝氣溫度在設定點，當工藝氣溫度高于設定點30qC或低于70qC時，HXD將自動停止進料。圖4是控制噴水量對工藝氣溫度的調節。
3.4工藝氣流量
工藝氣流量最高設定值是從12000kg/h到18000kg/h．由在正常生產中由旋風分離器工藝氣出口的一個文丘里管的壓差傳感器來測最。
3.5旋風分離器溫度
在HXD空轉狀態，當分離器溫度高于空轉設定點5℃，并且返回的工藝氣體管壁溫度超過10%時，開始噴射模擬負載霧化蒸汽，并且水噴嘴打開到設定點的lO%，噴水量隨著分離器溫度升高而迅速增加，直到達到所要求的流量。在HXD干燥狀態，模擬水負載停止，主要的控制信號是出料口葉絲含水率，通過紅外水份儀測量，信號是時間的平均值，用來調節分離器溫度的設定點，如果含水率太高，就向上調節，如果含水率太低，就向下調節。
3.6蒸汽注入量
蒸汽在工藝廢氣部分排空后在熱交換器前注入到工藝氣中，它的值是由工藝混合配方來決定，蒸汽流量通過一個帶法蘭的壓力傳感器來測量，不同壓力信號的平方根與蒸汽流量的平方平方成正比例，經過處理的蒸汽流量信號反饋給PID控制環，它的輸出控制著蒸汽流量控制閥。圖6是蒸汽注入量對HXD干燥出口葉絲填充值關系，表明在HXD入口葉絲含水率恒定的情況下，隨著蒸汽注入量的增加HXD出口干燥葉絲填充值逐漸增加。
3.7進料點負壓
通過壓力傳感器可以感應到靠近進料口的管道內的工藝氣體的壓力，當蒸發載荷發生波動時，除非采取相應措施，否則HXD內的壓力平衡將發生變化，進料點負壓信號反饋給壓力控制環，通過一個PID運算法則來控制排潮風門的位置。如果進料點壓力升高（負壓變小），則排潮風門打開大一些；如果進料點壓力下降（負壓變大），排潮風門逐漸被關閉。進料點負壓設定從O到- 20mbar。在HXD實際干燥生產過程中顯示負壓的瞬時波動很大，主要是由于進料氣鎖6個葉片的轉動產生。
3.8葉絲流量
葉絲流量通過葉絲回潮筒( RCC)前一個完整的流量控制系統來控制恒定的設定葉絲流量。這個流量控制系統包括倉式喂料機、計量管和核子秤組成。圖7是葉絲流量與工藝氣溫度的關系，表明當葉絲流量增加時工藝氣溫度相應自動提高。
3.9 HXD人口葉絲含水率
HXD入口葉絲含水率在HXD實際系統控制操作中，以葉絲回潮筒出口葉絲含水率等同替代。圖8是HXD入口葉絲含水率與工藝氣溫度的關系，表明隨著入口葉絲含水率設定值的提高，相應的HXD工藝氣溫度設定值需要提高，同時工藝混合配方需要做相應的調整重新設定。
4、結論
(1)HXD的最優化使用首先是確定來料葉絲流量和含水率。葉絲流量由倉式喂料機、計量管和核子秤組成的流量控制系統精確控制，葉絲含水率由RCC葉絲回潮筒精確控制。，同時保持以上兩項參數的恒定是HXD能夠良好工作的前提。
(2)HXD工藝混合配方中最重要的參數是燃燒爐溫度和工藝氣溫度的設定，其次是工藝氣流量的設定，以實現系統熱負荷量達到葉絲預期蒸發量。隨著來料葉絲流量和葉絲含水率的增加，以上三項參數都需要增加以達到最佳工藝效果和最精確控制。
(3)HXD王藝混合配方中控制噴水量和旋風分離器出口溫度的設定，直接影響到對工藝氣溫度的調控精度和調控速度。
(4)HXD工藝混合配方中蒸汽注入量和葉絲來料含水率決定了葉絲的膨脹效果，隨著葉絲含水率和蒸汽注入量的增加，HXD出口葉絲填充值增加。
(5)HXD工藝混合配方中進料口負壓的設定對HXD最優化工藝控制影響最小。在實際運行中系統能夠快速自動調節。
(6)我們認為HXD在中國以外燃燒爐燃料都是使用天然氣，我國由于原料限制全部都使用柴油，帶來燃燒爐爐溫和工藝氣溫度控制方面的困難和相關問題，我廠使用的HXD已針對性地在工藝設備上做了改良，工藝質量效果良好，也未出現國內先期使用的HXD出口葉絲結團和含水率波動的問題。
(7)在實際的多方面研究中，我們認為HXD工藝對比傳統的烘絲筒工藝具有以下工藝優點：①增加膨脹；②表面硬化最小，防止煙絲變脆（干燥時迫使煙絲內部水份在當其蒸發到煙絲表面時快速產生蒸汽壓）；③快速干燥將煙絲定型于白然蓬松狀態（煙絲在HXD干燥柱內自由飛行，無機械外力作用，使其以自然狀態無折疊和無壓縮的膨脹）；④不合格煙絲最少（煙絲在大約4s內通過整個系統，任何時刻HXD的物料量均小于傳統烘絲筒內物料量的2qo）；⑤良好的水份控制；⑥卷煙配方膨脹煙絲用量減少（使用HXD進行全配方在線膨脹，適度增加卷煙配方中所有煙絲的膨脹率等效于加入膨脹煙絲）；⑦增加卷煙煙支的堅挺性而不帶來額外的壓降（HXD工藝煙絲較傳統烘絲筒更為堅韌，因為煙絲折疊減少使得壓力下降減少）；⑧膨脹率可以精確控制，通過外加蒸汽可以控制膨脹率，膨脹率可逐步調節以逐步降低卷煙煙支重量；⑨保持煙草自然香氣，HXD干燥柱內是一種高溫無氧環境，對煙草自然香氣損失最小；⑩除雜氣、減少刺激性，能夠去除煙草中的青雜氣、土腥氣等多種雜氣，提高煙草的自然香氣純度；⑩提高煙絲色澤的均勻性，改善煙絲色澤，更加油潤光澤。
高溫氣流式葉絲干燥烘干機HXD是國家煙草專賣局推廣的一項葉絲在線全配方膨脹的制絲新工藝技術，我們對于HXD的認識，對于其各項工藝參數的設置以及對產品質量的影響目前仍停留在感性認識階段，生產還處于試生產調試階段，迫切要求我們將它提高到理性認識階段。HXD作為現在世界先進制絲生產工藝的代表，有其突出的優點，特別是它的可控制高膨脹率可以為配方帶來更大的調整空間，對于降焦降耗都有極大的幫助，對于一個現代化的卷煙生產企業來說，HXD工作狀態的精確快速控制、工藝的最優化，對于企業生產規模進一步擴大極為有利。我們將付出更艱辛的努力達到完全掌握HXD工藝的理論和技術。
