干燥设备论文：梗丝干燥系统的设计研讨

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本文作者：李少平、王秋领、范磊、胡宏帅、刘强、李浩亮、吴俊峰、刘洪涌 单位：河南中烟工业有限责任公司许昌卷烟厂、河南中烟工业有限责任公司技术中心、江苏智思机械集团有限公司

系统结构

梗丝低速气流干燥设备与其他气流干燥设备的结构组成相似，主要由干燥器、气料分离器、除尘器、热风动力等部件组成，见图1。其中，干燥器是气流干燥设备的核心部件，直接决定着设备的性能。

1干燥器

目前在化工、食品、制药等行业所采用的气流干燥设备，以干燥器的形状区分，主要有长管、短管、脉冲、倒锥形和环形等［10］。其中，①长管干燥器应用最早且使用最广泛，优点是结构简单，缺点是干燥管过长，一般为10～20m，设备装配空间高度较高。②短管干燥器多用于沙石类物料的干燥，不适宜于烟草物料。③脉冲气流干燥采用管径交替缩小与扩大的方法，使物料运动交替加速或减速，这种干燥方式热交换效率高，但局部风速相对较高，容易造碎。④环形干燥器是将直管变成环形结构，从而降低了干燥器的高度，但由于干燥管转弯部分较多，故局部管壁易于粘料，对物料的造碎也较大。⑤倒锥形气流干燥器气流速度由下而上逐渐减小，不同悬浮速度的物料可分别在管内不同的高度悬浮。含水率大的物料悬浮速度大，在干燥管内移动速度慢，干燥时间长；含水率小的物料悬浮速度小，在干燥管内移动速度快，干燥时间较短。因此这种干燥方式可以获得较好的含水率均匀性，同时由于风速变化使物料和热风产生相对运动，热交换效率也较高。综合考虑干燥器系统阻力、热交换效率和梗丝造碎情况，且有利于实现低风速气流干燥，因而选用了倒锥形干燥器。

2气料分离器

气料分离主要采用切向和旋风两种方式［11］。考虑到梗丝密度较小，物料与热风分离难度较大，气料分离器选用切向落料器比旋风落料器可获得更好的分离效果。

3除尘器

除尘器主要有旋风和布袋两种形式［11］。布袋除尘器除尘效率高，但占地面积大，清理保养难度大，不适合于高温高湿气体的除尘和在车间生产环境中使用；旋风除尘器虽然除尘效率较低，但占地面积小，清理保养方便，对热风系统的阻力影响小，适合于高温高湿气体除尘和在车间生产环境中使用，因此除尘选用了旋风除尘器。

4热风加热器

热风加热器主要有蒸汽热交换器和热风炉两种［11］。蒸汽热交换器使用蒸汽为热源，蒸汽是二次能源，能源利用率低，提供的热风温度低（一般不超过170℃），受蒸汽质量影响大，蒸汽热交换器系统阻力大，容易积尘存在安全隐患；热风炉使用柴油或天燃气一次能源作为燃料，能源利用率较高，可克服蒸汽热交换器的不足，因此热风加热器选用了热风炉。综上所述，为了使加工的梗丝具有较好的膨胀效果（或填充值）和含水率均匀性，同时达到加工过程低风速、低造碎的要求，确定的梗丝膨胀干燥系统整体结构见图2。

技术实现

1工艺风速

不同含水率梗丝在竖直管道内最低悬浮速度的试验结果见表1。为实现低风速条件下的安全输送，将倒锥形干燥管干燥入口（梗丝含水率36%）的气流速度设定为7m/s，干燥出口（梗丝含水率13%）的气流速度设定为3～4m/s。

2干燥管和进料管

干燥管作为设备的关键部件，形状为方形，在风力输送物料时，方形的四角风速不稳定［12］，容易堆积物料，因此在设计制造时将方形的四角制作成较大的圆角，并把内壁打磨光滑。根据生产能力2000kg/h(按标准含水率12%)，来料含水率40%，出口含水率12.5%，计算出脱水量G=917kg/h，由脱水量G计算出所需要的热量M=2.225×109J，由质量和能量守恒定理可得出携带热量M所需要的空气Q（风机风量）约为36000m3/h。根据风机风量Q及干燥管上部和下部风速计算出干燥管上部和下部截面面积分别为3.2m2和1.4m2，干燥管尺寸见图3。根据系统的风量（36000m3/h）和风速，以梗丝（含水率36%）3～4倍的悬浮速度(表1)计算出进料管的截面积。为了使热风从进料管输送到干燥管的截面风速均匀，根据文献［13］的要求，确定进料管的长度为4～5m，进料管尺寸见图4。为有效解决风速低易使物料在干燥管底部沉积问题，将进料管结构设计为2层。进料管上层通过热风输送物料，下层只输送热风，使物料在进入干燥管时，下层的热风能对物料起到托起作用，同时在进料管前端设置上下层热风分配风门。根据试验，当下层的热风量约为总风量的2/3时，物料在干燥管底部不会出现沉积现象。

3匀料辊

考虑到干燥管截面积较大，梗丝在进入干燥管后不能充分散开，部分梗丝会在惯性作用下直接沿着干燥管的对面管壁运动，导致物料分布不均匀，脱水不均衡，影响出口含水率的稳定。因此，在干燥管下部设计安装一个匀料装置(即匀料辊)，见图5。由减速机驱动的匀料辊为三棱形，安装于进料管和倒锥形干燥管的结合处，使进入干燥管的物料在干燥管各截面上均匀分布，从而提高固气混合物的传热传质效率，保证梗丝干燥脱水的均匀性。

4设备表面处理

与高含水率梗丝接触的部件表面，如文氏管内腔、进料气锁和汽料分离器内壁、匀料辊表面等均采用特氟龙处理，以防止高含水率物料在其表面粘结。2.5控制因素和工艺流程梗丝低速气流干燥设备控制因素主要由风温、风量（干燥时间）、排潮量、梗丝含水率（脱水量）等组成。干燥热风循环使用，干燥后回风的一部分（占总风量的20%～30%）通过排潮管道排出干燥系统；回风的大部分（占总风量的70%～80%）分成2路，由热风分配阀门调节，一路进入热风炉加热，另一路直接进入混合箱与加热后的热风混合后形成工艺热风。热风炉的出风温度控制在200～250℃，控制精度±3℃；干燥管上部的风速为3.2～3.4m/s，工作风温控制在170～230℃，控制精度±1℃。通过调整热风风机的频率控制风量，风机频率控制在30～50Hz；系统风量的调节范围为36000～58000m3/h，控制范围为42000～48000m3/h。干燥系统的排潮量通过调整排潮管道内风门的角执行器进行控制。排潮风门开度可在0～100%之间调节，为了节省能源，在设备预热阶段时排潮风门关闭，在正常生产时排潮风门的开度控制在30%～70%。梗丝出口含水率的控制是根据工艺要求设定，按照进料流量和含水率计算出脱水量，在干燥系统风量、排潮量一定的情况下，通过调整工作风温进行控制，出口含水率控制范围为设定值±0.5%。系统的工艺流程为：膨化后的梗丝由进料气锁送入进料管，进料管沿气流方向倾斜安装，在热风作用下将梗丝输送到倒锥形干燥管内，经匀料辊分散后达到悬浮状态，并沿风速方向向上运动，因干燥管采用倒锥形设计，风速向上逐渐减小。而梗丝在运动过程中不断地干燥脱水，含水率逐渐降低，含水率小的梗丝运动速度快，干燥时间短；反之，速度慢，干燥时间长。梗丝通过这种运动自行调节干燥含水率，从而提高干燥后的含水率均匀性。在悬浮干燥过程中，梗丝中的梗头、梗签、团块等重物被风选分离，下落到干燥管底部并排出。

应用效果

梗丝低速气流干燥设备目前已在许昌卷烟厂得到了生产应用，与原使用的流化床干燥工艺相比，发挥了气流干燥填充值高、含水率均匀性好的技术优势，克服了现有气流式干燥设备存在的不足。由表2和表3可见，改进后梗丝整丝率提高约5百分点，碎丝率降低约1百分点，梗丝干燥出口断面含水率极差减小1.5百分点；“黄金叶（帝豪）”和“红旗渠（银河之光）”两个品牌卷烟的感官质量分别提高了0.5分和1.1分，主流烟气指标均符合产品设计要求。