瞿德智 張 谷

某卷煙廠卷煙機(jī)組除塵系統(tǒng)的改造及性能優(yōu)化

瞿德智1張 谷2

（1.南寧卷煙廠 南寧 530003；2.湖南核三力技術(shù)工程有限公司 衡陽 421001）

針對某卷煙廠除塵系統(tǒng)風(fēng)壓波動(dòng)及高能耗的現(xiàn)狀，對現(xiàn)有除塵系統(tǒng)進(jìn)行改造和性能優(yōu)化。由原尾部除塵方式改造為集中工藝風(fēng)力除塵與控制方式。對改造后集中工藝風(fēng)力除塵系統(tǒng)進(jìn)行分析，改造后除塵系統(tǒng)能夠滿足卷接機(jī)組對風(fēng)壓和風(fēng)量的需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行。

集中工藝風(fēng)力；風(fēng)壓；風(fēng)量

0 引言

卷接機(jī)組除塵系統(tǒng)主要是將卷接機(jī)組VE（卷煙機(jī)）和MAX（接嘴機(jī)）在卷煙生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行集中收集，通過除塵設(shè)備凈化處理后，排至室外。

卷接機(jī)組除塵系統(tǒng)按照是否拆除卷接機(jī)自帶的除塵風(fēng)機(jī)包括：尾部除塵方式（圖1）和集中工藝除塵方式（圖2）。

尾部除塵方式是比較傳統(tǒng)的除塵方式，但系統(tǒng)中存在多臺不同型號風(fēng)機(jī)并聯(lián)與串聯(lián)運(yùn)行情況，在不同機(jī)組停開機(jī)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓的波動(dòng)，且設(shè)備自帶的小風(fēng)機(jī)都是定頻運(yùn)行，不能進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。隨著卷煙質(zhì)量要求的不斷提高，對卷煙機(jī)負(fù)壓穩(wěn)定性要求越來越高。集中工藝風(fēng)力除塵技術(shù)[1-3]伴隨著新的風(fēng)壓平衡裝置的研發(fā)，控制手段與控制技術(shù)[4-6]的不斷更新，在卷煙機(jī)工藝風(fēng)力除塵系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用。

圖2 集中工藝除塵方式

按照VE/MAX除塵是否分開主要包括：VE/MAX集中除塵方式（見圖3）和VE/MAX獨(dú)立除塵方式（見圖4）。

圖3 VE/MAX集中除塵方式

圖4 VE/MAX獨(dú)立除塵方式

兩種除塵方式通過在實(shí)際應(yīng)用過程中各有其有缺點(diǎn)（見表1）。

按照系統(tǒng)管網(wǎng)的形式不同：系統(tǒng)可分為集束形管網(wǎng)（見圖5）、魚刺形管網(wǎng)（見圖6）和梳狀管網(wǎng)（見圖1、2、3、4，均為梳狀管網(wǎng)形式）。

圖5 集束型管網(wǎng)方式

圖6 魚刺型管網(wǎng)方式

依據(jù)管網(wǎng)阻抗理論，并聯(lián)管網(wǎng)相互之間流量的變化，對系統(tǒng)管網(wǎng)阻抗的影響明顯小于串聯(lián)管網(wǎng)。集束形管網(wǎng)形式（并聯(lián)），通過理論研究[7,8]和實(shí)際應(yīng)用均表明，集束管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形式更利于系統(tǒng)的穩(wěn)定與調(diào)節(jié)。

這三中類型的除塵形式可以自由組合，最終形成多種不同形式的除塵系統(tǒng)。

1 卷煙機(jī)除塵系統(tǒng)

1.1 卷煙機(jī)型介紹

卷煙廠現(xiàn)有多種不同的卷煙機(jī)機(jī)型（參數(shù)詳見表2）。由于不同機(jī)組要求的風(fēng)量、負(fù)壓參數(shù)的不一致，和進(jìn)口機(jī)型自身的要求。通常中速機(jī)組（ZJ17/ZJ118/ZJ112等）在實(shí)施過程中可以拆除卷煙機(jī)自帶的高壓小風(fēng)機(jī)。高速機(jī)組（M5/ZJ116A等）能夠通過伺服電機(jī)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)壓力，高速機(jī)組通常不拆除自帶風(fēng)機(jī)，采用尾部除塵方式。

表1 VE/MAX集中與獨(dú)立對比分析

表2 卷接機(jī)組工藝參數(shù)

1.2 系統(tǒng)介紹

現(xiàn)卷煙廠共計(jì)25臺卷接機(jī)組，分別對應(yīng)5個(gè)卷煙機(jī)組除塵系統(tǒng)（見表3）。系統(tǒng)全部采用VE/MAX集中的尾部除塵方式，系統(tǒng)管網(wǎng)采用梳狀管網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

表3 原除塵系統(tǒng)組成

1.3 系統(tǒng)運(yùn)行及原因分析

系統(tǒng)建立后，在實(shí)際運(yùn)行過程中，卷煙機(jī)和接嘴機(jī)風(fēng)壓常常出現(xiàn)很大的波動(dòng)。通過分析，主要原因?yàn)槲膊砍龎m系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的選型不合理。導(dǎo)致風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行的工況點(diǎn)發(fā)生嚴(yán)重偏離，主要表現(xiàn)如下：

（1）風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低，風(fēng)量無法達(dá)到設(shè)計(jì)風(fēng)量；

（2）除塵風(fēng)機(jī)與原設(shè)備自帶風(fēng)機(jī)串聯(lián)運(yùn)行，零壓點(diǎn)偏離，影響自帶風(fēng)機(jī)效率；

（3）風(fēng)機(jī)嚴(yán)重偏離工況點(diǎn)運(yùn)行，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)、電機(jī)、軸承及部件存在損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

2 系統(tǒng)改造與優(yōu)化

2.1 系統(tǒng)升級改造內(nèi)容

針對卷煙廠11#～20#卷煙機(jī)組（其中包括11#為PROTOS-M5高速卷接機(jī)組1臺，12#、13#為ZJ118中速卷接機(jī)組2臺，14#、15#為ZJ17C中速卷接機(jī)（帶流化床）組2臺，16#-20#為ZJ17中速卷接機(jī)組5臺）對應(yīng)2套卷煙機(jī)除塵系統(tǒng)JB-3（對應(yīng)11#～15#機(jī)組）和JB-5（16#～20#機(jī)組）實(shí)施除塵及風(fēng)力穩(wěn)定性技術(shù)升級改造。

改造內(nèi)容主要包括：

（1）依據(jù)中速機(jī)組和高速機(jī)組不同的工藝要求，中速和高速機(jī)組除塵系統(tǒng)分開。將11#PROTOS-M5高速卷接機(jī)組獨(dú)立建立一套尾部除塵系統(tǒng)JB-6（考慮遠(yuǎn)期，系統(tǒng)按照2臺M5設(shè)計(jì)）。

（2）將中速機(jī)組的尾部除塵方式，改造升級為拆除卷煙機(jī)自帶風(fēng)機(jī)的集中工藝風(fēng)力除塵方式。優(yōu)化后JB-3（對應(yīng)12#～16#機(jī)組）和JB-5（17#～20#機(jī)組），同時(shí)對系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)力穩(wěn)定及平衡控制。

（3）系統(tǒng)管網(wǎng)由原有的梳狀管網(wǎng)優(yōu)化為集束管網(wǎng)形式。

2.2 集中工藝風(fēng)力除塵系統(tǒng)

以JB-3集中工藝風(fēng)力除塵系統(tǒng)為例，通過詳細(xì)的水利計(jì)算優(yōu)化風(fēng)機(jī)選型，選用北京京豐DZ10-20No8.5DS型雙機(jī)殼高壓離心風(fēng)機(jī)，除塵設(shè)備和主管道利舊。

在每臺卷煙機(jī)支管上安裝自動(dòng)風(fēng)壓平衡器（帶壓力傳感器），在接嘴機(jī)支管上安裝氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥（帶壓力傳感器）。在系統(tǒng)主管上安裝流量的檢測和補(bǔ)風(fēng)裝置。通過實(shí)時(shí)檢測與控制措施，有效的保證了風(fēng)量與風(fēng)壓的穩(wěn)定。

2.3 系統(tǒng)風(fēng)力平衡措施及監(jiān)測手段

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測每個(gè)系統(tǒng)主管壓力，PLC內(nèi)設(shè)計(jì)的恒壓調(diào)節(jié)控制器根據(jù)主管壓力與目標(biāo)壓力差對變頻器進(jìn)行頻率或轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，使主管道壓力接近設(shè)定值，保證主管壓力穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）實(shí)時(shí)監(jiān)測卷接機(jī)組VE支管風(fēng)壓和MAX支管風(fēng)壓，通過VE支管自動(dòng)風(fēng)壓平衡器來調(diào)節(jié)風(fēng)力平衡，由壓力傳感器、自動(dòng)風(fēng)壓平衡器和機(jī)臺I/O信號構(gòu)成一個(gè)PI閉環(huán)控制回路，實(shí)現(xiàn)VE穩(wěn)壓控制。

（3）實(shí)時(shí)監(jiān)測卷煙機(jī)運(yùn)行狀態(tài)（圖7，圖8為上位機(jī)監(jiān)控畫面），如卷煙機(jī)停機(jī)、待機(jī)、煙支跑調(diào)、風(fēng)室打開等狀態(tài)，通過MAX支管安裝氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，根據(jù)不同狀態(tài)，均模擬接嘴機(jī)正常生產(chǎn)的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)MAX風(fēng)壓的穩(wěn)壓控制。

圖7 JB-3集中工藝風(fēng)力除塵系統(tǒng)

圖8 卷煙機(jī)風(fēng)壓實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

（4）實(shí)時(shí)監(jiān)測每個(gè)系統(tǒng)主管風(fēng)量，確保風(fēng)機(jī)工況處于安全工作區(qū)域，即使將要出現(xiàn)極端工況（喘振），導(dǎo)致主管道壓力波動(dòng)，流量計(jì)的反饋數(shù)據(jù)也能及時(shí)開啟主管補(bǔ)風(fēng)裝置，確保風(fēng)機(jī)繼續(xù)正常運(yùn)行。若監(jiān)測到系統(tǒng)主管風(fēng)量超限，及時(shí)關(guān)閉主管補(bǔ)風(fēng)裝置，并發(fā)出風(fēng)量超限報(bào)警，確保風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在合理范圍。

3 運(yùn)行狀態(tài)分析

通過對上位機(jī)實(shí)施監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，包括系統(tǒng)主管壓力、系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)機(jī)臺運(yùn)行壓力的數(shù)據(jù)分析，以及機(jī)臺實(shí)際狀態(tài)的檢測和實(shí)測比較。

圖9 系統(tǒng)主管運(yùn)行負(fù)壓

圖10 17#機(jī)組VE運(yùn)行負(fù)壓

圖11 17#機(jī)組MAX運(yùn)行負(fù)壓

（1）系統(tǒng)采用穩(wěn)壓運(yùn)行（設(shè)定運(yùn)行壓力、變頻調(diào)節(jié)），主管壓力能夠穩(wěn)定在設(shè)定值±2%以內(nèi)（除個(gè)別周期性波動(dòng)壓力偏離，考慮為除塵器脈沖噴吹的影響）。同時(shí)，系統(tǒng)在每一個(gè)脈沖噴吹周期（100s）會(huì)出現(xiàn)一次大的降壓過程，考慮為設(shè)備某個(gè)噴吹電磁閥故障。

（2）依據(jù)不同的煙絲品質(zhì)，可以設(shè)定不同的卷煙機(jī)壓力（-8000～-10000Pa），卷煙機(jī)風(fēng)壓波動(dòng)均能有效的控制在±200Pa以內(nèi)。煙支空頭率降低約0.01～0.02%。

（3）改造后新增1套高速機(jī)尾部除塵系統(tǒng)（30kW），且集中工藝風(fēng)力除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)功率相應(yīng)提高（90kW/110kW），但由于拆除中速機(jī)組自帶的小高壓風(fēng)機(jī)（15kW/臺，共計(jì)9臺）。系統(tǒng)總裝機(jī)功率比原總功率降低了55kW。系統(tǒng)的節(jié)能效果十分明顯。

4 結(jié)論

除塵系統(tǒng)改造后，通過采用平衡與控制手段，系統(tǒng)具備了實(shí)施調(diào)控能力，能夠依據(jù)不同的生產(chǎn)狀態(tài)，保證卷煙機(jī)生產(chǎn)所要求的負(fù)壓，提高產(chǎn)品的有效合格率。同時(shí)，降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗。

[1] 戴石良,李國榮,袁國安,等.卷接機(jī)組風(fēng)力集中供給方式的研究與應(yīng)用[J].煙草科技,2004,(10):10-12.

[2] 桑金陽,袁國安,張振峰,等.某卷煙廠卷接機(jī)組集中風(fēng)力與除塵系統(tǒng)的應(yīng)用[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2005,(2): 11-12.

[3] 陳飛虎.卷接設(shè)備工藝風(fēng)力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真[D].衡陽:南華大學(xué),2006.

[4] 王懷杰,張振峰,李國榮,等.卷接設(shè)備集中工藝風(fēng)力與除塵自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].煙草科技,2000,(5):11-14.

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[8] 陳霞.卷煙廠集中工藝風(fēng)力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析[D].衡陽:南華大學(xué),2011.

Modification and Optimization of Dust Removal System for Cigarette Sets in Cigarette Factory

Qu Dezhi1Zhang Gu2

( 1.NanNing Cigarette Factory, Guangxi, 530001; 2.Hunan Sunny Technology Engineering Co., Ltd, Hengyang, 421001 )

In view of the present situation of wind pressure fluctuation and high energy consumption of dust removal system in a cigarette factory, the existing dust removal system is reformed and its performance is optimized.The dust removal mode is transformed into a centralized dust removal and control mode, which provides dust removal and equipment pressure.Analyzed the centralized dust removal system after the reformed, the reformed dust removal system can ensure the demand of wind pressure and air volume of the winding unit, and save energy at the same time.

Centralized Dust Removal; Air Pressure; Air Volume

A

1671-6612（2019）03-293-05

瞿德智（1973-），男，在職研究生，工程師，E-mail：qudezhi@139.com

張 谷（1984-），男，研究生，工程師，E-mail：zhanggu841004@163.com

2019-01-21