CN114545995A - 一种松散回潮回风温度的控制方法 - Google Patents

一种松散回潮回风温度的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种松散回潮回风温度的控制方法，是通过采集松散回潮回风温度实际值，计算与设定值的差值，利用温度差值通过热力学方法计算工艺蒸汽体积流量的调节量，然后通过该调节量利用工艺蒸汽薄膜阀流量特性实时调整蒸汽薄膜阀开度值，从而精准控制工艺蒸汽施加量，生产过程中不使用热风换热器，烟叶在松散回潮过程吸收的热量全部来源于工艺蒸汽。本发明采用调整工艺蒸汽施加量的方式精准控制松散回潮过程中关键指标回风温度，通过提高松散回潮滚筒内工艺气体的湿含量，提升烟叶润透效果的同时减少香气损失，改善回潮后烟叶的感官质量。

Description

一种松散回潮回风温度的控制方法
技术领域
本发明涉及一种松散回潮回风温度的控制方法。
背景技术
松散回潮工序是卷烟加工过程的关键工序，在该工序下切片后的烟块在滚筒的翻转和加工介质的共同作用下，叶片舒展松散，同步将叶片含水率调整至合适的标准。松散回潮工序是首个制丝加工中的热加工工序，将叶片松散至一定温度和含水率，为后续工序加工创造物质基础。
回风温度是松散回潮工序的重要指标，是一种叶片在松散回潮过程中的加工强度表征指标，因此，需精准控制生产过程中的回风温度，尤其是高档卷烟，一般采用较低的回风温度加工。目前，烟草行业内各家企业主要使用Hauni公司的TBL松散回潮机，该松散回潮机采用的控制方式是预热过程使用热风换热器，生产过程中固定工艺蒸汽施加比例，通过调节热风换热器的换热效率来跟踪调节回风温度，这种控制方式的缺点是：由于热风的比热焓较饱和蒸汽明显偏低，热风换热器对回风温度的调节能力有限，且调整速度慢，蒸汽比热焓不能充分利用，造成能源浪费。另外，松散回潮过程要保持筒内的风力平衡，就需要有一定量的排潮气体，通过热风换热器的热交换得到的是干燥的热风，干燥的热风有较强的载湿和载香气的能力，会带走一定量的烟叶香气，因此，不利于烟叶感官质量的保持。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种松散回潮回风温度的控制方法，以期望可以快速精准控制松散回潮过程中的回风温度，提升蒸汽利用效率，改善回潮后叶片感官品质。
本发明为实现目的，采用如下技术方案：
本发明松散回潮回风温度的控制方法，是采用蒸汽体积流量根据回风温度直接关联反馈控制，通过采集回风管路上的温度传感器温度值，计算与设定值的差值，利用温度差值通过热力学方法计算工艺蒸汽体积流量的调节量，然后通过工艺蒸汽体积流量调节量根据工艺蒸汽薄膜阀流量特性实时调整蒸汽薄膜阀开度值，从而精准调整工艺蒸汽施加量达到控制回风温度的目的。工艺蒸汽可通过回风管路施加或者通过滚筒进料端底部施加，生产过程不使用热风换热器，烟叶在松散回潮过程吸收的热量全部来源于工艺蒸汽。本发明采用调整工艺蒸汽施加量的方式精准控制松散回潮过程中关键指标回风温度，生产过程中不使用热风换热器，提高松散回潮滚筒内工艺气体中的湿含量，提升烟叶润透效果的同时减少香气损失，改善回潮后烟叶的感官质量。
本发明公开的一种松散回潮回风温度的控制方法，包括如下步骤：
一种松散回潮回风温度的控制方法，包括如下步骤：
步骤1、在线采集松散回潮回风温度(即回风管路中工艺气体的温度)实际值T1(单位为℃，下述所有温度的单位皆相同)，计算与回风温度设定值T2的差值△T；
△T＝T1-T2 (1)；
步骤2、在线采集工艺蒸汽体积流量计的数值SF1(单位为m3/h)，根据△T计算工艺蒸汽体积流量调节量△SF，具体如下：
首先，按照式(2)计算湿空气比热容CH(单位为kj/kg.℃)，式中H为回风管路中工艺气体的含湿量(单位为g/kg)：
CH＝1.01+1.88H (2)；
然后，采集回风管路工艺气体风速值ν(单位为m/s)，测量回风管路直径D(单位为m)，按照式(3)计算工艺气体质量流量M(单位为kg/h)，式中：ρ1为工艺气体密度(单位为kg/m3)，通过查询饱和湿空气性质表获得，或通过式(4)与式(5)计算获得；
Figure BDA0003539667170000021
Pq＝RH1*PS (4)；
Figure BDA0003539667170000022
式(4)与式(5)中：B为标准大气压力值，单位为Pa；Pq为工艺气体中水蒸汽分压值，单位为Pa；PS为工艺气体回风温度为T1时的饱和湿空气中的水蒸汽分压，单位为Pa；RH1为回风管路工艺气体相对湿度值，单位为％；
按照式(6)计算回风温度实际值T1调整至设定值T2所需要吸收的热量△Q；
△Q＝CH*M*△T (6)；
最后，采集工艺蒸汽体积流量计前蒸汽压力传感器压力值Pv(单位为bar)、工艺蒸汽温度传感器温度值Tv，按照式(9)计算工艺蒸汽体积流量调节量△SF，式中：ρ2为饱和蒸汽密度(单位为kg/m3)，通过查询饱和蒸汽性质表获得，或通过式(7)计算获得；W为饱和蒸汽比焓(单位为m3/h)，通过查询饱和蒸汽性质表获得，或通过式(8)计算获得；
Figure BDA0003539667170000023
Figure BDA0003539667170000024
Figure BDA0003539667170000031
步骤3、根据工艺蒸汽体积流量调节量△SF，按照气动薄膜阀流量特性由式(10)计算工艺蒸汽薄膜阀开度调节量△Cv(单位为％)，式中：ρ2为饱和蒸汽密度(单位为kg/m3)；△P为工艺蒸汽薄膜阀前后压差；
Figure BDA0003539667170000032
步骤4、采集工艺蒸汽薄膜阀开度值CV1，根据工艺蒸汽薄膜阀开度调节量△Cv，由气动执行机构将薄膜阀开度值采用PID控制方法调整到CV2，根据工艺气体回风温度控制精度和灵敏性，优化PID控制的三个参数kP、kI、kd，调整后的工艺蒸汽体积流量为SF2；
Cv2＝CV1+△Cv (11)；
SF2＝SF1+△SF (12)；
步骤5、再次采集松散回潮回风温度实际值，并按照步骤1～步骤4调整薄膜阀开度值，依次循环，精准控制回风温度。
进一步地，步骤2中回风管路中工艺气体的含湿量H值根据工艺气体回风温度查询饱和湿空气性质表获得，或通过式(13)、式(14)求得；回风管路工艺气体相对湿度值RH1通过检测获得或者设定为1(因为一般都是饱和湿空气)；
Figure BDA0003539667170000033
Figure BDA0003539667170000034
进一步地，工艺蒸汽通过回风管路施加和/或通过滚筒进料端底部施加。
进一步地，生产过程中不使用回风管路中的蒸汽换热器，烟叶在松散回潮过程吸收的热量全部来源于工艺蒸汽。
进一步地，回风管路上安装有风速检测仪，实时检测回风管路工艺气体风速值ν。
进一步地，回风管路上安装有温度传感器和相对湿度传感器，实时检测回风管路工艺气体温度、相对湿度。
进一步地，工艺蒸汽流量计前管路上安装有压力传感器和温度传感器，实时检测工艺蒸汽压力值和温度值。
本发明的有益效果体现在：
本发明提供的一种松散回潮回风温度的控制方法，是从烟草化学和能量守恒角度，烟叶在松散回潮加工过程中是处于升温吸湿的过程，水分传质的方向是由外向内的，若使用热风换热器，由于干燥热空气的载湿和载香气的能力，导致烟叶中的香气由内向外挥发，与松散回潮的加工目的相反，影响烟叶的润透效果和回潮后的烟叶感官质量。本发明中烟叶在松散回潮过程中唯一热源是饱和蒸汽，会使回风管内的工艺气体达到饱和湿空气，不具备吸湿和吸收烟叶香气的能力，从而提升回潮后烟叶的润透效果，改善回潮后烟叶内在质量，提高蒸汽能源利用效率，同时，由于蒸汽的比热焓大，烟叶在松散回潮筒内的升温速度快，减少过程造碎，提高烟叶的利用效率。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
除非另有说明，下述实施例所涉及的专业术语均参照国家烟草专卖局编写的2016版《卷烟工艺规范》。
实施例1
本实施例中，工艺蒸汽在回风管路和松散回潮滚筒前端底部同时施加。
本实施例按照如下步骤控制黄山A牌号卷烟松散回潮回风温度：
步骤1、黄山A牌号卷烟松散回潮回风温度设定值T2为55.0℃；生产过程中某一时间点，在线采集松散回潮回风温度实际值T1，计算与回风温度设定值T2的差值△T＝2.3℃。
步骤2、在线采集工艺蒸汽体积流量计的数值SF1＝71.2m3/h，根据△T计算工艺蒸汽体积流量调节量△SF，具体如下：
首先，查询饱和湿空气性质表可知当回风温度为57.3℃时的回风管路中工艺气体的含湿量H为116.1g/kg，按照式(2)计算湿空气比热容CH为2.89kj/kg.℃；
然后，采集回风管路工艺气体风速值ν为10.3m/s，测量回风管路直径D为0.30m，通过查询饱和湿空气性质表获得工艺气体密度ρ1为0.9963kg/m3，按照式(3)计算工艺气体质量流量M为2649.2kg/h。
按照式(6)计算回风温度实际值T1调整至设定值T2所需要吸收的热量△Q为17609kj。
最后，采集工艺蒸汽体积流量计前蒸汽压力传感器压力值Pv为3bar(表压)、工艺蒸汽温度传感器温度值Tv为143.64℃，通过查询饱和蒸汽性质表获得饱和蒸汽密度ρ2为0.461m3/kg，通过查询饱和蒸汽性质表获得饱和蒸汽比焓W为2738kj/kg，按照式(9)计算工艺蒸汽体积流量调节量△SF为13.95m3/h、质量流量调节量为6.43kg/h。
步骤3、根据工艺蒸汽体积流量调节量△SF，工艺蒸汽薄膜阀前后压差△P为2.0bar，按照气动薄膜阀流量特性由式(10)计算工艺蒸汽薄膜阀开度调节量△Cv为6.7％。
步骤4、采集工艺蒸汽薄膜阀开度值CV1为54.1％，将△Cv转化为4～20ma信号传输至气动执行器，由气动执行机构将薄膜阀开度值采用PID控制方法调整到CV2为60.8％，根据工艺气体回风温度控制精度和灵敏性，优化PID控制的三个参数kP、kI、kd(经验值kP为2.5，kI为20，kD为2)，调整后的工艺蒸汽体积流量为SF2为85.2m3/h。
步骤5、再次采集松散回潮回风温度实际值，并按照步骤1～步骤4调整薄膜阀开度值，依次循环，精准控制回风温度。
采用上述松散回潮加工方法后，该批次黄山A牌号卷烟松散回潮回风温度标偏为0.33℃，过程能力指数CPK值为3.42，说明该项松散回潮关键工艺指标控制稳定。
以上所述仅为本发明的示例性实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种松散回潮回风温度的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、在线采集松散回潮回风温度实际值T1，计算与回风温度设定值T2的差值△T；
△T＝T1-T2 (1)；
步骤2、在线采集工艺蒸汽体积流量计的数值SF1，根据△T计算工艺蒸汽体积流量调节量△SF，具体如下：
首先，按照式(2)计算湿空气比热容CH，式中H为回风管路中工艺气体的含湿量：
CH＝1.01+1.88H (2)；
然后，采集回风管路工艺气体风速值ν，测量回风管路直径D，按照式(3)计算工艺气体质量流量M，式中：ρ1为工艺气体密度，通过查询饱和湿空气性质表获得，或通过式(4)与式(5)计算获得；
Figure FDA0003539667160000011
Pq＝RH1*PS (4)；
Figure FDA0003539667160000012
式(4)与式(5)中：B为标准大气压力值；Pq为工艺气体中水蒸汽分压值；PS为工艺气体回风温度为T1时的饱和湿空气中的水蒸汽分压；RH1为回风管路工艺气体相对湿度值；
按照式(6)计算回风温度实际值T1调整至设定值T2所需要吸收的热量△Q；
△Q＝CH*M*△T (6)；
最后，采集工艺蒸汽体积流量计前蒸汽压力传感器压力值Pv、工艺蒸汽温度传感器温度值Tv，按照式(9)计算工艺蒸汽体积流量调节量△SF，式中：ρ2为饱和蒸汽密度，通过查询饱和蒸汽性质表获得，或通过式(7)计算获得；W为饱和蒸汽比焓，通过查询饱和蒸汽性质表获得，或通过式(8)计算获得；
Figure FDA0003539667160000013
Figure FDA0003539667160000014
Figure FDA0003539667160000015
步骤3、根据工艺蒸汽体积流量调节量△SF，按照气动薄膜阀流量特性由式(10)计算工艺蒸汽薄膜阀开度调节量△Cv，式中：ρ2为饱和蒸汽密度；△P为工艺蒸汽薄膜阀前后压差；
Figure FDA0003539667160000021
步骤4、采集工艺蒸汽薄膜阀开度值CV1，根据工艺蒸汽薄膜阀开度调节量△Cv，由气动执行机构将薄膜阀开度值采用PID控制方法调整到CV2，根据工艺气体回风温度控制精度和灵敏性，优化PID控制的三个参数kP、kI、kd，调整后的工艺蒸汽体积流量为SF2；
Cv2＝CV1+△Cv (11)；
SF2＝SF1+△SF (12)；
步骤5、再次采集松散回潮回风温度实际值，并按照步骤1～步骤4调整薄膜阀开度值，依次循环，精准控制回风温度。
2.根据权利要求1所述的松散回潮回风温度的控制方法，其特征在于：步骤2中回风管路中工艺气体的含湿量H值根据工艺气体回风温度查询饱和湿空气性质表获得，或通过式(13)、式(14)求得；回风管路工艺气体相对湿度值RH1通过检测获得或者设定为1；
Figure FDA0003539667160000022
Figure FDA0003539667160000023
3.根据权利要求1所述的一种松散回潮回风温度的控制方法，其特征在于：工艺蒸汽通过回风管路施加和/或通过滚筒进料端底部施加。
4.根据权利要求1所述的一种松散回潮回风温度的控制方法，其特征在于：生产过程中不使用回风管路中的蒸汽换热器，烟叶在松散回潮过程吸收的热量全部来源于工艺蒸汽。
5.根据权利要求1所述的一种松散回潮回风温度的控制方法，其特征在于：回风管路上安装有风速检测仪，实时检测回风管路工艺气体风速值ν。
6.根据权利要求1所述的一种松散回潮回风温度的控制方法，其特征在于：回风管路上安装有温度传感器和相对湿度传感器，实时检测回风管路工艺气体温度、相对湿度。
7.根据权利要求1所述的一种松散回潮回风温度的控制方法，其特征在于：工艺蒸汽流量计前管路上安装有压力传感器和温度传感器，实时检测工艺蒸汽压力值和温度值。
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