稳定雾化加水设备喷嘴出口雾化水温度的研究

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摘要：为保持在线加工物料温度的稳定，提高雾化加水质量，对如何稳定九千线雾化加水设备喷嘴出口雾化水温度进行研究。通过分析设备原理、DOE设计，确定影响雾化水温度的主要因素为供水温度、加水流量及雾化蒸汽压力。

关键词：喷嘴出口雾化水温度;供水温度;加水流量;雾化蒸汽压力;DOE设计

按照青岛卷烟厂制丝车间工艺要求和流程设计，叶片回潮机、RCC叶丝回潮机等多个雾化加水设备，对物料进行雾化加水处理。设备喷嘴对水和蒸汽进行混合雾化，将雾化水喷洒至物料以达到增温增湿的效果。

现有相关研究表明供水温度的变化对于填充值、含水率、感官质量和烟气成分均具有一定的影响^[1]。供水温度对物料的产生影响主要通过改变被加工物料的温度变化。同时温度是彰显烟丝吸湿性、烟丝色泽的重要技术指标^[2]。然而现存的研究主要侧重于研究供水温度对物料质量的影响，但未考虑设备相关参数间影响，未对如何控制喷嘴出口雾化水温度进行研究。

当前青岛卷烟厂制丝车间雾化加水设备生产现状为同一台设备采用固定的雾化蒸汽压力生产;设备供水使用自来水过滤后的过滤水，供水温度未进行恒温控制。调查全年设备供水水温变化情况，对车间四处固定点进行实际水温测量，结果表明，现雾化加水设备供水水温冬季为12℃，夏季为28℃，供水温度随着不同季节气温变化而变化。

为此进行前期模拟试验，固定雾化加水设备雾化蒸汽压力为正常生产时固定值，改变供水温度和加水流量，测量喷嘴出口雾化水温度，测试结果发现，在同一加水流量下，加水流量改变会引起喷嘴出口雾化水温度发现较大变化。

因此为保持被加工物料温度的稳定，提高物料的工艺质量，稳定喷嘴出口雾化水温度是十分必要的。

1.材料与方法

1.1 材料与设备仪器

青岛卷烟厂九千线回潮工序WQ3322滚筒式烟片回潮机;青岛卷烟厂制丝车间生产用过滤水;点温度计

1.2试验方法

1.2.1喷嘴出口雾化水温度测量方法

项目组建立了规范的测点固定法测量喷嘴出口温度，在试验实施中得到了较好的应用。具体方法为测量时将测点设定为喷嘴出口外、沿雾化喷嘴轴向中心线方向，用点温计进行测量、读数并记录。

1.2.2数据分析方法

试验采用DOE设计，数据分析软件Minitab分析试验数据，研究因子对喷嘴出口雾化水温度的影响，构建函数关系模型。

2.结果与分析

2.1喷嘴出口雾化水温度的影响因素

喷嘴为双介质喷嘴，对蒸汽与水两种介质进行混合雾化，喷洒到物料中，实现物料的增温增湿。喷嘴结构图如图3。

蒸汽由进汽口1进入到喷嘴后充满喷嘴外腔3，水充满喷嘴内腔2，水与蒸汽在喷嘴出口处混合，通过蒸汽的引射进行雾化。雾化加水的过程影响喷嘴的出口雾化水温度的因素为雾化蒸汽压力、供水温度、加水流量。

2.2固定雾化蒸汽压力下，供水温度和加水流量对喷嘴出口雾化水温度影响趋势

对雾化设备进行测试，得到雾化蒸汽压力恒定时，供水温度、加水流量对喷嘴出口雾化水温度的影响趋势。将雾化蒸汽压力设定为正常生产下的工艺蒸汽压力（12MPa），改变供水温度和加水流量，测量喷嘴出口雾化水温度，利用散点图分析喷嘴出口雾化水温度对供水温度的关系，得到以下规律：

雾化蒸汽压力恒定，在某一加水流量下，供水温度越高喷嘴出口雾化水温度越高，供水温度越低喷嘴出口雾化水温度越低，随着供水温度上升，喷嘴出口雾化水温度上升趋势变缓。在某一供水温度下，加水流量越大喷嘴出口雾化水温度越低，加水流量越小喷嘴出口雾化水温度越高;并且升高供水温度，加水流量对喷嘴出口雾化水温度的影响变小。

2.3研究雾化蒸汽压力、供水溫度和加水流量对喷嘴出口雾化水温度影响规律

调查生产历史数据，得到设备加水流量实际运行范围为120 KG/H～850KG/H，供水温度实际运行范围为12℃～28℃，雾化蒸汽压力实际运行范围为0.10 MPA～0.40MPA.当前设备雾化水雾化效果符合要求。

以九千线叶片回潮机为试验设备进行试验。根据设备运行能力和参试因子实际运行水平基础上，设计试验因子水平。为深入研究影响关系并稳定喷嘴出口雾化水温度，将供水温度研究范围固定为20-80℃，扩大因子水平范围设计：供水温度低水平20℃、高水平80℃，加水流量低水平120KG/H、高水平1000 KG/H，雾化蒸汽压力低水平0.1MPA、高水平0.5 MPA。利用数据分析分别对供水温度、加水流量、雾化蒸汽压力与喷嘴出口雾化水温度关系进行初步研究。使用MINITAB 16 版软件进行实验数据分析，通过数据全模型分析、响应曲面模型分析、、模型残差分析，确定影响规律的函数关系模型。得到函数关系模型为：

喷嘴出口雾化水温度=56.7890+0.486657*供水温度-0.00530303加水流量+10.9375*雾化蒸汽压力-0.00227513*供水温度*供水温度-0.135417*加水流量*雾化蒸汽压力

2.4分析模型，得到最佳参数组合

绘制喷嘴出口雾化水温度与各因子等值线图、曲面图，观察等值线图和曲面图，发现喷嘴出口雾化水温度平稳变化区间为75-78℃和72-75℃，即将喷嘴出口雾化水温度稳定为75±3℃即可满足要求。

2.5验证试验

为了验证得到的最佳取值组合，我们选定九千线烟片回潮机、五千线烟片回潮机、三千线烟片回潮机和RCC叶丝回潮机进行试验验证。由验证试验结果可知模型有效。

3.结论

本文通过实验研分析数据得到在固定雾化蒸汽压力下，供水温度、加水流量对喷嘴出口雾化水温度影响趋势;雾化蒸汽压力、供水温度、加水流量与喷嘴出口雾化水温度函数关系模型，及确定喷嘴出口雾化水温度稳定区间，确定了最佳参数组合。为制丝生产线雾化加水设备参数监控提供有效理论依据，优化雾化加水设备加工稳定性。

参考文献

[1]侯平生.叶丝增温增湿加水温度对烟丝质量的影响[J].《科技信息》CN37-102/N，2011.

[2]李民.柔性制絲生产中数据挖掘技术的应用[J].《机械》CN 51-1131/TH，2010.

[3]马琳，何桢.六西格玛管理[M].中国人民大学出版社.

[4]国家烟草专卖局.卷烟工艺规范[M].北京：中央文献出版社，2003.

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