热风伴随、穿透式高效籽棉烘干清理机的设计

■王殿钦 王泽武

〔郑州棉麻工程技术设计研究所，河南郑州 450004〕

机采棉相比手摘棉具有高效、低成本、高收益的显著优势。机采棉和手摘棉生产线的最主要工艺区别是对籽棉和皮棉增加了烘干和清理的次数，而在过度干燥的情况下还需要增加加湿工艺。目前，新疆发展机采棉生产的势头强劲，机采棉加工技术也在新疆棉区得到迅速推广。

一、机采棉加工技术存在的问题

在初步掌握机采棉加工技术后，对机采棉籽棉如何保持棉纤维原生品质成为棉花加工关键技术的瓶颈。通过对棉花加工过程中影响棉纤维原生品质的关键环节进行研究，减少棉纤维损伤、疵点和短纤维率，降低棉花中的杂质含量，有效保护棉花资源，最大限度地提高棉花资源的使用价值和经济效益。最终通过对影响棉纤维原生品质的籽棉干燥、籽棉清理、轧花、皮棉清理环节进行系统研究开发和技术创新，实现棉花精细化加工，减少加工过程对棉纤维原生品质的损伤，提高棉花加工质量，降低纺织用棉成本。

机采棉的含杂量与回潮率远大于手摘棉，在棉纤维品质上也稍逊色于手摘棉。基于机采棉的这些特点，人们认识到机采棉的籽棉烘干和清理工艺的合理与否，设备本身性能的优劣及配置的合理与否将直接影响到棉纤维原生品质。对机采籽棉的烘干和清理工艺的研究与相应新型设备的开发也将是目前急迫的任务。

二、目前机采棉的烘干与清理工艺

1.目前的机采棉烘干工艺。

由于机采棉的含杂量与回潮率远大于手摘棉，因此，机采棉加工工艺中的籽棉烘干环节非常关键。轧花过程对籽棉的回潮率非常敏感，回潮率的增大会导致轧花困难，产量降低。在轧花环节应用烘干，就是为了控制付轧籽棉的回潮率。烘干过的棉花加工成皮棉后外观形态非常好，色泽、手感等主观因素表现较好，品级较高。但过度的烘干会使棉纤维水分过低，在纤维体积、比重、摩擦系数、导电性、弹性、强度、色泽等方面也会发生一系列变化。这些变化均可直接或间接影响轧花工艺的正常运行和皮棉质量。

图1 机采棉轧花工艺流程图阀

图1是目前广泛应用的机采棉轧花工艺流程，籽棉经通大气阀1、重杂物分离器2、籽棉分离器3和籽棉自控箱4进入脉冲—搁板增热式烘干机5进行第一道烘干。由于机采籽棉中的杂质与水分含量较大，杂质与纤维通过水的作用黏结力较强，尽早地烘干籽棉利于清理杂质。被初步烘干的籽棉进入倾斜式籽棉清理机6、提净式籽棉清铃机7进行清理，烘干气体带走籽棉中的部分水分通过尘笼脱离籽棉排入沙克笼。货场籽棉存放在不同的垛位、放置的时间长短等原因会导致长时间进入生产线的籽棉回潮率差异较大。如果头道的烘干还达不到轧花机所适合的7%～9%的水分，就应进行二次烘干，使籽棉回潮率均匀，通过进一步清理后稳定地喂给轧花机12。

当然，也不是说烘干时间越长、烘干温度越高，烘干效果就越好。因为现有籽棉干燥系统（如图1）烘干时间越长，系统风运路程越长，风运阻力也就越大；同时塔体表面积增大，散热就越多，结果是耗费的电能及热能也越多，成本增大。要想减少烘干时间并达到烘干的效果则只有提高烘干的温度，而现有的籽棉干燥系统工作温度高时会损伤甚至破坏棉纤维原生蜡质层，导致棉花可纺性差，所以研究保持蜡质层不被破坏的中低温干燥技术及新型烘干设备是当务之急。

2.目前的机采棉清理工艺。

图1中机采棉比手摘棉增加了籽棉预清理系统。一般的情况是增加倾斜式籽棉清理机6和提净式籽棉清铃机7的应用。倾斜式籽棉清理机6与手摘棉中的倾斜式籽棉清理机是完全一样的；针对机采棉铃壳较多的情况，在籽棉预处理系统中特设了提净式籽棉清铃机。近几年，各种自动喂花机、清异纤机也加入了机采棉的工艺流程。这些自动喂花机、清异纤机也大都兼具对籽棉的开松与清理功能。

由于机采棉的成熟度不如手摘棉，因此，纤维强度也低于手摘棉。而机采棉在生产线中又经过了远多于手摘棉的刺钉辊的反复打击、搓揉和齿条辊的多次强力钩拉，这个过程造成了棉纤维干体的损伤及纤维长度的变短，同时索丝、疵点和短纤维率也大量增加，严重影响了棉纤维原生的品质。减少机采棉加工过程对棉纤维原生品质的损伤，实现棉花精细化加工，提高棉花加工质量，实现最大限度地提高棉花资源的使用价值和经济效益，也要求我们对机采棉的清理进行研究，设计出新型高效的适合机采棉的清理设备。

三、热风伴随、穿透式高效籽棉烘干清理机的设计

1.设计思路。

若机采棉生产线中的籽棉清理机具有烘干功能。籽棉在清理时烘干、烘干时清理，使籽棉能在开松、翻滚时受热均匀并及早落杂；烘干、开松、清理互相促进达到事半功倍的效果，这样效率会超过顺序配置烘干机+清理机的效果，达到高效的可能。在生产线中减少刺辊对籽棉的打击次数是减少纤维长度的变短、损伤，降低索丝、疵点、短纤维含量，保持棉纤维原生品质的主要手段。若机采棉生产线中的籽棉清理机同时具有烘干和清理的高效功能，在生产线中可减少普通倾斜式籽棉清理机的配置，减少刺钉辊筒的数量以降低对籽棉纤维质量的不良影响。

2.总体结构及工作原理。

图2 总体结构示意图

籽棉经进棉口1被吸入卸料器2中完成气纤分离。籽棉下落至本机，被分流板5分成两路喂给刺钉辊筒11，在刺钉辊筒11与格条漏底12的相互作用下对籽棉进行清理。每个刺钉辊筒11和格条漏底12是一个清理单元，一个清理单元清理完成后会将籽棉抛射向下一个清理单元；热风从热风进口3（2处）进入本机，对籽棉进行伴随烘干，在清理单元将籽棉抛射向下一个清理单元时，热风对籽棉流进行穿透烘干。经过清理单元和热风反复作用，多次加强烘干和清理的效果；杂质从格条漏底12漏出，通过落杂斜板13滑入落杂箱7中，通过排杂绞龙15、排杂闭风器16经杂质出口17排出本机。在清理时会有部分热气通过格条漏底12进入落杂箱7，落杂箱7的外箱体覆有保温层8，其实落杂箱7兼具了落杂箱和保温箱的作用。保温气体在落杂箱7中形成动态的保温层，保温气体通过可调余热出口4排出本机。

经多次伴随、穿透式烘干及多组清理单元清理后，籽棉落入本机下方的储棉箱19内。储棉箱19暂时储存一定量的籽棉，通过给棉罗拉20达到均匀喂给下台机的目的。同时储存箱19中的一定量的籽棉也起到闭风的作用，籽棉在储存箱19中可继续被烘干。

籽棉在完成清理和烘干后随热气进入落棉斗21，在落棉斗21处被后方的风机负压抽吸至下台卸料器，在下台卸料器尘笼处水蒸气与籽棉彻底分离，烘干工作结束。

3.本机设计特点。

（1）本机综合了搁板式烘干机和倾斜式清理机的原理，使籽棉能在一台设备中既烘干又清理，实现2台不同设备的功能。

（2）根据烘干理论，烘干气流与物料的速差越大则烘干效果越好。传统的烘干机对籽棉是全程伴随式，在输送物料的同时进行烘干，速差很小。本机中清理时，籽棉运行速度9～11 m/s，进热风速度按16 m/s计算时有近5 m/s的伴随速差。同时热风还不断对籽棉流进行穿透式烘干，进行穿透式烘干时速差理论上接近热风速度16 m/s；相同温度下烘干时间越长烘干效率就越高。传统的烘干机需要用热风运送籽棉，需要较高的风速，风速低时会造成籽棉在机体内的堵塞。本机内的籽棉靠机械拨转、抛射行进，速度较低，可使籽棉以较长的时间留在机体内，利于烘干。所以本机的设计符合烘干原理，效果较好。

籽棉在清理时不断翻滚并被开松、抛射，若此时对籽棉烘干能使籽棉各个部位受热均匀，达到较好的烘干效果；较好的烘干效果同时也促使杂质更容易与籽棉脱离，达到比相同数量刺辊高得多的清理效果。本机内热风的风向与落杂方向一致，利于杂质在刺辊与格条栅的作用下脱离籽棉，利于杂质排向图2中的落杂箱7。

（3）传统的籽棉烘干需要大的风量和风速来运送籽棉，这将配备较大的供热风机致使耗能较大。因为本机的烘干热风不进行风运籽棉的工作，所以选择较小的风机即可满足工作，节省大量电能。

由于本机设计结构合理，籽棉在机体内受热时间较长、烘干效果较强，因此，为了不“过烘”损伤甚至破坏棉纤维表面的原生蜡质层，进热风的温度可比传统烘干机降低一些。热风温度的降低也将大大节省热源的消耗。

（4）本机采用中低温（85℃～100℃）烘干。中低温烘干不但能有效保持棉纤维表面的原生蜡质层，而且能使生产线的水分变化幅度变小。生产线能在辅助设备（在线测水）的控制下更加稳定。

图3 热风伴随、穿透式高效籽棉烘干清理机在流程中的应用示意图

（5）由于本机的设计能达到高效的目的，因此在生产线应用中，图1所示流程中的搁板增热式烘干机8后的倾斜式籽棉清理机9和倾斜回收式籽棉清理机10可取消，以免造成对籽棉的过度开松（如图3）。图3中的热风伴随、穿透式高效籽棉烘干清理机8后接籽棉分离器10，将籽棉通过配棉绞龙分配给轧花机12。轧花机的U形刺辊可代替被取消的回收式清理机实现回收的功能。

在应用本机的流程中取消了2台传统籽棉清理机，此工艺有以下优点：

a.减少了刺钉辊的总数量，直接减少了刺辊对籽棉的打击次数。因为对籽棉打击次数的减少是有效保持纤维长度，避免损伤，减少索丝、疵点，保持棉纤维原生品质的主要手段。

b.减化了加工流程，节约了设备投资，减轻了工人维修、操作的工作强度，同时也大幅降低了能耗。

c.降低了基础、基建的投资成本。应用本机时轧花机上只需一层钢架平台放置籽棉分离器和配棉绞龙即可，比传统的三层平台降低了成本，并使工人上下方便。由于轧花机上方高度的降低，轧花厂房除打包机处的梁下12 m的要求外，其余梁下9 m即可，比传统的厂房节省了基建的投资。

（6）本机的设计具有防堵车功能。籽棉进入本机即被分流板5分成两路以降低对第一、二组清理单元的冲击，利于第一、二组清理单元对籽棉的开松。本机的格条漏底均可单独调节隔距，从上到下隔距逐步减小，逐渐增加清理力度，不易产生堵车现象。本机的传动采用同步带，在使用中避免了使用普通三角皮带“打滑”、“丢转”导致的堵车。本机的传动速度从上至下渐快，利于籽棉的转移，不易产生堵车。在本机的储棉箱19处设置有光电限位14。当储棉箱内的储棉量到达光电限位14时，光电限位14传递信号打开通大气阀1，暂停吸入籽棉，防止了储棉箱的堵车。

（7）本机采用模块化设计，方便拆装。可以根据清理、烘干的情况增加或减少清理单元。

（8）本机设计的落杂箱内有保温气体，落杂箱外又覆有保温层可有效防止热量散失，最大程度地节约能源。

四、结束语

综上所述，把热风伴随、穿透式高效籽棉烘干清理机应用于机采棉轧花生产线是提高效率、保持棉纤维原生品质的籽棉清理与烘干的有效方法。