高温高湿环境顶部防冷凝水装置的改进及应用研究

摘要：为了避免烟片复烤在回潮加湿过程中产生水滴，实现高品质烟叶复烤加工的要求，在双侧交替进风烟片复烤设备回潮加湿段顶部采用封装式的顶部加热保温盖板，有效避免顶部结露而产生冷凝水滴落。经过应用验证，结果表明，封装式的顶部加热保温盖板可有效防止高温高湿环境顶部产生冷凝水，对高温高湿环境的温度影响降至最底，可靠性及稳定性较以往结构有大幅度的提高。

关键词：顶部加热;封装;结露;高温高湿;烟片复烤

0  引言

在烟草加工行业中，烟片复烤环节是控制成品水分和温度的关键工艺环节，对烟片自然醇化质量会产生一定影响。烟片复烤设备需具备对烟片进行回潮加湿的功能。现有的烟片回潮加湿段采用隧道式湿热空气强制循环对流技术，增湿水经雾化喷嘴，在风机的作用下，形成富含细微水颗粒的高温高湿气流穿过烟片层，在较高水蒸气分压作用下，水分子向烟片内部渗透，烟片吸收水分，含水率上升。通常情况下，烟片经过回潮加湿，其含水率由9%左右上升到12%，温度由40℃左右上升到约65℃。

富含细微水颗粒的高温高气流在运动过程中遇到温度偏低的物体就会形成结露，随着时间的推移，结露增加，露珠逐渐加大，形成水珠。烟片在经过回潮加湿隧道时，上方顶盖板处的水珠飘落在烟片表面，就会形成水渍烟（行业内称之为“机尾明水现象”）。水渍烟的含水率较高，非常容易出现霉变。在自然醇化后，成品含水率超标的片烟出现点状霉烟问题。如果机尾明水现象严重，会导致整箱成品片烟发霉，严重影响成品质量，给烟草加工企业带来损失。所以对烟片复烤设备回潮加湿隧道结构进行研究及改进，杜绝机尾明水现象出现是非常必要的。本文将结合杜绝机尾明水现象的研究及结构改进在实际应用过程中的效果进行比较分析。

1  传统结构

目前打叶复烤生产线上使用的烟片复烤设备的回潮段保温顶盖板下方处都设置了顶部加热装置，目的是提升顶盖板下表面温度，防止物料上方顶盖板处由于结露而产生水珠飄落在烟片表面形成水渍烟。其结构形式见图1（传统顶部加热装置）。

向图1所示的顶部加热管内部送入饱和蒸汽，蒸汽压力在5～8bar，加热管被蒸汽加热140～174℃，加热管向四周辐射、对流传热，设备顶盖板吸收热量，温度升高，超过了加湿空气的露点温度，顶盖板不出现凝露。为尽可能避免结露，烟片复烤设备顶盖板采用带夹层并填充保温棉，尽可能减小热量损失，同时把加热管排布得更密，减少加热盲区。

在实际应用过程中，由于烟片复烤设备的加热管外露在对流的湿空气里，加热管热量散发快，超过80%的热量被对流的空气带走，顶盖板吸收的热量非常有限，加热管表面散发的热量不能充分用于顶盖板温度的提升，并且加热管不能完全覆盖需要加热的顶盖板，出现了接近加热管的部位温度高，远离加热管的部位温度低的问题。为了提高加热效率，有的烟片复烤设备甚至采用了紫铜管加工加热管。即便采用较高的蒸汽压力，更密集布置的加热管，当环境温度偏低、辐射不均匀、对流盲区等多方面原因影响时，加热管不能有效的均匀加热整个顶盖板，稍微有不慎，局部位置就会形成水珠飘落在烟片表面，形成水渍烟，影响产品质量。

另一方面，由于在烟片复烤设备内部设置了密集的较高温度的加热管，加热管向设备的回潮段内部输入了较多的热量，导致湿空气温度升高，影响回潮段的温度控制，同时导致物料温度高等问题。

2  改进研究

针对水渍烟这一困扰烟叶复烤企业多年的问题，相关技术团队进行了技术研究及论证，并且进行多种方式的技术改进尝试，逐步优化结构，彻底解决了此问题。

2.1 加热管上方增加接水挡板

结合实际情况，在加热管下方增加接水挡板，接水挡板紧贴加热管（见图2）。技术思路是接水挡板接住顶部形成的冷凝水滴，加热管与接水挡板接触，通过接触加热接水挡板，使挡板上方的水滴蒸发。

但在实际应用试验时出现了更严重的水渍烟问题。分析原因：①接水挡板阻碍了加热管的热量向顶盖板辐射和对流传递，顶盖板温度较低，形成了大量的冷凝水滴;②加热管与接水挡板的传热能力低，接水挡板温度不高，不能及时蒸发落在挡板上的水滴;③接水挡板与顶盖板间形成狭小空间，空气流动不通畅，接水挡板蒸发水分后在顶盖板上凝结，形成水滴滴落在接水挡板上，再次蒸发、滴落，水分子在这个狭小空间内反复循环，越积越多;④接水挡板不平整，并且有接缝，水滴在接水挡板低洼处汇聚，并在接缝处直接滴漏在下方的烟片上，形成水渍烟。

加热管上方增加接水挡板的技术应用试验不成功。

2.2 增加加热管的覆盖率

结合实际情况，在未找到更好解决方案的时候，技术团队选择了增加加热管的覆盖率，通过结构改进，改变原有加热管的排布方式。第一次改进是把加热管间距从210mm改为160mm，并在局部位置进行特殊加密排布。2.1×3.7m的顶部下表面处，加热管行程长度由41.44m增加到58.07m。虽然取得了一定效果，但局部位置还会形成水珠飘落，形成水渍烟。

结合第一次改进的取得的成果，紧接着又进行了第二次改进，把加热管间距从160mm改为100mm，同样在局部位置进行进一步加密排布。在2.1m的长度上，加热管往返行程由58.07m增加到94.02m。

第二次改进取得了明显效果，局部位置形成水珠飘落的几率大幅降低，但不能完全杜绝。如果再缩小加热管间距，会导致加工成本快速提高，可靠性降低等不利因素出现，并且在实际应用过程中出现了影响回潮段温度控制的问题，导致物料温度偏高的不良影响。

2.3 均匀加热、减小热量损失的顶部加热方式

结合现实生活中地暖的应用案例进行技术拓展，在双侧交替进风烟片回潮加湿设备中，把顶部加热管封装在顶盖板里，减小对流导致的热量损失，提高加热均匀性，避免加热盲区。

加热管封装在下面板与上层保温层之间，加热管散发的热量被限制一个封闭的空腔内部，空腔内部与外界无空气对流热量损失小，内部升温容易;加热管散发的热量集中在一个封闭腔内，腔体内部温度均匀，腔体向下传热到下面板，下面板温度上升快，加热均匀;热量向上传热到上层保温层，上层保温层阻碍热量向上传递。此顶部加热结构完全避免了保温顶盖板下方结露的问题，解决了多年来一直困扰复烤企业由于产生水珠飘落在烟片表面形成水渍烟的问题。

采用封装式的顶部加热保温盖板优点：①降低无效加热损失，加热的目标集中在下面板上;②在封闭的空间内加热，避免对流空气带走更多加热管热量;③封闭空间内部温度均匀，对下面板的加热均匀性好;④蒸汽压力在1.5～2bar就可实现下面板不结露的均匀加热，下面板表面温度不高，对回潮段的温度影响不大，同时降低了热量损耗;⑤下面板为一个整体平面，避免以往外露加热管可能出现的挂料积灰问题。

3  应用效果

封装式的顶部加热保温盖板在多台烟片复烤设备中应用，我公司针对此技术的应用进行了专项技术跟踪及用户回访，封装式的顶部加热保温盖板确实解决了烟片复烤设备回潮段顶部冷凝水的问题，并且取得非常明显的效果。在设备管理、使用、操作及维护等方面都起到的积极推进作用，得到用户的一致好评。

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