红外加热技术在卷烟纸胶后加热中的运用

刘元 黄炬 张孝权 丰文兵

摘要：红外加热技术具有速率快、污染小、节约能源等优势，广泛应用于物料干燥领域。本文对红外加热技术的原理、优点做了简述，介绍了卷烟机水松纸传统加热存在的问题，着重就红外加热技术在卷烟机水松纸胶后加热上的体运用进行阐述。

关键词：红外加热技术;卷烟机;水松纸

一、应用背景

YJ27型接嘴机是ZJ17机组实现滤嘴接装功能的设备，主要实现滤嘴与短支烟段接装的功能。为实现水松纸粘接滤嘴与烟支的功能，YJ27型接嘴机设有2处加热装置，分别是胶后加热装置和搓板加热装置，其中胶后加热装置的作用是将上胶后的水松纸进行预加热，提升胶水粘合力的同时便于搓接后更快地烘干胶水。

目前胶后加热装置采用的平面接触热传导加热方式，存在导热效率低、加热不均匀的现象，导致胶水干化程度不一。而且，随着降胶减害理念的深入和推广，卷烟生产所用水松纸绝大部分为激光打孔水松纸，胶水会透过激光孔粘接到胶后搓板上如图1.1所示，同时干化程度不一会导致有少量胶水预热程度不够，在传输过程中会透过激光孔堵塞水松鼓，并让水松纸切刀积垢粘胶加快，最终会导致接嘴机搓接故障停机次数、烟支搓接质量问题以及设备维护频次增加的问题。该问题普遍存在，目前没有较好的解决方案。

二、红外加热原理及优点

红外线为不可见光，其波长为 0.75～100 μm。按照其波长红外线分为近红外线（0.76～1.50 μm）、中红外线（1.5～6.0 μm）和 远红外线（6～1 000 μm）[1]。红外线依据其波长具有不同的特性，因此红外线技术运用的非常广泛，已在感应开关、遥感、医疗、军事等多种领域得到应用。红外线主要是物体向外的能量辐射，带有较高的热能，因此利用红外线这种特性，逐渐形成了红外线辐射加热的干燥技术，物体加热是红外线运用的另一重要领域。

红外线属于不可见光，同时具有光和波的两种性质。红外线遵守电磁波的运动规律，当红外线照射到被加热的水松纸时，红外线被水松纸和胶水反射、吸收，同样也有一部分穿透水松纸。当水松纸和胶水的分子固有振动频率与被吸收的红外辐射频率相同时，就会产生共振现象，将辐射能转化为热能，使水松纸和胶水的温度同时升高，使胶水中内的水分排出，达到加热水松纸和干燥胶水的目的。

胶后红外加热的加热方式有如下优点：

（1）非接触式：采用非接触式加热方式，避免了接触式加热板粘胶的情况。

（2）安全环保：红外加热设备的安全性能较高，因此对环境和人身安全危害极小。

（3）效率高：因此对物料加热的速度快、效率高，同时内外部加热相对一致，干燥更加均匀。

（4）节能：对于电加热的各种方式，红外加热有明显优势，电能相对节省 30%～50%，生产效率明显提高20%～30%【2】。

（5）结构简单：远红外线辐射原件结构简单，设计和改造相对容易，安装、维修都比较简答。

三、应用方案

1.红外线灯管

远红外线幅射热元件的类型，从形状分有灯型、管型和板型三种，可适用各种烘干和产 品加热。从加热方式分，有直热 式 和旁 热式 两 种，一般说来直热式升温速度快、省电。根据卷烟机胶后加热的安装空间、安全防护和易维护性等需求着手，选择直热式灯管型红外线发生器最为合适。灯管型红外发生器有如下优点：

（1）灯管的辐射波长可以控制在一定范围之内;

（2）灯管功率、电压、灯管的长度等可根据被加热工件的材质和物理特性任意选择和定制。

（3）加热灯管的热效率高，其最高红外辐射效率可达86%以上;

（4）加热灯管体积很小、功率大;

（5）红外灯管灯丝的热惯性很小，也就能很方便地实现快速精确的温度控制。

2.加热器功率选择

本次改造设备为ZJ17型卷烟机组，设备速度为7000支/分钟，设备上配套的水松纸宽度均值为0.025m，测算设备内部可用安装位置红外加热器有效加热长度长度为0.15m，通过如下公式计算加热时间T为：

T=S/（V/2*L）

（V---设备生产烟支速度，L---烟支周长，S---加热器长度）

通过计算，则红外水松纸加热器的有效加热时间为0.1S。加热距离为4CM，通过时间、物料吸收比等数据，计算出红外线灯管所需功率，依据30%的余量选择为500W加热管。由于水松纸涂胶后，加热器主要的加热位置在水松纸边缘区域，为保证加热面的全面均匀覆盖，加热管选择双灯管型加热器，增加有效加热覆盖面。

3.温控设定

红外灯管灯丝的热惯性极小，通电后1-2秒可达额定功率的50%左右，约2-4秒钟后即可全功率运行，能够迅速准确地实现开温、降温功能。且当红外灯管短时间切断电源后依然会对外辐射红外线，依然会对加热物体加热，不会造成热源中断的情况，因此本次温控控制采用原机控制模式，即采用ZJ17原机的PID控制红外加热其电流通断，来控制加热器的温度，直接将PT100铂电阻接入PLC控制器，电路图如图1。胶后加热设定温度设定，由于铂电阻和水松纸的对红外线的反射和吸收率不同，且位置也有差别，我厂红外灯管与水松纸平面的距离为100mm，通过实验对设定温度和水松纸的实际温度进行对比，依据改造前生产时胶后水松纸的加热温度在70度左右，因此红外改造后胶后加热设定温度为50摄氏度。

四、效果验证

根据改造后的数据追踪统计，采用红外线水松纸胶后加热后，水松纸和胶水干燥相对更加均匀，因胶水干燥不均匀而造成的胶液渗漏带来搓接原因停机平均次数下降40%，水松纸胶后加热的能耗下降28%，同时因取消加热接触器减少了清洁次数，降低了操作人员劳动强度。

参考文献：

[1]魏忠彩，孙传祝，张丽丽. 红外干燥技术在果蔬和粮食加 工中的应用[J]. 食品与机械，2016（1）：217-220.

[2]邊军，刘相华，王国栋.新型红外线加热设备的研制[J].东北大学学报，2004（04）：367-369.