细支卷烟制叶丝线生产工艺设计探讨

王永海 马延平 周国仁 周伟超

（1.湖北中烟工业有限责任公司襄阳卷烟厂，湖北襄阳 441000；2.中国五洲工程设计集团有限公司，北京 100053）

0.引言

近年来，行业细支卷烟实现了快速发展，已成为中式卷烟发展的新亮点。但国内细支卷烟发展起步较晚，细支卷烟产量占比较小，工艺技术研究较为滞后，工艺技术水平与细支卷烟产品发展存在不相适应的突出问题。本文结合某卷烟厂细支卷烟技改项目，对细支卷烟的设计改造中需要重点关注和亟待解决的问题进行初步探讨。

1.细支卷烟现状简述

2014年，在《关于规范和支持细支卷烟发展的通知》中[1]，明确规定细支卷烟的周长标准为17±1mm。细支卷烟周长17±1mm，换算成烟支直径在5.09mm～5.73mm。细支卷烟普遍具有细支、超长的特征。目前，市场主流的细支卷烟直径为5.4mm，长度以90mm、94mm、97mm、100mm居多。17mm左右的细支卷烟周长标准的确立，是对细支卷烟细分品类发展的规范，通过明确细支卷烟周长标准，来规范细支卷烟市场的有序发展。

同时，在《关于规范和支持细支卷烟发展的通知》中明确了细支卷烟新产品开发价类不得低于二类烟价类，焦油量不得高于8mg/支，即细支卷烟新产品价格要保持在二类烟及以上价类，焦油量要保持在8mg/支及以下，这是对细支卷烟细分品类往“低焦高档”“低焦高质”“低焦高水平”方向的坚持。既要结构又要降焦，以确保细支卷烟细分品类未来继续保持良好健康发展。

国产细支卷烟可追溯至2005年，除了“茶花”“梦都”等少数品牌，国内细支卷烟市场大都被国外品牌占据。自2010年起，细支卷烟逐渐成为国内部分卷烟企业拓展低焦油产品的发力点之一，纷纷加大市场投入力度，并推出各具特色的细支卷烟产品。

此后几年，随着消费群体的消费能力的升级、自我健康消费理念的转变，带动了低焦油卷烟的快速发展。而细支卷烟在烟支体积较小、焦油释放量相对较少的先天条件的优势下，便显得身逢其时、格外引人关注。在工业企业的技术努力下，新生的细支卷烟的产品风格开始明显靠拢、回归市场主流的烤烟型口味，抛弃了之前女士烟、薄荷香型烟的形象与观念的束缚。细支卷烟产品“降焦保香”方面不逊于常规焦油量6mg/支的低焦油卷烟。

根据有关数据，2011年，国内仅有4个品牌生产细支卷烟，分别是“南京”（1.38万箱）、“钻石”（0.28箱）、“梦都”（0.18万箱）、“红金龙”（0.15万箱）。而到了2017年，全国已有30余个品牌生产细支卷烟，其中超过10万箱的品牌有5个，分别是“南京”“黄鹤楼”“红金龙”“黄金叶”和“长白山”。销量超过5万箱品牌有“泰山”“贵烟”“娇子”“好猫”和“云烟”，而细支卷烟销量占本品牌销量比重超过10%的品牌有11个。自此，国内细支卷烟市场呈现出“雨后春笋、百花齐放”的局面。而细支卷烟市场销量过百万箱大关，俨然已成为卷烟市场上不可小觑的新生力量，标志着细支卷烟市场进入到新的更高阶段，竞争层次更高、程度更深、范围更广。

2.某烟厂易地技改项目简述

近几年，随着国家控烟力度加大，烟草行业经济形势增速减缓，但细支卷烟产品在国内市场却逆势上行、加快发展。2016年6月，国家烟草专卖局启动实施《细支卷烟升级创新重大专项方案》[2]，方案提出，细支卷烟升级创新重大专项要实现细支卷烟产品、技术、装备“三位一体”全面升级创新，实现细支卷烟产品设计、生产制造、降本增效、控焦稳焦“四个上水平”。

实现产品升级，彰显细支卷烟产品风格特色，提高产品综合质量；

实现技术升级，突破细支卷烟关键技术瓶颈，构建核心技术体系；

实现装备升级，形成覆盖细支卷烟生产全过程的系列化国产设备，提高装备保障能力。

实现产品设计上水平，提高细支卷烟配方设计、材料设计整体水平；

实现生产制造上水平，提高细支卷烟加工水平和装备水平，研制细支卷烟专用生产线，打造细支卷烟生产基地；

实现降本增效上水平，有效降低细支卷烟原料消耗和材料消耗；

实现控焦稳焦上水平，提高细支卷烟焦油释放量的稳定性。

根据《细支卷烟升级创新重大专项方案》，很多卷烟厂已经开展，或即将开展针对细支卷烟的工艺生产线及设备的改造升级，各烟机设备厂家也正在大力研发细支卷烟专用设备，或现有设备的改造升级及研发。

2.1 指导思想与基本原则

2.1.1 指导思想

工艺设计紧紧围绕 “夯实管理基础、转变发展方式、调整产品结构，做强、做优、做大，建设一流企业、打造百年品牌”的发展规划及品牌战略。彰显品牌细支卷烟加工工艺的特色性，突出细支卷烟生产专业性，汲取先进技术的创新性，考虑未来技术改进的前瞻性等；聚焦核心细支卷烟品规，提升产品核心竞争力，聚焦技术与管理创新，提升工艺及生产管理水平，聚焦柔性生产、精细加工、智能管控，提升项目智能制造水平。以技术进步和技术创新为出发点，按照“高起点规划、高水平设计、高质量施工、高标准管理”的原则实施本项目。采用先进的工艺生产技术，坚持实事求是、量力而行的方针，通过易地技改工程全面增强企业综合实力，使该厂成为技术一流、管理一流、产品一流、经济效益一流的现代化“专业、一流”的细支卷烟生产企业。

2.1.2 基本原则

（1）整体设计系统化。采用新工艺、新技术；设备布局具有前瞻性，为企业发展留有一定空间：公用设施配套齐全，能力匹配。

（2）生产制造柔性化。加工系统、物流系统和控制管理系统均具备一定的柔性，满足精细化加工和订单式生产的需要。

（3）加工过程精细化。生产系统能够根据不同原料的特性，在加工过程中采用不同的流程设计、加工方式及工艺技术条件，各工序的工艺参数具有较宽的调整范围，满足不同规格产品特色工艺加工的要求。

（4）控制系统智能化。控制管理系统能够完成对加工系统和物流系统的自动控制和整体协调，具备各工序主要工艺参数和在线质量信息数据的自动采集和处理、运行仿真、故障自动诊断和异常状况处理等功能。

（5）环保节能：建立生产经营与自然环境的协调关系。通过采取节能、降噪、除尘、废物回收处理利用等措施，在各个细节的设计上将生产对厂内外环境的影响降至最低。采用先进的工艺加工技术，选择节能降耗、性价比高的设备，达到改善劳动环境、降低运行成本的目的。

（6）防虫：以防为主，减少虫害。从厂区环境、建筑设计、设备设施等各环节全方位考虑防虫设计。

2.2 定位与目标

设计定位：项目定位于建设“一流、专业”细支卷烟生产基地。着手于细支卷烟工艺加工水平升级、质量控制水平升级、提升企业产品竞争力。通过技术改造，全面提升工艺装备水平和生产管理水平，满足柔性化、精细化、智能化细支卷烟生产需要和安全绿色发展要求，努力建设成位居细支卷烟生产企业前列的“一流、专业”的细支卷烟生产企业和资源节约型，环境友好型卷烟生产企业，进一步强化公司细支卷烟的市场地位，有力支撑公司战略目标实现和可持续发展。

项目目标：通过工艺流程再造、工艺裝备升级、智能化制造升级，对技术改造中的工艺设计、设备选型、过程柔性化加工、过程精细化控制、综合智能化管控、安全绿色达标等方面精心谋划、深入研究、细致推敲、精准实施，充分满足“天赐谈雅香”的风格持征、加工要求和对细支卷烟的保持满足感、提升舒适感、解决轻松感的消费需求，充分满足对不同原料、不同产品结构的柔性化特色加工要求。

2.3 制丝工艺流程设计简述

总体要求：围绕公司品牌发展战略和细支卷烟发展规划，充分考虑“一流”“专业”“特色”和“柔性化、精细化”以及工艺创新要求，进行针对性工艺流程设计。

制叶丝工艺流程：备料工段、片烟处理工段、制叶丝工段、混丝加香工段。

制梗丝工艺流程：烟梗备料、烟梗预处理和制梗丝三大工段，烟梗预处理工段采用两级润梗、两级储梗的加工工艺；制梗丝工段采用热压冷切、梗丝加料、梗丝干燥的加工工艺。

3.需重点关注的问题

近年来，行业细支卷烟实现了快速发展，已成为中式卷烟发展的新亮点，但国内细支卷烟发展起步较晚，细支卷烟产量占比较小，工艺技术研究相对滞后，工艺技术水平与细支卷烟产品发展存在不相适应的突出问题。这些问题主要表现在：生产过程中原料消耗高、设备有效作业率低、烟支空头较多，品吸时存在吸阻偏大、燃烧锥掉落等现象。

这些问题的根本原因是由于烟丝纯净度低、混合均匀性差、烟丝结构不均、梗丝及再造烟丝配伍性差引起的。归纳总结起来，细支卷烟技术存在四大关键核心技术瓶颈：质量稳定性差、原材料消耗大、原料使用范围较窄及专用设备研发不足。

3.1 细支卷烟的质量稳定性差

（1）产品的技术指标波动大。由于原料物理特性差异，在松散回潮环节，温度、水分不易控制，在加料环节，烟片所吸收料液的均匀性控制难度较大，影响后续加工精度，这些都会导致产品的技术指标波动。

（2）产品的感官质量波动大。由于细支卷烟体积小，单支卷烟容纳的烟丝量少，在燃烧过程中，烟丝配方的不均匀、原辅材料质量的波动更容易被叠加、放大，引起卷烟吸阻、焦油及感官质量的较大波动，增加细支卷烟产品质量稳定性控制的难度。

3.2 原材料消耗高

由于细支卷烟要求烟丝较窄、长度短，导致烟丝的耐加工性相对较差，在切丝、混丝、加香、贮丝等加工过程及输送环节造碎较高。另外细支卷烟对烟丝中的梗签含量要求苛刻，含量越少越好，仅在某一环节达到剔除要求的难度很高，或会因此导致其他不利影响。所以，需要考虑在多环节进行烟梗或梗签剔除。

3.3 原料使用范围较窄

目前在细支卷烟上，很多企业或牌号卷烟仅使用叶丝或者添加少量的梗丝，原料使用范围较窄。

受目前梗丝生产技术所限，加工的梗丝形态呈片状，梗丝搀兑后与叶丝相容性和交联性不好，既影响感官质量的均匀性，也对吸阻稳定性有一定的影响；成品梗丝感官质量不能满足产品对产品的需求，对烟支成品总体感官质量产生不利影响。

3.4 专用设备研发不足

目前，细支卷烟的烟丝加工沿用传统常规制丝生产线，缺少对烟丝结构控制的工序或设备；烟叶原料中细梗含量较高，无专用设备进行有效地剔除；另外在片烟处理、混丝、加香、存储输送等环节仍采用传统设备，造碎较大。

4.本次技术改造细支卷烟制叶丝线生产工艺[3]

4.1 制叶线工艺

在制叶丝线上我们要解决：烟丝结构、纯净度、混合均匀性、消耗高的问题。通过解决烟丝结构，减少空头、掉锥等现象，提升细支卷烟的卷制质量；通过提高纯净度，减少因梗签刺破烟支导致的停机次数提高有效的生产作业率，减少烟支燃烧过程中因梗签的存在而引起的爆花问题；通过提高烟丝的混合均匀性，有效提升烟支线密度的均匀性一致性，保证烟支吸阻均匀；通过采用柔性加工手段，有效降低制丝线上的消耗。

设计亮点：

（1）片烟处理段采用柔性松散回潮系统。

（2）在松散回潮后设置专用的片型处理单元。

（3）设置多级烟梗或梗签剔除，即在片型处理单元设置烟梗剔除风选装置，烘后设置梗签精选剔除设备。

（4）改进筒类、喂料和储存等设备，降低加工及输送过程造碎。

（5）剔除物经在线计量装置计量后风力输送至除尘房集中处理，实现消耗适时与精细化管控。

（6）强化原料烟叶投料段质量控制，新增水分、霉变、颜色及单箱重量等检测装置。

4.2 制梗丝工艺

目前梗丝多是片状形态，不利于梗丝在细支卷烟中的应用。因此，制梗丝线主要实现既可生产形态接近叶丝的丝状梗丝，也可生产填充性能好的常规梗丝，满足细支卷烟使用和梗丝外发的需要。

通过烟梗直径一致化处理和超薄压梗，实现梗丝物理形态接近于叶丝。（1）剔除梗拐及细梗，为均匀压梗创造有利条件；（2）通过浸梗设备，实现一次浸透烟梗，减少储梗时间；（3）通过超薄压梗，实现丝状梗丝成型。

设计亮点：

（1）采用两级润梗、储梗，提高烟梗回潮效果。

（2）采用灵活压梗组合，实现并联、串联、一备一用等不同生产方式。

（3）预留先进梗丝加工工艺设备空间和接口。

5.细支卷烟制叶丝线生产设备选型

结合某烟厂技术改造及打造细支卷烟生产基地的契机，借鉴国内主要烟机企业针对细支卷烟制丝线设备创新研发，将本次技术改造细支卷烟制叶丝线部分关键升级设备归纳如下：

5.1 柔性叶片松散回潮系统

加工细支卷烟，造碎问题尤其突出。为控制细支卷烟制丝造碎指标，需要加大对相关环节造碎因素的控制力度。另外，均质化加工包括处理强度的一致性，是影响烟支质量稳定性的重要因素。

而无论是造碎还是均质化问题，松散回潮都是一个重要环节。

柔性叶片松散回潮系统能够为细支卷烟提供一个良好的解决方案。该设备具有柔性加工、减少造碎、降低原料损耗；实现均质化加工、改善筒内加工强度均等化水平、降低烟支质量波动的特点。

切片后的烟块经过预松散处理，变得松软并分解成若干小块之后进入松散回潮筒，在翻滚过程中，物料与热风、蒸汽及喷射水三种工作介质由表及里充分渐次接触，并在其共同作用下逐渐松散。

设置预松散装置，使切片后的烟块在进入松散回潮机之前，初步得到柔性的预松散处理。通过预松散装置，实现厚烟块到薄烟块的转变，为松散回潮筒提供了一个好的工作条件，有效地减少筒体的机械强度，为减少造碎提供帮助。

柔性松散回潮机，筒体内部结构经过针对性和精细化设计，与预松散有机结合、相辅相成。不同用途的水或蒸汽都应当喷入到所需要的加工区域，因此对喷嘴位置和角度、喷射距离都进行了合理布置。

5.2 片型控制处理单元

针对细支卷烟要求的烟丝结构均匀性，片控制处理单元主要解决长丝的问题。因此，在松散回潮后增加片形控制处理单元，通过对切丝前烟片片型进行有效控制，进一步实现对烟丝长度的控制，从而有效提升细支卷烟卷制性能。

片型控制处理单元主要作用：

（1）解决了目前切丝机定长切丝造碎大、成本高的难题。

（2）解决细支卷烟生产时由于烟丝过长，造成后续环节的烟丝缠绕、结团等，以及在卷制中产生的烟支空头等难题。

（3）在切丝前，有效剔除烟片中所含的细梗，满足细支卷烟梗签含量低的要求。

（4）通过片型均匀性的调整，平衡烟丝耐加工性能，解决后续工艺中由于烟丝长度变化较大，温度水分不易控制的难题。

该单元中主要涉及两台设备，包括控制片型的叶片旋转分切机，和大片处理后的细梗分离净化设备。

5.2.1 叶片旋转分切机

叶片旋转分切机的一个关键部件是大片筛分提取设备。

大片筛分提取设备采用特殊的振动模式，使烟叶处于“沸腾”的状态，互相分开不再粘连，中小叶片在前进过程中由筛孔落下，大片被分离出来。分离出来的大片经风送、气料分离后输送至大片处理装置进行处理，控制片型尺寸。处理后的大片再经过筛分装置循环提取，达到降低大片率，提高中片率的目的。

叶片旋转分切机的另一个关键部件是大片处理器，是对分离出来的大片进行片型尺寸的调整，从而实现大片向中片转变的功能。

通过实验，采用叶片旋转分切机，可以将大片率控制在10%以内，并且能够将大片烟叶中部分细梗从烟叶上脱离下来。

5.2.2 细梗净化设备

细梗净化设备是将叶片旋转分切机处理叶片时脱离下来的细梗剔除出来，满足细支卷烟梗含量低的要求，进一步提升烟丝纯净度。

5.3 混丝加香机

传统加香机存在的问题：香料在筒体内部施加不均匀；筒体结构不利于香料充分吸收；存在造碎；烟丝结构分布不均。

以上的问题主要是由筒体内部结构体不合理引起的，体现在以下几个方面：

（1）单一的直钉结构带起的物料面比较狭窄，在筒体截面上物料帘分布仅有一半左右，导致加香加料不均匀性。

（2）比较短的烟丝或者碎末一直筒体底部滑动前行，加剧了烟丝结构的不均，不利于香料的吸收。

（3）钉长度与物料厚度不匹配，物料带不起来，产生一定的造碎。

（4）无法形成合理的物料帘，造成香料的浪费。

（5）耙钉之间的距离分布不合理，间距大了带料能力就差，间距小了布置的钉就相对多了，造碎就上升。

针对以上问题，对筒体内部进行改进，改进后的筒体，烟丝可均匀地分布在筒体截面上，形成更加合理的物料帘，从而保证香料的均匀吸收，减少香料的浪费，提升烟丝的混合均匀性，提升细支卷烟的质量稳定性，同时再在一定程度上减少造碎，降低消耗。

6.结语

细支卷烟作为快速增长的中式卷烟新品类，在降焦减害、降本增效等方面具有天然的优势。2016年，国内烟草行业正式启动实施细支卷烟升级创新重大专项。近年来，国内科研单位、生产厂家和专业设备生产商，在细支卷烟相关的梗丝利用、香味补偿、烟机设计与制造等方面进行了大量研究，并初步形成了一些关键特色技术，为细支卷烟的发展奠定了一定基础。