CO2膨胀线预膨胀装置的设计与应用

张 卓

（江苏中烟工业有限责任公司 淮阴卷烟厂，江苏 淮安 223022）

热端升华装置是CO2膨胀烟丝生产线的关键设备，其作用是利用干冰升华的物理特性，完成烟丝的膨胀。经过一定压力的二氧化碳液体浸泡的干冰烟丝被均匀的送入升华器，在升华管中干冰烟丝与高温空气、干冰组成的高温工艺气体接触。在输送过程中，烟丝与工艺气体充分混合并加热，高温气流使烟丝中的干冰急剧升华、水分迅速蒸发，在两者共同作用下，烟丝得到充分膨胀，烟丝中焦油等有害物质的含量得到挥发，膨胀后烟丝的体积约为膨胀前的一倍，形成满足工艺要求的膨胀烟丝。浸渍后的干冰烟丝耐加工性差，最终产出的成品膨胀烟丝的整丝率不会太高。

1 工作原理

干冰烟丝以恒定的流量通过进料气锁进入升华器中，再由升华器中的文丘里管进入升华管，干冰烟丝一进入升华管就被320℃左右的高温工艺气体以30m/s的速度送入升华段。在升华段干冰烟丝与工艺气体充分混合并加热，在高温度差状态下，干冰急剧升华，水分迅速蒸发，烟丝急剧膨胀。膨胀后的烟丝进入切向分离器与工艺气体分离，分离出来的工艺气体进入旋风除尘器除尘，然后由工艺风机送入燃烧炉加热器，经加热器加热后的工艺气体进入升华管路，循环使用。同时有一小部分气体在工艺风机出口排出，与来自冷却振动输送机和冷却皮带输送机的废气混合后由废气风机送入预热器预热，然后送入燃烧炉的燃烧室，既能提供氧气，又能将有害物质烧掉，保护环境。被切向分离器分离出来的膨胀烟丝通过出料空气锁进入冷却振动输送机，再经过冷却皮带输送机（I、II）连续散热降温后，进入滚筒式叶丝回潮机回潮，从回潮机中出来的成品膨胀烟丝含水率为12%±0.5% 。

2 现状调查

通过对升华装置的工作原理和工作流程的分析，分析出低温干冰烟丝脆性较大，耐加工性差是主要原因，最终产出的成品膨胀烟丝的整丝率有待提高。

据统计2016年10月份至12月份膨胀后烟丝的整丝率分别为：72.32%、72.28%、72.33%。虽然生产出的成品膨胀烟丝整丝率高于工艺标准值的72%，但是通过调查发现，兄弟单位的成品膨胀烟丝整丝率达到了73%，我车间的膨胀烟丝整丝率还有一定的提升空间。

3 存在的问题现象

低温干冰烟丝脆性较大，干冰烟丝在落入进料气锁时与气锁翻板的撞击会造成破碎，从而影响了成品烟丝的整丝率。

4 实施过程

要解决干冰烟丝脆性大，耐加工性差的问题，就需借鉴干冰在常温的条件下也会缓慢气化这一原理，研发一种在快速膨胀前能将干冰烟丝进行预先缓慢膨胀的装置，提高高温膨胀前烟丝的耐加工性。我们利用常温气体对浸渍好的干冰烟丝进行喷吹，让烟丝表面干冰进行缓慢气化，使干冰烟丝表面变得柔软，从而提高了在进入升华装置前烟丝的耐加工性，我们将这样的装置称为预膨胀装置。[1]

4.1 设计预膨胀装置

4.1.1 制定预膨胀装置设计思路，在定量带出口处下方加装一个气流喷吹管

利用常温气流也能对干冰烟丝起到一定的膨胀现象，在定量带出口与进料气锁之间加装一管道，并在管道上安装一排小喷嘴。在压缩空气管道上加装两位五通单电控电磁阀、气控常闭T型截止阀和调压阀。利用定量带启动信号控制电磁阀，利用电磁阀控制常闭T型截止阀，从而控制喷吹管的喷吹状态，还可利用调压阀控制喷吹气流的大小。之所以在气流喷吹管道上加装喷嘴而不直接开孔是为了防止出气口堵塞。

4.1.2 根据定量带料位宽度为480mm、高度为150mm、流量为570Kg/h，设计预膨胀装置各组件尺寸参数

通过实验所取得的结果表明较好方案是24号方案：A3B2C3，即喷吹孔间距20mm，喷吹孔直径1.5mm，喷吹气流压力0.15Mpa。

根据现场位置，最终确定安装高度为进料气锁上方水平位置330mm处、喷吹孔间距20mm、喷吹孔直径1.5mm、喷吹气流压力0.15Mpa时的效果最为理想。根据安装位置确定喷嘴底座的长度为650mm，根据喷嘴底座的长度和喷吹孔的间距确定喷嘴数量为32个，根据喷吹孔间距和喷吹孔直径确定喷嘴外形尺寸。

4.1.3 按照设计图纸挑选合适材料，加工预膨胀装置

管道选用不锈钢材质，喷嘴选用黄铜材质。管道之所以使用不锈钢材质，是因为定量带出口温度较低，如果使用镀锌管容易被腐蚀生锈，而不锈钢不易被腐蚀且强度高不易变形。喷嘴使用黄铜是因为喷嘴尺寸较小，加工难度大，而黄铜可加工性强，不锈钢加工难度大。[2]

4.1.4 规范合理安装预膨胀装置

预膨胀装置由两位五通单电控电磁阀、气动控制常闭T型截止阀、调压阀、喷嘴底座和喷嘴组成。

预膨胀装置的安装步骤：

第一步：在进料气锁上方330mm处的下料斗两侧面各开一个直径35mm的孔。

第二步：将喷嘴底座插入在所开孔的位置，并将喷嘴安装到喷嘴底座上。

第三步：调整喷嘴底座将喷嘴口对准正前方，用螺母固定锁紧喷嘴底座。

第四步：连接压缩空气管道并在管道上安装调压阀、两位五通单电控电磁阀和气动控制常闭T型截止阀。

第五步：连接两位五通单电控电磁阀控制信号。

5 使用后效果

整丝率的提升相应的降低了膨胀烟丝的单箱消耗，提高了膨胀烟丝的利用率。改造前成品膨胀烟丝整丝率为72.31%，膨胀烟丝的单箱消耗为2.27kg；改造完成后整丝率提升至74.125%，膨胀烟丝的单箱消耗降低为2.19kg。

为确保效果持续稳定，在2017年10月份对成品装箱烟丝的质量进行跟踪巩固检查，测试结果见上表1。

表1 2017年10月份整丝率、碎丝率、填充值统计

由表1可以看出，巩固期内各项指标均在目标之上，巩固期效果良好。

6 结语

通过对二氧化碳膨胀线预膨胀装置的研制，进一步提高了膨胀烟丝的整丝率，降低了成品膨胀烟丝的单箱烟丝消耗。通过以上研究对热端升华装置有了更透彻的了解，对以后的设备维修工作积累了更多宝贵经验，提高了分析问题、解决问题、创新思维能力。