一種新型皮棉加濕工藝的應(yīng)用

王澤武 陳生超

摘要：針對目前國內(nèi)皮棉加濕行業(yè)面臨的問題，提出一種新型的皮棉加濕工藝。該工藝摒棄了以往熱風(fēng)伴隨式的皮棉加濕方式，而是通過將濕熱空氣穿透集棉后的棉胎層，在濕熱空氣穿透過程中水分被強(qiáng)行留在皮棉中完成對皮棉的加濕。結(jié)果表明，在供熱風(fēng)機(jī)的頻率為15 Hz、水泵電機(jī)頻率為15 Hz時(shí)，皮棉加濕的效果最好，皮棉回潮率增加的平均值為2.4%;新型皮棉加濕工藝與熱風(fēng)伴隨式皮棉加濕工藝相比，耗能、耗水降低了2/3;加濕后皮棉的成包高度降低了41.3 cm，棉包塑鋼帶被拉伸的長度降低了82.6 cm，所承受的拉力降低，崩包的概率減小，同時(shí)棉包尺寸的控制提高了裝載率和庫容率。

關(guān)鍵詞：皮棉;加濕工藝;濕熱空氣;回潮率;棉花加工

中圖分類號：S226.7文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）07-0186-04

收稿日期：2020-08-10

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號：2018YFD0700403）。

作者簡介：王澤武（1975—），男，河南鄭州人，高級工程師，主要從事棉花加工設(shè)備設(shè)計(jì)、棉花調(diào)濕工藝設(shè)計(jì)研究。E-mail：758879253@qq.com。

通信作者：陳生超，碩士，工程師，主要從事機(jī)械裝備設(shè)計(jì)加工。E-mail：csc19871012@163.com。

棉花加工的整個(gè)工藝流程主要為喂棉→籽棉烘干→籽棉清理→軋花→皮棉清理→皮棉加濕→集棉打包等[1]，其中整個(gè)流程中棉花回潮率調(diào)節(jié)主要包括了籽棉烘干和皮棉加濕，統(tǒng)稱為棉花調(diào)濕工藝[2]。

1 研究現(xiàn)狀

研究表明，籽棉付軋前的回潮率大小是影響棉花加工清理效果和棉纖維質(zhì)量的主要因素之一，當(dāng)籽棉回潮率大于8.5%時(shí)，清理效果差，含雜多;當(dāng)籽棉回潮率低于6.5%時(shí)，棉纖維斷裂加劇，降低棉纖維質(zhì)量[3-6]。當(dāng)籽棉回潮率控制在6.5%～8.5%區(qū)間時(shí)，成包皮棉的回潮率往往會(huì)降到6%以下，會(huì)導(dǎo)致打包機(jī)踩壓困難和棉包崩包。棉包崩包不利于皮棉的成包和運(yùn)輸，并且在運(yùn)輸和庫存時(shí)有較大的火災(zāi)隱患。根據(jù)美國國家棉花委員會(huì)所定的標(biāo)準(zhǔn)，皮棉的最佳成包回潮率在7.5%左右[2，7]，因此，在皮棉打包前要對皮棉進(jìn)行加濕。國內(nèi)相關(guān)學(xué)者對皮棉加濕方式也開展了研究，其中鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究所開發(fā)了塔式加濕機(jī)，該加濕方式是通過在軋花工藝和集棉工藝之間安裝導(dǎo)向閥來改變皮棉的輸送方向，進(jìn)而來增加皮棉的行程，并在該行程段通入濕熱氣流伴隨皮棉輸送對皮棉進(jìn)行加濕[8-9];山東大學(xué)采用模糊控制法來精確控制皮棉回潮率，該方式增加了模糊控制方法，可以通過調(diào)節(jié)濕熱空氣的含量，控制皮棉加濕量[10-11];安徽東升新能源科技有限公司開發(fā)的超聲波霧化技術(shù)也在皮棉加濕中得到了少量的應(yīng)用[12]。但這些皮棉加濕方式主要通過加熱產(chǎn)生濕熱空氣，來伴隨皮棉一起輸送，在皮棉輸送過程中起到皮棉加濕效果（圖1）。但這種加濕方式由于能耗高，能源利用率低，需燃燒大量的煤，隨著我國環(huán)保政策的不斷加強(qiáng)，高效節(jié)能的皮棉加濕方式成為未來皮棉加濕的發(fā)展方向。

針對目前我國皮棉加濕工藝的研究現(xiàn)狀，本研究開發(fā)了一款新型的皮棉加濕系統(tǒng)，該加濕系統(tǒng)摒棄了以往濕熱風(fēng)伴隨式的皮棉加濕方式，而是通過將濕熱空氣穿透集棉后的棉胎層，在濕熱空氣穿透過程中水分被強(qiáng)行留在皮棉中完成對皮棉的加濕，如圖2所示，采用這種皮棉加濕的方式，不需要大量的濕熱空氣運(yùn)送皮棉，實(shí)現(xiàn)了以小風(fēng)量濕熱空氣達(dá)到加濕效果的目標(biāo)。

2 工藝設(shè)計(jì)與安裝

2.1 工藝設(shè)計(jì)

該皮棉加濕工藝摒棄了投資占地大、不環(huán)保的燃煤熱風(fēng)爐，采用了風(fēng)道式電加熱器作為熱源。通過風(fēng)道式電加熱器產(chǎn)生干燥的高溫氣流，輸送進(jìn)入加濕霧化器，高溫氣流蒸發(fā)加濕霧化器中的霧狀水滴，產(chǎn)生濕熱氣流，濕熱氣流進(jìn)入安裝在皮棉滑道上的加濕機(jī)，穿透棉胎后進(jìn)入集棉管道，對進(jìn)入集棉機(jī)的皮棉進(jìn)行加濕，然后濕熱空氣通過集棉機(jī)風(fēng)機(jī)排出。其中，集棉管道處安裝皮棉軋花質(zhì)量在線檢測儀用于測量進(jìn)入集棉管道處的皮棉回潮率，在濕熱空氣管道處設(shè)置溫濕度測量儀來測量用于穿透加濕的空氣的溫濕度，其工藝如圖3所示。

整個(gè)工藝系統(tǒng)根據(jù)皮棉軋工質(zhì)量在線檢測設(shè)備，隨時(shí)采集進(jìn)入集棉管道的皮棉回潮率，根據(jù)測得的皮棉回潮率大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)供熱風(fēng)機(jī)頻率和霧化器水泵工作頻率，實(shí)現(xiàn)熱濕氣流溫濕度的精確控制，確保進(jìn)入打包機(jī)的皮棉回潮率在6.5%～8.5%之間。其控制原理見圖4。

2.2 現(xiàn)場設(shè)備安裝及試驗(yàn)

2.2.1 設(shè)備安裝

2016年10月19日，在第八師伊欣棉業(yè)有限責(zé)任公司進(jìn)行了新型皮棉加濕工藝的試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)室外溫度為8 ℃，空氣濕度為10%。為了防止出現(xiàn)皮棉棉胎堵塞和拉伸的現(xiàn)象發(fā)生，須要保證加濕機(jī)里面的塵籠線速度和集棉機(jī)內(nèi)塵籠線速度一致，設(shè)定主電機(jī)頻率固定不變?，F(xiàn)場設(shè)備安裝見圖5。

2.2.2 試驗(yàn)過程

固定供熱風(fēng)機(jī)的頻率為15 Hz，水泵頻率分別調(diào)整到5、10、15、20、25、30 Hz，運(yùn)行穩(wěn)定后，測量加濕后皮棉的回潮率，并記錄下此時(shí)集棉滑道上加濕前皮棉回潮率的數(shù)值。

固定水泵頻率為15 Hz，供熱風(fēng)機(jī)的頻率分別調(diào)整到5、10、15、20、25、30 Hz，運(yùn)行穩(wěn)定后，測量加濕后皮棉的回潮率，并記錄下此時(shí)集棉滑道上加濕前皮棉回潮率的數(shù)值。

固定供熱風(fēng)機(jī)的頻率和水泵電機(jī)的頻率均為 15 Hz， 測得此時(shí)所供濕熱氣流的流量是 5 000 m3/h

左右，溫濕度范圍是溫度在40～45 ℃之間，濕度在70%～75%之間，測量加濕后皮棉的回潮率，并記錄下此時(shí)集棉滑道上加濕前皮棉回潮率的數(shù)值，共測量105組數(shù)據(jù)。

固定打包壓力為400 t，分別打包加濕前后的棉包各10包，放置24 h后，分別測量加濕前后棉包的高度。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同水泵電機(jī)頻率下皮棉回潮率增加值

從表1可以看出，在水泵電機(jī)頻率分別為5、10、15、20、25、30 Hz時(shí)，皮棉回潮率的增加值分別為1.49%、1.91%、2.45%、2.20%、2.11%、1.68%。當(dāng)水泵電機(jī)頻率在15 Hz時(shí)，加濕效果最為明顯。

3.2 不同供熱風(fēng)機(jī)頻率下皮棉回潮率的增加值

從表2可以看出，在供熱風(fēng)機(jī)頻率分別為5、10、15、20、25、30 Hz時(shí)，皮棉回潮率的增加值分別為1.14%、1.55%、2.45%、2.23%、1.98%、1.21%。當(dāng)供熱風(fēng)機(jī)頻率在15 Hz時(shí)，加濕效果最為明顯。

3.3 加濕前和加濕后皮棉回潮率對比

從圖6可以看出，加濕前皮棉回潮率平均值為4.47%，加濕后皮棉回潮率平均值為6.87%，皮棉回潮率增加的平均值為2.4%。

3.4 與熱風(fēng)伴隨式工藝耗能對比

由于熱風(fēng)伴隨式中濕熱空氣不僅起到皮棉加濕的作用，還要起到皮棉輸送的作用，所以須要提供的風(fēng)量為15 000 m3/h左右，要把這么多干燥空氣轉(zhuǎn)化為溫度在40～45 ℃之間，濕度在70%～75%之間，須要消耗大量的能量，而通過試驗(yàn)可知，新的皮棉加濕工藝消耗的濕熱空氣量僅為 5 000 m3/h 左右，耗能、耗水僅為原熱風(fēng)伴隨式皮棉加濕工藝的1/3。

3.5 加濕前后棉包高度對比

從表3可以看出，加濕前10個(gè)棉包的高度分別為82.0、81.5、81.2、82.3、81.4、80.5、82.5、80.8、81.6、82.0 cm;加濕后10個(gè)棉包的高度分別為76.5、77.6、76.9、78.0、77.2、78.5、76.8、78.1、77.3、77.6 cm。計(jì)算可得加濕前棉包的平均高度為81.58 cm，加濕后棉包的平均高度為77.45 cm，加濕前后棉包的平均高度降低了4.13 cm，表明加濕后棉包塑鋼帶被拉伸的長度降低了8.26 cm，所承受的拉力降低，崩包的概率減小，同時(shí)棉包尺寸的控制提高了裝載率和庫容率。

4 結(jié)論

供熱風(fēng)機(jī)的頻率為15 Hz、水泵電機(jī)頻率為 15 Hz 時(shí)，皮棉加濕的效果最好，皮棉回潮率增加的平均值為2.4%。

新型皮棉加濕工藝與熱風(fēng)伴隨式皮棉加濕工藝相比，耗能、耗水降低了2/3。

加濕后皮棉的成包高度降低了4.13 cm，棉包塑鋼帶被拉伸的長度降低了8.26 cm，所承受的拉力降低，崩包的概率減小，同時(shí)棉包尺寸的控制提高了裝載率和庫容率。

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