烟丝膨胀方法及设备 【技术领域】
本发明涉及一种烟丝膨胀的方法及采用该方法的设备。背景技术
烟丝经膨胀介质(例如二氧化碳)浸渍后，被送入以过热蒸汽为主要气相的高温(320℃～380℃)气流输送管道系统中进行膨胀处理。膨胀后的烟丝，其膨胀率可达100％，可大幅度地降低卷烟单箱烟叶消耗量；烟丝燃烧性能改善，使烟气中焦油量明显降低，并使有害物质减少。因此膨胀烟丝工艺与设备已被世界各国广泛采用。
典型的DIET(干冰膨胀烟丝)工艺与设备，是烟丝经二氧化碳浸渍后，经松丝器、振动料仓和定量喂料，送入高温气流输送膨胀系统处理，烟丝中的二氧化碳与水分快速气化而得到膨胀。经膨胀后，烟丝含水率为2％～3％。该工艺被世界各国广泛采用后，其缺陷也显露了出来，即膨胀后烟丝造碎率较高，烟丝中香味物质大幅度降低，甚至烟气中出现枯焦味。
根据DIET工艺与设备的缺陷，应运出现许多专利，改进其工艺与设备。这些专利可分为两类：一类是改进烟丝的浸渍系统，包括利用气体二氧化碳浸渍烟丝，和将烟丝压实后用较少量的液体二氧化碳浸渍烟丝。这样浸渍的烟丝卸出后可立即松散，不存在烟丝成团结块而需由机械松散出现造碎的问题；另一类是改进高温气体输送膨胀系统。如美国RJ雷诺公司的专利(CN1174000A)，提出用大曲率半径的圆弧形(C形)管道为输送膨胀管道，管道横截面宽度与厚度比率(W/D)为5～2的矩形，且管道有一逐渐扩大后又逐渐缩小的厚度，以减小烟丝输送膨胀过程的造碎。但这种设备同样会使烟丝的干基含水率降至3％以下，使烟丝中的香味物质挥发较多，影响烟丝质量。日本烟草株式会社的专利(CN1061328A)是在烟丝输送膨胀管道上设置若干个位于特定位置的喷嘴，通过喷嘴向高温气流中注入蒸汽或水雾，以控制输送膨胀管道内的气流温度(由初始温度320℃沿管道逐步降至155℃)，使烟草在膨胀管道内所接受的热量减少，这种方法可减少烟丝中香味物质的损失，不会使烟气中出现枯焦味，但由于从各个喷嘴中注入地蒸汽或水雾量不易控制，如果水雾化不好也影响膨胀效果。
迄今为止，利用过热蒸气为干燥介质来膨胀烟丝，无论采用哪种方法，欲求得高膨胀率，均是将干基含水率降至2％～3％，然后再将膨胀后的烟丝回潮至所需要的干基含水率13.6％～14.3％。这样处理不仅导致烟丝造碎率高，烟丝中香味物质损失多，烟气中出现枯焦味，而且是能量的浪费。事实上，当烟丝干基含水率降至8％～9％之后，继续干燥对其填充值与膨胀率已没有影响。而烟丝干基含水率降至8％～9％之前的恒速干燥阶段，烟丝温度是操作压力下水的沸点温度(100℃)，不会造成烟丝中香味物质的大量损失。但是，当烟丝干基含水率降至2％～3％近乎绝对干燥时，烟丝温度已接近干燥气流温度，干燥气流温度越高，烟丝中香气物质损失越多，烟气中难免有枯焦味，烟丝也易造碎。因此，防止膨胀过程中烟丝温度过高，需要控制烟丝干基含水率降至8％～9％以下时的干燥气流温度。发明内容
本发明的目的是提供一种烟丝膨胀率较高，但其造碎率低，烟丝中香味物质不会大量减少，烟气中更不会出现枯焦味的膨胀烟丝方法与设备。
本发明的目的是通过以下技术方案而实现：本发明提供的膨胀烟丝方法，是烟丝经过膨胀介质(如二氧化碳)浸渍后，流量均匀地送入以过热蒸气为干燥介质、初始温度为320℃～380℃的气流输送膨胀管道系统内进行膨胀并干燥。干燥介质中过热蒸气体积与干空气体积之比一般设定为8∶2～9∶1。提高输送膨胀管道系统的料气比(浸渍后烟丝质量与输送膨胀气流质量之比)，使其料气比由小于0.17增加到0.2～0.35。而且在输送膨胀管道内烟丝干基含水率已降至15％～16.5％的特定位置，将含湿量达到定值温度较低的循环气流送入与输送膨胀气流混合，使输送膨胀气流温度在卸料处降至160℃，最低降至140℃。这样即可防止膨胀后烟丝温度过度升高，并避免烟丝含水率过度降低至2％～3％。提高输送膨胀管道的料气比，在气流输送速度不变、气流初始温度相同的条件下，即可使输送膨胀气流温度沿管道比较快地降低。最佳的料气比为0.25～0.3。
从节能的角度出发，输送膨胀气流在管道系统内循环使用。由于系统内有漏风及二氧化碳气化等原因，循环气体中过热蒸气体积与干空气体积之比小于设定值。为了保持输送膨胀管道系统运行过程工艺技术参数稳定，向循环气流中送入温度为105℃～130℃的蒸气，并控制其流量，这可使循环气流含湿量达到定值，且降低其温度。
经过气流输送膨胀管道系统膨胀后的烟丝，其干基含水率是控制在6％～9％范围内。
本发明提供的膨胀烟丝设备，即气流输送膨胀管道系统，包括定量喂料设备、进料气锁(6)、输送膨胀管道(5)、落料器(3)、卸料气锁(1)、风机(2)、除尘器(19)、排气风机(20)、蒸气供给管(17)、燃烧炉(14)及其连接管道与调节阀门。在循环气流管道(18)至输送膨胀管道(5)的B-B截面处，设有一旁通管(10)及调节阀(11)，用于将含湿量为定值温度较低的循环气流送到B-B截面，与输送膨胀气流混合。
在设备能力范围内，适当地调节系统内的调节阀门(15)、(12)及(11)，即可控制系统的料气比，并可调节经旁通管(10)送至输送膨胀管道(5)B-B截面的低温循环气流量。
本发明的优点是明显的，不仅保持了以过热蒸气为干燥介质进行膨胀干燥所带来的烟丝膨胀率高、干燥速度快等优点，更重要的是避免了膨胀过程中烟丝香味物质的大量损失，烟丝大量造碎和烟气中出现枯焦味，可改善膨胀烟丝品质。附图说明
图1为实施例的膨胀烟丝设备示意图；
图2为不同料气比条件下输送膨胀气流温度沿管路的变化曲线；
图3为输送膨胀管道内当干基含水率降至15％～16.5％时气流温度与料气比的关系。具体实施方式
实施例1：如图1所示，气流输送膨胀管道系统是封闭循环系统，主要由定量喂料设备、进料气锁6、输送膨胀管道5、落料器3、卸料气锁1、风机2、除尘器19、排气风机20、蒸气供给管17、燃烧炉14及其连接管道与调节阀门所组成。设定料气比为0.28。被二氧化碳浸渍后的烟丝从料仓8进入计量管9，经电子皮带秤7和进料气锁6，送入330℃的气流输送膨胀管道5内膨胀干燥。管道5总长度(从A-A截面至落料器3进口)为18.0M，气流中过热蒸气体积与干空气体积之比为9∶1，A-A截面的气流速度为48.0M/S。膨胀干燥后的烟丝在落料器3内从气流中分离出来，由气锁1卸出。而输送膨胀气流经管道4由气机2排出。被排出的气流小部分经调节阀21进入除尘器19净化，由风机20排入大气，或送入燃烧炉14焚化处理；大部分气流被循环利用。为了使循环气流中过热蒸气体积与干空气体积之比达到9∶1，并为了满足降低输送膨胀管道5B-B截面后气流温度的要求，由蒸气供给管16向循环利用的气流中送入温度为108℃的蒸气，由调节阀17控制其流量。经温湿度调节后的循环气流，60％经调节阀15进入燃烧炉14加热至330℃，再送入膨胀管道5。40％直接经调节阀11和旁通管10，送入管道5的B-B截面(B-B截面为低温循环气流与输送膨胀气流混合处)与输送膨胀气流混合，以加速降低落料器3进口段的气流温度。系统中还设置有调节阀12及其旁通管13，这是为了控制进入A-A截面的气流温度稳定。当燃烧炉14加热的气流温度偏高时，可调整调节阀12和15，适当减少点加热气流量，并经管道13将适量的低温循环气流与加热气流混合，使输送膨胀气流温度达到设定值。
当料气比为0.28，来料烟丝干基含水率为28.2％，烟丝被浸渍后含干冰量为25.0％的条件下，输送膨胀管道5上接近B-B截面之前的气流温度降至183℃，而落料器3进口处气流温度降至148℃。
实施例2：设定料气比为0.25。68％的循环气流经调节阀15进入燃烧炉14中加热至330℃，再送入输送膨胀管道5，32％的循环气流直接经调节阀11和旁通管道10，送入输送膨胀管道5的B-B截面处与输送膨胀气流混合。其余的工艺技术条件与实施例1相同，即蒸气管16供给的蒸气温度为108℃，来料烟丝干基含水率为28.2％，烟丝浸渍后含干冰量为25％，输送膨胀管道5A-A截面气流速度为48M/S，气流中过热蒸气体积与干空气体积之比为9∶1。此时，输送膨胀管道5上接近B-B截面之前的气流温度为198℃，而落料器3进口处气流温度为163℃。
实施例3：设定料气比为0.17。关闭调节阀11，使其工艺技术条件与DIET工艺相同。来料烟丝干基含水率同样为28.2％，浸渍后烟丝中含干冰量为25％。其余工艺技术条件也与实施例1相同，即输送膨胀管道5的A-A截面气流速度为48M/S，其气流初始温度为330℃，气流中过热蒸气体积与干空气体积之比为9∶1。此时输送膨胀管道5上接近B-B截面之前的气流温度为233℃，而落料器3进口处气流温度为218℃。其结果与DIET工艺设备的运行情况吻合。
表一与图2是不同料气比条件下输送膨胀气流温度沿管道变化的情况。从图2中可以看出，不同的料气比，使输送膨胀气流温度降低有不同的斜率。而烟丝含水率降至某一范围后，气流温度的降低较缓慢。但将含湿量为定值未加热的循环低温气流与输送膨胀气流混合后，气流温度的下降斜率又有所增加。
表一 不同料气比对输送膨胀气流温度的影响序号料气比 输送膨胀管道内气流温度(℃)膨胀后烟丝干基含水率(％) 备注A-A截面接近B-B截面之前落料器进口处 1 0.28 330 183 148 -在B-B截面处将低温循环气流与输送气流混合 2 0.25 330 198 163 6％在B-B截面处将低温循环气流与输送气流混合 3 0.17 330 233 218 2.5％在B-B截面处没有将低温循环气流与输送气流混合
图3是输送膨胀管道5上接近B-B截面之前的气流温度值与料气比的关系。即气流温度值与料气比呈负相关。随着料气比的增加，输送膨胀管道内气流温度明显降低。
烟丝输送膨胀过程中，初始气流温度较高，是烟丝膨胀的必要条件。而烟丝干基含水率降9％以后，输送膨胀气流温度降至160℃，甚至降至140℃，为防止膨胀烟丝大量造碎、香味物质的损失及烟气中出现枯焦味提供了保障，是改善膨胀烟丝品质的重要方法。