烟草制造企业工艺空调微雾加湿系统的研究分析

郝瑞

吉林烟草工业有限责任公司延吉卷烟厂，吉林省延吉市，133000

摘要：在卷烟生产过程中，因为烟丝具有吸湿特性，生产区域的相对湿度对卷烟的质量有重要影响，卷烟厂车间湿度要求 65%±5%，温度要求25℃±2℃。车间现有的工艺空调是采用蒸汽加湿方式，蒸汽加湿在加湿过程中会引起温度升高，在春夏或夏秋换季季节，需要增加新风或者开启制冷机来降温，而新风的引入会引起湿度下降，无法保证温湿度都在标准范围内，导致车间温湿度波动较大，为了保证温湿度达标，需要开启制冷机，能耗增加。针对这一问题需要进行工艺空调的加湿方案的调整，本文主要对烟草制造企业工艺空调微雾加湿系统进行研究，仅供有关人士参考。

关键词：烟草制造企业；工艺空调；微雾加湿系统

工艺空调是指使室内空气温度、湿度、气流速度、洁净度等参数控制在一定范围内,以满足生产工艺要求的设备。工艺空调系统可分为一般降温性空调、恒温恒湿空调和净化空调等，但是现有空调加湿技术无法满足卷烟生产需求，所以为了提高稳定的温湿度环境，保证卷烟工业的产品质量，需要配置科学合理的加湿及控制系统来实现湿度的精确控制。由此可见，对烟草制造企业工艺空调微雾加湿系统进行研究具有重要的现实意义。

一、微雾加湿系统在工艺空调中的应用优势

烟草行业使用的加湿器通常是加湿速度快、水雾的颗粒小、雾化能效高且使用能耗低的节能加湿器。而烟草行业的加湿器主要是二流体加湿器和超声波加湿器。气水加湿的效果不好，雾化水滴较大，箱体内容易积水，导致风机腐蚀且容易滋生细菌。超声波加湿的靠振片的高频震荡产生水雾，振片的故障率高，可靠性较差[1]。相较于上述加湿方法，高压微雾加湿具有加湿效果明显、颗粒小且速度快等优点，能够明显改善烟叶生产以及烟草加工的环境湿度，保证烟叶的品质以及使用率，具有较大推广价值。具体而言，微雾加湿系统在工艺空调中的应用优势体现在以下几方面。

（1）加湿能力强∶加湿量大，加湿能力可达10~1000kg/h，是湿膜加湿器的10倍，且方便进行参数调节，不仅可根据空间布局灵活布置微雾喷头，还可根据需要调整湿度范围。（2）雾细∶高压喷嘴每秒能产生数亿个极微小的雾滴，雾滴直径仅为1~15μm，加湿效率高，且能同时达到降温、除尘效果。（3）节能∶雾化1kg水仅耗电6~10W，是传统电极加湿器耗电量的1%，汽水混合式加湿器耗电量的10%。（4）卫生、无异味∶高压微雾加湿器中的水经过高精度过滤，密封在管道内，非循环使用。停止工作时，管道里的少量残留水会自动排泄。因此，杜绝了细菌滋生，不会像湿膜加湿器那样产生异味。（5）系统简单、可靠∶高压微雾加湿器由主机、管道、喷头组成，自动化程度高，故障率低，后期几乎没有维护保养工作，降低了人员工作量。（6）节约空间∶安装在中央空调内部的只有高压微雾管道，节约了空间，且大大降低了送风机的阻力，减少了风机能耗。

二、烟草制造企业工艺空调微雾加湿系统设计分析

（一）系统总体设计

在微雾加湿系统总体设计的过程中，首先，应拆除原有的湿膜加湿器、底部水槽、水循环管道、水泵、以及相应的控制电箱。因为中央空调机组的加湿功能段只有一个较小的检修出入口，旧的湿膜加湿器无法整体搬出，所以只能在中央空调内部拆解，但由于很多螺栓紧固件、管道接头都被腐蚀了，因此应采取切割分离的方式将湿膜加湿器清理出去。然后，利用中央空调内部腾出的空间，在中央空调顶板上安装固定两路高压微雾加湿铜管和喷头，将铜管引到一旁的主机，并做好铜管穿过空调侧墙板的密封[2]。最后，在中央空调外部安装一套自来水过滤器和软化水处理装置，为高压微雾加湿主机提供纯净水源，防止日久喷头堵塞结垢，保证微雾质量。

（二）喷头安装设计

喷嘴的雾化机理是将液体在外力的作用下通过小孔喷出，高压微雾加湿器雾化的外力主要是给液体压力，液体在压力的作用下，从喷嘴小孔喷出时获得比周围气体更高的流动速度，通过气体和液体之间强烈的剪切作用来实现液体的雾化。影响雾化颗粒平均直径的因素主要有喷孔直径、液体喷雾压力、液体的表面张力系数，此外空气的密度、液体的粘性系数、液体的密度等参数也会影响雾化效果。雾化效果主要设计参数需要考虑喷头的孔径，结构形状和压力。设计的过程中尽量选用小孔径喷头，方便保证雾化效果和进行调控。另外，从加湿量和加湿层级方面考虑，喷头数量越多可调性越好，而由于箱体空间有限，喷头所占空间越小越好。常用喷头孔径系列有 0.15、0.2、0.3 等。为了提高喷雾与空调的混合效果，喷头通常采用逆喷或者上喷的方式，另外避免喷雾凝结水对设备的影响，增加挡水板和集水盘和泄水管。

（三）加湿量分档控制设计

因为喷头处水雾化效果需要，压力范围要求为 2-7MPa。通过压力来控制出水量的控制范围有限，为了在保持喷头出水压力相对稳定的情况下，更有效的调节控制加湿量，需要控制出水喷头的数量，根据控制区域特点，将加湿分为三个

档位进行调控即可满足需求。依据系统配置的管路情况，为了方便控制和减少水阀的数量，每一排的喷头共用一个管路，可以统一控制开关，计划采用 2 个自动阀门来实现 3 挡控制。

（四）PID 控制器的设计

加湿控制系统的关键是保证喷头水压可以满足喷水雾化需要并且相对稳定，另外根据湿度反馈加湿出水量的调节控制，其中水压控制是根据压力传感器反馈的水压实际值与水压目标给定值，动态调节控制变频器输出，通过调节水泵电机的转速调整压力。加湿量控制是根据湿度给定值与实际湿度传感器湿度值之间差值，通过控制水阀开关数量控制出水喷头的数量，使湿度维持在一个稳定的范围内。PID 控制器中比例调节是针对偏差进行调节，用于快速调整减小误差；积分环节是针对误差信号的积分进行正向调节，主要用于消除静差；微分环节主要针对偏差信号的变化趋势，在误差过调前或者在误差波动较大前引入一个有效的早期修正信号，加快调节速度和避免过调[3] 。通常采用上升时间 、超调量 、调节时和稳态误差这四个参数来衡量评价 PID 控制器的响应能力和稳定性。

（五）加湿器本体配置设计

微雾加湿器主要由喷嘴、导流板、水雾分离器、柱塞泵组成。其陶瓷喷嘴和不锈钢导流板固定在耐温工程塑料背板上，水雾分离器是一种亲水性膜材料，能够将过量的水膜二次蒸发，减少水的消耗。湿度控制：系统的湿度控制是通过一个外部的P-PI控制器或者一个选配的内置PID控制器实现，控制分为七级，可以达到±5%RH或更高的控制精度，满足卷烟工艺对湿度控制要求。其他技术参数：（1）微雾加湿器前必须加装中效以上的过滤装置，过滤精度不小于F6级;（2）水雾分离器前后应安装两个排水口;（3）为保证加湿段的气流均匀.前面应设多孔均流板.采用不锈钢或工程塑料等耐腐材质。（4））风道的允许气流速度为0.5～4m/s.卷烟用空调规范推荐速度为2.5m/s。

结束语：综上所述，微雾加湿系统在工艺空调中的应用优势显著，所以当前应该加强系统总体设计、喷头安装设计、加湿量分档控制设计、PID 控制器的设计、加湿器本体配置设计的分析研究，以此来确保烟草制造企业工艺空调高压微雾加湿系统设计的有效性，实现烟草制造企业的可持续发展。

参考文献：

[1] 万少超, 徐传彩. 烟草企业工艺空调高压微雾加湿系统的设计与实现[J]. 科学技术创新, 2020(4):2.

[2] 盛青青. 高压微雾加湿在烟草行业的节能应用[J]. 建筑知识, 2017(10):2.

[3] 张炜, 王道铨, 林苗俏,等. 非空调环境下制丝车间微雾加湿控制系统的设计[J]. 烟草科技, 2022, 55(1):6.