烟草制丝设备节能预热模式研究

一、优化控制策略减少设备节能预热能耗

以往烟草制丝工作中，设备控制策略较为固定，例如制定统一的固定方式，在后续工作中仅根据该方式进行设备预热。但不同批次的烟草环境条件、特性不同，当设备不能自适应调整自身时就会导致温度波动较大，该情况不仅会影响预热效果也会造成能源浪费。例如，烟草制丝预热温度要求为 120 摄氏度，预热时直接以最大功率启动，但设备在热惯性下温度会迅速上升至 120 摄氏度以上，该情况下工作人员又需要手动降低加热功率。

为了改善这一问题应优化烟草制丝设备的控制方式。可以采用分段式预热控制模式，简单来说就是将设备预热过程分为不同的阶段，每个阶段对应不同的预热方式。例如烟草制丝设备需要通过预热使筒体温度达到130 度，该情况下启动预热模式后，如果设备筒体自身温度 <60 摄氏度或者没有超过第一预设阈值，设备中的控制阀就会以指定开度值运行，如阀门开到 10% 。该情况下设备会将蒸汽管中的冷凝水排出，以此能实现筒体温度快速上升。当筒体温度上升高于 60 摄氏度但低于120 摄氏度时，也就是在第一预设阈值和第二预设阈值之间时，系统就会自动进入梯度式的升温模式。该阶段设备控制器会根据筒体温度上升情况确定指定开度值运行，例如超过第一阈值后，先将阀门开到 20% 持续五分钟，之后再开至 35% 、 50% ，使温度随着阀门的打开逐渐上升。该期间如果升温的实际数值与预期温度存在一定偏差，系统也会自动调整下一阶段的开度和时间。

这种分段式预热模式的应用能够在第一阶段排出冷凝水，进而减少冷凝水影响后续温度升高，因此能提升温度升高效率。第二阶段升温过程中，梯度式的控制方式能充分利用蒸汽来增加筒温，能避免筒内温度上升过快而导致蒸汽排放，所以能在保障温度的同时减少能源使用。

二、优化PID 参数避免能源浪费

PID 是烟草制丝设备预热的常见控制方式，是通过调节设备温度、湿度等参数进行工作。烟草制丝设备类型较多，这些设备在长期使用过程中一些部件会出现老化、磨损，进而使设备动态特性发生改变。动态设备发生改变情况下如果 PID 参数保持不变，那么实际运行过程中就会出现温度调节慢、超调量大等问题。

其次，应用 PID 控制方式时设备参数相对固定，不同烟草原料制丝要求不同，所以在采用 PID 控制方式时存在一定的不足。为了改善这些不足，也应做好优化PID 参数的工作。

优化 PID 控制参数时可以使用智能算法，如遗传算法。遗传算法应用中会将PID的比例系数、积分系数以及微分系数当作“生物的基因”，这些不同“基因”进行组合后会形成多个生物个体，这些个体可以称为“种群”。之后用一个适应度函数来对每个个体的好坏实时评估，如温度控制是不是准确、响应是不是够快，评估后对每个个体进行选择操作，通过交叉组合出更具优势的个体。在上述不断操作的过程中种群也会得到优化，进而形成最优的 PID 参数。采用遗传算法对 PID 参数进行优化时与以往人工调整参数方式相比能够提高优化效果，当 PID 参数能够根据生产工艺要求进行改变时就能在提高烟草制丝设备生产质量的同时降低能耗[1]。

三、改进预热程序

加料机、薄板烘湿机以及松散回潮机等都是烟草制丝流程中需要进行产前预热的设备。在实际预热工作落实中存在多种设备同时预热的情况，由于烟草制丝过程中原料会依次进行加工，这种同时预热的情况会使部分设备存在空转的情况，进而会增强能源消耗。其次，当设备长时间处于空转的状态下或者预热程序不合理，也会在热应力冲击下加剧部件磨损，进而会降低设备使用寿命并提高设备故障发生率，这些情况也会增加生产成本。基于此，为了实现烟草制湿设备节能预热，也应改进预热程序。

首先，可以将传统的同时预热模式改为分段预热模式，该模式就是在预热工作实施之前先启动干燥机，干燥机预热 15 分钟后随着温度的升高会改善基础热环境。该情况下，可以接着启动超级回潮机，这样超级回潮机能够凭借干燥机已经形成的部分热场实施能源共享，进而在短时间内共同完成预热工作。在松散回潮机与加料机的组合工作中，可以根据物料传输路径确定不同设备预热时间。如果先使用松散回潮机，那么就可以先启动松散回潮机，当该设备达到初步的温度条件之后再启动加料机预热。

除了可以落实分段式错峰预热工作方式，也可以应用智能化信息来控制设备预热顺序。将烟草制丝设备的预热程序与生产管理系统进行结合，生产管理系统会根据烟草制丝订单的紧急程度、生产排期自动地对预热顺序进行规划，之后设备会根据规划的内容优化启动设备。例如烟草制丝为加急订单，这种情况下生产管理系统会赋予设备最高优先级，优先启动预热。但对于常规订单会按照生产计划的时间点合理安排预热时段，这样能够避免设备过早启动或者空转而造成损耗过多 [2]。

四、智能控制系统应用

为了实现烟草制湿设备预热向着节能化的方向发展，在数字环境下也应加强对数字技术的应用。例如，可以将物联网技术应用在设备预热环节，主要是将温度传感器、湿度传感器、压力传感器、能耗传感器等安装在相应设备上。这些传感器能够实时对设备的温度、湿度、压力以及能耗情况进行收集，收集的数据会自动传输至云端并进行存储。获得数据后再利用大数据技术对这些海量数据进行深度挖掘、分析，进而通过分析了解不同预热设备之间的潜在关系，根据所获得的关系数据能构建复杂的预测模型。该模型能够准确地预测不同工况下烘丝机达到最佳预热效果所需要的温度设定曲线以及蒸汽流量控制参数。获得这些参数时，工作人员就能通过调整设备参数实现对预热过程的精准调控。

其次，预热设备使用过程中老化、磨损等问题会影响设备特性，该情况下可以利用智能系统持续对各项设备的运行参数进行监测，通过监测了解实际运行数据与预测模型的偏差，之后再通过反馈控制机制对控制策略进行调整。例如，预热设备实际温度上升的速度慢于预测曲线，这时系统会发出制动指令来加大蒸汽阀门开度[3]。

五、结语

烟草制丝设备预热工作中存在较大的能耗问题，该问题影响着烟草行业的持续发展。通过优化控制策略、优化 PID 参数、改进预热程序及应用智能控制系统，能有效减少能耗过高的问题，也能在节约能源的同时提升生产效率并降低设备维护成本，进而能使烟草行业向着可持续且环保的方向发展。

参考文献

[1] 汪洋，朱敏 . 解决烟草加工过程冷凝水回收系统背压的节能改造 [J]. 低碳世界 , 2021, 11 (10): 185- 186.

[2] 孙纪周，赵芳，沈博，等 . 烟草复烤企业能源精益管理及节能降耗措施 [J]. 节能 , 2020, 39 (04): 151- 153.

[3] 许海龙. 新型节能工业加湿器在烟草行业的应用研究 [J]. 科技创新导报 , 2020, 17 (05): 57+59. .