一种具有籽棉加湿控温的轧花加工新工艺与装备

摘要

本发明涉及棉花加工技术领域，是一种具有籽棉加湿控温的轧花加工新工艺与装备。本发明提出在籽棉清理工序和配棉工序之间增加籽棉温湿度调节工序，并提供相应的装备；对轧花机与皮棉清理机以及皮棉滑道进行保温处理等。一系列的措施能够经济、有效的解决困扰轧花厂的五大问题：（1）有效解决轧花过程中因后段籽棉湿度偏低与冬季轧花车间温度偏低导致的棉花物理机械性能不佳，轧花加工损伤过大，皮棉综合等级严重下降的问题；（2）可延长轧花时间，解决长期以来因低温困扰轧花厂的轧花加工时间短，轧花速度与质量都无法保证的问题；（3）在轧花后半季，当温度降至0至?5℃以下，可提升产量10?50%，其中北疆平均可提升25?30%以上，南疆10%以上；（4）使皮棉回潮率达到理想范围，解决因皮棉回潮率低、打包困难、容易崩包的问题。

说明书

技术领域

本文公开了属于一个总的发明构思的两项发明：第一项发明，是一种具有籽棉加湿控 温功能的轧花加工新工艺以及能够简单、经济的实现这种新工艺的方式方法；第二项发明， 是实现该工艺所需配套的装备。本发明涉及棉花加工技术领域，是一种具有籽棉加湿控温 功能的轧花加工新工艺，可解决困扰轧花厂的五大问题：（1）有效解决轧花过程中因后段籽 棉湿度偏低与冬季轧花车间温度偏低导致的棉花物理机械性能不佳，轧花加工损伤过大， 皮棉综合等级严重下降的问题；（2）可延长轧花时间，解决长期以来因低温困扰轧花厂的轧 花加工时间短，轧花速度与质量都无法保证的问题；（3）在轧花后半季（北疆大约11月5号以 后，南疆大约11月底），当温度降至0至-5℃以下，可提升产量10-50%，其中北疆平均可提升 25-30%以上，南疆10%以上；（4）使皮棉回潮率达到理想范围，解决因皮棉回潮率低、打包困 难、容易崩包问题。

背景技术

在棉花轧花加工过程中温湿度可严重影响棉花物理机械性能，从而影响棉花加工 时的质量、产量和成本。

棉纤维含有棉腊，棉腊在18.3℃以下发硬使得纤维发脆，极易打断纤维；更为严重 的是在零℃以下的低温条件下轧花加工，棉纤维的大分子结晶、氢键作用以及大分子聚集 态结构等等纤维微观的聚集态结构产生变化，抗打击能力大大低于常温状态，这是低温下 棉花加工时纤维损伤的主要原因。在新疆，棉花轧花加工一般是在9月至12月，在这工段时 间棉花的温度从30℃变为零下10℃至零下20℃，而目前棉花加工厂的籽棉一般为露天或工 棚堆放，轧花车间也是不采暖的彩板房，因此棉花零℃以下的低温加工普遍存在。在寒冷季 节，籽棉的物理机械性能处于劣势，抗加工能力差，在这种条件下轧花会使棉花的长度、强 度指标下降，短纤维率增加，导致棉花，尤其是机采棉的等级严重下降，影响到机采棉推广。 生产实践表明，棉纤维在0℃以下的冰冻环境中纤维的物理机械性能明显变差，轧花厂为保 证质量不得不降低轧花速度，其中在北疆降速20-40%左右，最高达50-60%，南疆情况略好， 一般降速10-20%，最高为30%左右；棉纤维在-10至-15℃以下的深冷冻条件下物理机械性能 变得极差，因此在北疆地区轧花厂为保证质量大多要求在12月15日前结束轧花，甚至还有 轧花厂规定需在11月底前结束轧花，因为此时将产量降低60%（即产量为轧花初期的40%）仍 不能保证质量。这样就产生了轧花速度高，棉花损伤大，但因低温限制使轧花厂的可加工时 间又很短，不容许轧花速度过慢，最终导致轧花速度与质量都无法保证，长期以来这个问题 一直困扰着新疆各地的轧花厂。近年来由于机采棉的普及更加突出了，因为（1）机采棉采收 期晚，手采棉9月份就可以开始加工了，而机采棉一般要到10月10日左右才能开始轧花，轧 花期更短；（2）机采棉加工流程长，轧花损伤也大；（3）机采棉自身的强力比手采棉要低，抵 抗打击的能力也差。本人的实验结果表明：同一批棉花在回潮率为5%时，-5℃下较20℃下的 拉伸强力下降19%。对同一棉样在不同温度和湿度条件下施加相同的机械外力（扯、揉、拧 等）后的测试结果显示，20℃、回潮率在5.5-7%条件下纤维的平均强力为2359.53N，-10℃ 低温、3-4%低回潮下的平均强力为1989.64N，为常温状态下的84.3%；而-10℃低温、9-11% 高回潮状态下的平均强力为1321.47N，仅为常温状态的60%，强度损失高达40%。

适宜加工的棉花回潮率应为6.0-8.5%。因为棉花的强力是随相对湿度的增加而增 加的，湿度大，强力高，但过大的湿度会使棉花的摩擦阻力增大，纤维粘连，除杂困难，因此 轧花厂都配有烘干机对湿度过大的籽棉进行烘干；但是当湿度过低时，棉花会因强力偏低 而被打断，因静电大增大加工难度。郑州棉麻工程技术设计研究所万少安等的实验结果表 明：回潮率从4%上升到8%：回潮率每增加1%，长度增加0.20-0.25mm；束纤维断裂比强度增加 0.2cN/tex，南通职业技术学院与苏州大学纺织与服装工程学院的莫靖昱、胡秦萍等的实 验表明回潮率从7%上升到8.5%高等级棉花上半部平均长度增加0.2-0.25，断裂比强度增加 0.2-0.9N/tex，低等级棉花上半部平均长度增加0.4-0.6，断裂比强度增加1-1.2N/tex； 本人的实验结果也表明纤维回潮率从5%上升到7%，其强力增加3-7%。此外，由于轧花过程中 都是气力输送，新疆环境空气干燥，因此整个轧花加工的过程也是一个不断放湿的过程，至 轧花工段籽棉的回潮率已经偏低（见表1），因此我们现有工艺在轧花与皮棉清理环节棉花 的回潮率都是偏低的，对纤维的损伤自然也大。为改变这一状态，有企业尝试过在籽棉输送 管道中喷雾加湿，但是由于从籽棉到轧花只有短短的一、二十秒，而棉花吸湿是需要时间 的，这种加湿方式不但不能起到预想的结果，而且由于纤维外部沾水，纤维粘连，更加不利 加工。表1各工序棉花的回潮率（%）

货棉 三丝 2级籽清后 4级籽清后 轧花 气皮 锯皮1 锯皮2 机采棉 11.86 10.64 9.10 7.10 5.20 4.74 4.43 4.38 手摘棉 8.55 7.16 4.71 - 4.11 4.00 3.95 -

理论与生产实践证明棉花在温度18℃以上，相对湿度6.0-8.5之间物理机械性能最优。 但是由于轧花厂无论是籽棉输送、除尘，还是杂质清理等，都是运用气流输送，每小时有好 几十立方米的空气吸进，同时还有几乎等量的含尘含杂空气排出，要对其进行加热保温，其 中的费用是轧花厂根本不能接受的。但是轧花机与皮棉清理机的空气进出仅为总风量的 10%左右，超过70%的损伤是在轧花与皮棉清理环节发生的。针对上述问题，如果我们在籽棉 清理之后，轧花之前设立一个中间温湿度调整工序，并将轧花与皮棉清理工序进行环境保 温，将会改变目前这种籽棉湿度前后制约，并以最小的代价改善目前这种因温度不当引起 轧花加工纤维损伤过大的问题，彻底解决因棉花回潮率不当带来的纤维损伤过大的问题。

发明内容

本发明提供了一种具有籽棉加湿控温功能的轧花加工新工艺与装备，克服现有技 术之不足，能够经济、有效的解决困扰轧花厂的四大问题：（1）有效解决轧花过程中因后段 籽棉湿度偏低与冬季轧花车间温度偏低导致的棉花物理机械性能不佳，轧花加工损伤过 大，皮棉综合等级严重下降的问题；（2）可延长轧花时间，解决长期以来因低温困扰轧花厂 的轧花加工时间短，轧花速度与质量都无法保证的问题；（3）在轧花后半季（北疆大约11月5 号以后，南疆大约11月底），当温度降至0至-5℃以下，可提升产量10-50%，其中北疆平均可 提升25-30%以上，南疆10%以上；（4）使皮棉回潮率达到理想范围，解决因皮棉回潮率低、打 包困难、容易崩包的问题。

为了达到上述目的，本发明提出的轧花加工新工艺及配套的改造方案是：（1）在籽 棉清理工序与配棉工序之间增加温湿度调节工序，即在籽棉清理机和配棉装置之间增加温 湿度调节系统，对籽棉进行加湿增/控温处理，使籽棉的温度控制在10℃-35℃之中，回潮率 提升到6.0-8.5%之间；（2）将轧花与皮棉清理机器从原来大车间中单独分离出来，加采暖设 备，形成暖房，保证暖房内温度在10℃以上，有效解决轧花过程中因温湿度不当导致的棉花 物理机械性能不佳，轧花加工损伤过大，皮棉综合等级严重下降的问题。

所谓温湿度调节系统可以是单独的籽棉温湿度调节塔/箱，还可以是由热风吹送 装置与籽棉湿度调节塔/箱联合组成。所说的籽棉温湿度调节塔/箱，其数量可以是1个，还 可以是2个或多个。所说的热风吹送装置包括管道、闭风阀与热风器，其使用的热源即可以 用烘干塔的尾气，也可以专门供应。

籽棉温湿度调节塔/箱是实施本发明工艺的关键设备，也是本发明的一个重要贡 献。籽棉温湿度调节塔/箱的体积要根据轧花机的产量与吸湿平衡所需时间来确定。轧花机 的产量高，吸湿平衡所需时间长，籽棉温湿度调节装置具有较大的尺寸，反之，具有较小的 尺寸；如果一条生产线上并联2个或2个以上的籽棉温湿度调节塔/室/箱，每个籽棉温湿度 调节塔/室/箱的尺寸也会相应减少。

籽棉温湿度调节塔可解决现有工艺中籽棉湿度前后制约问题，同时还能单独或联 合热风吹送装置完成轧花加工后半部分（轧花与皮棉清理工序）的增温问题以及成品皮棉 因皮棉回潮率低、打包困难、容易崩包问题。籽棉温湿度调节塔/室/箱须有三部分组成：（1） 温湿度交换区，一般位于设备的上部，由蒸汽喷雾装置/雾状喷淋器与加热器组成；（2）籽棉 暂储仓，为籽棉温湿度调节装置的主体部分，体积要能够滞留籽棉30分钟以上；（3）卸料装 置，位于设备的底部，由两组罗拉组成，两组罗拉转速上慢下快，目的防止挤压籽棉并且控 制出棉量，罗拉可以是以下四种形式中的任何一种：带衡量器的称重型罗拉卸料装置，普通 的罗拉卸料装置，防堵辊式的卸料装置，闭风阀式的罗拉卸料装置。

将轧花工序与皮棉清理工序独立分离进行保温处理是因为70%以上的损伤是在这 两个工序产生的，而这两个工序没有大量的排风装置，本着抓大放，从经济性考虑设定；轧 花与皮棉清理这两个工段的取暖源可以由加热器来完成，也可以是烘干机排出的尾气。仅 将籽棉配棉装置及轧花机上的小棉箱进行保温处理，是考虑对于老厂改造，因空间、成本等 因素限制，无法将轧花与皮棉清理机器从原来大车间中单独分离出来时的一个补充方案。

本发明是本人的另一项发明专利《轧花加工的增/测温加湿控制方法》 （CN201310119262.5）的升级改进型，相对于CN201310119262.5，本发明有更强的针对性、经 济性与可操作性。

附图说明：

下面结合非限定性实施实例及附图做进一步详细说明。

1．工艺流程

图1为机采棉原工艺流程，图2为机采棉新工艺流程，图3为手采棉原工艺流程，图4为手 采棉新工艺流程。图1-4中：含尘空气，为籽棉，皮棉，棉籽，不孕籽，含纤杂空气。

1.1在最后一级籽棉清理机和籽棉配棉装置之间增加籽棉温湿度调节系统，对籽 棉进行加湿加温处理，或单纯加湿处理，使籽棉的温度控制在10℃-40℃之中，回潮率提升 到6.0-8.5%之间。

1.2将籽棉配棉装置、轧花机与皮棉清理机从原来大车间中单独分离出来，组成轧 花与皮清车间，在该车间加采暖设备，保证车间内温度在15℃以上，有效解决轧花过程中因 温湿度不当导致的棉花物理机械性能不佳，轧花加工损伤过大，皮棉综合等级严重下降的 问题。同时，在轧花与皮清车间外侧建除尘室，将棉纤维清理回收装置从室外搬到该除尘 室，除尘室和轧花与皮清车间之间安装回风过滤器，将车间抽出的含纤杂空气过滤后送回 车间，以实现温热空气的循环使用，见图2、图4。

2.籽棉温湿度调节装置

本发明的籽棉温湿度调节装置为一种籽棉温湿度调节系统，它可以是单一的籽棉温湿 度调节塔/箱，也可以是籽棉湿度调节塔/箱与热风吹送装置的组合形式。

2.1方案一籽棉温湿度调节塔/箱

籽棉温湿度调节塔/箱是一个具有增温加湿功能，并能够满足一定储棉量的封闭容器。 籽棉温湿度调节塔/箱均由加湿装置、加热装置、储棉箱、温湿度检测装置、卸料装置组成等 组成。籽棉温湿度调节塔/箱分三部分：上部分是温湿度交换区，实现籽棉的加湿加/测温； 主体部分是储棉箱，实现籽棉堆仓、温湿平衡；底部是卸料机构。储棉箱是籽棉温湿度调节 塔/箱的本体，储棉箱形状可以是长方体，也可以是圆柱体，还可以是方圆结合体。储棉箱的 体积要根据轧花机的产量与吸湿平衡所需时间来确定，轧花机的产量高，吸湿平衡所需时 间长，储棉箱具有较大的尺寸，反之，具有较小的尺寸。储棉箱的最小体积需大于30分钟的 生产量。如果一条生产线上并联2个或2个以上的籽棉温湿度调节塔/箱，每个籽棉温湿度调 节塔的尺寸也会相应减少。有2个及2个以上籽棉温湿度调节塔/箱时，进、出口需连接三通 阀、换向阀，通过转换换向阀实现各调节塔/箱轮流使用，以使棉花有一定的吸湿平衡的时 间。籽棉温湿度调节塔/箱设计有旁通道，在不需要时可跳过此工序。

图5是立柱式籽棉温湿度调节塔/箱，包括进口[1]、带衡量器的称重型罗拉[2]、下 罗拉[13]、蒸气加湿装置[3]、温湿度测试仪[4]、料位仪[5]、散汽管[6]、带条形孔的散热立 柱[7]、热风管[8]、储棉箱[9]、保温层[10]、出口[11]。从最后一道籽棉清理设备出来的籽 棉由顶部的输棉管道进口[1]进入调节塔/箱的储棉箱[9]中，储棉箱[9]的中间设置若干根 有带条形孔的散热立柱[7]，立柱中通散汽管[6]与热风管[8]，利用流体的性质对籽棉进行 增温加湿处理。增温加湿量由籽棉温湿度检测仪[4]根据事先设定值与实测值确定，当小于 设定值时进行处理，如果满足要求从旁通管直接进入下一工序。由于棉花吸湿需要时间，储 棉箱[9]的容积需为大于30分钟生产加工量，以给籽棉一定的吸湿平衡时间。储棉箱[9]中 设置有料位器[5]，以掌握、观察储棉箱中的存量，储棉箱下端是卸料装置，卸料装置由两组 罗拉组成，上罗拉为带衡量器的称重型罗拉[2]，下罗拉为普通给棉罗拉[13]。

图6是喷淋式籽棉温湿度调节塔/箱，包括进口[1]、温湿度测试仪[4]、料位仪[5]、 储棉箱[9]、保温层[10]、出口[11]、带衡量器的称重型罗拉[2]、热水喷淋排管[14]、加热 排管[15]、防堵辊[24]。从最后一道籽棉清理设备出来的籽棉由顶部的输棉管道进口[1] 进入调节塔/箱的储棉箱[9]中，储棉箱[9]上部设置有热水喷淋排管[14]、加热排管[15]， 利用流体的性质对籽棉进行增温加湿处理。增温加湿量由籽棉温湿度检测仪[4]根据事先 设定值与实测值确定，当小于设定值时进行处理，如果满足要求从旁通管直接进入下一工 序。由于棉花吸湿需要时间，储棉箱[9]的容积需为大于30分钟生产加工量，以给籽棉一定 的吸湿平衡时间。储棉箱[9]中设置有料位器[5]，以掌握、观察储棉箱中的存量，储棉箱下 端卸料装置的上罗拉为带衡器的称重型罗拉[2]、下罗拉为防堵辊[24]。

图7是孔板式籽棉温湿度调节塔/箱。图7中有进口[1]、带衡量器的称重型罗拉 [2]、温湿度测试仪[4]、料位仪[5]、储棉箱[9]、保温层[10]、出口[11]、出料闭风阀[19]、蒸 汽竖管[23]、加热孔板[24]。从最后一道籽棉清理设备出来的籽棉[1]进入籽棉加湿塔/箱， 经竖管式蒸汽加湿装置[6]加湿，加热孔板[24加热处理后在储棉箱[9]中停顿30分钟以上， 完成增温加湿与温湿度的平衡。加热、加湿量由温湿度测试仪[4]根据事先设定值与实测值 确定，当小于设定值时进行相应处理，否则不进行处理。储棉箱[9]中设置有料位器[5]，以 掌握、观察储棉箱中的存量，储棉箱下端的卸料装置的上罗拉为带衡器的称重型罗拉[2]、 下罗拉为出料闭风阀[19]。

2.2方案二组合式籽棉温湿度调节系统

如果因空间、时间等因素制约，仅在籽棉温湿度调节塔/箱中不能完成增温任务，可由 热风吹送装置代替，形成组合式籽棉温湿度调节系统，即热风吹送装置+籽棉湿度调节塔/ 箱，当然热风吹送装置+籽棉温湿度调节塔/箱的组合也是一种选择，而且这种选择有更宽 的温度调节范围与灵活性。热风吹送装置包括管道、闭风阀与热风器，其使用的热源即可以 用烘干塔的尾气，也可以专门供应。

籽棉温湿度调节装置的形式最好为籽棉温湿度调节塔，也可以是温湿度调节箱； 数量可以是1个，还可以是2个或多个，有2个以上籽棉温湿度调节塔/箱时，在进口与出口处 连接三通阀、换向阀，通过转换换向阀实现各调节塔/箱轮流使用，以使棉花有一定的吸湿 平衡的时间。该籽棉温湿度调节系统设计有旁通道，在不需要时可以跳过。

图8图9与图10为本发明的几种形式的组合式籽棉温湿度调节系统。

图8为喷淋式籽棉加湿塔/箱与热风吹送装置的组合。图8中有进口[1]、带衡量器的称 重型罗拉[2]、料位仪[5]、储棉箱[9]、保温层[10]、出口[11]、下给棉罗拉[13]、热水喷淋 排管[14]、进料闭风阀[16]、热风进口[17]、热风装置[18]、测温仪[20]、测湿仪[21]。从最 后一道籽棉清理设备出来的籽棉[1]经设置在输棉管道中的热吹风系统（由进料闭风阀 [16]、热风进口[17]、热风装置[18]组成）加热后进入喷淋式籽棉加湿塔/箱，经热水喷淋排 管[14]加湿处理后在储棉箱[9]中停顿30分钟以上，完成增温加湿与温湿度的平衡。加热量 由测温仪[20]根据事先设定值与实测值确定，当小于设定值时进行加热处理，否则不进行 加热处理。喷淋量由测湿仪[21]根据事先设定值与实测值确定，当小于设定值时进行处理， 如果满足要求从旁通管直接进入下一工序。储棉箱[9]中设置有料位器[5]，以掌握、观察储 棉箱中的存量，储棉箱下端的卸料装置的上罗拉为带衡器的称重型罗拉[2]、下罗拉为普通 罗拉[13]。

图9为盘管式籽棉加湿塔/箱与热风吹送装置的组合。图9中有进口[1]、带衡量器 的称重型罗拉[2]、温湿度测试仪[4]、料位仪[5]、储棉箱[9]、保温层[10]、出口[11]、进料 闭风阀[16]、热风进口[17]、热风装置[18]、蒸汽盘管[22]。从最后一道籽棉清理设备出来 的籽棉[1]经设置在输棉管道中的热吹风系统（由进料闭风阀[16]、热风进口[17]、热风装 置[18]组成）加热后进入盘管式喷淋式籽棉加湿塔/箱，经蒸汽盘管[22]加湿处理后在储棉 箱[9]中停顿30分钟以上，完成增温加湿与温湿度的平衡。加热、加湿量由温湿度测试仪[4] 根据事先设定值与实测值确定，当小于设定值时进行相应处理，否则不进行处理。储棉箱 [9]中设置有料位器[5]，以掌握、观察储棉箱中的存量，储棉箱下端的卸料装置的上罗拉为 带衡器的称重型罗拉[2]、下罗拉为普通罗拉[13]。

图10为竖管式籽棉加湿塔/箱与热风吹送装置的组合。图10中有进口[1]、带衡器 的上给棉罗拉[2]、蒸汽加湿装置[3]、温湿度测试仪[4]、料位仪[5]、储棉箱[9]、保温层 [10]、出口[11]、进料闭风阀[16]、热风进口[17]、热风装置[18]、出料闭风阀[19]、蒸汽竖 管[23]。从最后一道籽棉清理设备出来的籽棉[1]经设置在输棉管道中的热吹风系统（由 进料闭风阀[16]、热风进口[17]、热风装置[18]组成）加热后进入竖管式籽棉加湿塔/箱，经 蒸汽竖管[23]加湿处理后在储棉箱[9]中停顿30分钟以上，完成增温加湿与温湿度的平 衡。加热、加湿量由温湿度测试仪[4]根据事先设定值与实测值确定，当小于设定值时进行 相应处理，否则不进行处理。储棉箱[9]中设置有料位器[5]，以掌握、观察储棉箱中的存量， 储棉箱下端的卸料装置的上罗拉为带衡器的称重型罗拉[2]、下罗拉为普通罗拉[13]。

本发明提供了一种具有籽棉加湿控温功能的轧花加工新工艺与装备，克服现有技 术之不足，能够经济、有效的解决困扰轧花厂的五大问题：（1）有效解决轧花过程中因后段 籽棉湿度偏低与冬季轧花车间温度偏低导致的棉花物理机械性能不佳，轧花加工损伤过 大，皮棉综合等级严重下降的问题；（2）可延长轧花时间，解决长期以来因低温困扰轧花厂 的轧花加工时间短，轧花速度与质量都无法保证的问题；（3）在轧花后半季（北疆大约11月5 号以后，南疆大约11月底以后），当温度降至0至-5℃以下，可提升产量10-50%，其中北疆平 均可提升25-30%以上，南疆平均可提升10%以上；（4）使皮棉回潮率达到理想范围，解决因皮 棉回潮率低、打包困难、容易崩包的问题。