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籽棉烘干工艺研究
水分对棉花加工质量的影响很大。籽棉回潮率过高，存放过程中易发热变黄，不但影响气力输送，而且降低籽棉清理机清杂效率，阻碍轧花机工作箱棉卷转动堵塞轧花肋条，使整个轧花生产过程不能顺利进行，生产效率低，容易造成刷棉不净、衣亏加大，轧出的皮棉色泽灰暗，棉结、索丝多，皮棉品级上不去。籽棉回潮率偏低，加工时容易损伤纤维，皮棉中短纤维含量增加，破坏了棉花的内在品质。
轧花生产线上引入籽棉烘干工艺后，就可以对加工过程进行有效控制了。烘干可以使籽棉清理机的清杂效率最大化，通过观察发现籽棉回潮率在５％左右时可以充分清除籽棉中的杂质，而籽棉回潮率在６．５％～８．５％之间时可以获得最佳的轧工质量，体现出纤维在最佳状态下的天然色泽。这时可有两个选择，一是挖掘籽棉烘干设备的最大潜能，这就是近年出现的过度烘干现象，虽然可获得籽棉清理机的最大清杂效率，加工出的皮棉含杂率低，手感蓬松，色泽好，但会导致棉检人员定级虚高，待棉花放置于标准状态（温度２０℃，相对湿度６５％）下２４小时后，又回到棉纤维的平衡回潮率７％，致使品级下降，此举已引起有关方面的重视。另一个选择则是不去片面追求高的清杂效率，以轧花机最佳适宜的籽棉回潮率为基准，将烘干温度控制在合适的范围内，这才是正确的选择。
当然，还有一种更好的选择，就是再引入籽棉加湿，为满足清杂的需要先将籽棉烘干至回潮率５％左右，然后再对籽棉进行加湿，使籽棉在进入轧花工序前水分增加到最佳的６．５％～８．５％之间。籽棉加湿适用于气候干燥的棉区且籽棉回潮率本身就很低的情况，还适用于为了清除机采棉中大量的杂质使用两次烘干导致籽棉回潮率过低的情况。对此，笔者已在新疆２９团和１４９团机采棉生产线上进行了尝试，相信更多的棉花加工企业会逐步认识到，最大化地追求皮棉内在质量，是我国棉花加工工艺研究发展的一个方面。关于籽棉加湿不在本文讨论范围，现仅就目前普遍关心的籽棉烘干的背景、机理、系统组成和工艺配置进行阐述，提出切实可行的籽棉烘干工艺路线，引导棉花加工企业在保持棉花内在品质的前提下实现利润最大化。
１ 籽棉烘干的背景
我国的棉花加工解放初期以冲刀式皮辊轧花机为主，后在上海、江苏等地从国外进口锯齿轧花机、液压棉花打包机，紧接着国内一些棉机企业研制出锯齿轧花机、液压棉花打包机，我国的棉花加工业开始了追赶前苏联、美国的步伐。因为前苏联和美国的部分植棉地区纬度比我国高，收获加工季节时的气温低、籽棉潮湿，籽棉烘干设备的使用比我国要早约一百年。
我国棉花经营放开之前籽棉水分控制很严，回潮率超过１２％的籽棉不收，有的单位实际按内控回潮率１０％来指导收购，南方的棉花加工企业都有很多的籽棉仓库来保证收购进来的籽棉水分不增加，同时有很大的晒场来摊晒因为其他原因超水分的籽棉。当时的棉花加工行业还有棉机制造企业总是在轧花机上做文章，研究怎么加工回潮率高的籽棉，但除了开慢车、降低产量外也是乏善可陈。而由于长江流域雨水多经常会出现籽棉超水分的情况，于是在１９８７年由郑州棉麻工程技术设计研究所研制出了搁板式籽棉干燥机（因结构为箱式一节节摞起来，俗称烘干塔），后来又研制出滚筒式籽棉干燥机，适用于长江沿线气候潮湿的棉区。
１９９６年在新疆农一师两个团场开展机采棉的种植试验之后，即使在新疆天山以南气候干燥棉区的机采棉加工生产线也都离不开烘干了。从２００４年棉花检验体制改革开始，内地的棉花加工生产线也都按照要求配备籽棉烘干设备，在气候潮湿和寒冷的季节发挥了其应有的作用。２００５年新疆农八师各团场在行政命令的要求下进行了热源的改造，由原先的燃油热风炉改为燃煤热风炉，同时为一大批原生产线增加了烘干设备，各团场的棉花加工厂因为看到了经过烘干后轧出的皮棉等级提高，为企业带来了经济效益，所以对烘干产生了依赖性，一旦哪天没对籽棉进行烘干，产量就会明显下降。
与此同时，郑州棉麻工程技术设计研究所针对新疆农八师提出了机采棉预处理方案，并在１２１团、１２２团、１３２团和１４２团实施，即在籽棉入场前对车间生产线当天处理不了的机采棉进行烘干预处理，然后再堆垛存放，杜绝了２００４年在一些团场存在的当天处理不了的机采棉因回潮率高导致堆放后发黄变质现象的发生。２００６年新疆农六师、农七师一些团场也新增了机采棉烘干预处理设备。
２ 籽棉烘干的机理
棉纤维含有亲水极性基团，能吸附水分子，吸湿能力强。由于棉纤维中所含的水分在含量不同和环境温湿度不同时，棉纤维表面具有不同的水蒸气分压强，它与空气中的水蒸气分压强之间存在压强差，因此，就会发生棉纤维从周围空气中吸收水分或向周围空气中放出水分，这就是吸湿和放湿过程，这个过程伴随着热量变化，吸湿过程放热，放湿过程吸热。纤维的吸湿过程或放湿过程一直在进行着，附着在棉纤维表面的水分子，因分子的热运动而有一些水分子离去，同时又有一些水分子被吸附到棉纤维上。当吸湿量等于放湿量时即达到平衡状态，一般棉纤维经过６～８小时后即可以认为达到平衡状态。环境温湿度变化影响着棉纤维的回潮率发生着相应的变化，等待露水干后再下地采摘籽棉及采摘上来后摊晒去除籽棉中的水分都是利用周围自然环境来减低籽棉中的水分。籽棉烘干是利用干热空气与棉纤维接触来形成高温低湿环境在短时间内强制将棉纤维中部分水分子脱离出去进入周围环境中。
３ 籽棉烘干的系统组成
籽棉烘干系统主要由热源、籽棉控制箱、籽棉干燥机、籽棉分离器等部分组成，其中籽棉分离器为籽棉烘干前生产线上就有的棉花加工设备，新增籽棉烘干时必须要接到原籽棉分离器上，当籽棉水分适宜不需要烘干时，就按原工艺路线从籽棉分离器吸进籽棉。
热源提供有蒸汽锅炉、有机热载体炉、燃油热风炉、燃气热风炉、燃煤热风炉等形式。在棉花加工企业有棉籽榨油后续加工且蒸汽锅炉有余量时应当首先考虑使用蒸汽通过热交换器来烘干籽棉，因为这样不增加热源设备、厂房投资和人员工资等，工作过程安全易控制。大多数棉花加工企业没有蒸汽锅炉，所以要在其他几种热源中进行选择。
这几年有的企业已从最初使用燃油热风炉、燃气热风炉改为使用有机热载体炉、燃煤热风炉，虽然燃油热风炉、燃气热风炉自动化程度高温度易控制且不需要操作人员看守，却在这几年被更换，主要原因是目前燃油、燃气的原料成本大约是燃煤的１０倍。单纯从设备投资角度比较是燃油热风炉、燃气热风炉较少，但是从运行成本角度比较，一年使用下来就可以把多出的投资在少消耗的燃料费中补回来。究竟是用有机热载体炉还是燃煤热风炉，要根据棉花加工企业的实际情况来定，两种炉子的运行成本均较燃油、燃气低。燃煤热风炉为间接换热式，烟气与干净热风分离，与有机热载体炉相比操作简单、热效率高。
目前在棉花加工企业使用的燃煤热风炉形式多种多样，有固定炉排、往复炉排和链条炉排等，机采棉生产线两次烘干需要的热量大，宜采用机械化程度高的链条炉排燃煤热风炉。如果经常停电的话则不要选择有机热载体炉，液相有机热载体炉通过导热油作为介质传热，停电造成停炉后紧急处理较为麻烦，再次升高油温需要时间较长。
有机热载体热稳定性和氧化安定性是评价导热油的两个重要指标，因为导热油在使用过程中会发生氧化和热裂解反应。液相有机热载体炉最容易发生有机热载体过早变质问题，甚至仅使用一两年就变质老化，不仅每次换油需花费约１０万元，而且还会导致锅炉受热面过热、爆管，甚至引起火灾。故要对导热油定期化验，同时，操作人员必须持有劳动安全管理部门发放的操作证件才可上岗。导热油使用多年后，由于受热分解、碳聚合形成炉管结焦，使管内径缩小而造成导热油流量降低，循环泵克服的阻力增大，严重时会导致堵塞炉管；另一方面生成的大分子缩合物使导热油的粘度增高，炉管结焦，热阻增大会导致炉管寿命降低。有机热载体炉同蒸汽锅炉一样可进行长距离输送，在棉花加工企业厂区条件受限不能近距离布置燃煤热风炉时，则应选择有机热载体炉。
籽棉干燥机有多种，如搁板式干燥机、滚筒式干燥机、叶片辊式干燥机、搁板增热式干燥机等。滚筒式干燥机占地面积较大，籽棉处理量超过１０ｔ／ｈ以上时，干燥机制造和工作起来都显得困难。比较搁板式、叶片辊式和搁板增热式这些形式的干燥机，从降水率这个主要性能指标来比较，搁板增热式以其特有的性能优越于其他两种。搁板增热式籽棉干燥机为郑州棉麻工程技术设计研究所制造，系国家实用新型专利产品，专利号：ＺＬ０３２３５５８２．３，按行业标准ＳＢ／Ｔ １０２３７－１９９４《籽棉干燥机技术条件》设计制造。搁板增热式干燥机在搁板式干燥机的基础上，于干燥机的搁板层之间增加了增热保温管路系统，使干燥机内籽棉管路降温小，相对于搁板式干燥机在同样的热风温度下获得更好的烘干效果，最高可使籽棉回潮率降低１０％。有了增热保温管路系统还使上下两层搁板之间的间距扩大，籽棉经过的拐弯曲率半径加大，气力输送阻力降低，减少籽棉堵塞现象的发生。降水率达到１０％就能对机采棉的预处理提供技术支持，一次烘干就能够使回潮率１６％左右的机采棉水分降到１０％以下安全堆垛存放。
４ 籽棉烘干的工艺配置
籽棉烘干设备按籽棉处理量划分有６ｔ／ｈ、８ｔ／ｈ、１２ｔ／ｈ、１５ｔ／ｈ等几种规格，可与棉花加工生产线不同产能相匹配。蒸汽锅炉和有机热载体炉都是通过热交换器对籽棉烘干系统供应热风，可以方便地实现一个锅炉对各个工序点通过管道分配热量。而燃煤热风炉则有一个炉子对应一个籽棉烘干系统或对应两个籽棉烘干系统之分。对于固定炉排或往复炉排热风炉，因受限于操作人员的劳动强度故一般不超过３．３５×１０６ｋＪ／ｈ，多数情况下是一个固定炉排或往复炉排热风炉对应一个籽棉烘干系统。这时籽棉处理量６
ｔ／ｈ、８ ｔ／ｈ、１２ ｔ／ｈ烘干系统所需的热量分别是１．２６×１０６
ｋＪ／ｈ、１．６７×１０６ ｋＪ／ｈ、２．５１×１０６ ｋＪ／ｈ。１２ ｔ／ｈ、１５ｔ／ｈ的生产线吸送籽棉宜采用两条管线对应各自的籽棉控制箱，这样喂花工可保证籽棉喂入量。根据后续籽棉清理机为一台１２
ｔ／ｈ、１５ ｔ／ｈ规格，可以使用一台１２ ｔ／ｈ、１５ ｔ／ｈ籽棉干燥机；也可以后续籽棉清理机为两台６
ｔ／ｈ、８ ｔ／ｈ规格，这时就按两台６ ｔ／ｈ、８ ｔ／ｈ籽棉干燥机与之配套。加工企业使用的链条炉排燃煤热风炉有１．６７×１０６
ｋＪ／ｈ、２．５１×１０６ ｋＪ／ｈ、３．３５×１０６ ｋＪ／ｈ、４．１９×１０６ｋＪ／ｈ、５．０２×１０６ ｋＪ／ｈ、６．７×１０６ ｋＪ／ｈ等几种规格，可以按照热量需求进行匹配，能从一个炉子按两路或四路分配热量，其中四路用于机采棉生产线拥有两个烘干系统配４个籽棉干燥机形式。由于热量分配可能会不均，炉子热量应比一对一配置时留有余量，１２
ｔ／ｈ、１５ ｔ／ｈ手摘棉生产线分别使用３．３５×１０６
ｋＪ／ｈ、４．１９×１０６ｋＪ／ｈ燃煤热风炉，１２ ｔ／ｈ、１５
ｔ／ｈ机采棉生产线分别使用５．０２×１０６
ｋＪ／ｈ、６．７×１０６ ｋＪ／ｈ燃煤热风炉。
５ 结论
为棉花加工企业提供运行经济的工艺路线是郑州棉麻工程技术设计研究所的宗旨。通过对棉花烘干工艺的研究，希望对我国棉花加工企业选配合理的籽棉烘干工艺路线提供参考，以期为提高棉花加工行业整体水平作出应有的贡献。☆
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