引言
美國農(nóng)業(yè)部于1926年開始研究人工籽棉烘干工藝規(guī)程，第一臺籽棉烘干機于20世紀20年代末期出現(xiàn)在軋花廠。設在密西西比州斯通維爾的美國軋花實驗室于1930年建立，從事籽棉烘干和軋花問題的研究。1931年，美國僅有大約15個軋花廠裝有烘干機，富通新能源生產(chǎn)銷售
滾筒烘干機、
氣流式烘干機等干燥烘干機械設備。
為軋花廠研制的一些烘干機包括：支撐在滾柱上的臥式之字形帶式烘干機（1924年）；化學制品鈣一氯化物無熱烘干機（1926年）；臥式配料器一烘干機（1928年）。美國農(nóng)業(yè)都工程師于1926-1930年試驗和建造的烘干機型號包括：臥式和立式料盤型烘干機以及臥式和立式牽引型烘干機。在臥式牽引型烘干機中，框架輸送機沿著4或6張金屬底板牽引籽棉，熱空氣穿過這些底板流動。
美國農(nóng)業(yè)部研制的立式烘干機取代了料盤型和牽引型烘干機，并在1932棉花年度得到應用，這就是眾所周知的“政府塔式烘干機”。立式烘干機裝有多層板一擱板，持續(xù)的熱氣流通過擱板輸送籽棉。
20世紀30年代軋花廠使用的其它類型的籽棉烘干機還有：改進設計的輥式烘干機（1930年）；裝有加熱器的立式隱型烘干機（1931年）；雙回轉(zhuǎn)園筒形裝置（1932年）；配料器裝置（1932年）；提凈式喂料器一清理機（1934年）和大陸公司輸送器一分配器（1934年）。
1936年研制或運行中的烘干機是短型烘干塔、清理機和喂料器、2級烘干；三個類型熱風清理機，第4類短型烘干塔和清理機；具有單向熱風流的16輥星條臂清理機；熱清理機烘干機，并與l_2臺（政府烘干塔裝置）“政府塔式烘干機”相結(jié)合形成多級烘干。
1937年提出大滾筒清花機烘干機；作為多級塔式烘干機，其上部裝有平擱板，下部裝有打手（開松輥）。1938年，一些制造商開始建造多種政府塔式烘干機。
本文以現(xiàn)今的烘干機類型為目標，對其設計作了評估，評論材料按時間順序分為兩部分一軋花廠烘干機和烘干機研究。這將為軋花廠廠主根據(jù)軋花廠需要平衡烘干系統(tǒng)成本時提供指導。
1、軋花廠烘干機
1.1政府塔式烘干機
美國農(nóng)業(yè)部研制的立式烘干機于1932棉花年度開始應用（圖1），這就是眾所周知的“政府塔式烘干機”。立式烘干機沒有運動部件，籽棉穿過烘干機片刻時間，就能使非常濕的棉花得到烘干。塔式烘干機有13~20層擱板，持續(xù)的熱氣流經(jīng)過這些擱板輸送籽棉。這些熱空氣以大約800—1 000英尺／分的速度穿過烘干塔。
當棉簇從一層到另一層改變方向時，就會碰擊烘干塔的金屬板壁。烘干空氣的溫度為150C-200℃，蒸氣管向烘干機提供熱量。烘干塔可以安放在軋花廠廠房內(nèi)，也可以安放在廠房門外。
Boardman立式籽棉烘干機采用了位于密西西比州斯道維爾的美國軋花實驗室研制的“政府制造”型塔式烘干機時所提出的原理和特性。這可能是商品化制造的第一臺塔式烘干機。在付軋籽棉通過提凈式喂花機和軋花機之前，烘干機先對潮濕的手摘籽棉進行烘干。從烘干機出來的籽棉通常進入溢流伸縮管（1932年）。
Cen-tennial軋花機公司在20世紀40年代末期在8輥籽棉清理機前使用了18層政府型塔式烘干機。滾筒清花機安裝在輸送機配棉器和軋花機上方。稍后，Cen-tennial公司在其薄流軋花系統(tǒng)中使用了兩臺塔式烘干機，第一臺塔式烘干機使用了23層擱板，第二臺塔式烘干機有18層擱板（1950年）。
大多數(shù)軋花廠仍然利用擱板塔式烘干機來烘干籽棉，烘干機按同向流原理運行，烘干空氣仍然是輸送介質(zhì)�，F(xiàn)今的塔式烘干機含有16~24層擱板，通過擱板的輸送氣流速度范圍通常在1 000~2 000英尺／分。兩臺離心式風機按推一拉式安裝，提供輸送熱風，穿過塔式烘干機中彎彎曲曲的通道（擱板）。
當輸送的籽棉在擱板之間改變方向時，籽棉就碰撞烘干機板壁，這種作用有利于攪動籽棉進而改進了籽棉烘干過程，有助于延長暴露時間，籽棉在于燥機中運行長達12秒鐘。對于比較潮濕的籽棉，為了去除過多的水分，通常需要使用2級塔式烘干機（1983年）。
一些制造商制造了塔式烘干機。這些烘干機通常具有堅周的鋼部件，并且完全是自立式的。大陸／貿(mào)萊公司的塔式烘干機有2個型號，一個型號是6英尺寬6英尺長（圖2），另一個型號是6英尺寬11英尺長，其部件設計提供的擱板數(shù)為11~24。交替的出口允許偶數(shù)或奇數(shù)擱板設置，便于選擇管道布置(1988年)。
特大容積棉花調(diào)濕器設計作為單一的烘干和調(diào)濕裝置運行，也可以同其他調(diào)濕設備組合運行(圖3)。潮濕棉花緩慢地流過特大容積調(diào)濕器，被暴露在熱風中，熱風量是塔式烘干機通常使用的4倍左右。2臺裝有回收裝置的清理機利用拋擲法排除棉花中的雜質(zhì)，回收裝置將干凈棉花送回系統(tǒng)中。大通道允許棉花自由地流動，而排除大塊雜質(zhì)有助于提高軋花系統(tǒng)中其他清理機的工作效率。
特大容積棉花調(diào)濕器還設計為經(jīng)濟運行，大約3/4的熱風循環(huán)使用，降低了燃料成本（1960年）。帶式烘干機
可使用的帶式烘干機是1983年在得克薩斯州研制的，設備使用了由50英尺長、2英尺寬平滑金屬絲網(wǎng)組成的帶式輸送機，裝有壓力通風系統(tǒng)，傳送帶上方和下方都被封閉。
在實驗中，烘干正面在大約65秒鐘內(nèi)強制通過一個18英寸厚的棉層，傳送帶表面每平方英尺每分鐘向下通過50立方英尺的熱風。穿過棉層向下通風降低含水率的效果是向上通風時的近兩倍。帶式烘干機的熱風利用率大約是塔式烘干機的2倍(1992年)。
Kimbell帶式烘干機1995年在弗吉尼亞州一個商用軋花廠的運行幫助改進了這種系統(tǒng)的技術(圖4)。該設計以Laird和Smith在得克薩斯州研制的烘干機為依據(jù)，據(jù)發(fā)現(xiàn)安裝了一個金屬刮板脫棉輥。刮板距傳送帶約1英寸，這有助于開松濕籽棉團和更均勻地擴展卸料流量。
當傳送機在支承格柵上成波浪形前進時，半開形平滑金屬絲網(wǎng)帶可以使粉塵和細小雜質(zhì)通過傳送帶從棉花中排出。大家認為，帶式烘干機應在水平或200傾角運轉(zhuǎn)，最大傾角為250。在目前的軋花廠中，帶式烘干機的傳送帶位置多半是高架的（1996年）。
1.4鼓風箱烘干機 “
高速鼓風箱烘干機大約于1988年在加利福尼亞州試驗。人們打算用新型鼓風箱系統(tǒng)代替軋花廠中傳統(tǒng)的塔式烘干機。鼓風箱原理包含了一股高速噴射氣流，速度超過10000英尺/分，水平指向，順著籽棉控制器長度方向，當籽棉在矩形管道下突然加速時，將籽棉開松。
基本原理是鼓風箱中高速（噴射的）熱氣流比擱板式烘干機中低速低溫氣流能更快地開松濕籽棉并除去濕籽棉中的水分。試驗表明高速鼓風箱系統(tǒng)比勻速系統(tǒng)（噴泉式或擱板式）需要更多的空氣動力。為了改進鼓風箱烘干機，人們建議角釘打手滾輪（刺釘滾筒）有助于開松棉團，而設計出剝離點為負靜壓的鼓風箱，可以省去真空落料輪（1989年）。
1.5噴泉式／碰撞式烘干機
大約在1988年，提出設計噴泉式烘干機用來代替擱板型塔式烘干機。噴泉式烘干機沒有擱板，它使籽棉漂浮在烘干機內(nèi)熱風中并重新加速它，其主要烘干作用不是發(fā)生在烘干機內(nèi)，而是在它的出口。噴泉式烘干機使用大容量氣體，每磅籽棉需50立方英尺熱空氣。
通過使用分離器可以得到空氣／棉花的高比率。分離器在烘干過程的末端接受氣流和籽棉，而后將籽棉和大約一半的氣流轉(zhuǎn)向第一級傾斜式清理機。剩余的氣流用來拾起清桿機下面的棉花并輸送到第2級清理機。由于這種烘干機產(chǎn)生的靜壓比傳統(tǒng)的塔式烘干機低，所以僅僅使用了吸力風機，而塔式烘干機需要吹／吸兩臺風機（1996年）。
碰撞式烘干機是噴泉式烘干機的改進型。這種烘干機將來自棉模喂料器的棉花和熱空氣送入噴泉室中，同另外的烘干空氣發(fā)生直接碰撞。順著這個湍流點，籽棉和熱空氣混合物被分開，并在出口的上方完成第二次碰撞后被送到分離器。
碰撞式烘干機的壓降（熱損耗）稍高于傳統(tǒng)的噴泉式烘干機，但是該設計因多次碰撞和湍流而提高了烘干效能(2000年)。
1.6熟擱板烘干機
湍流式熱擱板烘干系統(tǒng)使用的風量比一些烘干系統(tǒng)的風量小，因為整個系統(tǒng)可以避免溫度降低。這一點是由于在擱板之間安裝了加熱室而實現(xiàn)的，熱量從加熱室傳遞到輸送棉花的擱板上。
烘干塔有9層擱板，擱板間距為12英寸。籽棉在烘干塔頂部進入，從烘干機底部出來。通常熱空氣從烘干機底部進入，從烘干塔頂部出來。加熱室使用的熱空氣可以在連續(xù)的基礎上通過該系統(tǒng)再循環(huán)利用，或者同原先的空氣管路相結(jié)合在混合點拾起棉花，并將棉花輸送到烘干塔。
1.7大容量烘干塔
大容量塔式烘干系統(tǒng)使用了6層擱板，擱板間距27英寸。允許使用一臺“穿過式”風機系統(tǒng)，省去了推力風機。第一級使用的空氣速度為2 000英尺／分，烘干空氣約25立方英尺／每磅籽棉。
湍流烘干機收集器安裝在于燥機的前面，用來排除青棉桃、石塊等雜質(zhì)。建議二級烘干中，第二級的熱空氣溫度和容量應稍稍減少。
已經(jīng)制造了兩種尺寸的大容量塔式烘干機。一種是48英寸，寬40英寸，湍流烘干機收集器安裝在入口處。第二種是72英寸、寬60英寸，湍流收集器安裝在人口處。在4英尺和6英尺塔式烘干機中風量分別是18 000和27 000立方英尺／分。
經(jīng)驗法則是第一級烘干系統(tǒng)至少應有4000000英熱單位的熱量和9 000立方英尺/15包·每小時的風量。第二級烘干系統(tǒng)應有的熱量和風量減少到2 000 000英熱單位和6 000立方英尺/15包·每小時。第二級烘干系統(tǒng)中，可以采用的風速約為1500-2 000英尺／分。
1.8速差式烘干機
速差式烘干機使用的原理是湍流以及籽棉和烘干空氣之間的速差——提高烘干率（圖9）。刺釘滾筒或葉板滾筒使棉流減速，但允許熱空氣穿過棉花，從而產(chǎn)生了速差。按照它的運行，借助噴嘴將熱空氣噴人葉板滾筒，所產(chǎn)生的射管效果使棉花混合并在無真空輪或旋轉(zhuǎn)空氣閘的情況下進入氣流中。
1.9豎流式烘干機
籽棉和烘干空氣進入豎流式烘干機頂部(圖10)。當籽棉進入時，落到定向滾筒上，開松棉團并產(chǎn)生一個蓬松的籽棉流。蓬松籽棉向下滑到由長而薄指狀物做成的導流片上，每個指狀物之間具有空隙。這些棉花落到另一個滾筒上，滾筒將籽棉拋向另一個方向，這種交替作用重復5次。
在這種烘干機中，沒有擱板、篩網(wǎng)和格柵，定向滾筒的開松作用使籽棉團變得蓬松，從而增強了烘干機的烘干作用。當籽棉向下穿過烘干機后，烘干空氣將籽棉輸送到下道工序。
1.10均衡熱塔式烘干機
由聯(lián)合棉機有限公司制造的Vandergrift均衡熱塔式烘干機于2000年在幾家軋花廠得到了應用。烘干機制造為4個寬度-3、4、5和7英尺，擱板長8英尺。
在均衡熱塔式烘干機中，有7個間距遞增的擱板，并裝有加熱套，供在三個地點噴射熱空氣。其運行原理是增加烘干塔中下游熱量，以保證整個烘干循環(huán)中的烘干溫度。
在烘干階段，來自加熱器的空氣被分為兩股氣流，一部分空氣拾起籽棉并將它輸送到均衡熱烘干機頂部擱板，另一部分分別在第2、第4和第6層擱板端部噴射，提供多重混合點。熱空氣以4 000英尺／分的速度由噴嘴噴射，擱板間距隨著空氣總量增加而增加，以便在烘干塔中保持所希望的2 000~2 500英尺／分的輸送速度。在烘干塔擱板的層面上有葉片和凸緣，以提高烘干能力。烘干空氣將籽棉從均衡熱塔式烘干機底部輸送至傾斜式清理機中供空氣和棉花分離。
2、軋花廠烘干機研究
2.1烘干機控制
軋花廠應在最低溫度下烘干棉花，使軋花機能令人滿意地運行。實驗室試驗表明，棉纖維將在450℃-500℃時燒焦，在450℃時點燃，在550℃-600℃時閃光。烘干系統(tǒng)任何部分的溫度在任何情況下也不能超過350℃。棉纖維暴露溫度高于350℃時，會引起不可逆轉(zhuǎn)的纖維損傷。
烘干棉花用的典型熱源是在烘干氣流中的燃燒器火焰，燃燒器熱量的最大輸出必須足夠烘干系統(tǒng)使用。燃燒器最大輸出時燃料流量與提供最低可靠火焰時的燃料流量之比稱為“調(diào)節(jié)比”。這個比值在棉花烘干中很重要，如果燃燒器不能調(diào)節(jié)到最低火焰，其結(jié)果將造成棉花過干。一個優(yōu)良的烘干用燃燒器將具有保證調(diào)節(jié)比至少為15，根據(jù)不同的制造商，調(diào)節(jié)比可以高達35:1。
溫度控制傳感器的安裝位置很重要，這些傳感器調(diào)節(jié)加熱器上的閥門來控制燃燒器火焰，進而控制烘干溫度。最好使用雙重讀數(shù)傳感器，以防止燒焦棉花和過度損傷棉花。一個傳感器應該是上限溫度開關（設定350℃），安裝在熱空氣和籽棉混合點的前面。第二個傳感器應該是基本的控制傳感器，安裝在混合點的下游。在這個位置，第二個傳感器將使加熱器控制器對棉花的數(shù)量和濕度作出反應。在塔式烘干系統(tǒng)中，一個推薦的習慣作法是在烘干機頂部安裝控制傳感器。
2.2空氣流量
1978~1979年的試驗表明，溫度為230℃-240℃時，最低輸送空氣量就足以除去擱板式烘干系統(tǒng)的水分，試驗中使用的是2臺24層擱板式烘干機。籽棉由2臺按吹吸方式安放的風機輸送穿過每層擱板。
研究表明，對于擱板式烘干機，在標準大氣條件下測量的最低空氣速度大約是：籽棉含水率為18%時，1200英尺／分；籽棉含水率為10%時，1000英尺／分。采用這些速度時的空氣／棉花比率為11~13英尺3／磅籽棉。應該指出，所期望的棉花流量是：速度低于900英尺／分，空氣／棉花比率低于9.7英尺3／磅。
2.3自動控制
軋花廠籽棉烘干自動控制是1960年在美國斯通維爾論證的，水分檢測儀測量了通過兩個旋轉(zhuǎn)電極之間的籽棉電阻作為纖維含水率的指數(shù)。以測量的含水率為基準，檢測儀通過開關三路（多路）烘干機定向閥來改變烘干暴露時間。
水分檢測儀使用伺服電動機來確定記錄筆的位置，然后通過凸輪和速動開關激發(fā)螺線管，從而驅(qū)動氣動滾筒來操作3路烘干機定向閥。自動系統(tǒng)使干棉花越過烘干機（一層擱板）；使比較濕的棉花越過半個烘干機（13層擱板）；使?jié)衩藁ù┻^整個烘干機(24層擱板)。
自動烘干工藝于1967年與加濕工藝綜合面擴展成一個完整的水分控制系統(tǒng)，除了在3路烘干機中烘干濕籽棉外，在加工干籽棉時，檢測儀還驅(qū)動一個加濕裝置，將相對濕度85%的濕空氣加到輸送配料器和提凈喂花機之間的籽棉層中。因此，在軋花機中纖維與棉籽分離之前，干棉花含水率（低于5%）是被增加的。
使用計算機的烘干機控制于1990年軋花季節(jié)在密西西比州的兩個軋花廠已經(jīng)研制出來并進行了試驗。根據(jù)紅外水分儀測得的籽棉烘干前后的含水率來調(diào)整烘干溫度設定值�？刂葡到y(tǒng)調(diào)整空氣溫度，通過開關燃燒器供料氣路上的調(diào)節(jié)器閥門實現(xiàn)。
在商用軋花廠，大約60個小時的控制系統(tǒng)試驗證明該系統(tǒng)有良好的可靠性，在研究中，籽棉含水率按濕量計算很少偏離設定值的0.5%。
2.4對比試驗
通用的塔式、鼓風箱式和噴泉式烘干機系統(tǒng)大約于1988年在加利福尼亞州和新墨西哥州進行了現(xiàn)場試驗評估，鼓風箱系統(tǒng)和噴泉式烘干機都不如塔式烘干機有效。在三種被試系統(tǒng)中，塔式烘干機似乎具有最好的低溫烘干潛力。
被試的鼓風箱系統(tǒng)需要過高的溫度來烘干適度濕的籽棉，因此可能沒有能力烘干非常濕的籽棉。噴泉式系統(tǒng)需要的空氣動力比鼓風箱系統(tǒng)和三臺塔式系統(tǒng)小，但是，二臺塔式系統(tǒng)就可比較了。鼓風箱系統(tǒng)使用的空氣動力是其他兩個系統(tǒng)的1.5倍左右。
確定籽棉烘干系統(tǒng)效率的四個基本因素是：烘干空氣溫度、空氣量、暴露時間以及空氣與棉花之間的相對速度（滑率）。不同的軋花廠烘干系統(tǒng)這些基本因素的水平是不同的，這些因素有多種組合，都能令人滿意地烘干棉花。
3、總結(jié)
20世紀20年代末以來，多種烘干機設計已經(jīng)用于軋花廠人工烘干籽棉。這些不同的軋花廠烘干系統(tǒng)，在確定籽棉烘干機效力的四個基本因素方面呈現(xiàn)不同的水平。這四個基本因素是烘干空氣溫度、空氣容量、暴露時間以及空氣與棉花之間的相對速差。這些因素有多種組合，都能令人滿意地烘干籽棉。
研究結(jié)果表明，棉纖維在含水率低時比含水率高時易斷裂。因此，在含水率低時付軋的棉花必然比含水率高時含有更多的斷裂（短）纖維。建議調(diào)整軋花廠烘干機，使軋花機在籽棉含水率為7%左右時加工皮棉。
為了保證棉花質(zhì)量，應在能使軋花廠令人滿意地運行的最低溫度下烘干棉花。在任何情況下，烘干系統(tǒng)任何部位的溫度都不應超過350℃。當溫度超過300℃時，棉花受到不可逆轉(zhuǎn)的損傷。當用相對濕度較低的外界空氣輸送籽棉時，可以獲得一定程度的烘干作用。
可以證明：烘干的四個基本因素都體現(xiàn)在24層擱板塔式烘干機系統(tǒng)中。塔式烘干機是1931年研制的，在這個系統(tǒng)中，熱空氣輸送籽棉通過擱板，籽棉沖擊烘干機機壁，并且在每層擱板之間改變方向，這種作用有助于開松籽棉并在棉花與氣流之間提供速度滑率。每級烘干都需要二臺按吹吸型式安裝的離心式風機來對付所產(chǎn)生的靜壓。二級塔式烘干機通常足夠烘干潮濕籽棉。
幾種類型的烘干機設計已經(jīng)用于軋花廠，多數(shù)別的設計所產(chǎn)生的靜壓比塔式烘干機低，因此只需要一臺離心式吸力風機。這些烘干機通常使用大風量，籽棉在熱風中暴露的時間比塔式烘干機系統(tǒng)短。負壓（一臺風機）系統(tǒng)予計需要的投資少，使用的風機動力低，并且使軋花廠建筑物保持清潔。
然而，應該指出某些系統(tǒng)不能充分地開松籽棉或使用充分的暴露時間，在處理非常潮濕棉花時可能會遇到問題。
軋花廠使用的烘干系統(tǒng)包括：特大容積棉花調(diào)濕器、高速鼓風箱、噴泉式／碰撞式烘干機、Kimbell帶式烘干機、高滑率烘干機、湍流式熱擱板和均衡熱塔式烘干機以及豎流式烘干機。
現(xiàn)今大多數(shù)棉農(nóng)收獲籽棉后以棉模儲存以備今后軋花，如果這些收獲的籽棉，其纖維含水率大約為8%，而棉籽的含水率不超過10%，則軋花廠僅需要最低限度的烘干。一種成本最低的烘干機設計，可提供最小程度暴露在烘干空氣中，就足以排除適量的水分。為了處理更潮濕的棉花，則需要更精心的設計。
對所有軋花廠來說，不存在最好的烘干系統(tǒng)。一個最好的烘干機設計是能滿足軋花廠要求的設計。在選擇一臺烘干機類型時，有兩件關心之事，即軋花廠的位置和付軋籽棉的條件。位于潮濕地區(qū)加工濕棉的軋花廠比烘干地區(qū)加工相對烘干棉花的軋花廠需要一臺更多要求和精心設計的烘干機系統(tǒng)。
烘干系統(tǒng)的成本必須根據(jù)軋花廠的需要加以平衡。所選擇的系統(tǒng)必須使用溫度足夠低的烘干空氣來排除適量的水分；采用開松和暴露籽棉團的工藝；采用足夠的暴露時間以便從纖維中排除水分；在棉花和烘干空氣之間產(chǎn)生高速差。
相關烘干機產(chǎn)品：
1、
滾筒烘干機
2、
氣流式烘干機
