煙草秸梗氣化替代煤炭烘烤煙葉研究初報

崔志軍，孟慶洪，劉 敏，李仁政，周 建，孫在明，杜傳印

（山東濰坊煙草有限公司，山東 濰坊 261061）

煤炭是目前煙葉烘烤的主要燃料[1]。據(jù)粗略統(tǒng)計，2008年山東省煙葉烘烤用煤在煙葉生產(chǎn)總成本中的比重已經(jīng)超過18%。由于煤炭價格還有持續(xù)上漲的趨勢，積極尋求開發(fā)可以替代煤炭進行煙葉烘烤的新型廉價能源，已成為烤煙生產(chǎn)中亟待解決的問題。

作物秸稈來源廣、價格低廉、容易獲取[2]，其燃燒值超過標(biāo)準(zhǔn)煤的50%[3]，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的替代能源。以煙草秸稈為例，全國各烤煙產(chǎn)區(qū)每年大約產(chǎn)生煙草秸稈3 900 kt左右，其熱值折合標(biāo)準(zhǔn)煤2 200 kt。另外各卷煙和煙葉復(fù)烤企業(yè)也都產(chǎn)生大量的廢棄煙梗，僅以山東境內(nèi)的卷煙及復(fù)烤企業(yè)為例，每年產(chǎn)生的廢棄煙梗大約在10 kt左右。目前的秸稈利用雖然呈多元化發(fā)展的趨勢，但總體利用率不高[4]。多數(shù)農(nóng)戶都把秸稈堆放在村頭路邊或露天焚燒，從而帶來一系列嚴(yán)重的社會問題，特別是秸稈的露天焚燒，污染空氣、浪費資源，形成新的安全隱患。如能通過科技創(chuàng)新，合理高效地把作物秸稈特別是煙草農(nóng)業(yè)和工業(yè)所產(chǎn)生的煙秸及廢棄煙梗代替煤炭進行煙葉烘烤，將極大地促進循環(huán)生態(tài)煙草農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

本研究充分利用秸稈氣化技術(shù)[5]，使煙草秸稈及卷煙企業(yè)廢棄煙梗粉碎后通過專用設(shè)備氣化，用于煙葉烘烤，以期為煙草秸稈及卷煙企業(yè)廢棄煙梗的合理利用和煙葉烘烤新能源的開發(fā)提供理論和實踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2008年在山東省諸城、安丘、昌樂、高密、臨朐5個縣的煙葉農(nóng)場進行。試驗田土質(zhì)為淋溶褐土，土壤肥力中等。供試品種為中煙 100。田間管理按照優(yōu)質(zhì)烤煙栽培技術(shù)規(guī)范進行[7]，煙葉正常成熟后采收烘烤。

1.1.1 供試烤房 供試烤房為氣流下降式密集烤房，裝煙室規(guī)格為8 m×3.3 m×2.8 m，加熱室內(nèi)置。密集烤房風(fēng)機為7號風(fēng)機，電機功率為2.2 kW，安裝在散熱管正上方，垂直安裝，將加熱室熱量從隔墻頂部的進風(fēng)口吸入裝煙室。試驗時把秸稈氣化供氣管道自加煤口進入爐內(nèi)燃燒器，燃氣在爐內(nèi)燃燒，為烘烤提供熱量。

1.1.2 秸稈氣化設(shè)備 設(shè)備分大型集中供氣和小型供氣。集中供氣設(shè)備可同時為 16支密集烤房供氣。主要設(shè)備包括：在密集烤房群區(qū)域內(nèi)安裝1臺秸稈氣化發(fā)生爐，并建1個80 m3的儲氣罐，可燃氣體經(jīng)儲氣罐暫存，再經(jīng)輸氣管網(wǎng)進入各個烤房的燃燒器進行燃燒。其他設(shè)備包括自動上料裝置，旋風(fēng)分離器，發(fā)生爐控制器，高溫引風(fēng)機，燃氣熱風(fēng)爐，燃氣燃燒器及相關(guān)配件。該設(shè)備產(chǎn)氣800～1000 m3/h，秸稈消耗量 400～500 kg/h，燃氣熱值 4.6 kJ/m3，氣化效率70%。爐頭產(chǎn)熱量334 400 kJ/h，熱效率大于等于85%，燃氣消耗量約75 m3/h。

小型供氣設(shè)備給 1～3支密集烤房供氣，主要由單支供氣氣化發(fā)生爐、焦油粗凈化、引風(fēng)機、爐頭、散熱器、氣化爐余熱回收、輸氣管道及相關(guān)配件組成。該設(shè)備產(chǎn)氣50 m3/h，秸稈消耗量20 kg/h，氣化效率80%，熱效率大于等于85%。

1.1.3 燃料 因本次試驗開始時，當(dāng)季秸稈還沒收獲，故本試驗使用山東中煙工業(yè)公司青州卷煙廠自2007年以來儲存的廢棄煙梗。本批煙梗部分碳化，熱值有所降低，經(jīng)檢測，熱值為11.7 kJ（新煙梗熱值為13.8 kJ），略高于煙草秸稈（熱值10.9 kJ）。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)4個處理：A：使用一套集中供氣秸稈氣化設(shè)備烘烤，同時為16支密集烤房提供燃氣。B：使用一套小型供氣秸稈氣化設(shè)備烘烤，給1支密集烤房提供燃氣（一拖一）。C：使用一套小型供氣秸稈氣化設(shè)備烘烤，給2支密集烤房提供燃氣（一拖二）。D：使用一套小型供氣秸稈氣化設(shè)備烘烤，給3支密集烤房提供燃氣（一拖三）。對照為同樣規(guī)格的氣流下降式蜂窩煤密集烤房。

1.3 方法

秸稈氣化工作原理如下：將粉碎后的農(nóng)作物秸稈送入秸稈氣化爐內(nèi)，經(jīng)密閉燃燒形成秸稈燃氣，燃氣經(jīng)過濾并除焦后經(jīng)管道送入密集烤房燃燒室燃燒，為煙葉烘烤提供熱量。采用三段式烘烤工藝技術(shù)進行烘烤[8]，煙葉烘烤進程由溫濕度自控儀中存儲的煙葉烘烤專家曲線系統(tǒng)進行，關(guān)鍵環(huán)節(jié)人工干預(yù)進行配合。

干濕球溫度用溫濕度計（ARC溫濕度自控儀）檢測，分別測定空載和烘烤時烤房平面溫差與垂直溫差。記錄烤房裝煙數(shù)量及用工、用電、燃料（煙梗和煤炭）消耗情況，對烤后煙葉外觀質(zhì)量進行評定，對內(nèi)在化學(xué)成分進行測定。

2 結(jié) 果

2.1 烤房內(nèi)溫差比較

2.1.1 空載條件下的烤房平面溫差與垂直溫差對各個處理進行空載升溫比較，由于處理B、C、D烤房內(nèi)部的技術(shù)狀態(tài)基本一致，溫差測定取3個處理的平均值。表1結(jié)果表明，烤房空載條件下，烤房內(nèi)38℃、54℃、60℃溫度點的平面溫差，以處理B-D最小，處理A次之，對照最高。

2.1.2 負載條件下的烤房平面溫差與垂直溫差表2表明，在煙葉烘烤過程中，4個處理的平面溫差和垂直溫差均小于對照。說明秸稈氣化爐改裝的密集烤房密封性能良好，受外界環(huán)境影響較小，平面溫度基本均勻，垂直溫差較小，整個烤房內(nèi)溫濕度分布更加趨于均勻，從而有利于整房煙葉變黃和失水趨于更加協(xié)調(diào)一致，可以有效提高煙葉烘烤整體質(zhì)量。

2.2 能耗及用工比較

由表3看出，4個處理的千克干煙用工費分別為對照的 145%、105%、105%、64%，千克干煙電費分別為對照的157%、117%、113%、107%，千克干煙燃料消耗費用分別為對照的18%、20%、15%、13%，干煙烘烤成本分別為對照的51%、53%、38%、32%。統(tǒng)計結(jié)果顯示，盡管4個處理的費和用電費用較對照明顯增加，但燃料消耗費用普遍在對照的20%以下，千克干煙烘烤成本也大幅度降低。單純對比4個處理的情況，干煙烘烤成本以處理C、D最低，處理B、A較高。

表1 空載條件下3個處理烤房平面溫差與垂直溫差 ℃Table 1 Horizontal and vertical temperature difference between three treatments under non-loading condition

表2 負載條件下3個處理烤房平面溫差與垂直溫差 ℃Table 2 Horizontal and vertical temperature difference between three treatments under loading condition

表3 各個處理的用工及能耗Table 3 Labor and energy consumption

2.3 烤后煙葉質(zhì)量比較

2.3.1 經(jīng)濟指標(biāo)比較 表4表明，4個處理的上等煙比例較對照均有所增加，單爐均價也高于對照。說明采用秸稈氣化加熱方式后，煙葉烘烤質(zhì)量有一定提高。主要是由于氣化爐烤房的加熱升溫系統(tǒng)受閥門控制，升溫、控溫及時、靈活，所以較少出現(xiàn)烤糟、烤紅現(xiàn)象；而以蜂窩煤為燃料的密集烤房在升溫及控溫操作上都存在一定的延時滯后現(xiàn)象，不如氣化供熱操控靈敏。

2.3.2 烤后煙葉化學(xué)成分分析 從表5看出，4個處理煙葉的化學(xué)成分指標(biāo)都在適宜的范圍內(nèi)，各成分之間比較協(xié)調(diào)。說明采用秸稈氣化方式后，對煙葉內(nèi)在化學(xué)成分無不良影響。

表4 經(jīng)濟指標(biāo)Table 4 Economic indices comparison

表5 煙葉主要化學(xué)成分Table 5 Main chemical compositions

3 小 結(jié)

（1）采用秸稈氣化方式烘烤，烤房內(nèi)垂直溫差和平面溫差均較小，在烘烤溫濕度控制上也優(yōu)于燃煤烘烤，有利于進一步發(fā)揮密集烤房技術(shù)優(yōu)勢，保證烘烤工藝的順利實施，滿足優(yōu)質(zhì)煙烘烤需要。

（2）采用煙草秸稈和煙葉廢棄物為主的秸稈氣化代替煤炭進行煙葉烘烤，在不降低煙葉烘烤質(zhì)量的前提下，達到了兩方面的目的：一是通過秸稈替代煤炭，實現(xiàn)能源替代轉(zhuǎn)換，在節(jié)約大量寶貴煤炭資源的同時，也消除了煤炭燃燒帶來的環(huán)境污染；二是可以大幅度降低煙葉生產(chǎn)成本，有利于促進煙葉生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展。

（3）盡管與燃煤密集烤房對比效果明顯，但從試驗的4種秸稈氣化設(shè)備情況看，優(yōu)缺點相對也比較突出。集中供氣氣化設(shè)備能夠同時為 15支以上的密集烤房群提供燃氣，比較適用于大型煙葉烘烤工場。但該設(shè)備體積龐大，系統(tǒng)較復(fù)雜，對操作人員技術(shù)要求較高。而小型氣化爐供氣設(shè)備針對一至三支密集烤房配置，對秸稈儲存等要求低，易操作，且一拖三模式明顯要比一拖一和一拖二模式效率更高，更適用于10 hm2左右的中型煙葉農(nóng)場，因此一拖三模式更受種煙大戶和農(nóng)場主的歡迎。

[1]中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所.山東煙草[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1999.

[2]任仲杰，顧孟迪.我國農(nóng)作物秸稈綜合利用與循環(huán)經(jīng)濟[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，33（11）：2105-2106.

[3]濰坊市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所.煙葉秸稈棒檢驗報告[R].2008.

[4]鐘華平，岳燕珍，樊江文.中國作物秸稈資源及其利用[J].資源科學(xué)，2003，25（4）：62-67.

[5]翁偉，楊繼濤，趙青玲，等.我國秸稈資源化技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展方向[J].中國資源綜合利用，2004（7）：18-21.