新型無機(jī)非金屬材料烤房的研究

楊 威，趙松義，朱列書，汪耀富，李躍平

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙410128；2 中國煙草中南農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站, 湖南長沙410128；3 湖南省煙草公司湘西州公司，吉首416000)

烤房是實(shí)現(xiàn)煙葉生產(chǎn)的媒介，是發(fā)展現(xiàn)代煙草業(yè)必不可少的設(shè)備[1]。 近些年來，密集烤房的建造技術(shù)和配套技術(shù)發(fā)展較快，但在我省密集烤房的發(fā)展過程中，面臨著農(nóng)村電網(wǎng)電壓不穩(wěn)，煤質(zhì)差異大，煙農(nóng)種植比較分散，烘烤的勞動強(qiáng)度和技術(shù)難度都比較大等問題，專業(yè)化烘烤發(fā)展的相對緩慢成為了制約某些地區(qū)煙草生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一[2~4]。新材料密集烤房繼承和發(fā)揚(yáng)了普通密集烤房的優(yōu)點(diǎn)，并進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新，如采用雙制通風(fēng)結(jié)構(gòu)，更能適應(yīng)電力供應(yīng)不穩(wěn)定的煙區(qū)，采用新型無機(jī)非金屬材料制成的加熱爐，提高加熱爐的使用年限和供熱的穩(wěn)定性，采用一次性加煤技術(shù)，整個烘烤過程中只加一次煤，大大降低了烘烤的勞動強(qiáng)度等，使得新材料密集烤房其更能適應(yīng)烤煙生產(chǎn)的需要。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試烤煙品種為K326，部位為中部葉。試驗(yàn)于2010年在湘西自治州永順縣高坪鄉(xiāng)保坪村現(xiàn)代農(nóng)業(yè)煙草烘烤工廠進(jìn)行。試驗(yàn)田土壤質(zhì)地為棕壤土，土壤肥力中等，田間管理按優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。煙葉采收時要求煙葉成熟度基本一致，按照成熟采收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)兩個處理。A1.新材料密集烤房，A2.普通密集烤房。新材料密集烤房規(guī)格為加熱室 2.2 m×2.9 m×2.4 m(長×寬×高)，裝煙室8.2 m×2.9 m×2.4 m(長×寬×高)，裝煙2層2路，容量為鮮煙葉約3 000 kg，采用煙閘裝煙。普通密集烤房規(guī)格為加熱室1.2 m×1.5 m×2.4 m(長×寬×高)，裝煙室8 m×2.7 m×3.5 m(長×寬×高)，裝煙3層2路，容量為鮮煙葉約2 800 kg，采用煙竿裝煙。

在兩種烤房垂直和平面方向均勻布置36個溫度測量點(diǎn)，在烤房內(nèi)溫度達(dá)到40℃時，停止對烤房供電1 h，對其溫度場進(jìn)行測定，以檢測兩種烤房的抗逆性。兩種烤房均采用三段式烘烤工藝進(jìn)行烘烤。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

整個烘烤過程中，由微機(jī)每隔1 h自動記錄一次各點(diǎn)的溫度，停電1 h實(shí)驗(yàn)采用手工記載方法，每隔5 min記錄一次各點(diǎn)的溫度。

溫度采集使用烤房多點(diǎn)溫度測定儀(湖南九天科技有限公司)。烘烤結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)各處理耗煤量、耗電量，對烤后煙葉進(jìn)行分級、稱重，測定其上、中、下等煙比例及均價，并各取C3F等級煙葉2 kg進(jìn)行化學(xué)成分測定。還原糖、淀粉、總氮、氯、鉀等含量均按王瑞新[5]等的方法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤房性能測試

2.1.1 不同烤房的平面溫差和垂直溫差對比

通過對布置在烤房內(nèi)的 36個測量點(diǎn)進(jìn)行平面和垂直方向的分析，得出結(jié)果如表1所示。在烘烤過程中，新材料密集烤房和普通密集烤房在38，42，45，48，55，60和 68℃這幾個烘烤的關(guān)鍵溫度點(diǎn)處，底層、中層、上層的平面溫差平均值分別為0.73，1.29，0.5℃和1.91，1.64，2.01℃，垂直方向的溫差分別為1.89和2.57℃。新材料密集烤房平面溫差變化幅度為0.1～1.6℃，垂直溫差變化幅度為0.8～2.4℃?？梢?，新材料密集烤房平面和垂直方向的平均溫差值和變化幅度均小于普通密集烤房，烤房內(nèi)溫濕度場變化比較穩(wěn)定，有利于煙葉內(nèi)物質(zhì)分解與失水協(xié)調(diào)一致，從而提高烘烤質(zhì)量。

表1 不同烤房烘烤過程中的平面溫差與垂直溫差 (℃)

2.1.2 不同烤房停電1 h溫度變化情況對比

由表2的數(shù)值可知，在停電1 h內(nèi)，新材料密集烤房內(nèi)的36個測量點(diǎn)中，1 h后35個測溫點(diǎn)有

表2 新材料密集烤房停電1 h內(nèi)溫度場變化情況(℃)

表3 普通密集烤房停電1 h內(nèi)溫度場變化情況 (℃)

24個點(diǎn)掉溫不超過1℃，11個大于1℃的點(diǎn)，最多掉溫 1.8℃。由于新材料密集烤房設(shè)有自然通風(fēng)的風(fēng)門，在停電后打開，因此在停電后一段時間內(nèi)，基本上能夠使烤房內(nèi)的溫度保持穩(wěn)定，具備較強(qiáng)的通風(fēng)排濕能力。由表3可知，在停電1 h內(nèi)，普通密集烤房內(nèi)的36個測量點(diǎn)中，有32個測量點(diǎn)的溫度變化范圍大于2℃，僅有4個測量點(diǎn)的溫度變化范圍小于2℃，尤其是3號和11號測量點(diǎn)的溫度變化范圍高達(dá)13.7℃和14℃。在這種情況下，極容易將煙葉烤壞?？傮w而言，普通密集烤房在停電1 h內(nèi)，不能夠使烤房內(nèi)的溫度保持穩(wěn)定，停電后通風(fēng)排濕能力很弱。

2.2 成本比較

2.2.1 烘烤成本

從表4可以看出，由于新材料密集烤房采用無機(jī)非金屬材料制成加熱爐，其結(jié)構(gòu)經(jīng)過改進(jìn)，提高了換熱效率，每千克干煙煤耗1.2 kg，比普通密集烤房減少0.4 kg。新材料密集烤房采用氣流下降式結(jié)構(gòu)，風(fēng)機(jī)和通風(fēng)口都置于加熱室底部，使得風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和加熱爐的熱力均對烤房內(nèi)空氣循環(huán)流動形成推力，在烤房裝煙量相同的情況下，可以選用功率較小的風(fēng)機(jī)，平均每千克干煙電耗為 0.4 kW·h。新材料密集烤房的能耗平均成本為每千克干煙1.10元，普通密集烤房為1.58元，可降低能耗成本30.4%。

表4 不同類型烤房每千克干煙能耗成本比較

2.2.2 建造成本

新材料密集烤房的建造成本為2.75萬元，普通密集烤房的建造成本為3.5萬元。新材料密集烤房采用無機(jī)非金屬材料制成的換熱器，不僅降低了設(shè)備成本，更有效提高了設(shè)備的使用年限；采用煙閘方式裝煙，相對于傳統(tǒng)的煙竿編煙，裝煙密度提高了30%以上，提高了設(shè)備使用效率；改進(jìn)通風(fēng)排濕系統(tǒng)，降低了配電設(shè)備采購成本。

2.3 烘烤質(zhì)量

2.3.1 外觀質(zhì)量

新材料密集烤房所烤的煙葉外觀質(zhì)量比普通密集烤房的好。由表5可以看出，烤后煙葉顏色以桔黃為主，普通密集烤房烤出的煙葉顏色桔黃和檸檬黃約各占一半；成熟度、組織結(jié)構(gòu)、身份差異不大；新材料密集烤房油分“有”，彈性好，優(yōu)于普通密集烤房，主要原因可能是新材料密集烤房采用的風(fēng)機(jī)型號較小，在烘烤過程中煙葉表面油分因風(fēng)力較小，散失較少。

表5 不同類型烤房烤后煙葉外觀質(zhì)量比較

2.3.2 經(jīng)濟(jì)性狀

從表6可以看出，即使采收的鮮煙葉素質(zhì)相同，烘烤時由于烤房性能差異或烘烤不當(dāng)，烤后煙葉的經(jīng)濟(jì)性狀也會有差異。新材料密集烤房烤后煙葉的上等煙比例比普通密集烤房高9.4%，下等煙比例低3.2%，烤后煙葉均價13.04元/kg，每千克干煙產(chǎn)值提高了1.65元。

表6 不同類型烤房烤后煙葉經(jīng)濟(jì)性狀比較

2.3.3 烤后煙葉化學(xué)成分

煙葉的化學(xué)成分協(xié)調(diào)與否直接影響煙葉的內(nèi)在品質(zhì)和香吃味[6]。表 7為兩種類型烤房烤后煙葉的化學(xué)成分分析結(jié)果。結(jié)果表明，新材料密集烤房烤后煙葉的還原糖比例比普通密集烤房高1.25%，淀粉含量比普通密集烤房低0.97%，總氮含量比普通密集烤房高 0.43%，氯含量比普通密集烤房低0.02%，鉀含量比普通密集烤房低0.35%?？傮w來看，新材料密集烤房烤后煙葉的化學(xué)成分比普通密集烤房協(xié)調(diào)，且還原糖比例有所提高，淀粉分解更為充分，有利于提高烤后煙葉品質(zhì)。

表7 不同類型烤房烤后煙葉化學(xué)成分比較(%)

3 結(jié)論與討論

(1)新材料密集烤房采用新型無機(jī)非金屬材料制成換熱器，提高了供熱系統(tǒng)的供熱穩(wěn)定性、耐用性，在烘烤過程中，其平面溫差和垂直溫差變化幅度均較小，平面溫差變化幅度為 0.1～1.6℃，垂直溫差變化幅度為 0.8～2.4℃?？痉績?nèi)溫濕度場變化較為均衡。由于烤房專門設(shè)計(jì)有應(yīng)對電力故障的自然通風(fēng)門，提高了烤房的抗逆能力，降低了停電和設(shè)備故障對烘烤的影響，停電 1 h，烤房內(nèi)溫降不超過 2℃，大部分區(qū)域溫降不超過 1℃，因此在電力供應(yīng)不穩(wěn)定的煙區(qū)較為實(shí)用，能夠有效地保證烘烤工藝的實(shí)施，適應(yīng)優(yōu)質(zhì)煙葉烘烤的需要。

(2)運(yùn)用熱動力學(xué)原理，對烤房內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，風(fēng)機(jī)和通風(fēng)口下置，使得風(fēng)機(jī)的推力和熱空氣的升力形成合力，作用于烤房內(nèi)空氣循環(huán)，降低了通風(fēng)成本，提高煙葉烘烤質(zhì)量，降低能耗成本30.4%；設(shè)計(jì)應(yīng)用煙閘和裝煙推車，改進(jìn)裝煙方式，提高了編、裝、缷煙勞動效率，降低了勞動強(qiáng)度。新材料密集烤房烤后煙葉外觀質(zhì)量較好，煙葉桔黃，油分足，組織結(jié)構(gòu)疏松，化學(xué)成分較為協(xié)調(diào)，淀粉降解較為充分。

(3)盡管新材料密集烤房相對于普通密集烤房已經(jīng)具備一定優(yōu)勢，但還有很對細(xì)節(jié)方面需要改進(jìn)和完善，如：供熱系統(tǒng)的組裝模塊需細(xì)化和完善，耐火板材料配方和粘合材料需要改進(jìn)，粘合技術(shù)需要規(guī)范，爐門密封有待加強(qiáng)；煙閘在材料和生產(chǎn)工藝上有待改進(jìn)，以降低成本，設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)需要完善，以提高夾煙工效；采用空心磚建成的連體結(jié)構(gòu)烤房之間受穩(wěn)定影響較為明顯，以后修建烤房時，如果墻壁的建筑材料仍然使用空心磚，不再建成連體結(jié)構(gòu)。建議 2011年在進(jìn)一步改進(jìn)和試驗(yàn)的同時，進(jìn)行小規(guī)模示范。

[1]中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所.中國煙草栽培學(xué)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1987.

[2]宮長榮，潘建斌，宋朝鵬. 我國煙葉烘烤設(shè)備的演變與研究進(jìn)展[J]. 煙草科技，2005，(11):34?36.

[3]蔣篤忠，高春洋，聶新柏，等.普通烤房密集化改造技術(shù)的研究[J].作物研究，2008，22(1)：36?38.

[4]陳少賓，宋朝鵬，邱崇浩，等.對烤煙專業(yè)化烘烤的幾點(diǎn)思考[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36(33)：14619?14620，14658.

[5]王瑞新，韓富根，楊素勤，等.煙草化學(xué)品質(zhì)分析法[M].鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社，1990.

[6]宮長榮.煙草調(diào)制學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2003.