節(jié)能減排烤煙烤房技術(shù)研究進(jìn)展

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙 410128； 2 常德市煙草專賣局(公司)，常德 415000)

2012-09-28

鄧 勇(1973—)，男，湖南臨澧人，碩士研究生，主要從事煙葉生產(chǎn)與科研，Email:dy731101@163.com。

節(jié)能減排烤煙烤房技術(shù)研究進(jìn)展

鄧勇1,2

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙 410128； 2 常德市煙草專賣局(公司)，常德 415000)

從智能控制系統(tǒng)和技術(shù)、余熱共享技術(shù)、再生能源利用技術(shù)和節(jié)能減排技術(shù)及材料等方面系統(tǒng)闡述了節(jié)能減排烤煙烤房技術(shù)的最新進(jìn)展，并指出應(yīng)加強(qiáng)研究和推廣熱水熱源、除硫固塵、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和無線傳輸控制技術(shù)和余熱共享技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“節(jié)能、減排、省工、降本”。

節(jié)能減排烤房；太陽能；生物材料；烤煙

烤房是烘烤烤煙的專用設(shè)備。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，烤房不斷更新?lián)Q代，經(jīng)歷了明火烤房、自然通風(fēng)式普通烤房、熱風(fēng)循環(huán)烤房、普改密烤房、密集烤房等形式，并分別在當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)條件下形成了與烤房形式相適應(yīng)的烘烤工藝。近年來，隨著現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的發(fā)展，我國烤煙種植區(qū)逐漸采用了密集烤房，其普及率逐年提升，適應(yīng)了我國煙葉生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的要求，而且代表了烘烤設(shè)備發(fā)展史上的必然趨勢(shì)。密集烤房采用了風(fēng)機(jī)、溫濕度自動(dòng)控制等烘烤設(shè)備，煙葉的烘烤質(zhì)量得到明顯提高，烘烤用工減少，烘烤成本顯著降低[1]。隨著烤房集中程度的提高，節(jié)能以及環(huán)保的矛盾日益突出。為實(shí)現(xiàn)“節(jié)能、減排、省工、降本”目標(biāo)，本文從密集烤房的遠(yuǎn)程集中控制、集中供熱、余熱共享、再生能源等各項(xiàng)環(huán)保節(jié)能綜合技術(shù)進(jìn)行了闡述，以期為我國烤煙密集烘烤工藝的完善和密集烤房設(shè)備的發(fā)展提供參考。

1 智能控制系統(tǒng)和技術(shù)

煙葉烘烤是烤煙生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，烘烤房的溫度需要按照烤煙工藝進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控。傳統(tǒng)的烘烤過程主要依靠人工控制，存在操作誤差大、反應(yīng)不靈敏、預(yù)期結(jié)果滯后等缺點(diǎn)[2]。先進(jìn)的烘烤工藝能凸顯煙葉的優(yōu)良性狀，提高烤煙質(zhì)量，增加煙草行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。為了提高烤煙烘烤房的溫濕度精度和烤煙的烘烤質(zhì)量，減少人為失誤，前人研究開發(fā)了一系列烘烤工藝，如利用模糊控制技術(shù)控制推煤電動(dòng)機(jī)工作時(shí)間和停止工作時(shí)間的方法[3]，設(shè)置溫度傳感器和濕度傳感器的烘烤控制系統(tǒng)[4]，電腦多點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測無線控制系統(tǒng)[5]，新型指針式煙葉烘烤溫濕度控制儀[6]，全自動(dòng)煙葉烘烤溫濕度控制器[7]，煙葉烘烤溫濕度集中智能控制裝置[8]，煙葉烘烤集中智能控制系統(tǒng)[9]，帶無線遙控的空氣能智能化烤煙設(shè)備[10]，專用于烤煙房的自動(dòng)控溫氣化燃燒供熱裝置[11]，煙葉烘烤溫濕度智能控制系統(tǒng)[12]，智能控制煙草干燥密集式燃煤烤房[13]，烤煙專用的空調(diào)控制器[14]等，實(shí)現(xiàn)了智能化、精準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化，有效降低耗煤量，減少電能耗費(fèi)，減少煙農(nóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高了煙葉的質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。鐘建偉[2]結(jié)合目前能源發(fā)展現(xiàn)狀，提出構(gòu)建光伏系統(tǒng)供電的烘烤系統(tǒng)，與電網(wǎng)并聯(lián)，可單獨(dú)給住宅供電，烤煙季節(jié)給烤煙房供電，并能實(shí)現(xiàn)烤煙房的溫度控制。

針對(duì)目前烤煙生產(chǎn)中的三段式烘烤工藝和煙葉密集烘烤過程的特殊管理要求，設(shè)計(jì)煙葉烤房群烘烤過程無線監(jiān)控管理系統(tǒng)。前人開發(fā)了煙葉烘烤無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[15]和具有遠(yuǎn)程監(jiān)測功能的煙葉烘烤智能監(jiān)測系統(tǒng)[16]，利用無線控制拓?fù)渫ㄓ嵓夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)密集烘烤過程數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集、遠(yuǎn)程無線傳輸和對(duì)烤房群的實(shí)時(shí)管理和反饋控制[17]。這些技術(shù)和方法能使密集烤房群管理效率提高兩倍多，同時(shí)能夠落實(shí)最優(yōu)的烘烤工藝，節(jié)約成本，提高煙葉整體烘烤質(zhì)量和生產(chǎn)效率，具有廣闊的應(yīng)用前景。

為了達(dá)到烤煙烤房操作簡單，提高烤煙質(zhì)量等級(jí)和烘烤自動(dòng)化程度，提高煙農(nóng)經(jīng)濟(jì)效益的目的，許池華[18]等人對(duì)熱風(fēng)循環(huán)智能化烤房的烘烤成本、初烤煙質(zhì)量、效益狀況等進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：與常規(guī)熱風(fēng)式烤房比較，智能化烤房操作過程簡便安全，增質(zhì)節(jié)能明顯，在節(jié)約用煤、烘烤時(shí)間、提高煙葉質(zhì)量等方面都較優(yōu)，綜合效益增加2 298.6元/hm2，經(jīng)濟(jì)效益明顯。其他智能化裝置和烤房同樣具有可實(shí)現(xiàn)多功能智能化控制，操作簡便，烘烤煙葉提質(zhì)增香、烘烤過程節(jié)能降耗等優(yōu)點(diǎn)[19,20]。

2 余熱共享技術(shù)

煙葉在烘烤過程中的耗熱情況是多方面的。根據(jù)熱量的作用，可分為有效耗熱和無效耗熱兩大方面[21]。從理論上講，有效耗熱是指烘烤煙葉必須要消耗的熱量，如排除煙葉中水分所消耗的熱量和用于排濕的空氣升溫耗熱，一般占20%～35%。無效耗熱包括排濕的無效熱損失(10%～20%)、排煙熱損失(15%～25%)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱損失(10%～15%)、燃料不完全燃燒損失(5%～15%)、輻射熱損失(5%～10%)、其他熱損失(5%～10%)[22]。針對(duì)我國烤房現(xiàn)狀，有人設(shè)計(jì)出了余熱共享連體密集烤煙房[23～26]，并指出這種烤房能提高烤房熱能利用率，減少烤房建筑占地面積，減少烤房建筑投資，滿足了干旱煙葉和北方秋后水分小的煙葉烘烤變黃期對(duì)濕度的需求，提高烘烤質(zhì)量，提高熱能循環(huán)利用率，節(jié)能降耗效果明顯，大大減輕了司爐員勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了烘烤用工。宗樹林等人[27]為合理利用烘烤過程中產(chǎn)生的余熱，設(shè)計(jì)開發(fā)了新型余熱共享密集烤房，并指出可提高熱能利用率20%，降低烘烤成本0.57元/kg，提高烤后橘黃煙葉比例，煙葉均價(jià)提高0.66元/kg。

3 再生能源利用技術(shù)

在烤煙烘烤期間利用太陽能替代部分燃煤，可以節(jié)能減排。通過對(duì)現(xiàn)有的密集烤房進(jìn)行太陽能改造，在屋頂加裝太陽能加熱室，高溫空氣通過內(nèi)循環(huán)管道與烤房的加熱室、裝煙室連通，提供輔助熱源[34]。汪炳華等人[34]對(duì)改造的太陽能密集烤房進(jìn)行烘烤效果研究，結(jié)果表明密集型烤房的太陽能改造簡單易行，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，節(jié)能效果明顯；太陽能提供的熱量可滿足煙葉烘烤前期的需要，每千克干煙耗能比改造前降低20%～24%，社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益明顯，證明太陽能密集烤房在光照好的煙區(qū)具有一定的推廣價(jià)值。熱泵型太陽能密集烤房[36,37]通過優(yōu)化熱泵供熱循環(huán)系統(tǒng)，減少電能消耗，并利用太陽能，同時(shí)將排濕熱循環(huán)利用，每千克干煙葉能耗成本大大降低，煙葉調(diào)制成本降低，烘烤煙葉質(zhì)量好，節(jié)能效果顯著。張家征等人[35]將普通密集烤房改造成熱泵太陽能烤房或經(jīng)濟(jì)型太陽能烤房，分析發(fā)現(xiàn)，與普通密集烤房相比，上述兩種烤房的能耗分別降低34%和24%，烘烤的煙葉質(zhì)量也相當(dāng)。何建華等人[38，39]采用高透光率材料、增加太陽能儲(chǔ)熱設(shè)備，將當(dāng)前推廣的大型密集烤房改造成真空集熱太陽能輔助加熱烤房，并指出對(duì)烤后煙葉等級(jí)質(zhì)量的影響不大，中、上部葉每千克干煙節(jié)煤率均可達(dá)46%，烘烤能耗成本中、上部葉分別降低0.35元/kg和0.29元/kg，烘烤收益分別增加0.84元/kg和0.64元/kg，節(jié)本增效效果顯著，推廣前景可觀。

生物質(zhì)能是一種新型的高效清潔能源。生物質(zhì)能源直燃?xì)饣婵緹熑~裝置[40]不同于傳統(tǒng)的以煤炭做原料直接燃燒供應(yīng)熱能的烘烤方式，能解決現(xiàn)有分散式烤煙房的供能，熱效率可達(dá)到65%，具有節(jié)能環(huán)保及燃料多樣性等特點(diǎn)；維修操作簡單，所需操作人員少；能源來源廣泛，各種生物質(zhì)能源和煤炭均可作為燃料，大田廢棄的煙稈也可利用。向金友[41]研究用秸稈及煤不同配方壓塊環(huán)保燃料烤煙對(duì)烘烤過程中的工藝程度、燃料燃燒情況、燃料成本和原煙經(jīng)濟(jì)性狀等方面的影響，論證秸稈與煤不同配方壓塊環(huán)保燃料烤煙的可行性，篩選出配方80%秸稈+20%煤混合壓塊代煤烤煙完全可行。有研究者提出了一種用秸稈壓塊燃料替代煤炭烘烤煙葉的配方[42]：以50%～100%的作物秸稈、0%～20%樹皮、0%～25%粘土和0%～20%煙塵的配比制成煙草秸稈壓塊燃料，既能降低煙葉烘烤成本，為煙農(nóng)增收節(jié)支，又節(jié)約了煤炭資源，還減少了煙草秸稈亂存亂放及煙葉烘烤對(duì)農(nóng)村環(huán)境的污染，剪斷了煙草秸稈帶毒傳播途徑。還有研究表明，利用干柴和濕鋸末[43]制作烤煙壓塊燃料，烤制的煙葉質(zhì)量等級(jí)高，價(jià)格提高30%～40%，每烤制200～300 kg煙葉需柴和鋸末成本僅250元，成本降低50%以上，效益非常顯著。

4 節(jié)能減排技術(shù)

大力開發(fā)和利用各種高品質(zhì)的節(jié)能材料，是節(jié)約能源、減低能耗，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的迫切需求，同時(shí)又是實(shí)現(xiàn)我國21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)性發(fā)展的要求。宋朝鵬等人[44]將納米涂料噴涂于密集烤房裝煙室內(nèi)壁，可縮短烘烤時(shí)間16 h，每烘烤千克干煙葉節(jié)煤21.96%，節(jié)電12.5%，烤房熱效率提高10.75%，上中等煙比例增加10.12%，煙農(nóng)增收1 976.25元/hm2。裴曉東等人[45]采用無機(jī)復(fù)合材料改進(jìn)散熱器，發(fā)現(xiàn)，與鋼制材料散熱系統(tǒng)烤房相比，改進(jìn)后的烤房升溫快、散熱性能好，設(shè)備成本降低975元/座，使用壽命延長7年左右，每千克干煙葉耗煤量及耗電量均降低，烤后煙葉上等煙葉提高1.57%，雜色煙葉比例降低3.69%，表明無機(jī)復(fù)合材料散熱系統(tǒng)具有良好的推廣應(yīng)用前景。王懷珠[46]等人研究指出，陶瓷材料供熱設(shè)備在煙葉烘烤過程中升溫比較靈敏，排濕通暢，保溫穩(wěn)溫能力強(qiáng)，整體能夠滿足烘烤的需要，在烘烤成本、烤后煙葉質(zhì)量等方面和金屬材料烤房基本一致，但是陶瓷材料供熱設(shè)備在材料質(zhì)量、技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)等方面還需進(jìn)一步改進(jìn)和提高。楊威等人[47]對(duì)新型無機(jī)非金屬材料改造密集烤房進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其烤房性能較好，烘烤過程中平面溫差和垂直溫差變化較小，烤房抗逆性好，加熱爐散熱效率高，通風(fēng)排濕順暢，降低能耗；烤后煙葉外觀質(zhì)量較好，煙葉顏色更鮮亮，桔黃煙所占比重增加，中上等煙比例提高;烤后煙葉化學(xué)成分更為協(xié)調(diào)，淀粉降解較普通密集烤房更充分，還原糖含量所占比例略高。

5 展望

隨著烤房集中程度的提高，節(jié)能以及環(huán)保的矛盾日益突出。要實(shí)現(xiàn)“節(jié)能、減排、省工、降本”的目標(biāo)，以后的研究應(yīng)突出以下幾個(gè)方面的工作：

(1)應(yīng)加強(qiáng)研發(fā)熱水常壓鍋爐作為熱源，替代高壓鍋爐或油壓鍋爐，以減少安全隱患。

(2) 隨著烤房集群數(shù)量的增加，燃?xì)馕廴締栴}迫切需要解決，除硫固塵技術(shù)的推廣應(yīng)用必須加以重視。

(3) 烘烤工場烤房溫濕度的集中控制近兩年已納入研究范圍，采用有線溫濕度集中控制，提高烤房的溫濕度控制精確度，應(yīng)加強(qiáng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和無線傳輸和控制技術(shù)研究。

(4)利用余熱共享提高烤房利用率，解決上部煙葉一次性采烤時(shí)的烤房容量緊張問題。

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ResearchProgressoftheEnergySaving&EmissionReductionTechnologyofFlue-curingBarn

DENGYong1,2

(1 College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China；2 Changde Tobacco Franchising Bureau, Changde, Hunan 415000, China)

The paper systematically illustrated the latest development of the energy & saving flue-cured tobacco barn technology from intelligent control systems and technologies, waste heat sharing technology, the use of renewable energy technology and energy saving technology and materials, and noted that the research should be strengthened and promoted on the field of hot water heat source, sulfur-fixing system,,remote control systems and wireless transmission and control technology and waste heat sharing technologies, which would achieve the goal of energy saving, emission reduction, labor saving.

Barn combined with energy conservation and emission reduction technology；Solar energy; Biomass materials；Flue-cured tobacco

S572.092

A

1001-5280(2012)07-0163-04

10.3969/j.issn.1001-5280.2012.07.47

責(zé)任編輯：黃燕妮