清潔能源部分替代煤炭在密集烤房中應(yīng)用技術(shù)研究

張聰輝，趙 宇，蘇家恩，王德勛，徐成龍

(1．大理州煙草公司祥云縣分公司，云南大理 671000；2. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，云南昆明 650201；3. 云南省煙草公司大理州公司，云南大理 671000)

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清潔能源部分替代煤炭在密集烤房中應(yīng)用技術(shù)研究

張聰輝1，趙 宇2，蘇家恩3*，王德勛3，徐成龍1

(1．大理州煙草公司祥云縣分公司，云南大理 671000；2. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，云南昆明 650201；3. 云南省煙草公司大理州公司，云南大理 671000)

[目的]減少傳統(tǒng)烤煙方式產(chǎn)生的大氣污染，探究清潔能源部分替代煤炭減少大氣污染。[方法]試驗(yàn)設(shè)置5個處理，對不同清潔能源烤后煙的化學(xué)成分、外觀質(zhì)量、感官質(zhì)量以及烘烤經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行研究。[結(jié)果]試驗(yàn)表明，不同處理間烤后煙的化學(xué)成分、外觀質(zhì)量與感官質(zhì)量的基本上差異不顯著，但烘烤的經(jīng)濟(jì)效益差異較大，T4處理成本較低，烤后煙上等煙比例與均價最高。[結(jié)論]綜合各清潔能源在烤煙烘烤中的應(yīng)用分析，利用生物質(zhì)能源能夠有效降低烘烤成本，提高烘烤效益，減少因烘烤對大氣造成的污染，在替代煤炭成為主要烘烤燃料有比較大的潛力。

烤煙烘烤；清潔能源；部分替代

當(dāng)前煙葉烘烤過程中使用的能源主要以煤炭為主，由于煤炭具有不可再生的特性，價格逐年上漲，加之煤炭燃料煙氣排放物中污染物含量多，不利于煙區(qū)環(huán)境保護(hù)[1]，因此如何使用清潔能源部分替代煤炭在密集烤房中應(yīng)用成為烤煙烘烤過程中需要解決的問題。1999年，聶榮邦開展微電熱密集烤房的研究[2]，后來宮長榮等又在烘烤過程中利用熱泵加熱替代燃煤[3]，陳繼峰等對太陽能替代煤炭進(jìn)行了研究和應(yīng)用[4]，還有張宗錦等對多種新能源替代煤炭的研究[5-7]。結(jié)果表明，多種新能源能夠增加燃燒時放熱量，在一定程度上較少CO2等氣體的排放流量，符合現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)建社的主旨[8-9]，但在云南大理地區(qū)的應(yīng)用較少。為降低大理煙區(qū)的烘烤成本，及有害氣體的排放量，筆者對電能(電熱管和電磁加熱)、太陽能、生物質(zhì)能3種清潔能源采取輔助供熱部分替代的方式開展研究，探索各種能源替代煤炭的應(yīng)用效果，為今后逐步減少煤炭使用量增加清潔能源使用量做好準(zhǔn)備。

1 材料與方法

1.1 材料選取6座氣流下降式烤房進(jìn)行試驗(yàn)，每種替代方式1座，生物質(zhì)燃料為2012年煙稈壓塊，直徑32 mm，燃值為3 812 K/kg，價格800元/t；燃煤為蜂窩煤，規(guī)格直徑16 cm，重量2 kg /個，燃值4 140 K/kg，價格1.6元/個；5 kW電熱管、5 kW電磁加熱線圈、太陽能板面積23 m2(電熱管、電磁加熱棒、太陽能板均從相關(guān)類型烤房設(shè)備廠家采購)。供試煙葉品種為紅花大金元，裝煙量450竿/爐，每臺150桿。

1.2 試驗(yàn)方法試驗(yàn)于2013年8～9月在云南省大理州紅花大金元科研研發(fā)基地烘烤工場進(jìn)行。

1.2.1試驗(yàn)處理。試驗(yàn)設(shè)置5個處理，1個對照：CK：100%使用蜂窩煤作為燃料。T1：太陽能輔助加熱烤房。在烤房頂部安裝面積23 m2太陽能板，通過太陽能板加熱5 m3的空氣集熱箱，集熱箱通過循環(huán)風(fēng)機(jī)和軋板與烤房形成內(nèi)循環(huán)。集熱箱由感溫探頭控制，當(dāng)箱內(nèi)空氣溫度高于烤房回風(fēng)口溫度時，進(jìn)風(fēng)，反之繼續(xù)儲熱。T2：5 kW電熱管輔助加熱烤房，在烤房風(fēng)機(jī)上方20 cm處加裝2根2.5 kW電熱管，持續(xù)供熱。T3：5 kW電磁加熱線圈輔助加熱烤房，在烤房風(fēng)機(jī)上方20 cm處加裝5 kW電磁加熱線圈輔助加熱。T4：干球43～55 ℃時使用生物質(zhì)燃料，其他階段使用蜂窩煤。T5：100%使用生物質(zhì)燃料。

1.2.2試驗(yàn)實(shí)施。每次試驗(yàn)前從一戶農(nóng)戶家選取252竿煙葉(每間42竿)作為目標(biāo)煙葉，每間烤房上、中、下3臺距離熱風(fēng)室墻2、4、6 m處各裝4竿煙葉(左右兩倉各裝2竿)，觀察窗處上、中、下3臺各裝2竿煙。配烤煙葉為當(dāng)?shù)?33.33 hm2核心示范區(qū)同一部位、同一時間采收的煙葉。烘烤工藝統(tǒng)一采用用大理州紅花大金元品種煙葉烘烤工藝烘烤，以觀察窗位置煙葉為參照物設(shè)置工藝參數(shù)，全程保持實(shí)測溫濕度與目標(biāo)溫濕度差值≤2 ℃?？竞髮?2竿進(jìn)行質(zhì)量評定?？竞鬅熑~質(zhì)量依據(jù)GB2635-1992《烤煙》進(jìn)行評定；生物質(zhì)燃料以電子稱進(jìn)行稱重，稱量每次添加生物質(zhì)壓塊的重量；蜂窩煤以數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計，統(tǒng)計每次添加蜂窩煤的塊數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Mathematica 10.0進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理烤后煙質(zhì)量分析

2.1.1同處理烤后煙化學(xué)成分分析。由表1可知，烤后煙總氮、總糖、鉀含量與氯在不同處理間差異不顯著，還原糖不同處理間除T4、T5外差異均不顯著?？赡苁怯捎谏镔|(zhì)燃料熱值較高、在烘烤過程中烤房內(nèi)溫度比較穩(wěn)定，煙葉內(nèi)部的淀粉向還原糖轉(zhuǎn)化的生理生化反應(yīng)在比較穩(wěn)定的環(huán)境條件下進(jìn)行的比較徹底；再者各處理間烤后煙堿的差異較大，T2、T3兩處理間差異比較顯著，T1處理煙堿的含量最高，由于煙堿在烘烤過程中一般比較穩(wěn)定，但可以向TSNA等轉(zhuǎn)化，可能是由于不同燃料在溫度控制的穩(wěn)定性與有效性差異比較大，結(jié)果導(dǎo)致烤后煙煙堿含量差異比較大。

表1 不同處理烤后化學(xué)成分含量

注：相同列相同字母間表示0.05水平差異不顯著，不同字母間表示0.05水平差異顯著。

2.1.2不同處理烤后煙外觀質(zhì)量分析。由表2可以看出，烤后煙的外觀質(zhì)量顏色、成熟度、葉片結(jié)構(gòu)、油分、色度等指標(biāo)不同處理指標(biāo)各處理之間差異不顯著，不同處理間身份表現(xiàn)為CK、T1、T2與T5差異不顯著，但與T3、T4差異較顯著。可能是由于不同燃料的燃燒放熱不同，使得煙葉在烘烤過程中呼吸作用等生理生化反應(yīng)有所差異，造成煙葉內(nèi)含物質(zhì)的消耗有所差異所致。

表2 不同處理烤后煙外觀質(zhì)量

注：相同列相同字母間表示0.05水平差異不顯著，不同字母間表示0.05水平差異顯著。

2.1.3不同處理烤后煙感官質(zhì)量分析。由表3可以看出，烤后煙的感官質(zhì)量不同處理間差異不顯著，綜合評吸得分較高。表明不同的能源烤后煙的吸食質(zhì)量沒有差異，這主要原因可能是試驗(yàn)品種統(tǒng)一，烘烤工藝統(tǒng)一，煙葉一致性較好，使得烤后煙的感官質(zhì)量均較好。

表3 不同處理烤后煙感官質(zhì)量 分

注：相同列相同字母間表示0.05水平差異不顯著，不同字母間表示0.05水平差異顯著。

2.2 不同處理烤后煙的烘烤效果及經(jīng)濟(jì)效益分析由表4可見，所有的處理都可以降低耗煤量，即在密集式烤房上增加任何輔助供熱設(shè)備都能夠降低煤炭消耗量。T4處理均價和上等煙比例最高，即在43～55 ℃使用生物質(zhì)燃料替代煤炭不僅可以減少煤炭使用量還能增加煙農(nóng)經(jīng)濟(jì)收入。T1處理雖然降低了煤炭消耗量，但烤后煙葉均價低于對照。使用生物質(zhì)燃料替代煤炭烘烤時，在43～55 ℃使用要比全部使用更好。

表4 不同處理燃料使用量統(tǒng)計

注：相同列相同字母間表示0.05水平差異不顯著，不同字母間表示0.05水平差異顯著。

3 結(jié)論與討論

實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵是能源技術(shù)發(fā)展的低碳化，使技術(shù)的經(jīng)濟(jì)潛能或商業(yè)價值與生態(tài)價值有機(jī)融合[11-13]。新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展能滿足能源需求，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，推動節(jié)能減排。實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)綠色發(fā)展，是在當(dāng)前傳統(tǒng)資源能源短缺前提下實(shí)現(xiàn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有效途徑[14-16]。煙草作為國民經(jīng)濟(jì)的主要支柱產(chǎn)業(yè)，在每年的生產(chǎn)過程中耗費(fèi)大量的能源用于烘烤，因此需要尋找其他路徑實(shí)現(xiàn)循環(huán)農(nóng)業(yè)、高效農(nóng)業(yè)。生物質(zhì)等新型燃料的產(chǎn)生在煙葉農(nóng)業(yè)的運(yùn)作過程中實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)資料的循環(huán)利用，有較大的市場前景。

研究表明，不同處理烤后煙的化學(xué)成分、外觀質(zhì)量與感官質(zhì)量差異較小，可知新能源能夠滿足煙葉烘烤的需要；再者各處理間烤后煙葉均價不同，但差異不顯著，并且多數(shù)處理的烘烤成本比使用煤炭要低，因此隨著電力資源的逐步發(fā)展，在煙區(qū)可以進(jìn)行一些輔助供熱的改造，進(jìn)而大大降低煤炭消耗量，減少大氣污染物排放量。在密集烤房上增加輔助供熱設(shè)備雖然可以減少煤炭的使用量，對環(huán)境保護(hù)具有重大的意義，但就煙農(nóng)而言，要承擔(dān)巨大的改造費(fèi)用，產(chǎn)投比非常不劃算，預(yù)計難以推廣和擴(kuò)大，但是使用生物質(zhì)燃料替代，不僅不需要任何改造費(fèi)用，還能提高均價和上中等煙比例，以后可以做進(jìn)一步的研究和推廣。

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Study on Clean Energy Partly Replace of Coal in Dense Curing Barn

ZHANG Cong-hui1, ZHAO Yu2,SU Jia-en3*et al

(1.Xiangyun Branch of Dali State Tobacco Company, Dali, Yunnan 671000;2.Yunnan Agricultural University, Kunming, Yunnan 650201; 3.Dali Branch of Yunnan Provincial Tobacco Corporation, Dali, Yunnan 671000)

[Objective] To reduce the air pollution caused by traditional way of flue-cured tobacco, probe into clean energy partly replace coal to reduce air pollution. [Method] Five processing tests were set up, chemical composition of flue-cured tobacco cured by different clean energy, appearance, sensory quality and curing economic benefits were studied. [Result] The results showed that the differences of chemical composition, appearance quality and sensory quality of flue-cured tobacco in various treatments are not significant, but the difference of economic benefits is bigger, cost of T4is low, the proportion of superior tobacco andaverage price of flue-cured tobacco are highest. [Conclusion] The use of biomass energy can effectively reduce the curing cost, improve curingefficiency, reduce atmospheric pollution by the curing, and has larger potential in replace of coal as the main curing fuel.

Flue-cured tobacco curing; Clean energy; Partly substitution

云南省煙草公司科技計劃項(xiàng)目(2012YN53)。

張聰輝(1970-)，男，云南大理人，助理農(nóng)藝師，從事煙葉生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)工作。*通訊作者，農(nóng)藝師，碩士，從事烘烤技術(shù)研究及推廣工作。

2014-12-18

S 572

A

0517-6611(2015)04-304-02