地溝油燃料烘烤設(shè)備在密集烤房中的應(yīng)用潛力

肖和友，鄧建功，唐濤

（邵陽市煙草公司新寧縣公司，湖南新寧422700）

地溝油燃料烘烤設(shè)備在密集烤房中的應(yīng)用潛力

肖和友，鄧建功，唐濤

（邵陽市煙草公司新寧縣公司，湖南新寧422700）

為探究地溝油在煙草烘烤作為新型燃料的應(yīng)用潛力，綜述了目前新型燃料在烤煙烘烤中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并闡述地溝油性質(zhì)特點及作為煙草烘烤燃料的注意事項。結(jié)果表明，目前煙草烘烤燃料存在著污染大、熱值不高等缺點；地溝油廉價易得，燃燒性能好，作為煙草烘烤燃料具有較大潛力；未來應(yīng)加強地溝油進一步提純及燃燒裝置改造等研究，旨在為烤煙烘烤中降低成本、減少污染提供參考。

烤煙烘烤；燃料；地溝油；環(huán)境污染

0 引言

煙葉烘烤是煙草生產(chǎn)中的一個重要環(huán)節(jié)，它直接影響煙葉的質(zhì)量和品質(zhì)。煙葉烘烤過程需要投入較多的煙用物資、燃料和勞動力。在中國，燃料費用占據(jù)生產(chǎn)烤煙成本的25%以上[1-3]，能源有效利用率不高，極大影響了煙葉生產(chǎn)成本與產(chǎn)出平衡關(guān)系，遏制了煙草產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。當前煙葉烘烤所使用的能源以煤炭為主，一方面煤炭屬不可再生資源，價格上漲提高了烤煙生產(chǎn)成本；另一方面，煤炭燃燒排放物中污染物較多，造成嚴重的環(huán)境污染[4-6]。因此，尋找清潔能源以代替煤炭成為在烤煙烘烤中亟待解決的問題之一。

目前，烤煙烘烤中已經(jīng)使用一些燃料來代替部分煤炭，包括生物質(zhì)型煤、太陽能等[7-8]。這些燃料的使用在烤煙生產(chǎn)過程中節(jié)能減排、省工降耗，取得了一定的效果，但還有諸多問題存在。最近幾年，地溝油正在向生物能源的角色轉(zhuǎn)變，成為能源市場的新寵。通過地溝油提煉出來的生物柴油、航空燃油，為新能源的開發(fā)及廢物利用指明了方向[9]。鑒于此，筆者綜述了目前烤煙烘烤中燃料使用現(xiàn)狀，闡述了地溝油燃料的基本特征和開發(fā)現(xiàn)狀，旨在為烤煙烘烤中新能源資源的開發(fā)，建設(shè)環(huán)境友好型現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)提供參考。

1 煤炭燃料在烤煙烘烤中的應(yīng)用現(xiàn)狀

盡管新型燃料在煙葉烘烤中已有使用，當前所使用燃料仍以傳統(tǒng)燃料煤炭及其制品為主。這主要原因是煤炭熱值較高，熱穩(wěn)定性優(yōu)良，能夠保證烤煙烘烤階段不同熱量供應(yīng)需求[10]?？緹熀婵局饕?個階段，分別為變黃階段定色階段、干筋階段。在定色后期以及干筋階段，烘烤的過程需要穩(wěn)定在較高的溫度，因此要求較大火力，但多數(shù)新型燃料其耐燒性以及持火力都不如煤炭[11]。

目前，中國烤煙年產(chǎn)量近150萬t，按每千克烤煙烘烤需要1.5～2.0 kg煤炭計算，需消耗煤炭約225萬t～300萬t，但其熱能利用率僅為30%左右[12]，能量浪費現(xiàn)象嚴重。按照目前煤炭價格400～600元/t統(tǒng)計，熱能利用率每提高10%，烤煙烘烤環(huán)節(jié)即可節(jié)省0.90億元～1.35億元。此外，煤炭作為固體碳氫燃料，還含有硫、氮、磷等成分，其燃燒釋放的污染物如粉塵、硫化物、煙塵、氮氧化物、碳氧化合物和多環(huán)芳烴等造成嚴重的大氣污染[13]，灰霾日數(shù)顯著增多，城市空氣質(zhì)量達標難度大，以PM2.5和酸雨為特征的區(qū)域性復(fù)合型大氣污染日趨嚴重[14]。張慧明等[15]研究指出，煤炭的灰分和硫分高，末煤量高、粒度不符合要求，燃燒時排放大量的煙塵和SO2，這是中國城市大氣環(huán)境顆粒物及SO2污染最主要的原因。研究表明，烤煙烘烤過程中，SO2排放濃度范圍為1327～2218 mg/m3[16]。釋放的SO2和其他污染物在空氣中進一步形成酸類成分，腐蝕金屬設(shè)備，影響農(nóng)作物生長及產(chǎn)品質(zhì)量，破壞土壤結(jié)構(gòu)、微生物以及危害森林植被等[17-19]。

2 烤煙烘烤過程中其他能源替代煤炭的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前已經(jīng)開發(fā)出來的新型燃料包括生物質(zhì)型煤、自然能（主要為太陽能）、電能等。針對煤炭在烘烤過程中存在的環(huán)境惡化、成本較高等問題，新型燃料發(fā)揮出較好的優(yōu)勢，具有巨大的發(fā)展空間。但目前還有較多問題尚未解決，未實現(xiàn)推廣應(yīng)用。

生物質(zhì)能屬于一種新型的高效清潔能源，為世界第四大能源[20-21]。近年來研究開發(fā)的生物質(zhì)型煤，是一種合理利用煤炭和生物質(zhì)資源的有效途徑，不但彌補了生物質(zhì)秸稈不易儲存和運輸、燃燒值低的缺點，更實現(xiàn)了將秸稈從低品位能源向高品位能源的轉(zhuǎn)變[22]。生物質(zhì)型煤采用靜態(tài)滲透式擴散燃燒方式，利用生物質(zhì)與煤的互補燃燒，具有高效的燃燒特性[23]。研究指出，“秸稈壓塊”著火點低、初始升溫快、火力強、溫度調(diào)節(jié)靈敏度高，可滿足烤煙工藝要求，明顯降低烤煙成本，在煙葉烘烤中具有較好應(yīng)用前景，對減少環(huán)境污染和促進煙葉循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展也具有積極意義[24]?？緹熀婵具^程中通過采用生物質(zhì)能源替代煤炭作燃料，一方面，每年可減少SO2的排放量92萬t，減少CO2排放200萬t，減少灰渣96.6萬t，減排效益巨大；另一方面，烤煙成本有所降低，為煙農(nóng)節(jié)支增收，為國家節(jié)約能源[25]。秸稈壓塊消耗量與煤炭之比為1.64:1，可降低烘烤燃料成本約189元/hm2?？竞鬅熑~油分足、色度好；在提高中上等煙比例的同時，每100 kg干煙凈利潤增收95元，比使用無煙散煤增值9.8個百分點[26]。

目前來講，生物質(zhì)炭還未能在烤煙烘烤中進行大規(guī)模推廣，主要是因為此類燃料存在一定的技術(shù)問題。而生物質(zhì)型煤的總體耗煤量較大，主要是由于生物質(zhì)型煤是通過將秸稈以及原煤粉碎后再混合壓制成的，但秸稈發(fā)熱量低，因此單位質(zhì)量的生物質(zhì)型煤較之無煙散煤發(fā)的熱量低[27]。在烤煙烘烤過程中，不同階段對熱量需要存在差異，其中定色后期和干筋階段需要保持較高的溫度和穩(wěn)定性，而烤煙秸稈壓塊后期溫度比煤炭低，穩(wěn)溫效果不如煤炭[28]。此外，秸稈壓塊的耐燒性以及持火力都不如煤炭，并且由于其燃燒速度過快，會導(dǎo)致添加燃料的次數(shù)增多，同時添加的秸稈壓塊會在短時間內(nèi)影響升溫的速度，因此也易出現(xiàn)掉溫，或穩(wěn)溫的效果不夠理想等情況，并且勞動力成本也相應(yīng)增加[29]。與傳統(tǒng)煤炭燃料相比，生物質(zhì)型煤總體耗煤量大、加煤次數(shù)頻繁。秸稈壓塊替代煤炭烘烤過程中，一烤房煙葉共添加燃料123次，而煤炭添加僅19次，主要由于秸稈壓塊的燃燒值低于煤炭，發(fā)熱量和耐燒性較差，從而增加了添加燃料次數(shù)和勞動強度[30]。

此外，其他能源包括太陽能、電能以及生物能等潔凈能源可用來代替以往燃燒煤炭的供熱方式，從而實現(xiàn)碳的零排放，避免環(huán)境污染[31-32]，但并不能夠廣泛應(yīng)用。太陽能的供能受季節(jié)及天氣影響較大，能量供應(yīng)有限且不穩(wěn)定[33]；沼氣產(chǎn)生需要一定的設(shè)備和規(guī)模，難以在全國范圍內(nèi)推廣使用[34]；電能成本普遍高于煤炭[35-36]，因此這些措施往往只能輔助使用。

3 地溝油作為燃料在烤煙烘烤中的應(yīng)用潛力

對地溝油加工處理，可以提煉出生物柴油和航空燃油，這為地溝油的合理利用及新能源開發(fā)指明了方向。地溝油在中國來源廣泛，有報道中國每年產(chǎn)生的地溝油約300萬t～400萬t[37]，產(chǎn)量巨大，且廉價易得。這為新能源的開發(fā)提供了原料基礎(chǔ)，不僅可以緩解能源危機、環(huán)境污染等問題，還提供了地溝油的合理利用方式，防止地溝油再次返回餐桌。

3.1 地溝油性質(zhì)及主要應(yīng)用

地溝油，也稱為泔水油或者潲水油，是指在餐飲單位烹調(diào)后的烹調(diào)殘油、剩飯以及剩菜（通稱為泔水）在流入下水道后，在隔油池渣水分離之后撈取的油膩漂浮物，然后再通過進一步加工處理所制得的油脂[38-39]，而目前所使用的地溝油大多通過直接向一些餐飲單位收集未經(jīng)處理的含油泔水來進行生產(chǎn)。此外，劣質(zhì)的禽畜肉及內(nèi)臟、加工提煉皮革后所出產(chǎn)的油和反復(fù)用來煎炸食品、無法再繼續(xù)用做烹調(diào)目的的煎炸老油也有可能被用來進行地溝油的生產(chǎn)[40]。地溝油的制作原料通常來自多處，且成分復(fù)雜，并經(jīng)常帶有一定的惡臭，需要經(jīng)過蒸煮、去雜以及沉淀等一系列步驟分離出油脂，之后再經(jīng)過濾、脫水等工序進行進一步地提煉，而由于提煉所應(yīng)用的工藝以及程度的不同，所生產(chǎn)出的地溝油質(zhì)量也明顯不同[41]。

地溝油的燃燒性能較好，研究表明，地溝油燃燒熱值可達38～39 MJ/kg[42]，而標準煤炭的燃燒熱為44.1 MJ/kg，說明地溝油作為燃料具有很好的應(yīng)用潛力。目前地溝油并未直接用作燃料，而是生產(chǎn)為其他清潔型燃料，如生物柴油、航空燃料等。利用地溝油生產(chǎn)生物柴油主要采用酯交換法、加氫法，技術(shù)上還需進一步的改進完善。酯交換法通常采用強堿（液體）作為催化劑，如NaOH、KOH等；盡管反應(yīng)活性高、成本低，但對環(huán)境污染嚴重，較難連續(xù)生產(chǎn)[43]。此過程已有固體催化劑的相關(guān)研究，但反應(yīng)活性低，目前在工業(yè)上應(yīng)用尚且較少。加氫法則存在著投資大、操作費用高等問題[44]。這些原因是限制地溝油制備生物柴油發(fā)展的主要瓶頸。此外，利用地溝油還可以生產(chǎn)生物燃料、潤滑油等化工產(chǎn)品[45]。

3.2 地溝油在烤煙烘烤中應(yīng)用的潛力

烤煙烘烤是煙草行業(yè)成本消耗的主要來源之一，鑒于傳統(tǒng)燃料帶來的環(huán)境污染、能量浪費嚴重及國家提倡的節(jié)能環(huán)保、節(jié)碳減排政策，有必要替代烤煙烘烤中傳統(tǒng)燃料。地溝油在中國年產(chǎn)量巨大，生產(chǎn)成本較低，燃燒值跟煤接近，有望成為烤煙烘烤的燃料。

3.2.1 地溝油的產(chǎn)熱性能地溝油是各種廢油脂的統(tǒng)稱，主要為廢植物油，包括菜籽油、葵花籽油、花生油、亞蓖麻油、棕櫚油、大豆油和橄欖油等，也包含少量動物脂[46]。作為燃料替代品的理想物質(zhì)應(yīng)具有如下分子結(jié)構(gòu)：較長的直鏈碳結(jié)構(gòu)（16～19個碳比較合適），碳支鏈結(jié)構(gòu)少甚至沒有；雙鍵數(shù)目盡可能少；含有一定含量的氧元素，最好是酸類、醚類、醇類化合物；不含芳香基團結(jié)構(gòu)[47]。而廢油脂的化學(xué)組成恰能滿足這些條件，廢棄食用油所含的脂肪酸，主要是棕擱酸和硬脂酸，含有少量的亞油酸、豆范酸、花生酸、亞麻酸和、月桂酸等。王忠等[48]對菜籽油代替燃料的研究表明，燃用菜籽油與燃用柴油對比，燃用柴油時比油耗為226 g/(kW·h)，燃用菜籽油時為259 g/(kW·h)，而排放的NOx、HC和煙度均有降低。這說明地溝油具有良好的燃料代替性，足夠供烤煙烘烤過程所需熱量。

3.2.2 地溝油燃料前處理研究表明，地溝油中含有13.35%的雜質(zhì)[49]，其中含有許多毒害成分，如酚類、酮類、游離脂肪酸、脂肪酸聚合物、黃曲霉素、重金屬等[50]。且地溝油熱分解溫度范圍很大，燃燒時很難完全燃燒，冒黑煙，造成環(huán)境污染。因此，要使用地溝油作為烤煙烘烤的燃料就必須先對地溝油進行處理。目前對于地溝油制作生物柴油燃料的研究較多，其對于地溝油的預(yù)處理也較為成熟，涉及的主要工序包括：除雜、脫膠、降酸值、脫色、脫臭、除水等，因此在對地溝油進行處理可參考這些研究。對地溝油燃料的處理主要包括2個方面的內(nèi)容，一是去除有害物質(zhì)或者提取燃燒物質(zhì)；二是提高地溝油的燃燒完全性。前者中的燃燒物質(zhì)主要指甘油三酯，約占85.28%，可通過物理、化學(xué)方法精煉回收，物理精煉工藝是將毛油進行酸化、水化、水洗干燥，化學(xué)精煉工藝是對毛油進行酸化、堿煉、水洗干燥，二者的最終成油品質(zhì)量基本一致。而地溝油的不完全燃燒性是由于其由多種脂肪酸組成的混合物，粘度較大，因此要使廢棄食用油完全燃燒就必須將其霧化成細小的微粒，降低其粘度，例如通過精濾、超聲波、酯交換等方式[49-51]。

3.2.3 地溝油燃燒系統(tǒng)烤煙烘烤過程中，能量消耗方式表現(xiàn)為：燃料在火爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱量，經(jīng)由爐管加熱加熱室內(nèi)空氣，再經(jīng)循環(huán)風機將熱空氣輸送到裝煙室，熱空氣使烤煙葉片的溫度升高，其水分在葉表面散失，進而汽化，與空氣混合，由此形成一部分濕熱空氣并排出烤房外，同時持續(xù)的熱量會使葉片干燥并維持在高溫。利用同樣的原理，在熱量傳輸及再利用方面可借鑒烤煙烘烤房經(jīng)驗。以地溝油為燃料進行煙葉烘烤，重點在于改進燃燒方式及其設(shè)備結(jié)構(gòu)。燃燒室可設(shè)計為鋼制臥式圓柱體，其中的擴散器內(nèi)設(shè)置燃料霧化器，將地溝油以噴霧方式進入燃燒室，利用電子信號進行點火，再由空氣供給系統(tǒng)（風機和管道）提供氧氣，此過程需注意地溝油與空氣（氧氣）供給比例的平衡，盡可能實現(xiàn)燃料完全燃燒。

燃燒室外設(shè)有不銹鋼夾套盛有冷卻水來冷卻燃燒室，水蒸氣經(jīng)由烤房加熱室通過熱量輸送機把熱量輸送到加熱室內(nèi)的熱裝換器散發(fā)熱量，再利用烤房循環(huán)風機將熱量輸送到裝煙室進行煙葉烘烤。燃燒裝置內(nèi)有溫度控制器與烤房自動控制儀相連接，通過自動控制儀控制燃燒裝置內(nèi)的燃燒狀態(tài)，當溫度高于設(shè)置溫度，自動控制儀報警，控制器立即斷開，停止燃燒；當溫度低于設(shè)置溫度，控制器立即連接，繼續(xù)燃燒（即“高端開，低連接”）。此過程自動化，具有升溫快、穩(wěn)溫好等特點。熱轉(zhuǎn)換器接煙倉實現(xiàn)燃燒廢氣排放，排放氣體主要為CO2、CO，無SO2，且無固體廢棄物產(chǎn)生（煤炭燃燒產(chǎn)生灰渣），能較好地降低環(huán)境污染?？痉客庥写笕萘績τ拖渑c燃燒裝置連接，可供幾個烤房烘烤，這樣能降低以煤炭為燃料頻繁加煤的勞動力。另外，能夠降低烤房外的溫度，不像以煤炭為燃料烘烤時烤房外溫度較高，以致人不敢輕易接近，能有效降低勞動強度。這些都為以地溝油替代煤炭做為烤煙烘烤燃料提供較大優(yōu)勢，也表明以地溝油做為烤煙烘烤燃料具有不可估量的潛力。

4 展望

當前，以煤炭為主要燃料的烤煙烘烤過程存在著環(huán)境污染、能量利用率低、成本高等問題，尋找新型燃料是煙草烘烤行業(yè)的發(fā)展趨勢。地溝油來源廣泛，成本低，熱值與煤炭相當，在烤煙烘烤中可實現(xiàn)升溫快、穩(wěn)溫好的效果，提高資源利用率，降低生產(chǎn)成本，使烤煙生產(chǎn)更環(huán)保。地溝油作為烤煙燃料，熱量傳輸及再利用方面可借鑒烤煙烘烤房經(jīng)驗，關(guān)鍵在于燃燒裝置的改造設(shè)計。一方面要對地溝油進一步提純，控制C/O比，更易燃燒；另一方面，要對燃燒裝置進行改造，平衡地溝油供給量和氧氣輸入量，以保證其充分燃燒。

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Potential of Gutter Oil Substituting for Coal in Tobacco Curing

Xiao Heyou,Deng Jiangong,Tang Tao
(Xinning Company of Shaoyang Tobacco Company,Xinning 422700,Hunan,China)

To explore the potential of gutter oil as novel fuel in tobacco curing,we summarized the utilization status of novel fuels,the properties of illegal cooking oil and the notes of using illegal cooking oil in tobacco curing.The results showed that novel fuels used in tobacco curing had some deficiencies such as severe pollution and low calorific value.Gutter oil,characterized by low price,abuandance and high calorific value, has great potential as fuel for tobacco curing.Further purification of gutter oil and revamp of combustion apparatus should be researched,for providing references in cost reduction and pollution control in tobacco curing.

Tobacco Curing；Fuel；Gutter Oil；Environmental Pollution

TE133

A論文編號：cjas16060016

肖和友，男，1989年出生，湖南邵陽人，助理農(nóng)藝師，碩士，研究方向：煙葉生產(chǎn)技術(shù)。通信地址：422700湖南省邵陽市新寧縣金石鎮(zhèn)廣場路32號邵陽市煙草公司新寧縣分公司，E-mail：hyxiao0521@163.com。

2016-06-21，

2016-11-07。