混合能源密集型煙葉烤房烘烤試驗(yàn)

張大斌，盧　澤，曹　陽，胡德翔，張賢信，羅建欽，吳　峰

(1.貴州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025;2.黔東南州煙草專賣局，貴州 黔東南，556000；3廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530000)

?

混合能源密集型煙葉烤房烘烤試驗(yàn)

張大斌1，2，盧澤1，曹陽1，胡德翔1，張賢信2，羅建欽3*，吳峰3

(1.貴州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025;2.黔東南州煙草專賣局，貴州 黔東南，556000；3廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530000)

為了提高煙葉的烘烤質(zhì)量，降低烘烤能耗與人力成本，本文采用煤、電、油作為供熱能源，配套密集烤房作為試驗(yàn)烤房，與傳統(tǒng)的單能源密集烤房進(jìn)行烘烤對比試驗(yàn)，其中：兩類烤房的鮮煙葉的裝煙量為4500 kg左右，采用掛竿方式進(jìn)行烘烤。結(jié)果表明:與普通密集烤房相比，混合能源密集烤房中1 kg干煙的能耗為2.2元，降低了0.8元。對兩類烤房烘烤的煙葉進(jìn)行評級，混合能源密集烤房的上中等煙的比例達(dá)81.46%，比普通烤房比例高出6.91%；混合能源密集烤房的1 kg干煙的收購均價(jià)為21.92元，比普通烤房高出 0.43元。

混合能源密集烤房烤煙效能

國內(nèi)對煙葉烤房的供熱能源開展了大量的研究，1烤房的供熱能源主要有燃煤、柴油、電加熱、生物質(zhì)能源、太陽能等[1-5]。其中，由于煤炭資源的成本較低，從早期的自然通風(fēng)氣流烤房到機(jī)械通風(fēng)循環(huán)烤房，煤均作為主要供熱能源，但煤的燃燒具有延遲性、滯后性等[6]，很難實(shí)現(xiàn)快速升溫，燃煤控制精度低，加煤頻率高且工作勞動(dòng)強(qiáng)度大，小火時(shí)燃煤的燃燒效率不高，造成燃料的浪費(fèi)；柴油加熱燃燒率較高，能夠?qū)崿F(xiàn)快速升溫，煙葉的烘烤效果好，但柴油的能源成本較高，不適合煙葉的全程烘烤；電加熱是以電熱元件的發(fā)熱后傳入烤房內(nèi)部進(jìn)行供熱，電熱元件具有耐高溫、高濕性，被加熱的空氣無異味，可以直接裸露地安裝在烤房中，能夠保證烘烤質(zhì)量和提高熱效率，但出于成本考慮，不宜全程使用[7]；生物質(zhì)能為可再生資源，能夠減少化石能源溫室氣體的排放，有利于循環(huán)生態(tài)煙草農(nóng)業(yè)的發(fā)展，但有研究等提出，生物質(zhì)氣化供熱出現(xiàn)氣化溫度低，長時(shí)間燃燒產(chǎn)生焦油過多等問題[8]；太陽能既是可再生資源，運(yùn)輸方便，同時(shí)對環(huán)境無任何污染，烘烤質(zhì)量較好，但是針對西南地區(qū)陰雨天氣較多的情況，太陽能作為供熱能源未能全面推廣。筆者從貴州地區(qū)供熱能源的實(shí)際狀況出發(fā)，仔細(xì)分析在烤房供熱系統(tǒng)中煤、柴油、電供熱等的供熱特點(diǎn)，得出以下結(jié)論：柴油燃燒能夠快速升溫，但烘烤成本較高；電加熱能實(shí)現(xiàn)精確調(diào)節(jié)，但不能大幅度升溫；采用煤、電、油三種能源對煙葉烤房進(jìn)行供熱，在不同的烘烤階段，結(jié)合供熱能源的成本與供熱情況，設(shè)定高效節(jié)能的控制策略，使得溫度的實(shí)際值更趨于設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)煙葉較好的烘烤效果。

本文將混合能源密集烤房與普通單能源密集烤房進(jìn)行烘烤試驗(yàn)對比，通過分析煙葉的能耗成本、烘烤質(zhì)量等相關(guān)數(shù)據(jù)得出:混合能源密集烤房的煙葉烘烤質(zhì)量高，節(jié)能減排，適合推廣。

1　混合能源密集烤房的設(shè)計(jì)

1.1供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

多能源供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)是將燃煤、燃油和電熱三者作為烘烤的供熱資源。將燃燒機(jī)的噴火筒深入燃煤爐腔中，由風(fēng)機(jī)將空氣經(jīng)燃燒室翅片加熱到高溫，電加熱器發(fā)熱，將熱流導(dǎo)入烤房內(nèi)，排出冷空氣，達(dá)到加熱的效果。供熱示意系統(tǒng)圖如圖1。

如圖2所示，煤的燃燒貫穿整個(gè)烘烤過程，當(dāng)溫度傳感器將采集的溫度反饋至控制系統(tǒng)，系統(tǒng)對設(shè)定溫度和實(shí)際溫度進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)|設(shè)定溫度-實(shí)際溫度|。

1電控系統(tǒng)；2裝煙室；3電加熱器；4燃油燃燒器；5燃煤爐；6進(jìn)風(fēng)門圖1　烤房混合能源供熱示意圖

圖2　控制策略示意圖

當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)需要迅速升溫而達(dá)到設(shè)定的溫度，啟動(dòng)柴油加熱器；當(dāng)時(shí)，溫度差較小時(shí)，關(guān)閉柴油加熱器，同時(shí)啟動(dòng)電加熱器，使得實(shí)際溫度與設(shè)定溫度一致。當(dāng)時(shí)，關(guān)閉電加熱器，僅有燃煤供熱。

控制策略建立結(jié)束后，將整個(gè)烘烤系統(tǒng)的硬件接線如圖4，烤房內(nèi)部溫濕度直接以一條總線的數(shù)字方式進(jìn)行傳輸，大大提高了控制系統(tǒng)的抗干擾性。

圖3　硬件結(jié)構(gòu)圖

2.1供試設(shè)備及材料

兩類烤房的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)如下：裝煙室尺寸為長8000 mm×寬2700 mm×高3500 mm，滿足鮮煙裝煙量4500 kg以上，烘烤干煙500 kg以上。裝煙室結(jié)構(gòu)包含地面、墻體、屋頂、掛煙架、裝煙室門、觀察窗2個(gè)、熱風(fēng)進(jìn)風(fēng)口、排濕窗2個(gè)。采用380 V三相交流電。

普通烤房A與混合能源烤房B供熱與控制設(shè)備如下：

烤房A：加熱設(shè)備為燃煤爐1臺(tái)。溫濕度傳感器1個(gè)，1.8 kW循環(huán)風(fēng)機(jī)1臺(tái)，正壓鼓風(fēng)機(jī)1臺(tái)。配套烘烤控制器1臺(tái)。

烤房B：加熱設(shè)備包括燃煤爐1臺(tái)，柴油燃燒器1臺(tái)，功率為100 W的電熱管10根。溫濕度傳感器1個(gè)，帶有無紙記錄儀溫度傳感器1臺(tái)，3.5 kW變頻循環(huán)風(fēng)機(jī)1臺(tái)，負(fù)壓鼓風(fēng)機(jī)1臺(tái)。配套有貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院設(shè)計(jì)的烘烤控制器1臺(tái)。

供試材料：煙葉品種K326，同一個(gè)片區(qū)的中部煙葉，生長情況良好，成熟度適中。

圖4　煙葉的上炕

2.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

該試驗(yàn)安排在貴州省安龍縣德臥鎮(zhèn)煙葉站，烘烤時(shí)間為2015年8月12日-8月18日。天氣晴朗，適合煙葉的采摘。

編煙要求 ：同一炕次鮮煙部位要相同，煙葉素質(zhì)基本一致；煙葉上炕時(shí)，葉片表面不能有附著水；按照過熟、適熟、未熟以及病葉進(jìn)行分類裝入相應(yīng)棚次；采煙和裝炕應(yīng)在當(dāng)天完成，以保證整炕鮮煙含水程度基本均勻一致。

烤房的設(shè)計(jì)：

A烤房和B烤房設(shè)計(jì)為：裝煙室為三層，分別每層為120竿鮮煙葉，總共裝360竿。編煙密度嚴(yán)格按照一竿煙葉重量為10～15 kg。試驗(yàn)所用的燃煤為同一個(gè)礦區(qū)同一批次所采的煤炭。

在試驗(yàn)前，對50根煙竿進(jìn)行稱重，取平均值0.35 kg作為煙竿的重量。分別記錄烤房A的散煤重量，電表讀數(shù)等數(shù)據(jù)，烤房B的油箱加油量、散煤重量、電表讀數(shù)等值。初步設(shè)置A烤房烘烤周期為162小時(shí)，B烤房設(shè)置周期為140時(shí)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，課題組研究生負(fù)責(zé)觀察煙葉烘烤情況與實(shí)驗(yàn)過程中數(shù)據(jù)的記錄。

2.3烘烤工藝曲線設(shè)置

根據(jù)煙葉的品種、成熟度及其當(dāng)?shù)貧夂蚯闆r，咨詢當(dāng)?shù)責(zé)熑~烘烤專家，將控制器的烘烤工藝設(shè)置如下。

圖5　多能源密集烤房工藝曲線

2.4觀察與記錄

(1)觀察煙葉的烘烤與控制器工作等相關(guān)情況。

(2)記錄2種烤房的人力成本與能源成本，分析不同烤房的能耗成本。

(3)按GB 2635—92[9]對烤后煙葉進(jìn)行分級，計(jì)算2個(gè)烤房烤煙的上中下等級煙葉的比例及其

總收入。

3　試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1裝煙與烘烤管理成本

表1　烘烤管理統(tǒng)計(jì)表

A烤房上炕方式中，煙農(nóng)實(shí)際操作時(shí)，每竿煙葉用時(shí)為5分鐘/1工人，一炕鮮煙葉重4541 kg，總共用時(shí)為37.8小時(shí)/1工人，同時(shí)需要2工人協(xié)助上煙，約12小時(shí)，折合用工為5.7個(gè)。B烤房與A烤房上炕的人力成本相近，但因A烤房夜間需要人力加煤，對煙葉的烘烤情況進(jìn)行分析等，烘烤管理費(fèi)高于B烤房，由此可見，B烤房的控制策略能夠降低烘烤工人的工作強(qiáng)度，減少烘烤管理成本，同時(shí)，持續(xù)供熱避免煙葉烘烤失敗的損失。

3.2烘烤能效對比

表2　烘烤能耗成本統(tǒng)計(jì)表

參照2015年黔西南當(dāng)?shù)匚飪r(jià)，其中煤的單價(jià)為640元/噸，電的單價(jià)為0.45元/度，柴油的單價(jià)為5.92元/升，人工費(fèi)用為100元/天。

本文對兩種供熱能源的成本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)如表2 。在烤房A中，每烘烤1kg干煙葉能耗為3元，在烤房B中，每烘烤1 kg干煙葉能耗為2.2元。由此可得出：因烤房B烘烤管理成本較低，控制策略較優(yōu)，從而實(shí)現(xiàn)烘烤能耗成本低于A烤房

3.3煙葉質(zhì)量

課題組將干煙送至煙葉站進(jìn)行評級，當(dāng)?shù)責(zé)熑~收購價(jià)分別為上等煙26元/kg，中等煙22元/kg，下等煙18元/kg。對煙葉的收購價(jià)格等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

表3　不同烤房中烘烤煙葉收入對比

A烤房1 kg干煙的價(jià)格為21.49元，B烤房1 kg干煙的價(jià)格為21.92元，A烤房均價(jià)高B烤房0.43元；A烤房和B烤房的中上等煙比例分別為74.55%、81.46%，B烤房的烘烤質(zhì)量較好，能夠提高煙葉的烘烤的質(zhì)量與煙農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收入。

4　結(jié)論與討論

通過對煙葉進(jìn)行收購評級，混合能源烤房的煙葉上等比例、收購均價(jià)等明顯高于普通密集烤房，煙葉烘烤質(zhì)量得到明顯提高，煙農(nóng)經(jīng)濟(jì)收入得到大幅度增加。

減少煙葉烘烤周期，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。在農(nóng)忙期能夠及時(shí)采摘煙葉，減少煙農(nóng)因采摘不及時(shí)造成的損失，節(jié)約燃料資源，降低勞動(dòng)成本。傳統(tǒng)密集烤房需要晝夜值班觀察煙葉變化情況，人為加煤，夜間勞動(dòng)強(qiáng)度大，人力成本高，混合能源烤房可以解決以上問題。

綜上所述，混合能源密集烤房在烘烤周期上明顯縮短，提高了烤后煙葉的外觀質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人力成本，在我國煙葉集約化烘烤的生產(chǎn)模式中具有良好的推廣應(yīng)用前景。

[1] 鐵燕，和智君，羅會(huì)龍. 煙葉烘烤密集烤房應(yīng)用現(xiàn)狀及展望[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009，13:260-262.

[2] 王芳，靖軍領(lǐng)，黃一蘭，等. 密集烤房優(yōu)化升級改造對烤后煙葉品質(zhì)影響研究[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013，8:135-139.

[3] 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，2005，11:35-38.

[4] 孫光偉，陳振國，孫敬國. 密集烤房能源利用現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，20:8691-8693.

[5] ZHANG LL，WANG XY，YULetal. Drying characteristics and colorchanges of infrared drying eggplant[J].Transactions ofthe Chinese Society of Agricultural Engineering，2010(28):291-296.

[6] 劉久羽，闞宏偉，等. 采運(yùn)烤一體化烤房掛筐式烘烤煙葉的效應(yīng)[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，11:79-82.

[7] 徐秀紅，孫福山，等. 我國密集烤房研究應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展方向探討[J]. 中國煙草科學(xué)，2008，4:54-56+61.

[8] 蔣篤忠，等.生物質(zhì)氣化供熱在煙葉烘烤中的應(yīng)用[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2010，14:392-395.

[9] 國家技術(shù)監(jiān)督局．GB 2635—92烤煙[s]．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

[10]鄢吉多，黃仕雄，等. 基于單神經(jīng)元PID新型多能源煙草烤房控制系統(tǒng)的研究[J]. 現(xiàn)代機(jī)械，2014，3:75-78.

(責(zé)任編輯：江龍)

The Baking Test about Multiple-energy Intensive Tobacco Curing Barn

ZHANG Dabin1， LU Ze， CAO Yang1， HU Dexiang1， ZHANG Xianxin2， LUO Jianqin3，WU Feng3

(1.College of Mechanical Engineering，Guizhou University， Guiyang 550025， China; 2 Qian Dong-nan Tobacco Monopoly Bureau， Qian Dong-nan，556000，China；3 ZhongYan Guangxi Industrial Co.， LTD.， Guangxi Nanning，530000，China)

In order to improve the baking quality of tobacco leaves and reduce energy consumption and labor costs of baking， coal， electricity and oil were taken as the heating energy source and the equipped bulk curing barn was taken as the experiment curing barn to conduct a comparative baking test with the traditional single energy bulk curing barn. The fresh tobacco capacity of the two types of barn is about 4500kg and the baking adopts the way of pole hanging. The results show: compared with the ordinary bulk curing barn， the energy consumption of 1kg dry tobacco of multiple-energy bulk curing barn is 2.2yuan， 0.8yuan lowered. The tobacco leaves baked of the two types of curing barn were graded. It is found that the percentage of medium and high class of tobacco of the multiple-energy bulk curing barn reaches 81.46%， 6.91% higher than the traditional curing barn; the purchase price per kilogram of the tobacco from the multiple-energy bulk curing barn is 21.92 yuan， 0.43yuan higher than that of the traditional one.

the multiple energy; bulk curing barn; tobacco; efficiency

1000-5269(2016)02-0071-04

10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2016.02.16

2016-03-11

貴州省工業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目“混合能源密集烤房關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用”(項(xiàng)目編號：黔科合GY字：[2013]3022);廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司項(xiàng)目“煙葉采、運(yùn)、烤一體化系列裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用”(1212011023)

張大斌(1976-)，男，副教授，博士，研究方向：機(jī)電工程及農(nóng)業(yè)裝備，Email：dabinzhang@163.com.

羅建欽，Email：18677197100@qq.com.

TS44+3

A