生物質(zhì)能源在普通密集烤房中的應(yīng)用研究

劉光快， 張富貴， 曹 陽(yáng)

(1.貴州省煙草公司黔西南州公司，貴州興義 562400；2.貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,貴州貴陽(yáng) 550025)

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生物質(zhì)能源在普通密集烤房中的應(yīng)用研究

劉光快1， 張富貴2， 曹 陽(yáng)2

(1.貴州省煙草公司黔西南州公司，貴州興義 562400；2.貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,貴州貴陽(yáng) 550025)

[目的]探討煙葉烘烤新能源對(duì)普通燃煤的替代效果，為生物質(zhì)燃料的推廣應(yīng)用提供科學(xué)的理論依據(jù)。[方法]以云煙87、普通燃煤及煙稈壓塊生物質(zhì)燃料為研究材料，設(shè)計(jì)4個(gè)處理組合，考察各處理烤后中部煙葉的外觀質(zhì)量、等級(jí)結(jié)構(gòu)、主要化學(xué)成分、評(píng)吸質(zhì)量、能耗成本的差異。[結(jié)果]各處理的烤后中部煙葉在外觀質(zhì)量上無(wú)顯著差異，但T2處理的上中等煙率及均價(jià)最高，常規(guī)化學(xué)成分最為協(xié)調(diào)，評(píng)吸得分最高，能耗綜合成本最低。[結(jié)論]綜合分析可得，“三段式”烘烤模式中，于“定色”階段推廣使用生物質(zhì)燃料替代普通燃煤，對(duì)降低普通燃煤的消耗，節(jié)約烘烤成本，有效改善烤后煙葉品質(zhì)等有非常重要的意義，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用前景。

煙葉烘烤；中部煙葉；普通燃煤；煙稈壓塊生物質(zhì)燃料

當(dāng)前烤煙生產(chǎn)中，煙葉烘烤環(huán)節(jié)的燃料仍以普通燃煤為主，消耗能量較大，且燃燒時(shí)向大氣排放大量的粉塵、顆粒、CO2、SO2等有害物質(zhì)，已經(jīng)與全球能源緊缺、共建綠色家園、行業(yè)減工降本等理念相悖，同時(shí)會(huì)對(duì)人類生存的環(huán)境造成危害。因此，近幾年，在烤煙種植生產(chǎn)過(guò)程中，如何提高密集烤房的熱能利用率、減輕對(duì)大氣的污染、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、提高烤后煙葉質(zhì)量、降低烘烤成本，從而增加煙農(nóng)種煙收益，已成為煙葉烘烤能源研究的重要課題[1]。目前，生物質(zhì)能[2]的利用越來(lái)越熱，由于其便于運(yùn)輸、儲(chǔ)存且可再生[3]，已經(jīng)流通于各個(gè)領(lǐng)域。相對(duì)于傳統(tǒng)燃煤，生物質(zhì)燃料有純度高、發(fā)熱量大、清潔衛(wèi)生、灰渣率低等天然優(yōu)點(diǎn)，在煙葉烘烤中具備降低煙農(nóng)用工成本、優(yōu)化煙農(nóng)加煤工序、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、減少環(huán)境污染、精準(zhǔn)控制溫濕度等優(yōu)勢(shì)，在全國(guó)廣大煙區(qū)已進(jìn)行了較多應(yīng)用研究[4-6]。王漢文等[7]研究表明，把玉米秸稈壓成塊狀，作為密集烤房烘烤煙葉用的燃料，完全能夠滿足烘烤工藝要求，降低了煙葉烘烤成本，有效提高了煙葉的內(nèi)在品質(zhì)。

但是，關(guān)于生物質(zhì)燃料在煙葉烘烤應(yīng)用的相關(guān)研究中，以往的諸多報(bào)道多集中于生物質(zhì)燃料的制作成型、燃料的單一選擇及用量等方面的研究，且大多是停留在研究階段，并未進(jìn)行因地制宜地推廣應(yīng)用，而有關(guān)生物質(zhì)燃料與普通燃煤的結(jié)合高效應(yīng)用研究還很少見(jiàn)報(bào)道。因此，筆者探索分析了煙稈壓塊生物質(zhì)燃料部分替代普通燃煤對(duì)煙葉烘烤過(guò)程中減工降本、提高經(jīng)濟(jì)效益及烤后煙葉品質(zhì)的影響效果，旨在探索出一種低成本、高效率的生物質(zhì)燃料與普通燃煤的最佳燃料組合，對(duì)解決煙葉烘烤燃料替代問(wèn)題具有重要意義，為生物質(zhì)燃料在煙葉烘烤中的推廣應(yīng)用提供有力的實(shí)踐基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料 供試煙葉材料為當(dāng)?shù)刂髟云贩N云煙87，于2015年在貴州省黔西南州興義市萬(wàn)魯基地單元種植，試驗(yàn)地塊平坦且向陽(yáng)，排水方便，土壤質(zhì)地為黃壤土，土層深厚。田間農(nóng)事操作及管理嚴(yán)格按照優(yōu)質(zhì)煙葉種植規(guī)程操作。待田間成熟時(shí)，選取成熟度一致的中部煙葉為試驗(yàn)材料，鮮煙葉材料于同一天進(jìn)行采收、編竿、入炕、點(diǎn)火。試驗(yàn)所用生物質(zhì)燃料為煙稈壓塊制成，單價(jià)為810元/t；煤炭為普通燃煤，單價(jià)為880元/t?？痉吭O(shè)備為 8.0m×2.7m×3.3m的氣流上升式密集烤房。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法 試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理：對(duì)照(CK)處理，整個(gè)烘烤階段全部使用普通燃煤；T1處理，干球溫度34～42 ℃及58～68 ℃ 2個(gè)溫度階段使用生物質(zhì)燃料，干球溫度42～58 ℃階段使用普通燃煤；T2處理，干球溫度34～42 ℃及58～68 ℃ 2個(gè)溫度階段使用普通燃煤，干球溫度42～58 ℃溫度階段使用生物質(zhì)燃料；T3處理，整個(gè)烘烤階段全部使用生物質(zhì)燃料。

每座烤房的烘烤數(shù)量一致，采取常規(guī)“三段式”烘烤程序進(jìn)行，烘烤過(guò)程中，嚴(yán)格觀察并記錄烤房?jī)?nèi)的溫濕度變化情況。烘烤結(jié)束后，常規(guī)回潮并取樣，以各處理烤房?jī)?nèi)上、中、下3臺(tái)且距離烤房門(mén)2、4、6m處同一位置共9個(gè)點(diǎn)各2竿作為檢測(cè)分析樣品。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 烘烤耗能的記錄。在整個(gè)煙葉烘烤過(guò)程中，對(duì)各處理所使用的燃料進(jìn)行稱重，并分別詳細(xì)記錄；統(tǒng)計(jì)出各處理的最終燃料用量，并根據(jù)價(jià)格計(jì)算出各處理所使用的燃料成本；記錄各處理所耗電情況及用工數(shù)量，計(jì)算其用電及用工成本。

1.3.2 烤后煙葉外觀質(zhì)量分析。各處理煙葉烘烤完成后，按國(guó)標(biāo)42個(gè)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定級(jí)分析，統(tǒng)計(jì)并計(jì)算各處理上中等煙率、青黃煙率、微帶青煙率、雜色煙率主要指標(biāo)。

1.3.3 常規(guī)化學(xué)成分含量的測(cè)定。各處理煙葉烘烤完成后，選取中橘三進(jìn)行常規(guī)化學(xué)成分的測(cè)定分析。煙葉中總糖、還原糖含量的測(cè)定參照中華人民共和國(guó)煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T159—2002方法進(jìn)行，蛋白質(zhì)、煙堿、總氮、鉀、氯含量的測(cè)定分別參照YC/T166—2003、YC/T160—2002、YC/T161—2002、YC/T217—2007和YC/T162—2002方法進(jìn)行。

1.3.4 煙葉評(píng)吸。試驗(yàn)處理烘烤結(jié)束后，取樣送至貴州省煙草科學(xué)研究院由評(píng)吸專家進(jìn)行評(píng)吸打分，取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS17.0和MicrosoftExcel2007進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)烤后中部煙葉外觀質(zhì)量及等級(jí)結(jié)構(gòu)的影響 分析各處理烤后中部煙葉的外觀質(zhì)量及等級(jí)結(jié)構(gòu)，結(jié)果如表1、表2所示，煙葉成熟度、顏色、葉片結(jié)構(gòu)、油分、葉片身份、光澤等外觀質(zhì)量表現(xiàn)差異不明顯(表1)，這說(shuō)明在烘烤燃料選擇上，生物質(zhì)燃料與普通燃煤對(duì)烤后煙葉外觀質(zhì)量影響不顯著。在煙葉等級(jí)結(jié)構(gòu)上(表2)，與CK相比，各處理間除微帶青煙率差異不顯著外，其他指標(biāo)均存在顯著性差異，處理T2的上中等煙率及均價(jià)均最高，分別比最低的CK處理高2.78%及1.23元/kg，經(jīng)濟(jì)性狀提高最明顯，其次是處理T3、T1，處理T2的青黃煙率、微帶青煙率及雜色煙率均表現(xiàn)出最低值。

表1 不同處理對(duì)烤后中部煙葉外觀質(zhì)量的影響

表2 不同處理對(duì)烤后中部煙葉等級(jí)結(jié)構(gòu)的影響

注：同列不同小寫(xiě)字母表示各處理間在0.05水平差異顯著。

Note:Differentlowercasesinthesamecolumnstandforsignificantdifferenceat0.05levelbetweentreatments.

2.2 不同處理對(duì)烤后煙葉常規(guī)化學(xué)成分的影響 由表3可見(jiàn)，不同處理對(duì)烤后中部煙葉常規(guī)化學(xué)成分的影響較大，除了蛋白質(zhì)、鉀、氯含量差異不顯著之外，其他各成分均存在顯著差異。各處理中，煙堿含量最小，總糖、還原糖、蛋白質(zhì)含量最高的均是T2處理，與其他處理存在顯著性差異情況(蛋白質(zhì)除外)。這可能是在烘烤關(guān)鍵過(guò)程中，生物質(zhì)燃料燃燒較徹底，烤房?jī)?nèi)溫度較穩(wěn)定，從而使得煙葉內(nèi)部淀粉向還原糖轉(zhuǎn)化比較徹底，以及提供良好的蛋白質(zhì)合成環(huán)境?？偟可希珻K處理含量最高，其次是T1、T2、T3；處理T2的鉀/氯比值達(dá)最大值，其燃燒性最好。綜合以上分析可見(jiàn)，各處理中T2處理的化學(xué)成分含量較適中，各成分比例較為協(xié)調(diào)。

表3 不同處理對(duì)烤后中部煙葉常規(guī)化學(xué)成分的影響

注：同列不同小寫(xiě)字母表示各處理間在0.05水平差異顯著。

Note:Differentlowercasesinthesamecolumnstandforsignificantdifferenceat0.05levelbetweentreatments.

2.3 不同處理對(duì)烤后中部煙葉評(píng)吸質(zhì)量的影響 以不同類型的燃料(或燃料組合)進(jìn)行煙葉烘烤，各處理煙葉感官評(píng)吸質(zhì)量結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可見(jiàn)，各處理香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、刺激性、勁頭、甜度、余味、濃度等評(píng)吸質(zhì)量均存在一定差別，不同處理間，處理T2的香氣質(zhì)、香氣量、甜度、余味得分最高，雜氣、刺激性及勁頭的表現(xiàn)較適中。在總分趨勢(shì)上，表現(xiàn)為T(mén)2>T1>T3>CK，處理T2的中部煙葉烤后感官質(zhì)量評(píng)吸效果最佳。

表4 不同處理對(duì)烤后中部煙葉評(píng)吸質(zhì)量的影響

2.4 不同處理的烤后能耗比較分析 由表5可見(jiàn)，各處理對(duì)用工費(fèi)用及耗電成本的影響不顯著，在燃料耗費(fèi)上，T2處理最低，為1.17元/kg干煙，比最高的CK處理降低了0.39元/kg，降幅達(dá)25%。計(jì)算出1kg干煙的烘烤總成本，處理T2及T3與處理T1及CK處理差異顯著，表現(xiàn)為T(mén)2

表5 不同處理的烤后能耗比較

注：同列不同小寫(xiě)字母表示各處理間在0.05水平差異顯著。

Note:Differentlowercasesinthesamecolumnstandforsignificantdifferenceat0.05levelbetweentreatments.

3 結(jié)論與討論

該研究結(jié)果表明，相對(duì)于對(duì)照，不同處理間烤后中部煙葉外觀質(zhì)量無(wú)明顯差異，說(shuō)明各處理組合均能滿足常規(guī)烘烤的能源需求，但在上中等煙率及均價(jià)上，各處理與對(duì)照均存在顯著性差異，處理T2表現(xiàn)最好，其次是處理T3、T1；比較各處理的感官評(píng)吸質(zhì)量得知，處理T2的綜合得分最高；再者，就成本而言，使用生物質(zhì)燃料的處理組合，其烘烤成本比使用純?nèi)济旱囊汀Ｒ虼?，隨著生產(chǎn)工藝的快速發(fā)展，在烘烤燃料選擇上，可大力推廣使用生物質(zhì)燃料，替代普通燃煤，既可降低普通燃煤的消耗，有效減少?gòu)U氣排放，保護(hù)自然資源、大氣環(huán)境，還可提高烤后煙葉質(zhì)量及均價(jià)，顯著節(jié)約烘烤成本，提高煙農(nóng)收入。

目前，絕大部分煙區(qū)煙葉烘烤的燃料仍以普通燃煤為主，產(chǎn)生大量的能源耗費(fèi)，加之近幾年煤炭等化石能源價(jià)格日趨上漲，從而致使煙葉生產(chǎn)成本不斷增加。另外，當(dāng)前煙葉烘烤所使用的密集烤房，通風(fēng)排濕期間熱量大量散失，即使是全新且密封良好的密集烤房，熱能利用率也僅在70%左右[8]。煤炭熱能利用率較低，極大地浪費(fèi)了煤炭資源[9]，排出的廢氣還會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此，尋求廉價(jià)、高效、清潔、低碳的煙葉烘烤新能源，逐步替代不可再生、高污染、昂貴低效的一次性化石能源，實(shí)現(xiàn)循環(huán)農(nóng)業(yè)、高效農(nóng)業(yè)，是煙草行業(yè)近些年研究的重大課題之一。作為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國(guó)，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)附屬產(chǎn)品的作物秸稈、農(nóng)業(yè)廢棄物等大多尚未得到合理利用，從而產(chǎn)生資源浪費(fèi)，而且還會(huì)滋生病害，影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，因此，生物質(zhì)燃料的誕生使農(nóng)業(yè)廢棄物變廢為寶、化害為利。

生物質(zhì)燃料具備資源豐富、成本低廉、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，是國(guó)家倡導(dǎo)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，煙草行業(yè)也在積極地探索生物質(zhì)燃料的高效應(yīng)用。在煙葉烘烤過(guò)程中，它具有清潔環(huán)保、著火點(diǎn)低、升溫快、可控性強(qiáng)、熱效高、燃燒性好的特點(diǎn)，烘烤各個(gè)階段均可充分調(diào)控烘烤工藝條件，從而提高烤后煙葉質(zhì)量[10]。該研究結(jié)果表明，干球溫度42～58 ℃階段使用生物質(zhì)燃料(T2處理)，烤后煙葉主要化學(xué)成分最協(xié)調(diào)，總糖、還原糖含量要高于其他處理，這可能是由于在定色期使用生物質(zhì)燃料，煙葉內(nèi)部物質(zhì)轉(zhuǎn)化較充分，大分子成分最大限度地被分解、轉(zhuǎn)化、積累，這與李常軍等[11]、楊立均等[12]的研究結(jié)果一致。諸多研究已經(jīng)表明，烤煙香氣物質(zhì)絕大部分是在變黃及定色階段形成的，因此，在這一時(shí)期進(jìn)行研究對(duì)改善烤后煙葉的香吃味特性非常有利[13]。

[1] 宋朝鵬,李常軍,楊超，等.生物質(zhì)能在煙葉烘烤中的應(yīng)用前景[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,12(12):58-60.

[2] 世界能源理事會(huì).新的可再生能源：未來(lái)發(fā)展指南[M].北京:海洋出版社,1998:4

[3] 袁振宏,吳創(chuàng)之,馬隆龍，等.生物質(zhì)能利用原理與技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005:51-56.

[4] 歐陽(yáng)雙平，侯書(shū)林，趙立欣，等.生物質(zhì)固體成型燃料環(huán)模成型技術(shù)研究進(jìn)展[J].可再生能源，2011，29(1):14-18，22.

[5] 李平，蔡鳴，陳正明，等.生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)研究進(jìn)展及應(yīng)用效益分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40(14):8284-8286，8306.

[6] 簡(jiǎn)相坤，劉石彩.生物質(zhì)固體成型燃料研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].生物質(zhì)化學(xué)工程，2013，47(2):54-58.

[7] 王漢文,郭文生,王家俊，等.“秸稈壓塊”燃料在煙葉烘烤上的應(yīng)用研究[J].中國(guó)煙草學(xué)報(bào),2006,12(2):43-46.

[8] 宋朝鵬,賀帆,王戰(zhàn)義，等.提高烤房熱能利用率的途徑初探[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(18):7743-7744,7751.

[9] 湯明.烤煙烘烤節(jié)能現(xiàn)狀與展望[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,35(15):4549-4550.

[10] 譚方利，樊士軍，董艷輝，等.生物質(zhì)壓塊燃料及煤炭燃料在煙葉烘烤中的應(yīng)用效果對(duì)比研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2014(10)：201,209.

[11] 李常軍，宮長(zhǎng)榮，李銳，等.烘烤過(guò)程中煙葉蛋白質(zhì)與硝態(tài)氮代謝規(guī)律研究[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000,34(1)：47-49.

[12] 楊立均，宮長(zhǎng)榮，陳江華，等.烘烤過(guò)程中煙葉淀粉含量及烤后化學(xué)成分分析[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001,35(2)：152-155.

[13] 王漢文,郭文生,邵伏文，等.生物質(zhì)燃料“秸稈壓塊”烘烤對(duì)烤煙煙葉化學(xué)成分和內(nèi)在品質(zhì)的影響[C]//節(jié)能環(huán)保 和諧發(fā)展：2007年中國(guó)科協(xié)年會(huì)論文集(三).北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)聲像中心，2007.

ResearchonApplicationofBiomassEnergyinNormalBulkCuringBarns

Research on Application of Biomass Energy in Normal Bulk Curing Barns

(1.QianxinanBranchofGuizhouProvincialTobaccoCorporation,Xingyi,Guizhou562400 ; 2.CollegeofMechanicalEngineering,GuizhouUniversity,Guiyang,Guizhou550025)

[Objective]Tostudytheeffectthatnewenergyresourcesreplacecoalintobaccocuring,andtoprovidescientifictheoryforextensionandapplicationofbiomassfuels. [Method]UsingYunyan87,ordinarycoalandthebiomassbriquettefuelsoftobaccostrawasresearchmaterials,setupfourtreatmentstoanalyzethedifferenceofappearance,grade,mainchemicalcomponents,smokingqualityandenergycostsofmiddleparttobaccoleavesaftercuring. [Result]Theresultsshowedthattheappearancequalityofmiddleparttobaccoleavesineachtreatmentwasnotsignificant,butthetreatmentofT2hadthehighestproportionofsuperiortobaccoandaverageprice,themostcoordinatedconventionalchemicalcompositions,theoptimalsmokingqualityandthelowestcost. [Conclusion]Accordingtocomprehensiveanalysis,replacingcoalwithbiomassfuelincolor-fixingstageinthethree-stagecuringmodehasimportantsignificanceforreducingcoalconsumption,savingenergycostandimprovingthequalityofflue-curedtobacco.Itspopularizationandapplicationprospectsarewide.

Flue-curedtobaccocuring;Middleparttobaccoleaves;Ordinarycoal;Biomassbriquettefueloftobaccostraw

貴州省煙草公司黔西南州公司科技項(xiàng)目(201606)。

劉光快(1987- )，男，廣西百色人，農(nóng)藝師，碩士，從事煙葉生產(chǎn)技術(shù)研究。

2016-11-21

S

A

0517-6611(2016)36-0136-03