生物質(zhì)能源烘烤與煤炭烘烤對(duì)比試驗(yàn)

楊時(shí)濤　徐冰　丁燦

摘要 為了探討不同能源密集型烤房的烘烤效果，采用對(duì)比試驗(yàn)的方法進(jìn)行了密集型烤房生物質(zhì)能源烘烤與煤炭烘烤對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比分析2種烤房烘烤時(shí)溫度變化、能耗成本、人工成本以及對(duì)烤后煙葉經(jīng)濟(jì)性狀的影響。結(jié)果表明：密集型烤房生物質(zhì)能源烘烤溫濕度可控性高，每爐節(jié)能降耗18.1元，提高了烤后煙葉經(jīng)濟(jì)性狀，每爐凈利潤(rùn)提高3 189.9元。

關(guān)鍵詞 密集烤房；生物質(zhì)能源；煤炭；烘烤成本；節(jié)能降耗；經(jīng)濟(jì)性狀

中圖分類號(hào) S572；TK6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）03-0239-02

烤煙栽培中，在一定的時(shí)間和烤房?jī)?nèi)利用熱能實(shí)現(xiàn)煙葉內(nèi)部一系列生理生化變化和脫水干燥的過(guò)程稱為烤煙調(diào)制[1-2]。在烤煙調(diào)制過(guò)程中需要消耗大量的能源，燃料的不充分燃燒，煤燃燒所釋放的粉塵、硫化物和碳氧化合物等污染物排放在空氣中，給周圍環(huán)境帶來(lái)較大污染，影響空氣質(zhì)量[3-5]。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，人們對(duì)生活的要求越來(lái)越高，為減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、適應(yīng)烤煙規(guī)?；a(chǎn)、保護(hù)環(huán)境，當(dāng)前以燃煤為主的密集型烤房表現(xiàn)出一系列不足[6]。隨著烤煙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，能源危機(jī)越來(lái)越嚴(yán)重以及環(huán)保問(wèn)題的提出，采用可再生環(huán)保能源生物質(zhì)能烘烤煙葉，大力實(shí)施節(jié)能減排，是煙草行業(yè)義不容辭的責(zé)任[7]。生物質(zhì)能是世界第四大能源，也是唯一可運(yùn)輸、儲(chǔ)存的清潔的可再生能源[8-9]。生物質(zhì)顆粒燃料的原料包括煙桿、麥稈、玉米秸稈、大豆秸稈、木屑、鋸末等。石林地廣人稀，氣候溫暖，草料和農(nóng)作物秸稈豐富，非常適合于發(fā)展烤煙調(diào)制過(guò)程中生物質(zhì)能的利用。2016年7—9月，在昆明市石林彝族自治縣西街口鎮(zhèn)格渣烘烤工場(chǎng)，對(duì)密集型烤房生物質(zhì)能源烘烤和煤炭烘烤進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)分析，為云南石林生物質(zhì)能源烘烤工藝提供一定的技術(shù)參考依據(jù)，從而推動(dòng)煙草產(chǎn)業(yè)的節(jié)能減排和低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在云南省昆明市石林縣西街口鎮(zhèn)格渣村委會(huì)烘烤工廠進(jìn)行。供試煙田土壤為微酸性，適宜烤煙生長(zhǎng)；肥力較好，水解性氮含量中等，磷含量和有效鎂含量中等，速效鉀含量偏低。

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1 供試燃料。以廢棄煙桿為主原料，如鋸末、木屑顆粒及秸稈顆粒生物質(zhì)燃料（90%廢棄煙桿，10%鋸末）等可再生能源以及市場(chǎng)上的普通燃煤。

1.2.2 供試烤房及設(shè)備。生物質(zhì)能源供熱氣流下降式密集型烤房成套設(shè)備，煤炭當(dāng)前推廣的規(guī)格為8.0 m×2.7 m×3.0 m的氣流下降式密集型烤房。

1.2.3 供試煙葉。供試品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N紅花大金元的中部葉。在煙葉田間成熟時(shí)，選取成熟度一致的中部煙葉作為試驗(yàn)材料。供試煙葉要求同一天采摘、編竿、入爐、點(diǎn)火。

1.2.4 其他。備用發(fā)電機(jī)、天平秤、平板秤、電度表、電子溫濕度計(jì)等。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)2個(gè)處理，分別為密集型烤房煤炭烘烤（T1）、密集型烤房生物質(zhì)能源烘烤（T2）。采用對(duì)比試驗(yàn)方法，3次重復(fù)。除了供熱系統(tǒng)不同，選擇結(jié)構(gòu)相同的2座流下降式密集型烤房，一座使用生物質(zhì)能源烘烤，另一座使用煤炭烘烤。

1.4 試驗(yàn)方法及測(cè)定項(xiàng)目

供試煙葉采取統(tǒng)一、規(guī)范的原則，采收時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)要求和煙葉成熟度標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一采烤。烘烤結(jié)束回潮后，進(jìn)行烤后煙葉外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)。烘烤過(guò)程根據(jù)中烤房?jī)?nèi)溫濕度情況酌情添加燃料。

1.4.1 烤房?jī)?nèi)溫濕度變化測(cè)定與記錄。在烤房?jī)?nèi)距離供熱墻1.5 m處的掛煙梁上分別放置溫濕度傳感器，每隔24 h觀察記錄溫度和濕度變化情況，依據(jù)烤房?jī)?nèi)煙葉的顏色、狀態(tài)變化及溫濕度數(shù)據(jù)，調(diào)整設(shè)定溫度和濕度，提高烤后煙葉質(zhì)量。

1.4.2 烘烤能耗及成本。在入爐時(shí)記錄裝煙桿數(shù)，稱量每桿的鮮煙重并且記錄，烘烤過(guò)程中，對(duì)2種燃料每次添加的量分別進(jìn)行記錄并匯總，烘烤結(jié)束后按照市場(chǎng)價(jià)格，計(jì)算出2座烤房的燃料成本，對(duì)2座烤房的耗電量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并且稱量每桿的干煙重，計(jì)算鮮干比。點(diǎn)火前分別記錄2座烤房的電表讀數(shù)，烘烤結(jié)束后再分別記錄2座烤房的電表讀數(shù)，依據(jù)前后記錄的2座烤房電表讀數(shù)，分別計(jì)算出2座烤房的耗電量，根據(jù)當(dāng)?shù)毓I(yè)用電價(jià)格計(jì)算出2座烤房的用電成本。

1.4.3 烤后煙葉外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)。對(duì)2座烤房隨機(jī)抽取20竿煙樣，然后由經(jīng)驗(yàn)豐富的分級(jí)員，根據(jù)烤煙GB2635—1992標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)，計(jì)算烤后煙葉上中等煙比例、黃煙比例、青煙比例、雜色煙比例，以及烤后煙葉等級(jí)比例（中部橘黃二級(jí)C2F，中部橘黃三級(jí)C3F，中部檸黃三級(jí)C3L，中部橘黃四級(jí)C4F，中下部雜色二級(jí)CX2K），根據(jù)2016年烤煙收購(gòu)價(jià)格計(jì)算出均價(jià)。

1.4.4 烘烤工藝措施。烘烤技術(shù)參照三段式烘烤工藝，按照昆明市烤煙烘烤技術(shù)操作指導(dǎo)圖表烘烤。

1.5 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)烤房?jī)?nèi)的溫度變化，利用Office軟件作圖，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤房?jī)?nèi)溫度變化

由圖1可知，處理T1的溫度波動(dòng)性大于處理T2。2個(gè)處理的起火點(diǎn)溫度相同，在烘烤96 h以前，處理T2的溫度一直高于處理T1的溫度，且處理T2的溫度在24 h內(nèi)升高了7 ℃，而處理T1只升高了4 ℃，在烘烤72 h時(shí)，處理T1突然劇烈升溫且溫度從96 h開始一直高于處理T2。處理T2整個(gè)烘烤過(guò)程干球溫度穩(wěn)定，波動(dòng)性較小，在整個(gè)烘烤過(guò)程中沒有出現(xiàn)突然升溫或降溫的情況，而處理T1溫度變化不穩(wěn)定，較生物質(zhì)燃料烤房升溫較慢，波動(dòng)性大。

2.2 烘烤能耗及成本

由表1可以看出，生物質(zhì)與燃煤燃料能耗成本各不相同。其中處理T2的鮮干比為6.9，較處理T1減少了0.2，降幅為2.9%，說(shuō)明同質(zhì)量的鮮煙葉經(jīng)處理T2烘烤后，干煙重量更高；處理T1的單位能耗為1.2元/kg，較處理T2增加了0.1元/kg，增幅9.1%，表明處理T1的能耗成本較處理T2要高。

2.3 烤后煙葉外觀質(zhì)量

由表2可知，處理T2的烤后煙葉在外觀質(zhì)量上結(jié)構(gòu)疏松，成熟度好，油分足，色度強(qiáng)，明顯優(yōu)于處理T1，且烤后黃煙率較高、青煙率低、雜色煙比例較低。其中處理T2烤后煙葉的黃煙率為93.5%，較處理T1增加了3.6個(gè)百分點(diǎn)，增幅為4.0%；而處理T1烤后煙葉的青煙率為8.2%，較處理T2高2.1個(gè)百分點(diǎn)，增幅達(dá)34.4%；雜色率為1.9%，較處理T2高1.5個(gè)百分點(diǎn)，增幅達(dá)到了375.0%。

由表3可知，生物質(zhì)燃料烤后煙葉油分足，色度好，外觀質(zhì)量好且能顯著提高中上等煙等級(jí)比例，增加經(jīng)濟(jì)效益。其中處理T2烤后煙葉等級(jí)比例以C2F和C3F較高，且均高于處理T1，上等煙比例為61.4%，較處理T1增加了8.9個(gè)百分點(diǎn)，增幅為17.0%；處理T1的中等煙比例明顯高于處理 T2，為33.5%，較處理T2增加了6.4個(gè)百分點(diǎn)，增幅為23.6%，但其中價(jià)格稍高的C3L比例低于處理T2，處理T2較處理T1增加了0.6個(gè)百分點(diǎn)，增幅達(dá)10.7%；處理T1 CX2K的比例為14.0%，較處理T2增加了2.5個(gè)百分點(diǎn)，增幅達(dá)21.7%；綜上分析，處理T2的均價(jià)為32.8元/kg，較處理T1增加了1.4元/kg，增幅為4.5%。

2.4 綜合經(jīng)濟(jì)效益

由表4可知，處理T2提高了經(jīng)濟(jì)效益。其中，處理T1的用工工價(jià)為3 060.0元，較處理T2增加了1 320元，增幅高達(dá)75.9%；處理T1能耗為830.7元，較處理T2增加了18.1元，增幅為2.2%；處理T2的產(chǎn)值為23 891.5元，較處理T1增加了1 851.8元，增幅為8.4%；而在凈利潤(rùn)上，處理T2為21 338.9元，較處理T1增加了3 189.9元，增幅高達(dá)17.6%。

3 結(jié)論與討論

該試驗(yàn)結(jié)果表明，生物質(zhì)燃料較煤炭密集型烤房烘烤的節(jié)能減排效果好、減工降本效益好、提質(zhì)增效效果好。其中生物質(zhì)燃料整個(gè)烘烤過(guò)程干球溫度穩(wěn)定，受人為因素影響較小，可操控性強(qiáng)，沒有出現(xiàn)突然大幅升溫的情況，而燃煤烘烤溫度變化不穩(wěn)定，受人為因素影響較大，溫度會(huì)隨著加煤次數(shù)以及每次加煤量的變化而變化，很難達(dá)到預(yù)期的溫度。另外，烘烤操作人員任務(wù)更繁重，增加了烘烤成本。烘烤能耗較燃煤烘烤低，同時(shí)，一方面生物質(zhì)燃料起火點(diǎn)低、可控性強(qiáng)、燃燒性好；另一方面，生物質(zhì)燃料的原料來(lái)源廣泛，變廢為寶，對(duì)保護(hù)環(huán)境起到很大的作用，同時(shí)，田間烤煙秸稈等的回收利用降低了病蟲害的傳播，病蟲害大大減少。

而在烤房建造成本上，密集型烤房生物質(zhì)能源烤房的建造成本要比燃煤烤房高6 500元左右，但可以使用的年限達(dá)10年之久，凈利潤(rùn)可高出3 189.9元，煙葉經(jīng)濟(jì)效益有所提高，大多數(shù)煙農(nóng)對(duì)于這樣的建造成本是可以接受的，增強(qiáng)了煙農(nóng)種植的積極性，有利于在當(dāng)?shù)卮罅ν茝V密集型烤房生物質(zhì)能源烘烤。

生物質(zhì)能烘烤也有不足之處。生物質(zhì)燃料不易運(yùn)輸、不易儲(chǔ)存以及生物質(zhì)送料機(jī)技術(shù)不成熟，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)送料機(jī)被生物質(zhì)燃料卡死的情況，在送料機(jī)改造和生物質(zhì)燃料烘烤余熱回收方面的技術(shù)還有待提高。另外，生物質(zhì)燃料的加工方式有多種，例如工廠集中加工銷售式、農(nóng)戶提供原料加工付費(fèi)式等各種加工方式，為適應(yīng)烤煙規(guī)?；婵镜陌l(fā)展，還應(yīng)對(duì)加工方式做進(jìn)一步的研究與改進(jìn)。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 宮長(zhǎng)榮，潘建斌，宋朝鵬.我國(guó)煙葉烘烤設(shè)備的演變與研究進(jìn)展[J].煙草科技，2005（11）：34-36.

[2] 宮長(zhǎng)榮，周義和，楊煥文.烤煙三段式烘烤導(dǎo)論[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[3] 張家征，徐天養(yǎng)，向成高，等.烤煙太陽(yáng)能烤房與普通密集烤房的烘烤對(duì)比試驗(yàn)[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（18）：33-34.

[4] 田海宏.燃煤污染及控制措施分析[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2004（2）：35-36.

[5] 李曉東，傅鋼，尤孝方，等.不同煤種燃燒生成多環(huán)芳烴的研究熱能動(dòng)力工程[J].熱能動(dòng)力工程，2003，18（3）：125-129.

[6] 徐秀紅，孫福山，王永，等.我國(guó)密集型烤房研究應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展方向探討[J].中國(guó)煙草科學(xué)，2008，29（4）：54-56.

[7] 王麗，李雪銘，許妍.中國(guó)大陸秸稈露天焚燒的經(jīng)濟(jì)損失研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2008，22（2）：170-175.

[8] 閻季惠.新的可再生能源未來(lái)發(fā)展指南[M].北京：海洋出版社，1998：4-6.

[9] 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.