新型生物質(zhì)密集烤房的應(yīng)用效果研究

王承偉，范 偉，賓 俊，譚觀萍，劉 芮，周冀衡*

（1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長沙410128；2湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草研究院，長沙410128；3云南省煙草公司保山市公司，保山678000）

新型生物質(zhì)密集烤房的應(yīng)用效果研究

王承偉1，2，范 偉1，2，賓 俊1，2，譚觀萍1，2，劉 芮3，周冀衡1，2*

（1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長沙410128；2湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草研究院，長沙410128；3云南省煙草公司保山市公司，保山678000）

為減少烘烤能耗，降低烘烤成本，減輕環(huán)境污染，探討煙葉綠色烘烤工藝，從烘烤成本、能耗、烤后煙葉質(zhì)量及煙囪尾氣成分等方面對新型生物質(zhì)烤房與常規(guī)燃煤烤房進(jìn)行了對比研究。結(jié)果表明，相較于常規(guī)燃煤烤房，生物質(zhì)烤房提高了烤后煙葉的質(zhì)量，提高了烤房熱效率，每房烤煙減少能耗1.74×107kJ，降低用工成本150元，降低烘烤總成本50元，且煙囪尾氣中CO與SO2均顯著降低，減輕了環(huán)境污染，有利于綠色生態(tài)煙草農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

煙葉；烤房；密集烘烤；生物質(zhì)燃料

烘烤是決定煙葉品質(zhì)和可用性的關(guān)鍵因素。當(dāng)前密集烘烤是我國煙葉烘烤的主要手段，全國已推廣密集烤房10萬多座，覆蓋種煙面積的20%左右［1，2］。密集烤房與普通烤房工作原理相同，但密集烤房的裝煙密度為普通烤房的2～4倍，便于集約化管理，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化烘烤［3～5］。當(dāng)前烤房基本上采用燃煤為能源，熱能利用率不高［6］。2005年宮長榮分析我國烤煙年產(chǎn)量約為150萬噸，烘烤煙葉需要消耗煤炭225萬～300萬噸［7］。近十年來，烤煙年產(chǎn)量呈遞增的趨勢，對煤炭的需求也逐年增加，尋找煙葉烘烤能源替代途徑已成為當(dāng)前烤煙生產(chǎn)中亟待解決的問題［8］。生物質(zhì)顆粒燃料是利用甘蔗渣、秸稈、鋸木灰、玉米芯等，經(jīng)過加工壓制而成的塊狀環(huán)保新能源［9～11］。相較于傳統(tǒng)能源，生物質(zhì)能源更加清潔衛(wèi)生，投料操作更加方便，減少了人工勞動強(qiáng)度，更符合減工降本的實(shí)際需要，應(yīng)用前景廣闊［12～15］。改進(jìn)烘烤設(shè)備也是實(shí)現(xiàn)烤房現(xiàn)代化的必然選擇。常規(guī)燃煤烤房烘烤過程中需要多次添加燃料，每次加料量不固定，導(dǎo)致烤房內(nèi)溫度忽高忽低，很難與烘烤工藝曲線靠近，常有烤壞煙出現(xiàn)，為煙農(nóng)帶來了非常大的損失［16～18］。目前，國內(nèi)已有研究利用生物質(zhì)燃料配套設(shè)備對烤房進(jìn)行改進(jìn)的，且效果明顯［19］。但這些研究沒有與常規(guī)燃煤烤房進(jìn)行全面的分析對比。鑒于此，本研究從烘烤成本、能耗、烤后煙葉質(zhì)量及煙囪尾氣成分等方面著手，對生物質(zhì)密集烤房與常規(guī)燃煤烤房進(jìn)行了系統(tǒng)的對比研究，旨在減少密集烤房的能耗，降低烤煙烘烤成本，減輕對環(huán)境的污染，為改進(jìn)烘烤設(shè)備實(shí)現(xiàn)烤房現(xiàn)代化提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2016年在云南省騰沖縣界頭鎮(zhèn)西康河烘烤基地進(jìn)行。密集烤房為十連體構(gòu)造，選取3座密集烤房進(jìn)行改裝試驗(yàn)，各烤房的建筑材料、建造參數(shù)等指標(biāo)一致。以當(dāng)?shù)刂髟钥緹熎贩N‘K326’為供試材料。選取大田管理規(guī)范、成熟度一致的上、中、下3個部位的煙葉進(jìn)行烘烤試驗(yàn)。烘烤技術(shù)參照“三段式”烘烤工藝［20］。供試燃料為以鋸木灰與秸稈混合為原料加工的生物質(zhì)顆粒和普通褐煤。烤房煙囪尾氣成分使用紅外氣體檢測儀檢測。

試驗(yàn)用生物顆粒燃料燃燒機(jī)為云南華意科技有限公司生產(chǎn)的“德燁”第三代機(jī)型，安全穩(wěn)定、燃燒充分，并且與烤房控制器對接，可以智能控制加料量與加料速度。新型散熱器為橫式交叉排列的帶有翅片的換熱器，具有大面積散熱及煙灰沉降室和沉降室內(nèi)再燃燒等特點(diǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)設(shè)3個處理，如表1所示。采收成熟煙葉為試驗(yàn)煙葉。裝煙使用不銹鋼梳式烤煙夾，每房裝煙380夾，每夾鮮煙重11.5 kg。在烘烤過程中記錄燃料的使用量及用工情況。烘烤結(jié)束，記錄烘烤用時、耗電量，計算煙葉烘烤成本；選取6夾煙葉，測干重，分級統(tǒng)計各等級煙葉比重及上、中等煙比例。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析使用excel、matlab等軟件。

表1 烤房的處理方法Table 1 Treatmentmethods of baking room

2 結(jié)果與分析

2.1 空載條件下不同烤房升溫性能比較

烤房溫度需要符合烘烤工藝曲線，溫度忽高忽低對烤后煙葉品質(zhì)有很大影響。升溫、穩(wěn)溫性能是評價烤房質(zhì)量的重要指標(biāo)。由圖1可知，在烤煙三段式烘烤所需溫度內(nèi)，生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)烤房升溫性能優(yōu)于常規(guī)立式爐烤房。由表2可知，生物質(zhì)烤房穩(wěn)溫性能也優(yōu)于常規(guī)燃煤烤房。這說明生物質(zhì)烤房具有較好的升溫、穩(wěn)溫性能，能更加滿足精準(zhǔn)烘烤的要求。

圖1 空載條件下性能比較Fig.1 Performance com parison under the condition of no load

表2 各烤房關(guān)鍵穩(wěn)溫點(diǎn)實(shí)際溫度（℃）Table 2 The actual temperature of the key point of stable tem perature in different baking room

2.2 能耗比較

烤房的能耗主要包括耗電量與燃料釋放能量。電的熱值為0.36×104kJ/kW·h，褐煤的熱值為2.3×104kJ/kg，生物質(zhì)顆粒的熱值為1.6×104kJ/kg。由表3可知，常規(guī)燃煤烤房較生物質(zhì)烤房單位能耗多3.0×104kJ/kg。試驗(yàn)烤房干煙重約為580 kg，可知單位常規(guī)燃煤烤房要多耗能1.74×107kJ。說明生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)烤房能耗較少，能源利用率較高，有利于節(jié)能。

表3 不同烤房能耗比較Table 3 Energy consum ption com parison of different baking room

2.3 烘烤成本比較

烘烤成本主要包括用工成本和能耗成本。烘烤用工費(fèi)由界頭鎮(zhèn)西康河煙農(nóng)專業(yè)合作社統(tǒng)一核算，再折算為單位烤房費(fèi)用［每20座燃煤烤房、生物質(zhì)烤房分別需要4人、1人，資費(fèi)200元/（人·d）］。由表4可知，單位生物質(zhì)烤房能源成本需多花費(fèi)約100元，用工成本可減少150元，煙葉烘烤總成本為T1＞T2＞T3。說明生物質(zhì)烤房減少了烘烤總成本，單位烤房可節(jié)約成本約50元。此外T3較T2減少了燃料消耗量，減少了烘烤能源成本，說明新型散熱器具有一定的節(jié)能效果。

表4 不同烤房每房烘烤成本比較Table 4 Cost comparison of different baking room

2.4 烤后煙葉質(zhì)量比較

烤后煙葉的質(zhì)量在一定程度上能夠反映烤房性能的優(yōu)劣。由表5可知，上、中、下3個部位煙葉中上等煙比例T3＞T2＞T1。生物質(zhì)烤房的中上等煙比例較高，煙葉質(zhì)量較好，表明生物質(zhì)烤房提高了烤后煙葉質(zhì)量，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。新型散熱器的效果較好，提高了中上等煙比例，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.5 烤后煙葉外觀質(zhì)量比較

由表6可知，不同處理烤后煙葉的葉片結(jié)構(gòu)及身份差異不明顯。T1的上、中、下部煙葉顏色以檸檬黃較多，油分略差。T2、T3煙葉的顏色以橘黃較多，且在油分及彈性上表現(xiàn)均較好。說明生物質(zhì)烤房有利于烤后煙葉外觀質(zhì)量，特別是在提高煙葉顏色、油分和彈性方面有較明顯的效果。

表5 不同烤房的煙葉烘烤質(zhì)量比較Table 5 Comparisons of the tobacco leaf quality in different curing barn

表6 不同烤房烤后煙葉外觀質(zhì)量比較Table 6 Comparison of tobacco leaf appearance quality in different curing barn

2.6 煙囪尾氣成分比較

烤房對環(huán)境的污染主要來源于煙囪尾氣，比較煙囪尾氣成分含量可有效選擇對環(huán)境污染較少的烤房。試驗(yàn)使用紅外氣體檢測儀測定了煙囪尾氣中的CO、CO2、NOx、SO2等成分含量。選取相同煙葉部位、相同開烤時間的T1、T2烤房各一座，于開烤第1天至第6天，于烘烤關(guān)鍵穩(wěn)溫點(diǎn)檢測煙囪尾氣，共檢測3次取平均值作為當(dāng)天檢測結(jié)果。由表7可知，T1和T2煙囪尾氣中，CO2的排放量相當(dāng)，而CO、NOx、SO2等成分含量具有較大差異。CO與SO2的排放量T1遠(yuǎn)大于T2，可多達(dá)幾十倍。但NOx的排放量T2大于T1，排放量較大的原因有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

表7 生物質(zhì)烤房與燃煤烤房煙囪尾氣成分比較Table 7 Comparison of the flue gas components between biomass baking room and coal fired barn

3 討論

新型生物質(zhì)烤房是一種具有節(jié)能、環(huán)保，便于智能化、簡約化管理的現(xiàn)代化烤房。從能源的應(yīng)用前景分析，煤炭是不可再生資源，燒木柴需要砍伐樹木，都會對環(huán)境造成較大影響。而生物質(zhì)能源來源廣泛，秸稈、甘蔗渣、鋸木灰等等都可以制成生物質(zhì)顆粒，可以很好的解決煙葉烘烤能源的需求，并且保護(hù)環(huán)境。新型生物質(zhì)烤房智能調(diào)控烤房內(nèi)的溫度，升溫、穩(wěn)溫易掌控，煙葉變色快，易定色，干筋時間縮短，在一定程度上避免了黑槽煙和掛灰煙。此外生物質(zhì)烤房烘烤勞動強(qiáng)度和總成本降低，經(jīng)濟(jì)效益、煙葉等級結(jié)構(gòu)和上中等煙比例提升，優(yōu)勢明顯?？痉繜焽栉矚獬煞謾z測發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)烤房CO、SO2的排放量較常規(guī)燃煤烤房顯著減少，減輕了對環(huán)境的污染?？痉课矚庵械腘Ox，可以通過改進(jìn)燃燒的過程和設(shè)備或采用催化還原、吸收、吸附等排煙脫氮的方法進(jìn)行處理或回收利用。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，生物質(zhì)烤房燃料燃燒充分，升溫、穩(wěn)溫性能較好，溫度調(diào)節(jié)靈敏度高，每房烤煙減少能耗1.74×107kJ，降低用工成本150元，使烘烤總成本減少50元，提高了中上等煙比例與煙葉品質(zhì)。同時新型散熱器可提高烤房的熱能利用率，減少能耗，兩者聯(lián)合使用可達(dá)到“節(jié)能、生態(tài)、降本”的效果。生物質(zhì)顆粒燃燒機(jī)操作簡易，用工少，改造簡單，實(shí)施容易，能產(chǎn)生明顯經(jīng)濟(jì)效益，在環(huán)保、推廣、經(jīng)濟(jì)方面具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。

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Study on the App lication Effect of New Type Biomass Baking Room

WANG Chengwei1，2，F(xiàn)AN Wei1，2，BIN Jun1，2，TAN Guanpin1，2，LIU Rui3，ZHOU Jiheng1，2*
（1 College of Bioscience and Biotechnology，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China；2 Institute of Tobacco，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China；3 Tobacco Corporation of Yunnan Baoshan，Baoshan，Yunnan 678000，China）

In order to reduce energy consumption，baking cost and environmental pollution，the application effect of new type biomass baking room was studied.Comparisonsweremadebetween thenew typebiomass baking room and the conventional furnace baking，from the aspects of baking cost，energy consumption，tobacco leaf quality after baking and the composition of flue gas.The results showed that the new biomass combustion baking improved the quality of tobacco leaves after baking，improved the thermal efficiency of baking room，reduced the energy consumption of 1.74×107kJ per room，reduced the cost of labor costs 150 yuan per room.So the total cost of each room flue cured tobacco decreased by 50 yuan.The CO and SO2in the exhaust gas of the chimney were all significantly reduced，which can reduce the environmental pollution，which is conducive to the development of green ecological tobacco agriculture.

flue-cured tobacco；curing barn；intensive curing；biomass fuel

TS44＋1

A

1001-5280（2017）03-0302-05 DO I：10.16848/j.cnki.issn.1001-5280.2017.03.19

2017- 01- 04

王承偉（1991-），男，碩士研究生，Email：435253080＠qq.com。*通信作者，Email：jhzhou2005＠163.com。

中國煙草總公司云南省公司科技項(xiàng)目（2014YN32）；湖南省研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目（CX2015B237）。