密集烤房烘烤煙氣熱能回收利用研究初探

吳金富，劉 勇，趙樹(shù)德，李立新，潘日洪

（1.撫州市煙草公司宜黃縣分公司，江西 撫州 344400；2.江西省煙葉科學(xué)研究所，江西 南昌 330025）

密集烤房烘烤煙氣熱能回收利用研究初探

吳金富1，劉 勇2，趙樹(shù)德1，李立新2，潘日洪1

（1.撫州市煙草公司宜黃縣分公司，江西 撫州 344400；2.江西省煙葉科學(xué)研究所，江西 南昌 330025）

通過(guò)分析普通密集烤房烘烤和爐膛煙氣余熱排放耗能情況，利用交換式余熱回收器對(duì)現(xiàn)有密集烤房進(jìn)行改造，進(jìn)而回收再利用爐膛煙囪排煙熱量。結(jié)果表明：普通密集烤房煙囪口排煙溫度隨烘烤進(jìn)程呈上升趨勢(shì)，最高可達(dá)98℃；煙囪中加裝余熱回收器能明顯降低煙囪口排煙溫度，溫度降低量是普通密集烤房溫度降低量的4.6倍；同時(shí)，可使通過(guò)冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)門(mén)進(jìn)入烤房的空氣溫度平均提高9.8℃，節(jié)煤效率可達(dá)16.86%。耗煤量的減少可降低SO2等有害氣體的排放，因此加裝余熱回收器節(jié)能減排意義重大。

密集烤房；余熱回收；密集烘烤；烘烤能耗

烘烤調(diào)制是烤煙生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，其設(shè)備密集烤房在烤煙生產(chǎn)過(guò)程中不可或缺。我國(guó)煙葉烘烤燃料以煤炭為主，有研究表明每排除煙葉中1 kg水分所需的實(shí)際耗煤量為理論值的2.778～5.505倍，密集烘烤熱效率僅為22.2%～36.0%[1-2]；烘烤過(guò)程中無(wú)效耗熱量過(guò)高，其中排煙熱損失可達(dá)15%～25%[3]。目前，我國(guó)在煙葉生產(chǎn)上烤房煙氣余熱尚未有效回收利用，煙囪排煙不僅導(dǎo)致熱量的損失，同時(shí)還增加了CO2、SO2等有害氣體的排放，給環(huán)境帶來(lái)較大的污染。筆者通過(guò)在密集烤房煙囪中設(shè)計(jì)安裝交換式余熱回收器，研究密集烤房排煙余熱的回收效果及途徑，旨在降低密集烤房排煙熱損失，增加熱能利用率，為煙葉烘烤節(jié)能減排開(kāi)辟新途徑提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試設(shè)備為3座相同的氣流下降式大型密集烤房，裝煙室長(zhǎng)8.0 m、寬2.8 m，裝煙3層，加熱室長(zhǎng)1.8 m、寬2.8 m。余熱回收器由江西省煙葉科學(xué)研究所和龍巖市立葉機(jī)械設(shè)備有限公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制作。供試材料為K326品種的中部煙葉。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)按普通密集烤房煙囪中是否安裝煙囪余熱回收器設(shè)置2個(gè)處理：T，在普通密集烤房煙囪中安裝煙囪余熱回收器；CK，普通密集烤房，煙囪為原有煙囪，未安裝余熱回收器。每個(gè)處理重復(fù)2次。

1.3 煙囪余熱回收器的安裝

當(dāng)密集烤房澆筑風(fēng)機(jī)室樓面時(shí)，在樓面正中緊鄰風(fēng)機(jī)電機(jī)隔墻處預(yù)留一橫向熱風(fēng)進(jìn)風(fēng)口（長(zhǎng)600 mm×寬300 mm），同時(shí)在橫向距離該口中心點(diǎn)640 mm處預(yù)留一個(gè)直徑為200 mm的圓孔作為煙囪對(duì)接口。如圖1所示，安裝煙囪余熱回收器時(shí)，將其下部煙氣入口與煙囪管對(duì)接，并將熱風(fēng)回風(fēng)道與樓面熱風(fēng)進(jìn)風(fēng)口對(duì)接，煙囪管與加熱室內(nèi)散熱器煙氣出口對(duì)接。采用水泥砂漿或膠泥將該裝置密封固定在密集烤房樓面上。將自動(dòng)冷風(fēng)門(mén)固定在冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口固定框上，并通過(guò)電線連接在密集烘烤智控儀的控制端子上。

圖1 煙囪余熱回收器安裝示意圖

1.4 觀察指標(biāo)及測(cè)定方法

觀察記載試驗(yàn)烤房烘烤過(guò)程裝煙室溫濕度以及對(duì)應(yīng)的環(huán)境空氣溫度，實(shí)時(shí)記錄散熱器表面溫度、散熱器末端即煙囪內(nèi)溫度、煙囪排煙口溫度以及空氣經(jīng)余熱回收器后的回收溫度。同時(shí)，記載各試驗(yàn)烤房裝煙量、初烤干煙量以及耗煤量等數(shù)據(jù)。密集烤房裝煙室內(nèi)溫度、煙囪內(nèi)溫度、煙囪排煙口溫度測(cè)定采用溫度電子傳感器實(shí)時(shí)記錄，環(huán)境溫度、散熱器表面溫度、余熱回收器回收口溫度測(cè)定采用紅外電子溫度計(jì)測(cè)定。所有溫度計(jì)在使用前進(jìn)行了校正。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)烤房煙囪各部位溫度的影響

密集烤房煙囪在烘烤過(guò)程中可將爐膛內(nèi)煤燃燒的煙氣排出外界，同時(shí)有助于拔火助燃。煙囪口煙氣排放由于受散熱器換熱性能和煤燃燒狀況的影響，溫度差異較大，密集烤房爐膛內(nèi)煤不完全燃燒熱損失通常約為10%～15%，最高達(dá)30%[4]。表1數(shù)據(jù)為江西省普遍采用的氣流下降式密集烤房在烘烤過(guò)程中散熱器及煙囪不同部位溫度的溫度檢測(cè)結(jié)果。由表1可知，整體上烘烤過(guò)程中散熱器表面溫度與煙囪內(nèi)溫度差異較小，只有在干筋高溫期差異較大；另外，該密集烤房烘烤過(guò)程中散熱器末端即煙囪內(nèi)溫度到煙囪口溫度差異不明顯，排煙溫度整體偏高，最高可達(dá)98℃，煙囪口排煙熱量損失較大，說(shuō)明該烤房散熱器散熱效率還有待提高。

表1 普通密集烤房不同烘烤時(shí)期煙囪各部位的溫度 （℃）

由表2可知，密集烤房?jī)?nèi)不同部位溫度隨裝煙室內(nèi)溫度的上升整體呈升高趨勢(shì)。在煙囪中加裝余熱回收器，可降低煙囪排煙口溫度19.3～43.9℃（T1）和15.3～34.5℃（T2）；同時(shí)，經(jīng)過(guò)余熱回收器的冷空氣可預(yù)熱升溫7.0～21.0℃（T1）和4.3～11.6℃（T2）。T1和T2處理在密集烤房煙囪中加裝的是相同型號(hào)的余熱回收器，但兩者之間存在一些差異，這或許與烘烤過(guò)程中爐膛煤燃燒狀況以及冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)門(mén)的閉合程度及頻率有關(guān)。

由表3可知，不同處理烤房各部位溫度存在一定的差異，但T處理和CK處理散熱器表面平均溫度、煙囪內(nèi)平均溫度比較接近。與普通密集烤房相比，煙囪中加裝余熱回收器可以明顯降低煙囪排煙口溫度，溫度降低量是是普通密集烤房溫度降低量的4.6倍；同時(shí)，余熱回收器可使進(jìn)入烤房的空氣溫度平均升高9.8℃，升溫效率可達(dá)28.6%，相同型號(hào)余熱回收器在不同烤房中升溫幅度存在差異。

2.2 不同處理烤房對(duì)烘烤成本的影響

由表4可知，兩個(gè)處理的裝煙量和干煙量差異不明顯，但由于T處理中加裝了煙囪余熱回收器，所以?xún)蓚€(gè)處理間烤房耗煤量的差異較顯著。與對(duì)照相比，加裝余熱回收器的烤房，耗煤量明顯減少，折合每烘烤1 kg煙葉可平均節(jié)約用煤0.29 kg，節(jié)省煤耗成本0.31元，節(jié)煤效率可達(dá)16.86%，節(jié)煤效果明顯。每烤房干煙量按393.6 kg計(jì)算，加裝余熱回收器的密集烤房每烘烤一房煙葉可節(jié)省用煤114.14 kg，可節(jié)省煤耗成本122.02元。

表2 加裝余熱回收器對(duì)密集烤房煙囪各部位溫度的影響 （℃）

表3 不同處理烤房煙囪各部位平均溫度的比較 （℃）

表4 不同處理烤房烘烤能耗成本的比較

3 小結(jié)與討論

研究在現(xiàn)有密集烤房煙囪中加裝交換式熱量回收器，使通過(guò)冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)門(mén)的室外空氣與煙囪排煙熱空氣進(jìn)行熱量交換后再進(jìn)入烤房?jī)?nèi)，達(dá)到回收利用煙囪排煙熱量以及提高進(jìn)入烤房空氣溫度的目的。結(jié)果顯示，普通密集烤房排煙溫度整體偏高，最高可達(dá)98℃；與對(duì)照相比，煙囪內(nèi)加裝余熱回收器可以明顯降低煙囪排煙口溫度，溫度降低量是對(duì)照烤房的4.6倍，烘烤過(guò)程中平均可降溫29.15℃；還將經(jīng)過(guò)回收器的外界空氣溫度平均升高9.8℃，升溫效率可達(dá)28.6%；同時(shí)，烘烤耗煤量明顯減少，折合每烘烤1 kg煙葉可節(jié)約用煤0.29 kg，平均節(jié)省煤耗成本0.31元，綜合節(jié)煤效率可達(dá)16.86%。

若按照每667m2可生產(chǎn)150 kg干煙，每座密集烤房烘烤能力為1.2 hm2計(jì)算，加裝了預(yù)熱回收器的每座烤房每年可節(jié)約烘烤開(kāi)支837元，余熱回收器包括材料、運(yùn)輸和安裝等費(fèi)用計(jì)1 550元，安裝有余熱回收器的烤房使用不到兩年即可回收成本。更重要的是，外界空氣經(jīng)過(guò)預(yù)熱后再進(jìn)入裝煙室，不僅可以回收利用煙囪排煙預(yù)熱，還可以減小烤房?jī)?nèi)溫度的波動(dòng)，烘烤安全性更高。同時(shí)，烘烤煤耗減少及煙囪排煙口溫度降低可減少SO2等有毒有害氣體的排放，對(duì)煙葉生產(chǎn)的節(jié)能減排以及煙葉產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

[1] 宮長(zhǎng)榮. 煙草調(diào)制學(xué)[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2003.

[2] 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.

[3] 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.

[4] 鐘 浩，羅會(huì)龍，李智民，等. 煙葉密集烘烤余熱回收利用的可行性分析[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（7）：4037-4038.

（責(zé)任編輯：成 平）

Study on the Heat Recovery and Utilization of the Chimney of the Bulk Curing Barn

WU Jin-fu1，LIU Yong2，ZHAO Shu-de1，LI Li-xin2，PAN Ri-hong1
（1. Yi Huang Branch of Fuzhou tobacco Company, Fuzhou 344400, PRC; 2. Tobacco Science Research Institute of Jiangxi Province, Nanchang 330025, PRC）

The heat recovery of the existing dense barn experiment was carried out to study the waste heat recovery of bulk curing barn after the analyzing of the energy consumption of the flue gas in the intensive baking. The results showed that the temperature of bulk curing barn chimney flue gas increased with the baking process, up to a maximum of 98 degrees. The installation of waste heat recovery in the chimney significantly reduced the smoke temperature of the chimney, and the temperature drop was 4.6 times of ordinary dense roast. At the same time through the air intake door into the baking room air temperature averagely increased by 9.8℃, with obvious saving effect by 16.86%. The coal combustion reduced with the emission decrease of SO2and other harmful gases, so it is of great significance to energy conservation and emissions reduction by equipping with waste heat recovery.

bulk curing barn; waste heat recovery; intensive baking; baking energy consumption

TS43

A

1006-060X（2017）04-0104-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.004.029

2016-12-14

江西省煙草公司科技項(xiàng)目（201201001）

吳金富（1963-），男，江西撫州市人，中級(jí)工，主要從事煙草栽培和調(diào)制研究。