生物質(zhì)顆粒燃燒爐在密集烤房上的應(yīng)用

蔣篤忠　陳洪浪　何陽　劉峰　唐善軍　歐世譽(yù)　成勃松

摘要：為探索生物質(zhì)燃料在煙葉烘烤中的利用，實(shí)現(xiàn)煙葉烘烤節(jié)能環(huán)保和降本增效，以‘湘煙5號的下、中部葉為試驗(yàn)材料，采用生物質(zhì)顆粒燃燒爐配置相應(yīng)換熱器、直接對接金屬加熱設(shè)備和直接對接非金屬加熱設(shè)備3種應(yīng)用方式，與一次性加煤非金屬供熱設(shè)備對比的方法，對生物質(zhì)顆粒燃燒爐的應(yīng)用進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：利用生物質(zhì)顆粒燃燒爐供熱進(jìn)行煙葉烘烤，有利于烘烤過程中干球溫度的控制，干球溫度控制精度在士0.5℃以內(nèi)，能確保烘烤工藝的到位，提高煙葉烘烤質(zhì)量；烘烤能耗成本低于燃煤烘烤，且烘烤操作如添料、點(diǎn)火、控火及出渣等難度和用工量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)燃煤方式，煙農(nóng)易掌握，有利于煙葉烘烤減工降本；生物質(zhì)顆粒燃燒爐在原有密集烤房配置相應(yīng)換熱器的方式應(yīng)用效果較好，其次是直接對接金屬加熱設(shè)備，直接對接非金屬加熱設(shè)備的應(yīng)用效果相對較差。

關(guān)鍵詞：燃燒爐；生物質(zhì)顆粒；密集烤房；煙葉烘烤

中圖分類號：S375 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 論文編號：cjas17020009

0引言

隨著現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的發(fā)展，煙葉烘烤逐步實(shí)現(xiàn)專業(yè)化，更加重視烘烤過程中的用工、耗能和烤后煙葉質(zhì)量等問題。煙葉烘烤是一個(gè)大量耗熱的過程，每1kg干煙葉的耗煤量一般為1.5～2.0 kg，熱能利用率較低，每年烤煙消耗煤炭350～450萬t，燃煤排放CO₂約為838萬t、SO₂約為2.56萬t、NO_x約為2.37萬t。另外，烘烤季節(jié)煤炭燃燒釋放的粉塵、炭黑和飛灰等給周圍環(huán)境帶來較大污染，烘烤已經(jīng)成為煙草生產(chǎn)主要的污染來源之一。為探索煙葉烘烤清潔能源利用、節(jié)能環(huán)保和提質(zhì)增效，在清潔能源及相關(guān)設(shè)備等方面開展了較多相關(guān)研究，并取得了一定的效果。王建安等㈣開展了生物質(zhì)燃燒鍋爐熱水集中供熱烤煙設(shè)備的研制及效果分析，認(rèn)為生物質(zhì)燃燒鍋爐熱水集中供熱有利于烤房內(nèi)的溫度處在理想的烘烤工藝狀態(tài)，提高上中等煙比例，降低烘烤環(huán)節(jié)的勞動(dòng)強(qiáng)度。為適應(yīng)現(xiàn)有密集烤房設(shè)備的更換和升級，筆者對生物質(zhì)顆粒燃燒爐在現(xiàn)有密集烤房上的應(yīng)用進(jìn)行試驗(yàn)，以期達(dá)到煙葉烘烤設(shè)施高效、管理高效、烘烤高效的目的。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

試驗(yàn)于2016年在湖南省永州市東安縣大源煙葉工場進(jìn)行。

1.2試驗(yàn)材料

供試煙葉品種為‘湘煙5號，部位為中下部葉；供試烤房為2.7 m×8.0 m的氣流上升式密集烤房4座；供試設(shè)備為生物質(zhì)顆粒燃燒爐3套。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1試驗(yàn)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)4個(gè)處理：T₁，生物質(zhì)顆粒燃燒爐直接對接原金屬加熱設(shè)備密集烤房，利用原有換熱器；T₂，生物質(zhì)顆粒燃燒爐配置相應(yīng)的換熱器；T₃，生物質(zhì)顆粒燃燒爐直接對接原非金屬加熱設(shè)備密集烤房，利用原有換熱器；T₄，對照（一次性加煤非金屬供熱設(shè)備）。以第二、四房煙葉進(jìn)行煙葉烘烤試驗(yàn)。

1.3.2供試煙葉確定 供試烤房所烤煙葉的品種、營養(yǎng)條件、部位、成熟度要均衡一致。為了確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)前要將同樣素質(zhì)的煙株在田間作上標(biāo)記，第4～6葉位和第9～11葉位分別代表下部、中部，作嚴(yán)格試驗(yàn)記錄，煙葉成熟采收。

1.3.3編裝煙方法 采用煙夾夾煙，下部葉4000 kg/房，每夾190～210片，重量11 kg左右，每房裝煙330～350夾；中部葉4500 kg/房，每夾夾煙170～190片，重量12kg左右，每房裝煙340～360夾。

1.3.4烘烤方法 試驗(yàn)各處理和對照均按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)烘烤工藝實(shí)施。

1.4測定項(xiàng)目及方法

1.4.1觀察記載的內(nèi)容 烘烤過程溫濕度狀況、煙葉變化狀況、耗煤（生物質(zhì)燃料）量、耗電量，烤后煙葉外觀質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性狀、化學(xué)成分及烤房使用情況等內(nèi)容。

1.4.2測定方法 還原糖、淀粉、總氮及氯含量采用連續(xù)流動(dòng)法測定，鉀含量采用火焰光度法測定。

2結(jié)果與分析

2.1各處理能耗情況

從表1可以看出，下部葉烘烤中，千克干煙耗電量以T₂最低，依次是T₁、T₃和CK；3個(gè)處理的千克干煙耗生物質(zhì)顆粒燃料量以T₂最低，依次是T₁和T₃，CK的千克干煙耗煤量為2.20 kg；千克干煙能耗成本以T₂最低，依次是T₁、T₃和CK，T₁的千克干煙能耗成本較CK降低了0.15元，降低了7.61個(gè)百分點(diǎn)，T2的千克干煙能耗成本較CK降低了0.26元，降低了13.20個(gè)百分點(diǎn)，T₃的千克干煙能耗成本較CK降低了0.12元，降低了6.09個(gè)百分點(diǎn)。中部葉烘烤中，千克干煙耗電量以T₂最低，其次是T₁和T₃，CK最高；3個(gè)處理的千克干煙耗生物質(zhì)顆粒燃料量以T₂最低，依次是T₁和T₃，CK的千克干煙耗煤量為1.81kg；千克干煙能耗成本以T₂最低，依次是T₁、T₃和CK，T₁的千克干煙能耗成本較CK降低了0.02元，降低了1.22個(gè)百分點(diǎn)，T₂的千克干煙能耗成本較CK降低了0.06元，降低了3.66個(gè)百分點(diǎn)，T3的千克干煙能耗成本較CK降低了0.01元，降低了0.61個(gè)百分點(diǎn)。說明采用生物質(zhì)顆粒燃燒爐供熱進(jìn)行煙葉烘烤，燃燒效率和熱量利用率較高，有利于降低能耗成本。

2.2不同處理在烘烤過程中溫度控制情況

從圖1～2可以看出，3個(gè)處理在烘烤過程中，干球溫度與目標(biāo)溫度基本一致，其升溫速度的控制比較準(zhǔn)確，特別是在定色期能確保干球溫度穩(wěn)溫持續(xù)，升溫靈敏可控，較燃煤爐優(yōu)勢明顯，CK的干球溫度與目標(biāo)溫度偏差較大。下部葉烘烤過程中，T₁的干球溫度與目標(biāo)干球溫度偏差平均為±0.27℃，T₂的干球溫度與目標(biāo)干球溫度偏差平均為±0.20℃，T₃的干球溫度與目標(biāo)干球溫度偏差平均為±0.36℃，CK的干球溫度與目標(biāo)干球溫度偏差平均為±1.61℃；中部葉烘烤過程中，T₁的干球溫度與目標(biāo)干球溫度偏差平均為±0.24℃，T₂的干球溫度與目標(biāo)干球溫度偏差平均為±0.21℃，T₃的干球溫度與目標(biāo)干球溫度偏差平均為±0.49℃，CK的干球溫度與目標(biāo)干球溫度偏差平均為±1.39℃。3個(gè)處理中，干球溫度控制精度較高的是T₂，其次是T₁，T₃較低，可能與換熱器的換熱效率有關(guān)。說明采用生物質(zhì)顆粒燃燒爐供熱進(jìn)行煙葉烘烤，在烘烤過程中干球溫度和升溫速度的控制比較精準(zhǔn)，有利于烘烤工藝的落實(shí)到位。

2.3不同處理的經(jīng)濟(jì)性狀

從表2可以看出，下部葉烘烤中，T₁、T₂和T₃的上等煙比例較CK分別提高了6.47、13.22和4.25個(gè)百分點(diǎn)，均價(jià)較CK分別增加了2.65、3.28、1.39元/kg，分別提高了11.56、14.31、6.06個(gè)百分點(diǎn)。中部葉烘烤中，T₁、T₂、T₃的上等煙比例較CK分別提高了4.39、18.10、3.67個(gè)百分點(diǎn)，均價(jià)較CK分別增加了1.60、2.20、0.69元/kg，分別提高了5.20、7.15、2.24個(gè)百分點(diǎn)。說明采用生物質(zhì)顆粒燃燒爐供熱進(jìn)行煙葉烘烤，烘烤工藝落實(shí)比較到位，有利于提高煙葉烘烤質(zhì)量，增加效益。

2.4不同處理的化學(xué)成分

從表3可以看出，不同處理不同部位煙葉的還原糖、煙堿、總氮、氯及鉀的含量均較為適宜。3個(gè)處理的烤后煙葉淀粉含量均較CK低，下部葉的烤后煙葉淀粉含量T₁、T₂和T₃較CK分別降低了1.32、1.44、1.15個(gè)百分點(diǎn)；中部葉的烤后煙葉淀粉含量T₁、T₂、T₃較CK分別降低了1.18、1.53、1.06個(gè)百分點(diǎn)。說明采用生物質(zhì)顆粒燃燒爐供熱進(jìn)行煙葉烘烤，烤后煙葉的化學(xué)成分較為協(xié)調(diào)，特別是淀粉含量較低，有利于提高煙葉的內(nèi)在質(zhì)量。

2.5不同處理的用工情況

由表4可知，采用生物質(zhì)顆粒燃燒爐供熱進(jìn)行煙葉烘烤，燒火用時(shí)僅為62 min，較燃煤烘烤節(jié)約用時(shí)178 min，特別是在點(diǎn)火和控火環(huán)節(jié)，生物質(zhì)供熱設(shè)備實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，且控制更為精準(zhǔn)。因此，利用生物質(zhì)供熱設(shè)備以生物質(zhì)顆粒為燃料進(jìn)行煙葉烘烤有利于減工降本，且操作簡單輕松。

3結(jié)論

采用生物質(zhì)顆粒燃燒爐供熱進(jìn)行煙葉烘烤，有利于烘烤過程中干球溫度的控制，干球溫度控制精度在士0.5℃以內(nèi)，能確保烘烤工藝的到位，提高煙葉烘烤質(zhì)量，烤后煙葉上等煙比例和均價(jià)較燃煤烘烤均有提高，化學(xué)成分較為協(xié)調(diào)，淀粉含量較低，有利于提高煙葉的內(nèi)在質(zhì)量。

利用生物質(zhì)顆粒燃燒爐供熱進(jìn)行煙葉烘烤，烘烤能耗成本低于燃煤烘烤，且烘烤操作如添料、點(diǎn)火、控火及出渣等難度和用工量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)燃煤方式，煙農(nóng)易掌握，有利于煙葉烘烤減工降本。

生物質(zhì)顆粒燃燒爐在原有密集烤房上應(yīng)用的3種方式，以配置相應(yīng)換熱器的方式效果較好，其次是直接對接金屬加熱設(shè)備，直接對接非金屬加熱設(shè)備相對較差。

4討論

生物質(zhì)顆粒燃料沒有穩(wěn)定的供應(yīng)鏈，應(yīng)用于煙葉烘烤應(yīng)根據(jù)煙葉烘烤工場所在地進(jìn)行就地取材，煙農(nóng)合作社自行加工。

目前的生物質(zhì)顆粒燃燒爐加料方式采用的是人工單座分別加料操作，可探索多座烤房自動(dòng)加料裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供料，進(jìn)一步降低煙葉烘烤用工。