密集烤房不同保溫材料烘烤效能研究

李昊

摘要 為進(jìn)一步提升密集烤房烘烤性能，分別以泡沫保溫材料和納米涂料對密集烤房裝煙室進(jìn)行處理，并以普通密集烤房為對照，對比分析各處理烤房烘烤性能和效果。結(jié)果表明，鋪設(shè)泡沫保溫材料和涂抹納米涂料的烤房較普通密集烤房保溫性有所提升，平面溫差分別降低0.85和1.19 ℃；垂直溫差分別降低0.68 和1.35 ℃；烘烤時長分別縮短13 和18 h；干煙烘烤降低成本0.44和0.57元/kg，烤后煙均價分別提升0.74、1.29元/kg；感官評吸質(zhì)量略有提升。經(jīng)保溫處理的烤房在增質(zhì)提效、節(jié)能省工方面均有提升作用，但納米涂料烤房的烘烤性能和效果要優(yōu)于泡沫保溫材料烤房。

關(guān)鍵詞 密集烤房：煙葉烘烤：泡沫保溫材料；納米涂料

中圖分類號 S26 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）13-0185-04

Study on Efficiency of Bulk Curing Barn of Different Insulation Materials

LI Hao

（Xiangcheng Tobacco Company，Xuchang Municipal Tobacco Company，Xiangcheng，Henan 461700）

Abstract In order to further improve the curing performance of bulk curing barn，foam curing material and nano coating were used to treat the smoke chambers of the bulk curing barns respectively.Besides，the baking performance and effect of different curing barns were contrasted and analyzed compared with the ordinary bulk curing barn.The results show that the thermal insulation property of the curing barn with foam insulation material and nano coating is improved compared with the ordinary bulk curing barn.The horizontal temperature differences reduce by 0.85 and 1.19 ℃ respectively，and the vertical temperature differences reduce by 0.68 and 1.35 ℃ respectively.The baking time was shortened by 13 and 18 h respectively.The costs per kilogram of dry tobacco reduce by 0.44 and 0.57 yuan respectively，and the average prices of flue cured tobacco increase by 0.74 and 1.29 yuan /kg respectively.Sensory evaluation quality improves slightly.The heat curing barn has the advantages of increasing quality，improving efficiency，saving energy and saving labor.But the baking performance and effect of nano coating barn are better than that of foam insulation material.

Key words Bulk curing barn；Tobacco fluecuring；Foam insulating material；Nanometer paint

隨著我國科技和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步以及烤煙的規(guī)模化生產(chǎn)，密集烤房逐漸適應(yīng)了我國烤煙生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的新形勢，代表當(dāng)前烤煙設(shè)備的發(fā)展方向。從早期自然通風(fēng)氣流上升式烤房至當(dāng)前采用的機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)熱循環(huán)烤房，烤房發(fā)展歷程一直注重在熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)以及加熱系統(tǒng)方面的改進(jìn)[1]。當(dāng)前推廣的密集烤房雖然在裝煙量、煙葉烘烤質(zhì)量、集約化程度方面體現(xiàn)出巨大優(yōu)勢，但由于密集烤房墻體建造材質(zhì)大多選用導(dǎo)熱性較強(qiáng)的紅磚或空心磚[2-3]，烘烤過程中燃料提供的熱量除用于煙葉脫水干燥，還可通過空氣滲漏、墻體的傳導(dǎo)、輻射等方式散失。研究表明，即使是一座封閉良好的全新烤房，其熱能利用率也只能達(dá)到60%左右[4]。熱能利用率較低會增加系統(tǒng)能耗，烘烤過程中熱量供給不及時還會造成失水變色不協(xié)調(diào)，從而增加烤壞煙的發(fā)生概率，這些因素都在一定程度上降低了煙葉烘烤的經(jīng)濟(jì)效益。因此，提升烤房熱能利用率，使烘烤過程中煙葉處于均勻溫濕度場，對于降低烘烤成本、提升煙葉質(zhì)量具有重要意義。

近年來針對提升烤房熱能利用率的技術(shù)或材料已有很多研究，Danford[5]設(shè)計了一種新型密集型煙葉烘烤和干燥設(shè)備，該設(shè)備中的逆流余熱回收換熱器可從廢氣中回收熱量，節(jié)省大量的能源。宋朝鵬等[4]將納米涂料噴涂于密集烤房裝煙室內(nèi)壁，和未做處理的烤房進(jìn)行對比，結(jié)果表明，納米涂料處理的烤房用電量和耗煤量均有所降低；整體熱效率提升10.75%，并有效縮短烘烤時長、增加烤后煙上中等比例，1 hm2煙田煙農(nóng)增收29 643.75元。盧軍等[6]在密集烤房中添加泡沫保溫材料，結(jié)果表明，使用泡沫保溫材料處理的烤房在縮短烘烤耗時、能耗以及提升烤后煙葉經(jīng)濟(jì)性狀方面均表現(xiàn)出較大優(yōu)勢。以往研究均集中在材料的應(yīng)用效果方面，不同保溫處理之間的對比分析尚未見報道。筆者在密集烤房中分別鋪設(shè)泡沫保溫材料和涂抹納米涂料，同時以普通密集烤房為對照，對比分析2種保溫材料在烘烤性能和效果方面的差異，旨在為進(jìn)一步提升密集烤房烘烤效果、增加煙農(nóng)收益提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2016—2017年在河南省襄城縣紫云鎮(zhèn)開展，供試品種為中煙100，試驗田土壤肥力中等，前茬作物為芝麻。田間管理按優(yōu)質(zhì)烤煙栽培生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行，分別選取成熟度、顏色均勻一致的下部葉（5～6位葉）、中部葉（11～12位葉）、上部葉（15～16位葉）進(jìn)行3次烘烤試驗。

1.2 試驗設(shè)計

于試驗點密集烤房群中選擇規(guī)格一致的氣流上升式烤房3座（裝煙室模式為2路3層設(shè)計，裝煙室規(guī)格為8.0 m×2.7 m×3.5 m，烘烤能力1.33 hm2）。以三段式烘烤工藝[7]為基礎(chǔ)，結(jié)合當(dāng)?shù)責(zé)熑~烘烤特性對烘烤過程中溫濕度做適當(dāng)調(diào)整。試驗設(shè)3個處理：CK，普通密集烤房；T1，密集烤房裝煙室鋪設(shè)泡沫保溫材料；T2，密集烤房裝煙室內(nèi)壁涂抹納米涂料。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 空載試驗保溫性能測試。

關(guān)閉3座烤房的裝煙門，添加相同質(zhì)量的燃煤，循環(huán)風(fēng)機(jī)模式調(diào)至高速擋，同時點火，每2 h記錄1次溫濕度表盤顯示的溫度，直至烤房中溫度趨于穩(wěn)定時結(jié)束。

1.3.2 平面溫差和垂直溫差。

參照王建安等[8]的方法在烤房中每個層位懸掛9個溫度計，共27個檢測位點（圖1），每2 h記錄1次數(shù)據(jù)。

垂直溫差△t垂=（|t1′-t1″|+…+|t9′-t9″|）/9 （1）

平面溫差△t平n=（tmax′-tmin′） （2）

式中，t1′～ t9′為頂棚溫度計讀數(shù)，t1″～t9″為底棚與其相對應(yīng)的各溫度計讀數(shù)，n（1，2，3）代表烤房棚次。

1.3.3 烘烤耗時及能耗統(tǒng)計。烘烤時長和能耗計算參照《煙葉烘烤原理》[9]進(jìn)行統(tǒng)計。

1.3.4 經(jīng)濟(jì)性狀。參照YC/T 291—2009進(jìn)行烤后煙葉等級劃分。

1.3.5 感官評吸質(zhì)量。聘請河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院8位相關(guān)專家，參照國家標(biāo)準(zhǔn)YC/T 530—2015烤煙煙葉質(zhì)量風(fēng)格特色感官評價方法，按“九分制”評分標(biāo)準(zhǔn)對各處理的各部位煙葉進(jìn)行打分。

1.4 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)統(tǒng)計和作圖用 SPSS 17.0和Microsoft Excel 2010軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 空載升溫效果

從圖2可以看出，空載條件下各試驗烤房溫度變化均呈現(xiàn)相同的變化趨勢。0～10 h為燃料燃燒供熱階段，烤房中溫度在此階段不斷上升，但上升速率有所不同，T1、T2、CK 3個處理在此階段平均升溫速率分別為436、3.86、3.43 ℃/h。各處理烤房溫度均在10 h左右達(dá)到最高值，其中表現(xiàn)為T1>T2>CK。由于燃料消耗完畢，烤房中溫度和外界溫度差值較大，因此在10～18 h存在快速掉溫階段，18 h之后烤房中溫度經(jīng)緩慢下降后趨于穩(wěn)定狀態(tài)，在掉溫階段各處理烤房溫度均表現(xiàn)為T1>T2>CK的趨勢。綜合各處理烤房升溫掉溫情況，可以看出保溫材料處理的烤房較普通烤房在升溫速度以及保溫性能方面均有提升，且以納米涂料處理的烤房效果最高。

2.2 烘烤耗時

由圖3可知，對照處理烘烤時長分別高出 T1和 T2 2個處理13和18 h，且差異達(dá)到顯著水平（P<005），2個保溫材料處理烤房烘烤時長為T1>T2，二者差異不顯著。烘烤時間長短反映了烘烤勞動強(qiáng)度和能耗高低，如果以對照普通烤房用工強(qiáng)度設(shè)定為1，結(jié)合T1和T2 2個處理烘烤耗時，用工強(qiáng)度分別節(jié)省0.11和0.14個。因此，烤房裝煙室中增設(shè)保溫材料在一定程度上可以降低勞動強(qiáng)度和烘烤成本，且納米涂料涂抹烤房在節(jié)省烘烤耗時方面的效果優(yōu)于泡沫保溫材料處理的烤房。

2.3 平面溫差與垂直溫差

從表1可以看出，對照普通烤房平均平面溫差分別高出T1和T2 2個處理0.85和1.19 ℃，且CK處理和T1、T2處理差異均達(dá)到極顯著水平，2個保溫材料處理之間差異不顯著；垂直溫差較平面溫差進(jìn)一步增大，3個處理表現(xiàn)相同趨勢，T1和T2處理分別較CK處理降低16.71%和33.17%，且各處理之間差異均達(dá)到極顯著水平?？梢姡?jīng)保溫材料處理的烤房裝煙室的各個位點在烘烤過程中穩(wěn)溫性較普通烤房均有所提升，從而使烤房內(nèi)各個位置煙葉所處的溫濕度環(huán)境近似相同，促進(jìn)煙葉失水和變色相協(xié)調(diào)，對提升煙葉的整體烘烤質(zhì)量具有重要意義，納米涂料較泡沫保溫材料在減小烤房溫差方面存在一定優(yōu)勢。

2.4 烘烤能耗

為消除裝煙量對烘烤成本的影響，數(shù)據(jù)統(tǒng)計后計算出1 kg干煙葉產(chǎn)出所需燃料用量及耗電量。由表2可知，T1和T2處理在耗煤量和耗電量方面較對照均有所降低，其中T1和T2處理在燃料成本方面較CK處理分別減少了0.42、0.52元/kg，耗電成本方面較CK處理分別減少了0.02和0.05元/kg。綜合烘烤成本包括煤炭使用成本和用電成本，T1和T2處理較CK處理降低幅度分別達(dá)到17.05%和22.09%。

2.5 烤后煙經(jīng)濟(jì)性狀

煙葉質(zhì)量的高低決定了煙葉烘烤的經(jīng)濟(jì)效益，和煙農(nóng)的利益直接相關(guān)，同時也可以作為衡量烤房性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。從表3統(tǒng)計的不同處理烤房烤后煙葉各等級可以看出，相對于 CK處理，T1和T2處理上等煙比例較對照處理提高的幅度分別為7.43%和1087%；下等煙比例降低幅度分別為10.92%和15.14%，雖然中等煙比例較對照有所降低，但由于上等煙、下等煙比例的差異最終使均價分別提高0.74和1.29元/kg。 可見，經(jīng)保溫處理的烤房可以在一定程度上提升上等煙比例，降低烤壞煙比例，且納米涂料處理的烤房提升煙葉質(zhì)量的效果高于泡沫保溫材料烤房。

2.6 感官質(zhì)量評價

從表4可以看出，各處理感官評吸質(zhì)量的各項評價指標(biāo)得分均比較接近，經(jīng)保溫材料處理的烤房在香氣量和香氣質(zhì)2個指標(biāo)得分方面較對照略有提升，和余金龍等[10]研究結(jié)果一致。此外可以看出，T1和T2 2個處理的C3F在燃燒性方面較對照有所提升，可能是由于煙葉部位特性[11]和感官評吸人員的主觀性所致[12]。整體來看，T1和T2 2個處理在感官評吸質(zhì)量方面得分較為接近，略好于對照。

3 結(jié)論與討論

該試驗結(jié)果表明，經(jīng)保溫材料處理的烤房在烘烤性能和效果方面均優(yōu)于普通密集烤房。在裝煙室內(nèi)鋪設(shè)泡沫保溫材料較普通密集烤房烘烤成本降低0.44元/kg，縮短烘烤耗時13 h左右，烤后煙均價提升0.74元/kg。而裝煙室內(nèi)壁涂抹納米材料較普通密集烤房烘烤成本可降低0.57元/kg，縮短烘烤耗時18 h左右，烤后煙均價提升1.29元/kg。均表現(xiàn)出明顯的提質(zhì)增效、省工降本作用。納米涂料在保溫性能、縮短烘烤耗時、節(jié)省烘烤能耗、增加烤后煙經(jīng)濟(jì)性狀方面均優(yōu)于泡沫保溫材料，平面溫差不同保溫處理之間差異不顯著，垂直溫差差異達(dá)到極顯著水平，但保溫材料處理對于烤后煙感官評吸質(zhì)量提升效果并不明顯。

納米涂料在降低烤房溫差方面表現(xiàn)出的明顯優(yōu)勢主要是由于納米涂料自身電磁學(xué)性能、光學(xué)性能、流體學(xué)性能所致[13]。特別是納米微粒的吸收帶普遍存在“藍(lán)移”現(xiàn)象[14]，熱能通過漫射的方式在烤房中各個位置自由流動。而現(xiàn)有泡沫保溫材料大多通過泡沫的密閉性達(dá)到物理保溫效果[15]，最終導(dǎo)致泡沫保溫材料和納米涂料在促進(jìn)烤房中溫度均衡性方面出現(xiàn)較大差異。綜合來看，密集烤房經(jīng)保溫處理后在煙葉烘烤的省工、降本、提質(zhì)、增效方面均有一定程度的提升作用，但材料本身的揮發(fā)性對煙葉品質(zhì)以及安全性的影響仍需進(jìn)一探究。

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