生物質(zhì)能源替代煤炭烘烤煙葉的試驗初報

杜傳印，王玉華，夏磊，孟凡武，王德權(quán)，高政緒，姜振玲，王先偉*

(1.山東濰坊煙草有限公司，山東 濰坊 261205；2.濰坊市坊子區(qū)農(nóng)業(yè)局，山東 濰坊 261200)

煤炭資源仍是目前煙葉烘烤的主要燃料，每千克干煙葉耗煤量一般為1.5～2.0 kg，利用效率只有30%左右[1]，且燃燒釋放的大量有害物質(zhì)會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。研究表明，使用煤炭進(jìn)行煙葉烘烤，每千克煙葉生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生9.4 g NOx、13.2 g SO2和302 g CO2[2]。隨著煤炭等不可再生能源的短缺和環(huán)境污染等問題的加劇，積極尋求開發(fā)可以替代煤炭進(jìn)行煙葉烘烤的新型高效能源，已成為烤煙生產(chǎn)中亟待解決的問題[3]。

生物質(zhì)顆粒燃料是以作物秸稈、樹枝、鋸木、玉米芯、花生殼等材料經(jīng)過加工壓制而成的顆粒狀環(huán)保新能源[4-6]。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，降低了人工勞動強(qiáng)度，更符合減工降本和環(huán)保的實際需要，應(yīng)用前景廣闊[7-10]。

本研究對生物質(zhì)顆粒和煤炭兩種烘烤能源進(jìn)行對比，探討生物質(zhì)顆粒用于煙葉烘烤的可行性，以期降低煙葉烘烤對煤炭的依賴度，推進(jìn)煙區(qū)清潔環(huán)保生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 材料

生物質(zhì)顆粒，濰坊當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的雜木顆料；生物質(zhì)顆粒爐，深圳廣和能源發(fā)展有限公司；鮮煙葉，品種NC55。

1.2 試驗設(shè)計

在濰坊市諸城瑯埠烘烤工廠進(jìn)行試驗。試驗設(shè)置2個處理：T1，自動加料式生物質(zhì)顆粒密集烤房(以下簡稱為生物質(zhì)烤房，共5座)；T2，自動加煤密集烤房(以下簡稱為自動上煤烤房)，作為對照。裝煙全部采用掛竿方式，栽培和田間管理均按當(dāng)?shù)厣a(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)方案進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 烘烤能耗比較

由表1可知：生物質(zhì)烤房每烤1 kg干煙平均耗電0.70 kW·h，生物質(zhì)顆粒消耗量為1.66 kg，能耗成本為1.93元；自動上煤烤房每烤1 kg干煙平均耗電0.64 kW·h，煤炭消耗量為1.35 kg，能耗成本為1.69元。每烤1 kg干煙，生物質(zhì)烤房的能耗成本較自動上煤烤房高0.24元。

表1 制得1千克干煙的烘烤能耗成本比較

注：生物質(zhì)顆粒價格按810元·t-1、煤炭價格按850元·t-1、電價按0.84元·(kW·h)-1計算。

2.2 烘烤用工比較

由于生物質(zhì)烤房燃料加注料斗較大(100 kg)，每加一次可以使用較長時間，加之生物質(zhì)烤房的穩(wěn)定性和控溫精確性均優(yōu)于自動上煤烤房，因此，用工數(shù)量可以大大降低。本試驗中，生物質(zhì)烤房較自動上煤烤房每爐可節(jié)約0.23個工，用工成本可節(jié)省34.5元。由此可知，生物質(zhì)烤房操作便捷，省工省時，能有效降低烘烤用工成本。

表2 烘烤用工成本比較

2.3 煙葉經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

如表3所示：T1處理的橘黃煙比例較T2高出2.6百分點，雜色比例較T2低0.9百分點，上、中等煙比例分別較T2高2.1、0.6百分點。在均價方面，生物質(zhì)烤房烤后煙葉為25.3元·kg-1，自動上煤烤房均價為24.2元·kg-1，說明生物質(zhì)烤房在提高煙葉經(jīng)濟(jì)性狀方面有明顯效果。

2.4 煙葉外觀質(zhì)量比較

從表4可以看出，生物質(zhì)烤房和自動上煤烤房烤后煙葉在顏色、身份和葉片結(jié)構(gòu)上無顯著差異。在色度指標(biāo)上，生物質(zhì)烤房烤后煙葉表現(xiàn)為強(qiáng)至中，而自動上煤烤房烤后煙葉表現(xiàn)為中，說明生物質(zhì)烤房在提升煙葉色度方面有一定的效果。

表3 生物質(zhì)烤房和自動上煤烤房烤后煙葉經(jīng)濟(jì)性狀

表4 生物質(zhì)烤房和自動上煤烤房烤后煙葉外觀質(zhì)量比較(中部煙葉)

2.5 煙葉化學(xué)成分比較

由表5可以看出，2個處理的下部葉(X2F)總糖和還原糖(合稱兩糖)含量均適宜，中(C3F)、上(B2F)部葉的兩糖含量略高于適宜值。T1處理不同部位煙葉總煙堿含量均低于T2處理。兩種烘烤方式下鉀、氯含量無顯著差異。T1處理的煙葉蛋白質(zhì)含量低于自動上煤烤房，尤以中下部煙葉表現(xiàn)明顯。2個處理的煙葉鉀氯比、糖堿比均在適宜范圍，無顯著差異。在兩糖差方面，2個處理均在適宜范圍內(nèi)，但生物質(zhì)烤房上、中、下部位的兩糖差均低于自動上煤烤房，說明生物質(zhì)烤房烤后煙葉的兩糖含量協(xié)調(diào)性優(yōu)于自動上煤烤房。

表5 不同供熱方式烤后煙葉化學(xué)成分比較

2.6 煙氣排放檢測指標(biāo)比較

如表6所示，生物質(zhì)烤房煙氣中的顆粒物、二氧化硫及氮氧化合物的排放量均低于自動上煤烤房。其中，生物質(zhì)烤房的顆粒物排放量較自動上煤烤房降低75.4%，二氧化硫排放量降低97.2%，氮氧化合物排放量降低86.3%。由此可以看出，生物質(zhì)替代煤炭作為煙葉烘烤燃料，在環(huán)保減排方面有著明顯的優(yōu)勢。

表6 烤房煙氣檢測結(jié)果 單位：mg·m-3

3 小結(jié)與討論

本研究表明，與煤炭烘烤相比，改用生物質(zhì)燃料烘烤，每爐煙可節(jié)省人工成本34.5元。從烤后煙葉經(jīng)濟(jì)指標(biāo)看，生物質(zhì)烘烤的煙葉上等煙比例比燃煤烘烤提高2.1百分點，均價提高1.1元·kg-1，較許錫祥等[11]的研究數(shù)據(jù)偏低，這可能是因為本研究中所采用的烘烤工藝與生物質(zhì)烤房的配合度還較低。受制于生物質(zhì)顆粒熱值及成本等因素影響，生物質(zhì)烘烤能源成本比燃煤烘烤增加0.24元·kg-1干煙，但總體來看，按照每爐烘烤干煙400 kg計算，采用生物質(zhì)烘烤方式，每爐可增加收入378.5元。

生物質(zhì)烤房烤后煙葉的橘黃煙比例、上等煙比例、中等煙比例、葉片色度均優(yōu)于燃煤烤房，煙葉內(nèi)在化學(xué)成分也得到一定程度的改善。這與王紫微等[12]的研究一致。這主要是因為生物質(zhì)烤房對溫、濕度的控制更為精準(zhǔn)，能更好地落實烘烤工藝，避免升溫或降溫幅度偏大造成的煙葉青筋、掛灰現(xiàn)象的發(fā)生，可有效降低烤壞煙的概率。

總體來看，利用生物質(zhì)作為能源烘烤煙葉較傳統(tǒng)燃煤烘烤具有明顯的降本增效優(yōu)勢，且對烤后煙葉的外觀質(zhì)量及內(nèi)在品質(zhì)也有進(jìn)一步提升，在降低污染物排放水平、促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)循環(huán)良性發(fā)展等方面具有積極效果。然而，目前生物質(zhì)燃燒爐無法與現(xiàn)有的傳統(tǒng)烤房土建結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)匹配，使用之前需要對傳統(tǒng)烤房進(jìn)行改造。同時，生物質(zhì)燃燒爐設(shè)備價格較高，初期投入過大，一定程度上限制了煙農(nóng)自行安裝的積極性。因此，出臺相關(guān)優(yōu)惠政策及補(bǔ)助辦法對于生物質(zhì)烤房的推廣是非常有必要的。