煙葉烘烤技術(shù)研究進(jìn)展與智能烘烤技術(shù)展望

黃勤超

（黑龍江省煙草公司牡丹江煙葉公司，黑龍江 牡丹江 157000）

在市場大量需求背景下烤煙生產(chǎn)形式也發(fā)生巨大變化，朝著規(guī)?；较蚋倪M(jìn)，傳統(tǒng)密集烤房逐漸成為限制烤煙生產(chǎn)的要素?？緹煹囊?guī)?；N植為煙草行業(yè)的現(xiàn)代化建設(shè)打好重要基礎(chǔ)，現(xiàn)代煙草行業(yè)的建設(shè)也為規(guī)?；N植和專業(yè)分工建設(shè)提供合理有效的保證。和煙草生產(chǎn)工序的其他工序相比，煙草調(diào)制工序的勞動強(qiáng)度、技術(shù)難度都比較大，專業(yè)進(jìn)程也相對緩慢，在這種情況下充分了解煙草企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，查找發(fā)展中存在的問題以明確煙草企業(yè)的未來發(fā)展方向，對現(xiàn)代煙草企業(yè)的發(fā)展有重要意義。

1 煙葉烘烤技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 消耗熱力

從烤煙烘烤能耗來看，烘烤時的熱力消耗極大，熱力消耗主要在以下三個方面存在：一是煙葉烘烤中溫度上升，水分汽化，升溫和汽化產(chǎn)生的熱耗；二是通風(fēng)排濕過程中冷空氣進(jìn)入烤房之后的加熱與濕潤空氣排出產(chǎn)生的消耗；三是煙囪在排煙過程中的熱耗維護(hù)不足，也會導(dǎo)致熱量消耗損失。從熱量消耗所產(chǎn)生的作用來看分為有效熱量消耗和無效熱量消耗。有效熱量消耗是烤煙烘烤中必然消耗熱量，煙葉水分在排除、排濕過程中空氣溫度升高所產(chǎn)生的熱耗占總能量損耗的20%～35%之間；無效熱量消耗包含燃燒不完整和排煙造成的損失，占總能量損耗的65%～80%之間。因此可以看出傳統(tǒng)烤煙烘烤能耗大、環(huán)境污染問題嚴(yán)重[1]。

1.2 密集烤房數(shù)量不斷增加

國家煙草專賣局出臺《密集烤房技術(shù)規(guī)范（試行）》解決密集烤房建造、應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)問題，讓我國烘烤步入良性發(fā)展軌道。結(jié)合現(xiàn)階段煙草行業(yè)發(fā)展來看，密集烘烤技術(shù)在近幾年得到發(fā)展，密集烤房建設(shè)推動烤煙向規(guī)?；?、專業(yè)化發(fā)展。

進(jìn)入新時期之后人們改善傳統(tǒng)烘烤模式，出現(xiàn)密集烤房，兩者在工作原理上相似，但是密集烤房裝煙密度是傳統(tǒng)烤房的2～4倍，密集烤房使用機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)、熱風(fēng)循環(huán)方式來加熱煙草，煙葉間隙風(fēng)速是普通熱風(fēng)循環(huán)加熱煙室的2～3倍，在密集烤房內(nèi)，可以半自動化控制溫濕度，從而確保整個裝煙環(huán)境為封閉式循環(huán)或者是半開放式循環(huán)，因此溫濕度控制合理，能夠滿足烘烤煙葉的需要。同時，也需要考慮密集烘烤過程中需要的配電設(shè)備，因?yàn)槊芗痉康暮碾娏窟h(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通烤房。

1.3 設(shè)施改善

從烘烤現(xiàn)狀來看，現(xiàn)階段大多數(shù)烤房成套設(shè)施都得到改進(jìn)和優(yōu)化，比如熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)的研發(fā)運(yùn)用提高了煙葉間隙風(fēng)速，提高了濕熱交換速度，甚至可以將整個烤房上下溫差收縮，保證烤房內(nèi)溫度濕度均勻分布，進(jìn)而保證通風(fēng)排濕工作有序開展。另外排濕技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動化運(yùn)行，提高了排風(fēng)與排濕速度，結(jié)合煙葉烘烤利用調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)、排風(fēng)情況，從而全部回收與利用熱風(fēng)，在排濕和節(jié)能方面具備顯著效果。

1.4 烘烤工藝提升

煙草是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要部分，在煙葉調(diào)制過程中煙葉變化是最初階段，當(dāng)煙草葉片變成黃色，此時溫度較低，主要通過呼吸作用和外界溫度來將煙草葉片變黃過程縮短，常見手段是將煙葉編織成一個長條，懸掛在專業(yè)晾曬棚上，利用呼吸作用釋放熱量，加快煙葉發(fā)黃、柔軟。當(dāng)煙葉變黃部分超過八成，失水率達(dá)到30%左右，將其放在烤房中可以縮短烘烤時間、降低煤炭消耗量、提高烤房周轉(zhuǎn)率。煙葉采收過程中，采收方式不同會導(dǎo)致煙葉本身的物質(zhì)基礎(chǔ)、衰老程度與烘烤特征、理化特征之間存在差異性，這就會給煙葉烘烤質(zhì)量帶來影響，甚至?xí)绊懭剂系南某杀?。另外在生產(chǎn)中密集烤房烘烤煙葉常常出現(xiàn)顏色淺淡、光滑的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致油分、香氣量下降[2]。在密集烘烤生產(chǎn)中自動化水平、裝煙容量、密度之間有緊密的聯(lián)系，葉片間隙與風(fēng)速、風(fēng)壓之間的關(guān)系并不明確，尤其是煙葉香味和工業(yè)的可用性成為密集烘烤亟需解決的問題。

1.5 烤房設(shè)備與技術(shù)精簡化

現(xiàn)階段密集烘烤設(shè)備在工藝方面取得了巨大突破、創(chuàng)新，具備節(jié)能、提升生產(chǎn)質(zhì)量，減少能源消耗方面的優(yōu)勢，因此人們對密集烤房的研究不斷深入。先進(jìn)的烤房設(shè)備是

烘烤工藝的載體，可以降低技術(shù)復(fù)雜性和煙葉生產(chǎn)的風(fēng)險，在很大程度上可以提高煙葉整體質(zhì)量，改善煙葉等級。操作人員在這個過程中并不需要掌握大量而成套的烘烤技術(shù)，操作比較簡單，可以提高烘烤質(zhì)量與效益。煙農(nóng)也成為密集烤房的最大受益者，他們可以通過烘烤來提高生產(chǎn)效率，以及穩(wěn)定效益。

表1 專業(yè)化烘烤和普通烘烤的成本對比（元/kg干煙）

2 烘烤煙葉技術(shù)的局限性

2.1 密集烤房成本局限

密集烤房烘烤設(shè)備朝著智能化方向發(fā)展，工作原理是以機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)、熱風(fēng)循環(huán)方式來加熱裝煙，促進(jìn)煙葉失水、干燥，通過溫濕度控制設(shè)備調(diào)控?zé)熑~外觀質(zhì)量。密集烤房雖然在裝煙量、煙葉烘烤質(zhì)量、集約化方面體現(xiàn)出巨大優(yōu)勢，但是在實(shí)際使用過程中仍舊存在問題。一方面雖然經(jīng)濟(jì)效益顯著提升，但是消耗成本非常高，1.0 hm2純板塊結(jié)構(gòu)密集烤房造價約3萬元，混磚結(jié)構(gòu)為1萬元；容量為1.6～2.0 hm2的純板塊結(jié)構(gòu)密集烤房造價為5萬元，混磚結(jié)構(gòu)約為1.5萬～2萬元。另一方面烘烤自控設(shè)備與技術(shù)并不成熟，這主要是因?yàn)橛布O(shè)備不齊全、設(shè)備不完善、陳設(shè)過于簡單等等。因此密集烤房未來的發(fā)展需要在材質(zhì)選擇、設(shè)備改造、自控設(shè)施等方面改善，為煙葉烘烤打造更好的環(huán)境，為其輸入新鮮血液[3]。

2.2 燃燒局限

煙草雖然需要烘烤，但是整個過程消耗時間短，需要保證烘烤過程擁有足夠的熱量。國外煙葉烘烤使用柴油、天然氣作為燃燒燃料。我國受到資源、成本等的局限與影響，在烤煙燃燒方面，主要以煤炭、柴草為燃料，而且烤房從原本的自然通風(fēng)氣流上升式烤房演變成為當(dāng)前的機(jī)械通風(fēng)熱循環(huán)烤房，普遍以煤炭作為原料。因此現(xiàn)階段烘烤是使用不可再生能源作為代價生產(chǎn)煙葉。另外使用煤炭能耗高，1 kg干煙葉消耗煤炭量為1.5～2.0 kg，整體利用效率為30%，而且煤炭燃燒過程中會釋放大量有害物質(zhì)，會造成環(huán)境嚴(yán)重污染。大量研究、經(jīng)驗(yàn)證明，使用煤炭進(jìn)行煙葉烘烤，1 kg煙葉會產(chǎn)生NO2、SO2、CO2，含量依次為0.0091 kg、0.0132 kg、5.302 kg。在全球化背景下燃燒原料越來越少，燃料需求量不斷增加，煙葉烘烤成本不斷增加，不符合國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展基調(diào)。

3 煙草智能烘烤未來發(fā)展趨勢

3.1 精準(zhǔn)控制煙草烘烤

在智能系統(tǒng)支持下，密集烘烤技術(shù)越來越完善，但是現(xiàn)階段能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度自控和智能化控制的技術(shù)還比較少，如何根據(jù)煙葉變化特征與烤房特性，使用清潔能源和智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)烘烤自動化、現(xiàn)代化，這其實(shí)是漫長的發(fā)展過程。為將自控技術(shù)與煙葉品質(zhì)結(jié)合，需要從烘烤特征入手，對烤煙含水量、煙葉的各種干物質(zhì)含量、酶活性等進(jìn)行深入研究分析，建立起科學(xué)的煙葉烘烤影響要素。烘烤之前對鮮煙做好全面評價，建立鮮活的數(shù)據(jù)庫，得到合理烘烤模型，實(shí)現(xiàn)烘烤過程的合理分配，滿足烘烤的精準(zhǔn)控制。借助智能技術(shù)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)手段提高烘烤過程的可控程度和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)智能化、精準(zhǔn)控制。

3.2 采用機(jī)械化烘烤技術(shù)

煙草采收、編煙整個過程占工程用量三分之一，根據(jù)對全國現(xiàn)代煙草試點(diǎn)數(shù)據(jù)調(diào)查分析顯示，使用在煙草采收方面的機(jī)械比較少。國外部分國家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)使用采收車由機(jī)械手采摘葉片向上輸送到集裝箱中，裝滿后把集裝箱放在底下，直接送到烤房。從長遠(yuǎn)發(fā)展來看，要想減少采收和編煙環(huán)節(jié)的勞動力，減小勞動強(qiáng)度和復(fù)雜度，加強(qiáng)對這兩個方面的機(jī)械的研究非常重要。另外解決這些問題也可以從社會化分工、專業(yè)化的服務(wù)方面努力。

3.3 積極使用清潔能源

煙葉烘烤是大量耗熱的一個過程，而且在烤房群規(guī)模不斷增大，烤房數(shù)量越來越多的情況下，烘烤釋放的煙塵、有害氣體污染問題會受到人們的重視[4]。近年來部分學(xué)者從烤房設(shè)備、新能源利用方面進(jìn)行大量研究，提出提高烘烤熱能利用效率手段，也有煙草科技工作者將生物質(zhì)能、太陽能、集中供熱等技術(shù)運(yùn)用在煙葉烘烤中，取得了顯著成效。但是對煙葉品質(zhì)有特殊要求，決定了操作智能化需要選擇合適的手段，每一種新能源的利用有不同的優(yōu)點(diǎn)、使用范圍，而如何高效使用烤房的設(shè)備與當(dāng)前煙區(qū)生產(chǎn)實(shí)際有關(guān)，在不增加烤房改造成本的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)創(chuàng)新、專業(yè)化分工、提高烘烤效率、保證烤煙質(zhì)量，成為煙葉烘烤領(lǐng)域內(nèi)研究的重點(diǎn)。

4 結(jié)語

綜上，傳統(tǒng)烘烤過程繁瑣，在烘烤過程中會產(chǎn)生大量熱量、資源消耗，不利于行業(yè)健康發(fā)展，因此需要結(jié)合現(xiàn)代化技術(shù)，充分運(yùn)用智能化手段改進(jìn)烘烤技術(shù)，促進(jìn)煙草行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。