太陽能密集型自控烤房的應(yīng)用效果

摘要：為促進煙葉生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，云南文山州煙草公司研制了一種太陽能密集自控烤房，其太陽能利用效率較高，升溫靈敏，水平與垂直溫差小，排濕通暢，全自動控制操作簡便，能滿足烤煙烘烤的需要。烘烤煙葉質(zhì)量與普通密集烤房所烤煙葉質(zhì)量相當(dāng)，比普通密集烤房平均節(jié)能３４％，利用太陽能與電能替代煤炭烘烤，實現(xiàn)了煙葉烘烤的溫室氣體零排放。

關(guān)鍵詞：煙葉；烘烤；太陽能烤房；密集烤房

中圖分類號：Ｓ５７２ 文獻標(biāo)識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０11）23－4934-03

Application Effect of Solar Auto Control Bulk Curing Barn

ＬＵ Ｙong－ｈｅｎｇ１，ＸＵ Ｔｉａｎ－ｙａｎｇ１，ＨＥ Ｂｉｎｇ２，ＪＩＡＮＧ Ｈｏｎｇ－ｊｉａ１，ＣＵＩ Ｇｕｏ－ｍｉｎ３，Ｌｉｕ Ｐｅｎｇ－ｃｈｅｎｇ２，ＤＡＮＧ Ｙｕｎ－ｂｏ２，

ＷANG Ｇａｎｇ２，ＬI Ｒun－ｔａｏ２，ＬＩＵ Ｙao－ｗｕ１，ＸＩＡＮG Ｃｈｅｎｇ－ｇａｏ１，ＷＡＮＧ ＹUE－ｎｅｎｇ１

（１. Ｗｅｎｓｈａｎ ＣＮＴＣ， Ｗｅｎｓｈａｎ ６６３０００，Ｙｕｎｎａｎ，Ｃｈｉｎａ； ２. Ｂｒｉｔｉｓｈ Ａｍｅｒｉｃａ Ｔｏｂａｃｃｏ Ｆａｒ Eａｓｔ Ｃｏ． ， Ltd.， Ｋｕｎｍｉｎｇ ６50011，Ｃｈｉｎａ；

３. Ｙｕｎｎａｎ Tｏｂａｃｃｏ Sｃｉｅｎｃｅ ＆ Rｅｓｅａｒｃｈ Iｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００１１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｓｏｌａｒ ｂｕｌｋ ｃｕｒｉｎｇ ｂａｒｎ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｏｂａｃｃｏ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｂｙ Ｗｅｎｓｈａｎ ｐｒｅｆｅｃｔｕｒｅ ｉｎ Ｙｕｎｎａｎ tｏｂａｃｃｏ cｏｍｐａｎｙ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｕｔｉｌｉｚe the ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｉｍｅｌｙ， ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ａｎｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｗａｓ ｓｍａｌｌ， mｏｉｓｔｕｒｅ ｓｍｏｏｔｈ， ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗａｓ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｆｌｕｅ－ｃｕｒｅｄ ｔｏｂａｃｃｏ ｃｕｒｉｎｇ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｏｒｄｉｎａｒｙ ｂｕｌｋ ｃｕｒｉｎｇ ｂａｒｎ， ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｓａｖｅ ３４％ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｒｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｍａｉｎｔａｉｎ ａ ｓｉｍｉｌａｒ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｑｕａｌｉｔｙ． Ｕｓｉｎｇ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ ｔｏ ｒｅｐｌａｃｅ ｃｏａｌ ａｎｄ ｂａｋｉｎｇ，ｚｅｒｏ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｏｆ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｇａｓｅｓ ｗａｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｉｎ ｔｏｂａｃｃｏ ｃｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｔｏｂａｃｃｏ ｌｅａｆ； ｃｕｒｉｎｇ； ｓｏｌａｒ ｂａｒｎ； ｂｕｌｋ ｃｕｒｉｎｇ ｂａｒｎ

美國北卡羅萊納州立大學(xué)的Ｊｏｈｎｓｏｎ等［１］于１９６０年進行了密集烤房試驗研究，之后該種烤房便在生產(chǎn)中迅速得到推廣應(yīng)用。目前，先進的烤煙生產(chǎn)國基本上已淘汰了能耗高的小型普通烤房，而主要使用熱能利用率高的大型密集化、連續(xù)化、工廠化烘烤設(shè)備［２］。我國密集烘烤近幾年得到了突飛猛進的發(fā)展，２００５年全國僅有３．４萬座密集烤房，到２００９年發(fā)展到４０多萬座，覆蓋烤煙面積５．４３×１０５ ｈｍ２，占全國烤煙種植面積的２５％以上［３］。現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的目標(biāo)不僅僅要減輕煙農(nóng)負(fù)擔(dān)、持續(xù)增加煙農(nóng)收入，更要樹立負(fù)責(zé)任的煙草行業(yè)形象，降低煙草生產(chǎn)期間對環(huán)境產(chǎn)生的污染，真正實現(xiàn)煙草農(nóng)業(yè)和社會的協(xié)調(diào)發(fā)展。當(dāng)前，每烘烤１ ｋｇ干煙需要１．５～２．０ ｋｇ煤炭，烘烤成為煙草農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要的污染來源。如何降低煙葉烘烤成本，降低能耗，減輕污染，日益受到大家的關(guān)注。為尋求清潔的烘烤替代能源，云南文山州煙草公司研究開發(fā)了一種新型的太陽能密集自控烤房，應(yīng)用效果較好，具有一定的推廣價值。

１ 材料與方法

１．１ 材料

試驗于２００９、２０１０年在云南省文山州硯山縣平遠(yuǎn)街獅子山烤房群進行。烤煙供試品種為ＹＮ８５，按優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)種植，成熟采收。

普通密集烤房（以下簡稱普通烤房），規(guī)格為８．０ ｍ×２．７ ｍ×３．５ ｍ，氣流下降式，裝鮮煙葉４ ０００ ｋｇ，燃料為煤炭； 太陽能密集自控烤房（以下簡稱太陽能烤房），規(guī)格為８．０ ｍ×２．７ ｍ×３．５ ｍ，氣流下降式，裝鮮煙葉３ ８００～４ ０００ ｋｇ。由太陽能加熱室（位于裝煙室頂部，規(guī)格為２．１ ｍ ×７.０ ｍ × ０．３ ｍ）、熱泵輔助加熱系統(tǒng)、熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)及溫濕度自動控制系統(tǒng)組成。

１．２ 方法

在太陽能供熱室內(nèi)中部放置１個電子溫度計，在烤房的底層、中層、上層各掛６個溫濕度計，分別放置在烤房的四角及中位線處， 檢測在３８、４２、４７、５４、６０和６８ ℃時的溫度。以自控監(jiān)控儀顯示的溫濕度作為對照。根據(jù)煙葉不同部位、不同素質(zhì)選擇一條合適的烘烤專家曲線進行烘烤。

干濕球溫度用溫濕度計（昆明潔然新能源技術(shù)開發(fā)有限公司） 檢測； 風(fēng)速用風(fēng)速計（上海儀博儀器廠） 測量；煙葉等級按照國家標(biāo)準(zhǔn)鑒定；總氮、煙堿、蛋白質(zhì)、淀粉、總糖、還原糖、鉀等含量均按王瑞新等［４］的方法測定。

２ 結(jié)果與分析

２．１ 太陽能吸熱室效能分析

由圖１可看出，太陽能吸熱室對太陽能的轉(zhuǎn)換效率較高，在不循環(huán)的情況下最高溫度可達(dá)到１２０ ℃，而裝煙室最高溫度僅為３４．１ ℃，兩者相差８５．９ ℃。由圖２可以看出，在空載的情況下通過太陽能熱量循環(huán)利用，可提高裝煙室溫度，最高達(dá)５３ ℃。通過太陽能轉(zhuǎn)換和熱量循環(huán)利用，太陽能烤房裝煙室溫度可滿足煙葉在變黃期及定色前期對熱量的需要。

２．２ 太陽能烤房與普通烤房的性能比較

２．２．１ 空載與負(fù)載條件下水平溫差與垂直溫差比較 由表１可以看出，在空載條件下，太陽能烤房與普通烤房的水平溫差與垂直溫差都不超過０．３ ℃，表現(xiàn)較好。在負(fù)載條件下，太陽能烤房的底層、中間及頂層的水平溫差比普通烤房分別低０．５、０及０．２ ℃， 垂直溫差低０．４ ℃。這可能是由于太陽能烤房的彩鋼墻體比普通烤房的磚墻保溫性能好，烤房內(nèi)溫度受外界影響較小。另外太陽能烤房使用溫濕度自動控制儀控制，溫度敏感度為０．５ ℃，烤房內(nèi)溫度與設(shè)定溫度基本一致，相對穩(wěn)定。

２．２．２ 負(fù)載條件下進風(fēng)口、排濕口及葉尖隙的風(fēng)速比較 由表2可以看出，太陽能烤房與普通烤房進風(fēng)口、排濕口及葉尖隙的風(fēng)速接近。兩種烤房葉尖隙風(fēng)速在０．２ ｍ／ｓ左右，能到達(dá)排濕通暢的效果，使烤房內(nèi)溫度一致，有效提高烤房的熱能利用率，使煙葉變色快、易定色、干筋時間縮短，在一定程度上減少了因風(fēng)速過低烤成爛煙、黑槽煙和掛灰煙的情況，有利于保證煙葉烘烤質(zhì)量［５］。

２．２．３ 能耗及用工比較 由表3的結(jié)果可知，太陽能烤房的烘烤時間與成本分別是１２０ ｈ和０．９８元／ｋｇ，比普通烤房分別減少了８ ｈ和０．５0元／ｋｇ，烘烤成本降低３４％。太陽能烤房和普通烤房的用工費分別為０．２元／ｋｇ和０．３元／ｋｇ，太陽能烤房節(jié)約用工費０．１元／ｋｇ。這主要是由于太陽能加熱室提供了變黃期的熱量，并在后期提供了一定熱量輔助。另外排出的濕熱空氣中的能量通過熱泵的回收利用，提高了熱量的使用效率。溫濕度的精確控制幫助提高烘烤效率，縮短了烘烤時間。由于太陽能烤房使用清潔的太陽能和電能作為烘烤能源，實現(xiàn)了烘烤期間ＣＯ２的零排放。每千克干煙葉可減排５．１ ｋｇ ＣＯ２。

２．３ 太陽能烤房與普通烤房烘烤煙葉的質(zhì)量比較

２．３．１ 化學(xué)成分比較 從表4可知，兩種烤房所烤下、中、上部煙葉的煙堿、總糖、還原糖、淀粉、蛋白質(zhì)等化學(xué)成分含量都比較接近，由此可見，太陽能烤房與普通烤房烘烤煙葉的質(zhì)量相當(dāng)。

２．３．２ 兩種烤房所烤煙葉外觀質(zhì)量比較 由表5可知，太陽能烤房所烤煙葉上、中等煙比例、均價都略高于普通烤房所烤煙葉。分析原因主要是太陽能烤房能對溫度進行精確而有效地控制，使煙葉在一個適宜的環(huán)境中進行調(diào)制，進而表現(xiàn)出較好的質(zhì)量。

３ 小結(jié)

試驗結(jié)果表明，太陽能烤房的太陽能加熱室設(shè)計簡單，對太陽能的利用直接高效，太陽能密集烤房吸熱室太陽能轉(zhuǎn)化效果較好，晴天加熱室的溫度可達(dá)１２０ ℃，通過循環(huán)利用空載裝煙室溫度可升高至５３ ℃，晴天時所轉(zhuǎn)化熱量可滿足烘烤前期熱量需要，后期能起到很好的輔助作用。烤房關(guān)鍵點溫差及風(fēng)速檢測結(jié)果表明，太陽能密集烤房升溫靈敏，水平溫差與垂直溫差小，排濕通暢，能滿足煙葉烘烤所需的條件，所烤煙葉與普通密集烤房烘烤煙葉質(zhì)量相當(dāng)。太陽能密集烤房節(jié)能減排效果明顯，可降低烘烤成本３４％。太陽能密集烤房利用清潔的太陽能與電能替代煤炭調(diào)制煙葉，實現(xiàn)了煙葉調(diào)制溫室氣體的零排放，每千克干煙葉可減排５．１ ｋｇ ＣＯ２。

由于選用熱泵為輔助熱源，對電的依賴較強， 修建此太陽能密集烤房時必須配備足夠的應(yīng)急電源。

參考文獻：

［１］ ＪＯＨＮＳＯＮ Ｗ Ｈ， ＨＥＮＳＯＮ Ｗ Ｈ， ＨＡＳＳＬＥＲ Ｆ Ｊ， ｅｔ ａｌ． Ｂｕｌｋ ｃｕｒｉｎｇ ｏｆ ｂｒｉｇｈｔ－ｌｅａｆ ｔｏｂａｃｃｏ［Ｊ］． Ｔｏｂ Ｉｎｔ， １９６０，１２：２６２－２６９．

［２］ 徐增漢，王能如，崔 焰，等． 我國煙葉烤房的節(jié)能改革［Ｊ］． 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，２０００，２８（６）：７９５－７９８．

［３］ 宋朝鵬，李富欣，陳少斌，等．烤煙烘烤技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［Ｊ］． 作物雜志，２０１０（１）：５－８．

［４］ 王瑞新，韓富根，楊素勤， 等． 煙草化學(xué)品質(zhì)分析法［Ｍ］． 鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社，１９９０．

［５］ 王能如．煙葉調(diào)制與分級［Ｍ］．北京：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，２００６．