天然氣水暖集中供熱密集烘烤效果

任 杰，白 茹，袁 威，饒 智，許建設(shè)，徐世峰，丁鵬輝，王海霞，孫福山*

[1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，農(nóng)業(yè)部煙草生物學(xué)與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島 266101；2.陜西省煙草公司延安市公司，陜西 延安 716000；3.紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，昆明 650231；4.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，濟(jì)南 250014]

天然氣水暖集中供熱密集烘烤效果

任 杰1，白 茹2，袁 威2，饒 智3，許建設(shè)2，徐世峰2，丁鵬輝2，王海霞4，孫福山1*

[1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，農(nóng)業(yè)部煙草生物學(xué)與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島 266101；2.陜西省煙草公司延安市公司，陜西 延安 716000；3.紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，昆明 650231；4.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，濟(jì)南 250014]

為研究天然氣水暖集中供熱密集烘烤效果，以烤煙秦?zé)?96 為試驗(yàn)材料，利用 25 座天然氣水暖集中供熱密集烤房和燃煤密集烤房，通過進(jìn)行烤房烘烤對比試驗(yàn)，對兩類烤房用工能耗及烤后煙葉等級結(jié)構(gòu)、外觀質(zhì)量、化學(xué)成分和感官質(zhì)量進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，與燃煤烤房相比，天然氣水暖集中供熱密集烤房能耗成本有所增加，但烤后煙葉橘黃煙比例增加，檸檬黃煙比例下降，上等煙比例和均價(jià)提高，煙葉外觀質(zhì)量改善，化學(xué)成分更加協(xié)調(diào)，感官質(zhì)量評價(jià)檔次更高。天然氣水暖集中供熱烘烤是一種烘烤用工量少、環(huán)境污染小、烤后煙葉質(zhì)量好的煙葉烘烤新方法。

烤煙；天然氣；水暖；集中供熱；密集烤房；烘烤

目前，我國推廣的密集烤房主要以燃煤為主，管理較粗放，煙葉烘烤能耗較高，大氣污染物如煙塵、SO2、CO 等排放量較大，致使烘烤環(huán)節(jié)成為煙草農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要的污染來源[1]。與燃煤相比，天然氣作為一種清潔能源，熱值高，能顯著減少燃燒過程中 SO2、煙塵和 CO 等大氣污染物的排放[2]。因此，一些發(fā)達(dá)國家如加拿大和美國的煙葉烘烤主要使用以天然氣為能源進(jìn)行供熱的密集烤房（群）[3]。本研究前期在國內(nèi)首次集成密集烤房技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)、水暖集中供熱技術(shù)和液化天然氣（LNG）氣化技術(shù)，設(shè)計(jì)建造了 25 座天然氣水暖集中供熱密集烤房。液化天然氣由低溫槽車運(yùn)至 LNG 氣化站，以 LNG 氣化站輸出的天然氣為燃料加熱鍋爐水，來自鍋爐的高溫水經(jīng)循環(huán)水泵加壓后通過供水管網(wǎng)送至各個(gè)烤房。高溫水在換熱器內(nèi)加熱循環(huán)風(fēng)后經(jīng)由回水管網(wǎng)重新返回鍋爐由天然氣進(jìn)行加熱，從而完成集中供熱系統(tǒng)封閉循環(huán)。烤房系統(tǒng)通過無線通信鏈路將烘烤過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞給遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對烤房群內(nèi)每座烤房烘烤過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。前期研究表明，天然氣水暖集中供熱密集烤房升溫靈敏，溫度控制精確，溫濕度指標(biāo)能夠滿足煙葉烘烤的要求[4]。但在前期研究中只對烤房群中的5座烤房進(jìn)行了試驗(yàn)，而循環(huán)水系統(tǒng)仍在整個(gè)烤房群內(nèi)運(yùn)行，額外損耗了部分熱能，此外，整個(gè)烤房群使用同一循環(huán)水系統(tǒng)，因此循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行所需的電耗成本也只能由5座烤房分?jǐn)偅瑢?dǎo)致干煙能耗成本較高[4]。

本研究在前期研究的基礎(chǔ)上，利用全部 25 座天然氣水暖集中供熱密集烤房，系統(tǒng)研究其能耗水平、烤后煙葉等級結(jié)構(gòu)和均價(jià)、外觀質(zhì)量、化學(xué)成分協(xié)調(diào)性和感官質(zhì)量，為探尋一種烘烤用工量少、環(huán)境污染小、烤后煙葉質(zhì)量好的密集烘烤新設(shè)備提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為秦?zé)?6中部煙葉。烘烤試驗(yàn)于2013年8—9月在延安南泥灣現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)示范園進(jìn)行。試驗(yàn)用 25 座天然氣水暖集中供熱密集烤房和燃煤密集烤房，規(guī)格均為 8000 mm×2700 mm× 3500 mm，均為氣流下降式密集烤房。

1.2 試驗(yàn)處理

設(shè)置天然氣水暖集中供熱密集烤房群和燃煤密集烤房群2種烘烤設(shè)備處理，其中2種參試密集烤房群各包括 25 座密集烤房，兩類烤房采用同質(zhì)鮮煙，按當(dāng)?shù)孛芗婵炯夹g(shù)進(jìn)行。每類烤房各選取2夾具有代表性煙葉放在兩類烤房的二棚中間位置，不設(shè)重復(fù)。

1.3 觀測項(xiàng)目

（1）對兩類烤房烤后煙葉依據(jù)烤煙國標(biāo)GB2635—92 進(jìn)行分級，計(jì)算各等級比例以及橘黃煙、檸檬黃煙比例和均價(jià)，并進(jìn)行煙葉外觀質(zhì)量評價(jià)。（2）對兩類烤房 2 夾代表性烤后煙葉去除青雜煙后全部送農(nóng)業(yè)部煙草產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心進(jìn)行常規(guī)化學(xué)成分分析和感官質(zhì)量評價(jià)。（3）計(jì)算各處理烘烤后干煙耗氣量、耗煤量、耗電量。

2 結(jié) 果

2.1 烤后煙葉等級結(jié)構(gòu)

由表1可見，兩類烤房烤后煙葉上等煙比例和均價(jià)差別較大，天然氣水暖集中供熱密集烤房烤后煙葉上等煙比例較燃煤密集烤房提高 7.8 個(gè)百分點(diǎn)，干煙均價(jià)較燃煤密集烤房提高 0.7 元/kg。橘黃煙比例增加而檸檬黃煙比例下降，天然氣水暖集中供熱密集烤房烤后煙葉橘黃煙比例較燃煤密集烤房提高 9.8 個(gè)百分點(diǎn)，檸檬黃煙比例下降 9.7 個(gè)百分點(diǎn)。此外，天然氣水暖集中供熱密集烤房烤后煙葉下低等煙比例略低于燃煤密集烤房，但差別不大。綜合來看，天然氣水暖集中供熱密集烤房烤后煙葉等級結(jié)構(gòu)優(yōu)于燃煤密集烤房。

2.2 烤后煙葉外觀質(zhì)量

從表2可看出，天然氣集中供熱烤房烤后煙葉外觀質(zhì)量較燃煤烤房顏色有所加深，橘黃煙比例增加，油分增多，色度增強(qiáng)，煙葉外觀質(zhì)量有所改善。

2.3 烤后煙葉化學(xué)成分

從表3可以看出，兩類烤房烤后煙葉總糖、還原糖、總氮、淀粉含量均在烤煙化學(xué)成分適宜范圍之內(nèi)[5]，但蛋白質(zhì)含量和煙堿含量均偏低。與燃煤烤房相比，天然氣集中供熱烤房烤后煙葉總糖、煙堿、蛋白質(zhì)含量略高。兩類烤房烤后煙葉兩糖比基本一致，但天然氣烤房烤后煙葉糖堿比適宜，而燃煤烤房烤后煙葉糖堿比偏高。

表1 烤后煙葉等級結(jié)構(gòu)和均價(jià)Table 1 Grades and average prices of cured tobacco leaves

表2 烤后煙葉 C3F 外觀質(zhì)量Table 2 Appearance quality of cured tobacco leaves

表3 烤后煙葉化學(xué)成分含量Table 3 Contents of main chemical components of tobacco leaves

2.4 烤后煙葉感官質(zhì)量

從表4可以看出，天然氣水暖集中供熱烤房和燃煤密集烤房烤后煙葉香氣量均較足，香氣質(zhì)較好，余味較舒適，微有刺激性，雜氣較輕，燃燒性中等，灰色灰白。與燃煤密集烤房烤后煙葉相比，天然氣水暖集中供熱烤房烤后煙葉在香氣量、香氣質(zhì)、余味、刺激性指標(biāo)方面表現(xiàn)略優(yōu)，在雜氣、燃燒性和灰色方面則無差異。綜合分析，天然氣集中供熱烤房烤后煙葉感官質(zhì)量檔次為中等+，而燃煤烤房烤后煙葉質(zhì)量檔次則為中等，天然氣水暖集中供熱密集烤房烤后煙葉感官質(zhì)量優(yōu)于燃煤烤房。

2.5 能耗及烘烤用工成本

從表5可以看出，兩類烤房在能耗方面差別較大，烘烤需用煤 1.37 kg/kg，天然氣 0.71 m3/kg，但由于天然氣價(jià)格遠(yuǎn)高于煤炭價(jià)格，所以天然氣水暖集中供熱烤房氣耗成本要高于燃煤烤房煤耗成本。此外，天然氣水暖集中供熱烘烤需要有循環(huán)水泵來維持熱水循環(huán)的持續(xù)進(jìn)行，電耗成本也略高于燃煤烘烤。但是，由于采用集中供熱和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，天然氣集中供熱密集烘烤用工較燃煤烘烤下降 0.57元/kg，一般 10 座燃煤密集烤房即需要 2 人晝夜輪換進(jìn)行烘烤操作[6]，而對于天然氣水暖集中供熱烤房來說，1人即可對25座烤房進(jìn)行烘烤管理。綜合烘烤能耗及操作用工成本，天然氣集中供熱烘烤較燃煤烘烤高 1.11 元/kg。

3 討 論

與燃煤密集烤房相比，天然氣水暖集中供熱烤房大幅提高了烤后煙葉的橘黃煙比例、上等煙比例和均價(jià)，明顯改善了烤后煙葉外觀質(zhì)量、化學(xué)成分協(xié)調(diào)性和感官質(zhì)量。究其原因，可能與天然氣水暖集中供熱密集烤房升溫靈敏且對溫濕度控制精確，不會(huì)出現(xiàn)燃煤密集烤房因加煤操作等而產(chǎn)生的溫度波動(dòng)現(xiàn)象有關(guān)[7]，而燃煤密集烤房雖然有微電腦控制的鼓風(fēng)機(jī)對溫度進(jìn)行輔助控制，但目前主要還是通過人工司爐控制溫度，司爐人員的經(jīng)驗(yàn)性操作對烤房溫濕度的影響更大[8]，與天然氣或燃油密集烤房相比，燃煤烤房對溫度的控制靈敏性和精確性較差[9]。而天然氣水暖集中供熱密集烤房溫濕度控制精確（波動(dòng)一般不超過±0.5 ℃）[4]，有效保證煙葉在合理烘烤工藝條件下發(fā)生一系列有利于改善煙葉品質(zhì)的生理生化變化所需要的相對穩(wěn)定且適宜的溫濕度環(huán)境。而對于燃煤密集烤房來說，烘烤過程中溫度波動(dòng)較大，甚至?xí)霈F(xiàn)操作不當(dāng)而導(dǎo)致的溫濕度猛升驟降，不能為煙葉發(fā)生利于改善品質(zhì)的生理生化反應(yīng)提供穩(wěn)定的溫濕度條件。而研究表明，烘烤過程中溫度波動(dòng)越大，煙葉內(nèi)含物質(zhì)的損耗越大，烤后煙葉外觀和內(nèi)在質(zhì)量均越差[10-11]。

表4 烤后煙葉感官質(zhì)量Table 4 Smoking quality of cured tobacco leaves

表5 烘烤能耗及用工成本Table 5 The energy consumption and labor cost during curing

煙葉烘烤每烤次一般需要 5～7 d 時(shí)間，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，一名烘烤人員最多同時(shí)操作5座燃煤密集烤房的烘烤和燒火任務(wù)[6]，用工量較大，在中國勞動(dòng)力成本逐漸上升的情況下，煙葉種植作為第一產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展勢必會(huì)受到烘烤用工的影響[12]。天然氣水暖集中供熱烘烤僅需1人即可對整個(gè)烤房群系統(tǒng)進(jìn)行操作和控制，與燃煤密集烤房相比，具有安全、方便、快捷的優(yōu)勢，能夠大幅降低烘烤操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)用工成本。

天然氣水暖集中供熱密集烤房雖然在烘烤操作技術(shù)簡便、節(jié)省用工、能保證煙葉烘烤質(zhì)量等方面表現(xiàn)出較大優(yōu)勢，但由于目前市場天然氣價(jià)格遠(yuǎn)高于煤炭價(jià)格，導(dǎo)致天然氣集中供熱密集烘烤能耗成本偏高。在只利用5座烤房的情況下，天然氣集中供熱烤房能耗成本較燃煤烤房增加 3.22 元/kg[4]，而在利用 25 座情況下，能耗成本則只增加 1.68元/kg。天然氣集中供熱烤房烘烤用工成本較燃煤烤房下降 0.57 元/kg，烤后均價(jià)提高 0.7 元/kg，折算后，較燃煤烤房能耗費(fèi)用僅高出 0.41 元/kg。

有研究者設(shè)計(jì)了燃煤集中供熱密集烤房，雖然烘烤能耗、用工等有所改善，但仍不能擺脫對燃煤的依賴，且煙塵、SO2等污染物排放量仍然較大[7]。目前各國都越來越強(qiáng)調(diào)節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)[13]，而 10 座天然氣集中供熱密集烤房每烤次能有效減少煙塵、SO2和 CO 排放 500 kg 以上，能大大降低大氣污染物排放，具有巨大的環(huán)保效應(yīng)[4]。結(jié)合環(huán)保方面優(yōu)勢和集約化專業(yè)化烘烤的要求，天然氣水暖集中供熱密集烤房具有一定的推廣價(jià)值。

4 結(jié) 論

與燃煤烤房相比，天然氣水暖集中供熱密集烤房烤后煙葉橘黃煙比例增加而檸檬黃煙比例下降，上等煙比例和均價(jià)提高，烤后煙葉外觀質(zhì)量改善，化學(xué)成分更為協(xié)調(diào)，感官質(zhì)量評價(jià)檔次更高。雖然能耗成本有所增加，但經(jīng)折算后，能耗費(fèi)用僅高出0.41 元/kg，具有一定推廣價(jià)值。天然氣水暖集中供熱烘烤是一種烘烤用工量少、環(huán)境污染小、烤后煙葉質(zhì)量好的煙葉烘烤新方法。

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Effects of Bulk Curing with Central Hot Water Heating System Fueled by Liquefied Natural Gas

REN Jie1, BAI Ru2, YUAN Wei2, RAO Zhi3, XU Jianshe2, XU Shifeng2, DING Penghui2, WANG Haixia4, SUN Fushan1*
(1. Tobacco Research Institute of CAAS, Key Laboratory of Tobacco Biology and Processing, Ministry of Agriculture, Qingdao 266101, China; 2. Yan’an Tobacco Company of Shaanxi Province, Yan’an, Shaanxi 716000, China; 3. Hongyunhonghe Tobacco Group Co., Ltd., Kunming 650231, China; 4. China Tobacco Shandong Industrial Co., Ltd., Jinan 250014, China)

In order to study the effects of bulk curing barns with central hot water heating system fueled by liquefied natural gas (LNG), cultivar Qinyan 96, twenty-five LNG curing barns and coal curing barns were used to investigate the grades, average prices, appearance quality, main chemical components and smoking quality of tobacco leaves after curing and the energy and labor force cost during curing. The results showed that the energy cost of the new LNG equipment was higher than bulk curing barns fueled by coal, but the use of this LNG equipment could improve leaf quality while labor cost were reduced. Bulk curing with central hot water heating system fueled by liquefied natural gas was a new method of tobacco curing.

flue-cured tobacco; liquefied natural gas, water heating, central heating supply, bulk curing barn, curing

S572.09

1007-5119（2014）05-0089-04

10.13496/j.issn.1007-5119.2014.05.017

陜西省煙草公司延安市公司科技項(xiàng)目“天然氣水暖供熱密集烤房研究與利用”（YAKJH-2012-05）；“延安煙區(qū)煙葉烘烤關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”（YAKJH-2012-04）

任 杰，博士，主要從事煙葉調(diào)制加工研究。E-mail：renjie@caas.cn。*通信作者，E-mail：sunfushan@caas.cn

2013-11-24