漢中茶葉殺青機能源利用現狀及改進措施

吳航 王政委 秦霞

(1.陜西漢中職業技術學院 723000；2.南鄭縣蠶茶果技術推廣中心 723100)

漢中茶葉殺青機能源利用現狀及改進措施

吳航1王政委2秦霞2

(1.陜西漢中職業技術學院 723000；2.南鄭縣蠶茶果技術推廣中心 723100)

茶產業發展越快，在生產過程中所消耗的能源也越多，傳統制茶過程中殺青需要大量木柴、煤炭等能源。在能源緊缺、生態環境日益惡化的今天，高效利用現有能源，加大清潔新能源開發利用，傳統動能轉型升級勢在必行。闡述了漢中地區制茶能源的利用現狀，并提出了相關建議。

漢中；茶葉；能源

漢中屬我國茶區最北緣，具有與茶葉內質正相關的緯度高、海拔高、云霧幾率高的先天優勢，自古產茶，以綠茶生產為主，紅茶、白茶、黑茶皆有生產。漢中是陜西，乃至整個西北最大的茶葉生產基地，2015年全市茶園面積達7.1萬hm2，其中投產茶園4.5萬hm2，無性系良種茶園2.6萬hm2。全市加工企業917家，其中省級龍頭企業11家，市級龍頭企業29家，建有清潔連續化生產企業33家，生產線68條。

1 漢中殺青機能源利用現狀

1.1 殺青機大多以木柴、煤炭作為燃料

據統計，漢中茶葉加工企業有917家，建有清潔連續化生產企業33家，占總數3.6%。許多小型茶葉加工企業主要分布在山區，這些地方往往地勢偏僻，交通不便，茶葉生產過程中，能源利用最初是選用木柴，以綠茶生產為例，消耗木柴量最大的是殺青環節。據湖北十堰市竹山縣張永波試驗，每消耗15kg木柴生產1kg干茶，投入與產出比例達6.6%，消耗量很大[1]。隨著加工技術不斷發展，能源開發利用，煤炭能源又被廣泛應用到茶葉生產的過程中。據試驗，加工1kg干茶需消耗2kg煤炭，大大提高了能源利用率，降低了企業生產成本。

但是從現在能源利用角度來看，第一，木柴、煤炭燃燒利用率低，嚴重破環生態環境。第二，殺青時使用木柴、煤炭作為燃料，易對茶葉品質帶來不良影響。第三，茶業為綠色朝陽產業，使用木柴、煤炭作為燃料，污染大，與初衷背道而馳。由此可見，新能源利用勢在必行。

1.2 電能成為新型殺青機的首選能源

電能是一種應用最廣泛、使用最方便、最清潔的能源。隨著茶葉殺青機的不斷更新，電能已被廣泛使用。例如陜西綠嬌子農業開發有限公司采用電能進行漢中仙毫的殺青處理，每加工1kg干茶，消耗6度電。電能在茶葉生產上的應用，很大地提高了殺青葉的品質和茶葉的產量，很好地應對了當前人工短缺和生產過程中污染大等問題，實現了茶葉生產規模化和清潔化生產。

1.3 液化氣、天然氣新能源的應用

茶葉清潔化生產是未來茶產業發展方向，液化氣和天然氣具有燃燒完全、運輸方便、溫度穩定以及能滿足長時間加工作業等優點，是茶葉生產過程中的熱門能源。

例如，陜西綠嬌子農業開發有限公司近年引進的炒青生產線就是采用液化氣為能源，生產1kg干茶，只需消耗0.5kg液化氣。但是在使用液化氣的過程中需要有安全設施的投入，費用較燃煤高，一些茶企難以承擔。

2 能源利用存在問題

2.1 能源浪費率高

全市茶葉加工企業917家，其中96.4%的茶企仍然在使用煤炭作為制茶能源。在殺青的實際操作過程中存在煤炭燃燒不充分、熱效率低的問題，未完全燃燒的煤炭隨爐灰排放掉，無形中增加了煤炭使用量，從而增加加工成本。

2.2 污染嚴重

制茶基本能源為煤炭，傳統茶葉殺青機并無燃煤廢氣脫硫除塵裝置，所產生的二氧化硫、灰塵、氮氧化物等有害物質完全排放到大氣中，污染嚴重;其次，傳統殺青機械設備集中在一個車間，老化的或排煙不暢的機械易將煙塵帶進加工車間，直接污染茶葉，嚴重影響茶葉品質。

2.3 新能源利用成本高

據試驗，生產1kg干茶消耗2kg燃煤，燃煤時價按400元/t計算，則需燃料費用0.8元；生產1kg干茶消耗0.5kg液化氣，液化氣時價按10元/kg計算，燃料費用4元;生產1kg干茶消耗7度電，電價按0.9元/度計算，電費6.3元。由此可見，使用煤炭成本低，清潔化能源成本高，推廣比較困難。

3 改進措施

由于推廣新能源所面臨的現實難度，除了需要相關部門加大宣傳，采取切實可行的幫扶措施鼓勵和支持茶企積極引入清潔化生產設備和技術外，怎樣能夠對現正投入使用的茶葉殺青機進行改造，以降低污染，提高熱效率就成了迫在眉睫的事情。

3.1 改造爐灶結構

王世斌[2]以80型殺青機為對象，將兩個爐灶結構相同但燃燒室不同的殺青爐灶進行測試。研究指出爐柵大小、長寬比、爐條數、條間隙、爐膛深寬、吊火高度及爐門規格等都與煤是否完全燃燒有著很大關系，燃燒室結構與燃料的充分燃燒、熱能的利用率關系密切。合理的燃燒室結構既能節約能源，又能保證殺青所要求的溫度。

圓爐膛比方爐膛的傳熱效果更均勻，可有效減小爐壁表面積，以達到降低散熱損失的效果。[3]可借鑒黃漢云[4]對于一般大型爐灶構造的技術，將爐柵以一定角度傾斜，使爐柵的垂直切面呈倒梯形，由此增大了燃料接觸氧氣的面積。同時加設二次通風口，使可燃氣體在灶膛內充分燃燒，增加可燃物的燃燒時間，提高熱效率。

3.2 燃料的處理與選擇

鑒于我國大部分的茶葉加工生產過程中的燃料還是以煤為主，煤不能最大限度地完全燃燒便成了制約殺青機熱功效的因素之一。

煤是極復雜的有機巖，除了不燃的無機部分，比如水分和礦物質，還含有可燃的有機部分，比如固定碳。煤的發熱量與其中水分、灰分含量成反比。選擇合適的煤直接關系到能源成本和殺青溫度。

以燃燒煤為熱源的殺青機最常見的熱損耗即是固體不完全燃燒熱損，且所占比重較大，這就同燃煤的顆粒大小相關。對于一般殺青機而言，空氣都是從爐灶下端通過爐條間隙進入參與燃燒。若燃煤粒徑過大，燃燒產生的灰殼附在煤球表面阻隔了燃質與氧氣有效接觸；若燃煤的粒徑過小，盡管煤表面積變大，利于快速充分燃燒，但在燃燒室的時間變短，來不及完全燃盡，便落入儲灰室。故而，為節約燃料制備系統的能耗，高灰燃料宜用細小顆粒尺寸；低灰燃料，粒徑可適當選取的大一些。[5]

此外，適當的濕度對燃煤的粒度[6]和燃煤產生熱量的提高有影響。因為合適的濕度，首先可使碎煤抱團增加燃煤粒度，降低爐渣碳含量，減少機械不完全燃燒損失；其次可降低飛灰損失，減少飛灰含碳量；最后，高溫下，水可與碳發生化學反應，生成一氧化碳和氫氣，兩種燃氣可繼續燃燒產熱。

使用天然氣為熱源的殺青機，為使燃氣充分燃燒，在改造燃燒器的結構時，應注意使燃氣先與空氣充分混合，然后再被點燃。

3.3 隔熱保溫

通過殺青機外壁散失也是熱量損耗的一種方式，對殺青機外壁進行適當的保溫措施[7]，也可有效節約熱能。吳衛國、謝昌瑜[8]為了進一步提高茶葉電熱滾筒殺青機的熱功效，在緊貼電熱管的外環層增設由石棉及其它高分子材料組成的保溫層，把電熱管全封閉在內。為加強爐壁的絕熱，黃漢云[7]用含50%耐火細粉、43%硅溶膠、3.5%短纖維和3%水制成的高溫粘結劑將兩層厚為20mm/層的陶瓷纖維氈粘在耐火磚外圍，再填充上價廉、導熱系數比較小、厚約50mm的膨脹珍珠巖，從而大大降低爐壁熱量散失。

通過使用保溫隔熱涂料也可以達到節能的目的。在我國，高溫遠紅外涂料是現已在油田被較廣泛推廣使用的節能產品[9]。該涂料含有強輻射材料，在高溫環境下，可輻射出遠紅外波，提高被加熱介質的吸熱效率。將其涂于爐內耐火材料內壁之上，可增大爐體黑度，大幅增強吸熱能力。在100～1 800℃內，其輻射熱能遵循斯蒂芬-玻爾茲曼定律：隨著爐膛內壁溫度的升高，爐膛內壁的熱輻射能力就以溫度的四次方倍數躍增，極大提高輻射傳熱強度，促使燃料更加充分燃燒，過剩空氣系數也被相對減少，從而達到節能目的。

3.4 余熱回收利用

在殺青過程中隨煙塵的排出也會損失一部分的熱量，若這些熱量被回收利用，就能節約不少的能源。浙江泰順縣山樣坪茶場設計的滾筒殺青和烘二青兩灶聯用結構，將殺青浪費的高位熱能用于烘二青，既達到充分燃燒燃料的目的，又很好地利用了熱能，熱效率達到49%。[10]倪德江等[11]研制的進風式滾筒連續殺青，于傳統滾筒連續殺青機的基礎上，在進葉口添置了熱進風管，利用熱風帶走殺青葉產生的熱蒸汽，殺青結束時利用熱空氣迅速吹走筒內茶葉，避免了焦茶現象發生。這套殺青機，就是在保溫層鋪設管道，利用余熱來加熱空氣，再由風機送入滾筒。

3.5 新技術、清潔能源的利用

在改進殺青機結構的同時，用新的清潔能源代替木柴、煤炭，科學合理地使用能源，提高能源利用率。吳衛國[8]介紹了一種利用電熱管供熱的滾筒殺青機，實現了清潔化能源供熱生產，其供熱裝置處封閉狀態，設有保溫層，熱效率可達35%以上，能耗低于傳統殺青機的40%以上。宋志禹[12]改進了傳統的加熱方式，采用加熱圈與滾筒同步旋轉的面接觸熱傳導方式加熱，同時為進一步降低熱能損失，在滾筒外側輔以石棉層隔熱，由自動化系統調節殺青環境的溫濕度，降低了能耗，提高了殺青質量，適用于茶葉連續化、清潔化加工。邱望標[13]通過PID溫控系統控制煤爐加熱殺青，不僅有效節約了能源成本，還提高了綠茶的加工質量。

在設備更新方面還應注意引進新的技術，比如熱泵和熱管[14]。熱泵技術是根據熱力學中制冷原理，消耗少部分機械能或電能這樣的高質能對熱泵做功(W)，使熱量Q1從低溫(T1)熱庫被泵到高溫(T2)熱庫，在理想情況下，高溫熱庫就獲得熱量Q2=Q1+W>W。除上述“物理熱泵”外，還可利用“化學熱泵”，其工作原理是利用某些化學物質的可逆反應存在吸放熱性質，它能利用太陽能、工業余熱等，在循環中同時提供冷、熱空氣。而熱管是一種效率高、結構簡的傳熱元件。在兩端封閉的圓柱殼內壁，襯一層多微孔的吸液“管芯”。管內一端受熱另一端被冷卻時，工質在受熱端吸熱氣化，流向另一端就放熱凝結，凝結的液態工質借毛細作用沿管芯又滲回受熱端，如此循環傳熱。熱管廣泛用于電子工業、工業熱回收中。

3.6 其他注意方面

經常檢查維護爐體，確保爐體的完整密封。爐體內部有漏洞，就會鉆入冷風，影響爐膛燃燒溫度。提高司爐工的燒火技巧，加煤要做到“少量多次，勤加薄加”，使爐膛內的火焰既旺又燃燒充分。

4 小結

在當前大力推行節約、環保的生產方式下，要讓節約資源、提高效益的理念深入各茶廠茶企的生產、建設等領域，以促進經濟增長和社會發展，切實保護、合理利用資源，提高資源利用率。就茶葉生產加工而言，就是要在茶葉生產的各個環節，合理利用能源，提高能源利用率，大力發展或引進節能技術，不斷完善茶機性能，改善綜合配套措施，在全市廣泛推行清潔化生產，保障茶葉生產中節能理念的不斷深入。因此，茶廠能源特別是熱能的節約，不僅具有重大的經濟效益，而且具有重大的社會效益。

[1]張永波.以“煤”代“柴”加工茶葉,促進山區和諧發展[J].蠶桑茶葉通訊，2007(3):37.

[2]王世斌.淺析殺青爐灶的燃燒室結構[J].茶葉通報,1995(3):61～62.

[3]王連勇,蔡九菊.火焰爐節能技術分析[J].工業加熱,2006,35(3):1～3.

[4]黃漢云.大型省能爐灶的設計與應用[J].節能技術,2002,20(3):29,32.

[5]郭亮.入爐煤粒徑對鍋爐燃燒的影響[J].水利電力機械,2007,9(9):13～15.

[6]肖洪慶,袁文武.淺談燃煤粒度對鍋爐熱效率的影響[J].化工進展,2009(1): 13～15.

[7]曹正芳.干燥過程的節能途徑[J].節能技術，2000,18(1):21～22

[8]吳衛國,謝昌瑜.茶葉電熱滾筒殺青機的研究[J].中國茶葉加工，2009(1):30～31

[9]馬景樹.稠油熱采注汽鍋爐遠紅外隔熱涂料噴涂技術應用[J].中國高新技術企業，2011(8):29～30.

[10]曾民秀.滾筒殺青機與烘干機聯用灶的設計[J].中國茶葉，1992(1):28～29.

[11]倪德江,陳玉瓊,周繼榮，等.進風式滾筒連續殺青機的研究[J].中國茶葉，2007,29(3):30.

[12]宋志禹,李尚慶.節能型自動化控制茶葉滾筒殺青機的介紹[J].茶業通報, 2010，32(3):137～140.

[13]邱望標,李超,陳亞,等.PID 控制煤爐加熱式殺青機的溫控系統研究[J].糧油加工, 2009(9):169～171.

[14]李家炯.論節能生產與節能新技術[J].地質勘探安全,2001(1):30,33～34.