不同替代能源密集烤房煙葉烘烤效能對比研究

郭大仰，劉尚錢，肖志新，劉 芮，彭堅強，胡志明，曹 娜，李 麗

(云南省煙草公司保山市公司，云南保山 678000)

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不同替代能源密集烤房煙葉烘烤效能對比研究

郭大仰，劉尚錢*，肖志新，劉 芮，彭堅強，胡志明，曹 娜，李 麗

(云南省煙草公司保山市公司，云南保山 678000)

[目的]探索煙葉烘烤燃煤的替代能源。[方法]對生物質壓塊、生物質顆粒和醇基3類燃料與常規燃料(褐煤)的煙葉烘烤效能進行對比研究。[結果]3種替代能源在燃燒煙氣中主要污染物的排放明顯低于常規燃料，烘烤過程中升溫速度、穩溫性能明顯提高(除生物質壓塊外)，整個烘烤工藝時間可縮短6～14 h，對初烤煙葉外觀質量無明顯影響；醇基燃料成本較高，烘烤綜合成本約是褐煤成本的2.4倍，經濟效益較差。[結論]生物質顆粒燃料可作為常規燃料(褐煤)的替代能源應用于煙葉實際烘烤工藝中。

煙葉；生物質壓塊；生物質顆粒；醇基；褐煤；烘烤效能

近年來，密集烤房在國內迅速推廣，采用密集烤房比普通烤房1 kg干煙烘烤耗煤量降低0.88 kg，綜合收益提高3.6元，節本增效明顯[1]。同時，密集烤房具有裝煙密度大、烤房容量大、烘烤工藝趨于自動化等特點[2]，在實際推廣應用過程中取得了較高的經濟效益和社會效益。但是，密集烤房的燃料主要還是依賴于燃煤，燃煤的使用在實際烘烤中帶來較為嚴重的環境污染問題。據測算，一個20座規模的烤房群，整個烘烤季節排放煙塵4～5 t，CO2160～220 t[3]，產生的 SO23.4～5.6 t，NOX1.6～2.8 t[4]。隨著人們對社會環境保護意識的不斷增強，環境問題備受社會關注，煙葉烘烤作為耗能較大的環節，亟需研究開發燃煤的替代能源。目前，科技人員正致力于研究清潔能源的烘烤技術，如采用太陽能[5]、高溫熱泵[6]、醇基[7]、生物質等新型能源應用于煙葉烘烤，在解決烘烤過程中主要污染物的排放方面效果顯著，但對不同能源對烤房的性能及烤后煙葉質量的綜合比較研究較少。筆者主要針對保山市煙葉烘烤中主要的替代能源醇基、生物質壓塊和生物質顆粒3種燃料與常規燃料(褐煤)進行綜合對比研究，以篩選出既環保又能滿足當前煙葉烘烤需求的新型能源。

1 材料與方法

1.1 材料 燃料：生物質壓塊，生物質顆粒，醇基，褐煤；烤煙品種：K326，烘烤煙葉為適熟煙葉；烤房：臥式4臺密集型烤房，根據生物質顆粒和醇基燃料燃燒特性對其燃燒系統進行改造，增加特制燃燒機。

1.2 方法 試驗于2015年7—10月在保山市隆陽區漢莊烘烤工場中進行，除4種燃料提供不同外，其他烘烤操作統一采取專業化烘烤服務管理。

1.2.1 試驗處理。處理①：生物質壓塊燃燒系統+臥式4臺密集烤房，燃料為生物質壓塊。處理②：生物質顆粒燃燒系統+臥式4臺密集烤房，燃料為生物質顆粒。處理③：醇基燃燒系統+臥式4臺密集烤房，燃料為醇基。處理④：褐煤燃燒系統+臥式4臺密集烤房，燃料為褐煤。

1.2.2 空載升溫測試比較。監測不同能源烤房空載條件下升溫情況，以升溫至60 ℃為停火溫度節點，每個處理重復3次，記錄烤房內升溫至38、42、48、52和60 ℃ 5個溫度節點時耗時，比較不同替代能源升溫效能。

1.2.3 負載烘烤效能比較。煙葉統一采取煙夾夾煙定量烘烤，統計烘烤過程中38、42、48、52 ℃ 4個關鍵穩溫點干球溫度的變化情況；煙葉入爐時標記10夾放在中臺中間位置，用于對烤后煙葉等級結構及外觀質量的評價；對烘烤過程中燃料成本、用工成本、烘烤管理成本進行統計，綜合評價不同替代能源烤房綜合烘烤效能。

1.2.4 排放主要污染物比較。委托具有污染物檢測資質的第三方檢測機構，測定不同替代能源燃燒煙氣中主要污染物CO2、CO、SO2、NOX的排放情況，比較不同燃料在減排方面的效能。

1.3 數據處理 采用用Excel和DPS軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同替代能源對空載條件下烤房升溫情況的影響 按照煙葉烘烤過程中的干濕球溫度的監測方法進行溫度檢測點的布控，以烤房主控儀顯示的溫度為準，記錄烤房內溫度達到既定溫度的時間，不同替代能源烤房內升溫情況統計數據見表1。

從表1可以看出，烤房空載升溫至60 ℃時生物質顆粒燃料耗時27 min，平均升溫速度為1.19 ℃/min，顯著高于其他能源燃料，較生物質壓塊燃料、醇基燃料、褐煤平均升溫速度分別提高約693.3%、190.2%、561.1%，升溫效果明顯；生物質壓塊與褐煤平均升溫速度差異不顯著。從烤房內升至不同溫度節點耗時可以看出，在升溫至42 ℃以前，生物質壓塊燃料、生物質顆粒燃料、醇基燃料、褐煤4種不同燃料平均升溫速度分別為0.22、1.20、0.63、0.25 ℃/min，42 ℃以后平均升溫速度為0.15、1.64、0.37、0.18 ℃/min，說明生物質顆粒燃燒無滯后性，生物質壓塊、醇基、褐煤存在燃燒滯后性，尤其是醇基燃料燃燒滯后性較為突出，一定程度上可導致烘烤中后期能耗增加。

表1 不同替代能源烤房升溫情況比較

注：表中同列不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。

Note：Different lowercases in the same column stand for significant difference at 0.05 level.

2.2 不同替代能源對烤房烘烤效能的影響

2.2.1 不同替代能源穩溫性能的比較。通過對中部葉烘烤過程中38、42、48和52 ℃ 4個穩溫點進行動態監測統計，比較不同替代能源烤房的穩溫性能；同時，監測變黃期、定色期和干筋期烘烤持續時間，比較對烘烤工藝耗時的影響，結果見表2、3。

表2 不同處理目標溫度穩溫性能

Table 2 Different target temperature stabilization performance

℃

注：表中“最高值”和“最低值”為烘烤過程中各個穩溫點的干球溫度實測值。

Note：Maximum and minimum in the table are measured value of dry bulb temperature at different temperature stabilization points.

表3 不同替代能源烘烤耗時統計

從表2可以看出，生物質顆粒和醇基燃料在各個穩溫點能夠將溫度控制在±0.5 ℃內，較好地執行烘烤曲線，可避免因溫度大幅度偏離烘烤目標溫度造成煙葉烘烤損失。生物質壓塊燃料在38和42 ℃時較好地實現穩溫點控制，但在48和52 ℃掉溫比較突出，偏離目標溫度最大值分別為-0.7、-0.9 ℃；褐煤在42和48 ℃時能夠較好地實現穩溫點的控制，但在38和52 ℃穩溫點分別偏離目標溫度最大值為-2.4、1.1 ℃，說明褐煤在這2個穩溫點溫度波動較大，這可能與燃煤的燃燒特性有關。

從表3可以看出，替代能源烤房烘烤過程中變黃時間較褐煤(常規燃料)縮短4～6 h，干筋時間縮短3～7 h，定色時間差距不明顯。整個烘烤工藝，采用生物質壓塊、生物質顆粒、醇基燃料耗時較褐煤分別降低3.7%、8.6%、6.1%。

2.2.2 不同替代能源烘烤成本比較。煙葉烘烤由煙農合作社專業化服務隊進行統一管理，統計烘烤過程中用工成本和能耗成本，見表4。

從表4可以看出，采用替代能源在煙葉烘烤過程中用工成本比褐煤(常規燃料)平均降低70%，由于替代能源烤房的燃燒系統進行了自動加料裝置，耗電量增加，增幅在38.9%～79.8%。綜合能耗和用工成本，生物質壓塊、生物質顆粒較褐煤分別提高了25%、13%；雖然醇基燃料在能耗量和用工數方面都明顯低于其他燃料，但由于醇基燃料單價相對較高，其綜合成本約是褐煤的2.4倍，約是生物質類燃料的1.9倍，烘烤綜合成本較高。

表4 不同替代能源烘烤能耗及用工成本

注：用工主要指烘烤管理用工，工價100元/個，電價0.425元/(kW·h)。

Note：Labor is mainly refers to the baking management, labor price is 100 yuan/ind.,electricity price is 0.425 yuan/(kW·h).

2.2.3 不同替代能源烤后煙葉質量比較。標記的初烤煙葉由專業化分級隊員進行分級，按照專分散收流程統一交售，以農戶交售報表為統計單位，進行經濟性狀比較；同時，由專業技術人員對初烤后的X2F、C3F、B2F 3個等級煙葉的外觀質量進行比較，結果見表5、6。

從表5可以看出，采用生物質壓塊和褐煤燃料初烤煙葉級外煙葉比例較高，分別占7.8%、10.6%。生物質壓塊、生物質顆粒、醇基作為替代能源的中上等煙比例分別較褐煤提高2.8%、5.5%、6.0%，交售均價除生物質壓塊略低于褐煤外，生物質顆粒、醇基分別較褐煤提高6.0%、8.6%。

表5 不同替代能源對烤后煙葉經濟性狀的影響

表6 不同替代能源對初烤煙葉外觀質量的影響

從表6可以看出，不同替代能源對初烤煙葉外觀質量除醇基燃料X2F顏色為檸檬黃外，其他等級的外觀質量基本相同，說明不同替代能源對初烤煙葉的外觀質量影響不大。

2.3 不同替代能源對排放主要污染的影響 在烤煙工藝進行過程中實時監測煙囪中的煙氣參數，根據多次實測的情況，平均得出煙氣的具體成分，見表7。

表7 不同能源烘烤過程中主要氣體污染物排放情況

從表7可以看出，醇基燃料燃燒系統輸出的煙氣溫度為186.31 ℃，比褐煤燃料提高約2倍，生物質類燃料燃燒系統輸出的煙氣溫度與褐煤燃料相當。從CO2排放情況可知，替代能源燃燒煙氣中CO2含量比褐煤提高0.3～0.4百分點，說明更有利于替代能源的充分燃燒；從其他主要污染物排放情況可以看出，替代能源CO和SO2的排放明顯低于褐煤，由于生物質類燃料主要成分為木質素和纖維素等，因此NOx排放明顯高于褐煤燃料。不同替代能源燃燒煙氣中總污染物排放(除CO2外)與褐煤燃燒相比，生物質壓塊減少2 779.90 mg/L，生物質顆粒減少2 781.40 mg/L，醇基減少2 655.40 mg/L，減排效果明顯。

3 結論與討論

通過對生物質壓塊、生物質顆粒、醇基3種替代能源與保山煙區烘烤常規燃料褐煤的煙葉烘烤效能的對比研究可知，替代能源燃料可以有效縮短烤房升溫時間，有利于減少整個烘烤工藝時間，尤其是生物質燃料升溫迅速，效果明顯，對其烘烤工藝的優化有待進一步研究。同時，替代能源燃燒系統的改進可實現燃料的自動添加，在減工方面優勢明顯，還可實現燃料的精準投放，有利于煙葉烘烤過程中穩溫點的控制，但由于替代能源的燃料成本較高，降本效果不明顯，尤其是醇基燃料烘烤成本約為褐煤的2.4倍，不利于該技術的推廣應用。生物質壓塊由于燃料體積較大，減少了有效燃燒面積，在烘烤升溫階段不利于溫度的升高，對穩溫點的控制也存在一定的制約。

此外，替代能源燃燒過程中煙氣中主要污染物明顯低于常規能源(褐煤)，在環境保護方面具有明顯的社會效益和經濟效益，符合現代煙葉生產的發展趨勢。替代能源對初烤煙葉的外觀質量影響不大，對煙葉經濟效益有一定的提升作用。

綜合分析，生物質顆粒燃料作為燃煤的替代能源具有一定的優勢，既能滿足烘烤需求，又能實現清潔烘烤，在實際烘烤過程中具有較高的推廣應用價值。參考文獻

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Effectiveness Comparative Study of Tobacco Curing on Different Alternative Energy Intensive Barn

GUO Da-yang, LIU Shang-qian*, XIAO Zhi-xin et al

(Baoshan Branch of Yunnan Tobacco Company, Baoshan, Yunnan 678000)

[Objective] The aim was to explore alternative energy of coal for baking. [Method] The baking efficiency of biomass briquetting, biomass particles, alcohol and conventional fuel(lignite) was comparatively studied. [Result] The results showed that alternative energy during combustion flue gas emissions of major pollutants were significantly lower than conventional fuel, heating speed, stable temperature performance was improved significantly (except fot biomass briquetting), baking process could be shorten 6-14 hours, no significant effect on the appearance quality of cured tobacco leaves, alcohol baking overall costs were increased by approximately 2.4-fold compared with lignite. [Conclusion] Biomass particles can be used as alternative energy of conventional fuel(lignite).

Tobacco leaf; Biomass briquetting; Biomass particles; Alcohol; Lignite; Baking efficiency

云南省煙草公司科技計劃項目(2014YN32)。

郭大仰(1969- )，男，云南騰沖人，農藝師，從事烤煙生產管理研究。*通訊作者，農藝師，從事煙葉烘烤調制研究。

2016-10-08

S 509.2;TS 44

A

0517-6611(2016)33-0099-04