生物質顆粒燃燒爐在密集烤房上的應用

蔣篤忠　陳洪浪　何陽　劉峰　唐善軍　歐世譽　成勃松

摘要：為探索生物質燃料在煙葉烘烤中的利用，實現煙葉烘烤節能環保和降本增效，以‘湘煙5號的下、中部葉為試驗材料，采用生物質顆粒燃燒爐配置相應換熱器、直接對接金屬加熱設備和直接對接非金屬加熱設備3種應用方式，與一次性加煤非金屬供熱設備對比的方法，對生物質顆粒燃燒爐的應用進行了研究。結果表明：利用生物質顆粒燃燒爐供熱進行煙葉烘烤，有利于烘烤過程中干球溫度的控制，干球溫度控制精度在士0.5℃以內，能確保烘烤工藝的到位，提高煙葉烘烤質量；烘烤能耗成本低于燃煤烘烤，且烘烤操作如添料、點火、控火及出渣等難度和用工量遠低于傳統燃煤方式，煙農易掌握，有利于煙葉烘烤減工降本；生物質顆粒燃燒爐在原有密集烤房配置相應換熱器的方式應用效果較好，其次是直接對接金屬加熱設備，直接對接非金屬加熱設備的應用效果相對較差。

關鍵詞：燃燒爐；生物質顆粒；密集烤房；煙葉烘烤

中圖分類號：S375 文獻標志碼：A 論文編號：cjas17020009

0引言

隨著現代煙草農業的發展，煙葉烘烤逐步實現專業化，更加重視烘烤過程中的用工、耗能和烤后煙葉質量等問題。煙葉烘烤是一個大量耗熱的過程，每1kg干煙葉的耗煤量一般為1.5～2.0 kg，熱能利用率較低，每年烤煙消耗煤炭350～450萬t，燃煤排放CO₂約為838萬t、SO₂約為2.56萬t、NO_x約為2.37萬t。另外，烘烤季節煤炭燃燒釋放的粉塵、炭黑和飛灰等給周圍環境帶來較大污染，烘烤已經成為煙草生產主要的污染來源之一。為探索煙葉烘烤清潔能源利用、節能環保和提質增效，在清潔能源及相關設備等方面開展了較多相關研究，并取得了一定的效果。王建安等㈣開展了生物質燃燒鍋爐熱水集中供熱烤煙設備的研制及效果分析，認為生物質燃燒鍋爐熱水集中供熱有利于烤房內的溫度處在理想的烘烤工藝狀態，提高上中等煙比例，降低烘烤環節的勞動強度。為適應現有密集烤房設備的更換和升級，筆者對生物質顆粒燃燒爐在現有密集烤房上的應用進行試驗，以期達到煙葉烘烤設施高效、管理高效、烘烤高效的目的。

1材料與方法

1.1試驗時間、地點

試驗于2016年在湖南省永州市東安縣大源煙葉工場進行。

1.2試驗材料

供試煙葉品種為‘湘煙5號，部位為中下部葉；供試烤房為2.7 m×8.0 m的氣流上升式密集烤房4座；供試設備為生物質顆粒燃燒爐3套。

1.3試驗方法

1.3.1試驗設計 設計4個處理：T₁，生物質顆粒燃燒爐直接對接原金屬加熱設備密集烤房，利用原有換熱器；T₂，生物質顆粒燃燒爐配置相應的換熱器；T₃，生物質顆粒燃燒爐直接對接原非金屬加熱設備密集烤房，利用原有換熱器；T₄，對照（一次性加煤非金屬供熱設備）。以第二、四房煙葉進行煙葉烘烤試驗。

1.3.2供試煙葉確定 供試烤房所烤煙葉的品種、營養條件、部位、成熟度要均衡一致。為了確保試驗的準確性，試驗前要將同樣素質的煙株在田間作上標記，第4～6葉位和第9～11葉位分別代表下部、中部，作嚴格試驗記錄，煙葉成熟采收。

1.3.3編裝煙方法 采用煙夾夾煙，下部葉4000 kg/房，每夾190～210片，重量11 kg左右，每房裝煙330～350夾；中部葉4500 kg/房，每夾夾煙170～190片，重量12kg左右，每房裝煙340～360夾。

1.3.4烘烤方法 試驗各處理和對照均按當地常規烘烤工藝實施。

1.4測定項目及方法

1.4.1觀察記載的內容 烘烤過程溫濕度狀況、煙葉變化狀況、耗煤（生物質燃料）量、耗電量，烤后煙葉外觀質量、經濟性狀、化學成分及烤房使用情況等內容。

1.4.2測定方法 還原糖、淀粉、總氮及氯含量采用連續流動法測定，鉀含量采用火焰光度法測定。

2結果與分析

2.1各處理能耗情況

從表1可以看出，下部葉烘烤中，千克干煙耗電量以T₂最低，依次是T₁、T₃和CK；3個處理的千克干煙耗生物質顆粒燃料量以T₂最低，依次是T₁和T₃，CK的千克干煙耗煤量為2.20 kg；千克干煙能耗成本以T₂最低，依次是T₁、T₃和CK，T₁的千克干煙能耗成本較CK降低了0.15元，降低了7.61個百分點，T2的千克干煙能耗成本較CK降低了0.26元，降低了13.20個百分點，T₃的千克干煙能耗成本較CK降低了0.12元，降低了6.09個百分點。中部葉烘烤中，千克干煙耗電量以T₂最低，其次是T₁和T₃，CK最高；3個處理的千克干煙耗生物質顆粒燃料量以T₂最低，依次是T₁和T₃，CK的千克干煙耗煤量為1.81kg；千克干煙能耗成本以T₂最低，依次是T₁、T₃和CK，T₁的千克干煙能耗成本較CK降低了0.02元，降低了1.22個百分點，T₂的千克干煙能耗成本較CK降低了0.06元，降低了3.66個百分點，T3的千克干煙能耗成本較CK降低了0.01元，降低了0.61個百分點。說明采用生物質顆粒燃燒爐供熱進行煙葉烘烤，燃燒效率和熱量利用率較高，有利于降低能耗成本。

2.2不同處理在烘烤過程中溫度控制情況

從圖1～2可以看出，3個處理在烘烤過程中，干球溫度與目標溫度基本一致，其升溫速度的控制比較準確，特別是在定色期能確保干球溫度穩溫持續，升溫靈敏可控，較燃煤爐優勢明顯，CK的干球溫度與目標溫度偏差較大。下部葉烘烤過程中，T₁的干球溫度與目標干球溫度偏差平均為±0.27℃，T₂的干球溫度與目標干球溫度偏差平均為±0.20℃，T₃的干球溫度與目標干球溫度偏差平均為±0.36℃，CK的干球溫度與目標干球溫度偏差平均為±1.61℃；中部葉烘烤過程中，T₁的干球溫度與目標干球溫度偏差平均為±0.24℃，T₂的干球溫度與目標干球溫度偏差平均為±0.21℃，T₃的干球溫度與目標干球溫度偏差平均為±0.49℃，CK的干球溫度與目標干球溫度偏差平均為±1.39℃。3個處理中，干球溫度控制精度較高的是T₂，其次是T₁，T₃較低，可能與換熱器的換熱效率有關。說明采用生物質顆粒燃燒爐供熱進行煙葉烘烤，在烘烤過程中干球溫度和升溫速度的控制比較精準，有利于烘烤工藝的落實到位。

2.3不同處理的經濟性狀

從表2可以看出，下部葉烘烤中，T₁、T₂和T₃的上等煙比例較CK分別提高了6.47、13.22和4.25個百分點，均價較CK分別增加了2.65、3.28、1.39元/kg，分別提高了11.56、14.31、6.06個百分點。中部葉烘烤中，T₁、T₂、T₃的上等煙比例較CK分別提高了4.39、18.10、3.67個百分點，均價較CK分別增加了1.60、2.20、0.69元/kg，分別提高了5.20、7.15、2.24個百分點。說明采用生物質顆粒燃燒爐供熱進行煙葉烘烤，烘烤工藝落實比較到位，有利于提高煙葉烘烤質量，增加效益。

2.4不同處理的化學成分

從表3可以看出，不同處理不同部位煙葉的還原糖、煙堿、總氮、氯及鉀的含量均較為適宜。3個處理的烤后煙葉淀粉含量均較CK低，下部葉的烤后煙葉淀粉含量T₁、T₂和T₃較CK分別降低了1.32、1.44、1.15個百分點；中部葉的烤后煙葉淀粉含量T₁、T₂、T₃較CK分別降低了1.18、1.53、1.06個百分點。說明采用生物質顆粒燃燒爐供熱進行煙葉烘烤，烤后煙葉的化學成分較為協調，特別是淀粉含量較低，有利于提高煙葉的內在質量。

2.5不同處理的用工情況

由表4可知，采用生物質顆粒燃燒爐供熱進行煙葉烘烤，燒火用時僅為62 min，較燃煤烘烤節約用時178 min，特別是在點火和控火環節，生物質供熱設備實現了自動控制，且控制更為精準。因此，利用生物質供熱設備以生物質顆粒為燃料進行煙葉烘烤有利于減工降本，且操作簡單輕松。

3結論

采用生物質顆粒燃燒爐供熱進行煙葉烘烤，有利于烘烤過程中干球溫度的控制，干球溫度控制精度在士0.5℃以內，能確保烘烤工藝的到位，提高煙葉烘烤質量，烤后煙葉上等煙比例和均價較燃煤烘烤均有提高，化學成分較為協調，淀粉含量較低，有利于提高煙葉的內在質量。

利用生物質顆粒燃燒爐供熱進行煙葉烘烤，烘烤能耗成本低于燃煤烘烤，且烘烤操作如添料、點火、控火及出渣等難度和用工量遠低于傳統燃煤方式，煙農易掌握，有利于煙葉烘烤減工降本。

生物質顆粒燃燒爐在原有密集烤房上應用的3種方式，以配置相應換熱器的方式效果較好，其次是直接對接金屬加熱設備，直接對接非金屬加熱設備相對較差。

4討論

生物質顆粒燃料沒有穩定的供應鏈，應用于煙葉烘烤應根據煙葉烘烤工場所在地進行就地取材，煙農合作社自行加工。

目前的生物質顆粒燃燒爐加料方式采用的是人工單座分別加料操作，可探索多座烤房自動加料裝置，實現自動供料，進一步降低煙葉烘烤用工。