安康煙區烘烤自動化加煤技術應用效果試驗

趙 鵬，薛 峰，柯美福，朱 峰，肖頭杰

（1安康市煙草公司，陜西安康725000；2漢濱煙葉分公司，陜西安康725000）

0 引言

烤煙烘烤環節約占烤煙大田生育期的50%，是田間采摘的黃綠色煙葉，在人為加熱控制下有序脫水干燥，同時實現內在化學物質降解轉化積累的過程。烤煙烘烤過程中，在溫濕度控制上稍有差錯，就會明顯體現在煙葉的外觀質量和內在質量上，例如掛灰、蒸片、糟片、青筋、洇筋、烤紅和糖堿比過低、兩糖比過低、青雜氣過重等，嚴重影響烤煙產值[1-3]。傳統烘烤中因人為加煤過多引起的急升溫、因夜晚疲勞忘記加煤引起的急降溫、因未按時加煤引起的穩溫時間不夠等，都是造成煙葉質量降低的主要原因。

徐成龍等[4]研究表明，烤房建造先后經歷了4個發展階段，分別為傳統土烤房、標準化普通烤房、熱風循環式烤房和密集式烤房；詹軍等[5]研究表明，密集烤房由于采用了風機，溫濕度自動控制等烘烤設備，煙葉的烘烤質量得到明顯提高，烘烤用工減少，烘烤成本顯著降低。中國的專業化烘烤進程相對緩慢，專業化烘烤設備現狀與現代煙草農業的迫切需要很不適應[6-18]；肖鵬等[19]研究表明，采用密集烤房后，烘烤設備的自動化、智能化程度仍較低，多數環節還需要人工操作。彭剛[20]研究表明，以PLC控制的燃料運輸系統成為時下烤房燃料自動管理的發展方向。自動加煤和除渣裝置是運用CAD軟件設計，由角鋼焊接而成，通過三菱PLC實現控制，為密集烤房的加熱室提供燃料，并去除已經燃燒完的煤渣[21]。自動加煤技術是能夠替代人工加煤的一項新技術，但當前在全國煙區都未大面積推廣，主要是因為每次烘烤的鮮煙葉素質都不一樣，使用的煤的標準的也不盡相同，造成每次的烘烤進程不同，進而對自動加煤量和頻次的要求不同，需要對自動加煤機的參數進行設置，并且需要與烘烤溫濕度自控儀進行銜接，另外設備昂貴，需要對技術的使用效益進行綜合評估。本研究以提高溫濕度控制精準度為目標，從規范自動化加煤技術出發，通過系統比較自動化加煤技術和人工加煤技術的應用效果，綜合驗證自動化加煤技術的減工、降本、節能、提質效果，以期為煙區推廣奠定技術基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

試驗于2014—2016年在漢濱區早陽鎮楊灣現代煙草農業示范園進行。

1.2 試驗材料

品種為‘云煙97’。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 種植面積6.67 hm2，選取長勢一致煙株進行標記，為自動加煤烤房和人工加煤烤房各準備1爐下部、中部、上部待烤煙葉，試驗按照隨機區組設計，處理為2個處理，區組為下、中、上部位煙葉，烤房采用密集烤房，自動加煤處理在烤房上安裝自動加煤裝置。

1.3.2 自動加煤處理要點（1）使用18900 kJ的原煤，先清除石塊以防損壞機器，然后砸碎原煤控制煤塊直徑在5 cm左右備用。（2）自動加煤裝置的漏斗內裝煤量確定為60 kg，每當自控儀在控制鼓風機開啟時，加煤裝置自動啟動加煤1次，加煤時間設為1 min。（3）在煙葉變黃期和干筋期，每19 h左右在漏斗內加煤一次；在定色期，每15 h左右在漏斗內加煤1次。

1.3.3 人工加煤處理要點 每3 h左右加煤1次，晝夜不斷。

1.3.4 測定方法 見公式(1)～(2)。

式中：5元為每次加煤的費用。

烤后原煙按照國家烤煙42級分級標準進行分級并對外觀質量進行感官鑒定，然后統計均價、上等煙比例、橘黃煙比例。

1.3.5 數據處理 方差分析采用SAS統計分析軟件進行[23]。

2 結果與分析

2.1 不同加煤處理的用工和能耗比較

1爐煙烘烤完畢平均需要7天，從表1可見，人工加煤處理需加煤63次，晝夜不停，甚費勞力，自動加煤處理將加煤次數減少至10次，平均一天不到2次，不影響晚間休息，減工效果明顯，方差分析結果表明自動加煤處理在加煤次數和單位干煙耗煤量上極顯著低于人工加煤處理，分別減少84.13%和16.75%，減工節能效果顯著，在單位干煙耗電量上差異不顯著。

表1 不同加煤處理的用工和能耗比較

2.2 不同加煤處理的原煙產質量比較

從表2可見，自動加煤處理烤后原煙鮮干比顯著低于人工加煤處理，減少3.65%，這說明自動加煤處理可使煙葉在烘烤過程中重量損失減少，進而增加產量3.65%，有一定的增產效果。從表2～3可見，自動加煤處理烤后原煙上等煙比例、橘黃煙比例顯著高于人工加煤，分別增加3.15%和4.35%，從外觀質量看，自動加煤處理上部煙葉烤后原煙的色度和油分有明顯的改善，色度更為鮮亮，油分增多，自動加煤處理避免了人工加煤操作造成的溫、濕度波動，有利于烘烤工藝的精準執行，進而提高了煙葉質量。

表2 不同加煤處理的原煙產質量比較

表3 不同加煤處理的原煙外觀質量比較

2.3 不同加煤處理的經濟效益比較

從表4可見，自動加煤處理烤后原煙均價顯著高于人工加煤處理，增加3.76%，均價減除能耗和加煤用工費用后的綜合效益極顯著增加8.67%。自動加煤處理后的單位面積產值=人工加煤處理單位面積產量×(1+3.65%)×人工加煤處理均價×(1+8.67%)，較人工加煤處理增加12.64%，這就是自動加煤處理的減工、降本、節能、提質的總效益。

表4 不同加煤處理的單位干煙葉效益比較 元/kg

3 結論與討論

（1）安康煙區烘烤自動化加煤技術產生了明顯的減工、降本、節能、提質、增產效果，綜合表現在可提高單位面積產值12.64%，分別表現在加煤次數、單位干煙耗煤量減少84.13%和16.75%，原煙均價、上等煙比例、橘黃煙比例增加3.76%、3.15%和4.35%，單位面積產量增加3.65%。

（2）烤煙烘烤自動化加煤技術的推廣，需要成熟的設備、配套的煤質標準、適宜煙葉素質的設備參數，然后是成本的測算、綜合效益的評估。安康煙區為推廣此項技術，在試驗中首先是規定了煤質的標準，具體為煤的能量18900 kJ，煤塊直徑5 cm左右，根據安康煙葉素質特點，規定了漏斗中的加煤量為60 kg，自動加煤時長為1 min，在煙葉變黃期或干筋期19 h左右在漏斗中加煤1次，在煙葉定色期15 h左右在漏斗中加煤1次。曹斌等[21]主要從硬件方面闡述了自動加煤除渣裝置的設計和制作，彭剛[20]主要從軟件方面闡述了自動加煤設備的PLC控制系統，本研究所用的設備是前人研究的成果。肖鵬等[19]主要研究了與自動加煤裝置相配套的煤質標準，他認為煙葉烘烤自動加煤機的煤質應以不結渣、熱量高、含硫量低、大小均勻（直徑為3～5 cm）并且形狀為偏球形為宜，這與本研究的煤塊標準相類似，本研究更明確了煤的能量標準、漏斗的裝煤量以及適宜本區域煙葉素質的加煤頻率。付安海等[22]主要評估了自動化加煤裝置的使用效果，主要包括成本降低、均價提高，這與本研究的結論相近，但具體數值不同，可能與地域、設備以及試驗背景等有差異有關。本研究更側重于評估本地區使用自動化加煤技術的生態效益、社會效益以及綜合經濟效益，為下一步推廣、制定扶持引導政策提供參考依據。

（3）安康煙區烘烤自動化加煤技術適宜于在安康地區和生態條件相近的秦巴山區使用，適合在2010年以后建造的國家標準密集烤房上使用。在推廣過程中，一是建議根據煤的質量、鮮煙葉的素質（成熟度、含水量等）對設備參數進行適當調整；二是按照本研究結論綜合經濟效益12.64%來計算，以當前單位面積產值5萬/hm2為標準，每公頃可增收6320元，因而建議1套自動化加煤裝備的價格不超過這個數；另外該技術在節約能源、保護環境上有明顯效果，因而建議在推廣中能適當給予補貼。本研究在自動加煤設備的啟動時機設置上，采用與鼓風機同步，鼓風機本身由溫濕度自控儀控制，因而需通過電子技術，將自動加煤機連接到溫濕度自控儀上，而當前推廣應用的密集烤房的溫濕度自控儀并沒有此項功能，因而需做進一步的研究和調試。