煙葉密集烤房生物質(zhì)改造設(shè)計研究

范沿沿 李建華 林智宗 王京

摘要：通過生物質(zhì)代替燃煤為煙葉烤房提供熱源，探討煙葉密集烤房生物質(zhì)技術(shù)改造方案。根據(jù)密集烤房的供熱設(shè)備結(jié)構(gòu)，主要分析了內(nèi)置式和外置式兩類改造方案。生物質(zhì)改造密集烤房替代燃煤能達(dá)到節(jié)能減排和綠色烘烤的目的，具有可行性

關(guān)鍵詞：煙葉;密集烤房;改造設(shè)計;生物質(zhì)

中圖分類號：S226.6? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）01-0107-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.01.026? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Study on Biomass Reconstruction of Tobacco Bulk Curing Barn

FAN Yan-yan1，LI Jian-hua1，LIN Zhi-zong2，WANG Jing1

（1.Henan Province Tobacco Company Xuchang Branch，Xuchang 461000，Henan，China;

2.Xuchang Tongxing Modern Agricultural Technology Co.， Ltd.，Xuchang 461000，Henan，China）

Abstract： By replacing the coal with biomass， it provides a heat source for the tobacco barn， and explores the technical transformation plan for the bulk curing barn of the tobacco. According to the structure of the heating equipment in the tobacco bulk curing barn， the built-in and external type， two types of transformation schemes are mainly analyzed. Biomass replaces coal combustion， which is feasible and can achieve the purpose of energy-saving and emission-reduction and green curing.

Key words： tobacco; curing barn; reconstruction biomass

煙葉烘烤非常重要，其結(jié)果好壞直接決定著煙農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收入[1]。密集烤房是目前技術(shù)比較成熟的煙葉烘烤烤房之一，可靠性高，使用成本相對較低，在中國的應(yīng)用范圍比較廣[2]。然而隨著國家將生態(tài)環(huán)境的重要性提升到政策高度后，節(jié)能減排和綠色環(huán)保的執(zhí)行力度越來越大[3]。密集烤房作為低技術(shù)含量的基礎(chǔ)設(shè)施，能源來源非常單一，嚴(yán)重依賴于傳統(tǒng)燃煤。國內(nèi)嘗試將天然氣、電能等清潔能源利用到煙葉烘烤中，但由于天然氣需要鋪設(shè)專用管道和嚴(yán)格儲存條件，成本太高[4]，另一方面利用電能的熱泵密集烤房，需要重新設(shè)計烤房的供熱和結(jié)構(gòu)，而且后期使用成本較高。生物質(zhì)燃料作為新型能源近幾年得益于政策的影響，發(fā)展速度比較快，生物質(zhì)致密成型技術(shù)也慢慢成熟[5]。生物質(zhì)燃料主要是利用農(nóng)作物廢棄物，如作物秸稈、木屑?xì)堉Α⒐麑?shí)外殼等加工制作而成[6-8]，燃料來源比較便捷。生物質(zhì)燃料燃燒后排放物對環(huán)境污染較小。使用生物質(zhì)顆粒燃料替代燃煤值得研究。

1? 密集烤房的主要結(jié)構(gòu)

密集烤房是烘烤加工煙葉的專用設(shè)備，是主要的烘烤設(shè)施[9，10]，其主要結(jié)構(gòu)由裝煙室和加熱室組成，內(nèi)部主要設(shè)備包括供熱設(shè)備、通風(fēng)排濕設(shè)備、溫濕度控制設(shè)備等[11]，結(jié)構(gòu)見圖1。密集烤房的主要優(yōu)勢是裝煙密度超過普通烤房的2倍以上，并帶有強(qiáng)制通風(fēng)，熱風(fēng)循環(huán)，溫濕度自動控制。裝煙室主要作用是掛放煙葉，其內(nèi)部空間設(shè)有裝煙架等裝置，在隔熱墻上部和下部開設(shè)通風(fēng)口與加熱室連通。加熱室主要作用是安裝供熱設(shè)備、產(chǎn)生熱空氣，內(nèi)部安裝有循環(huán)風(fēng)機(jī)[12，13]。循環(huán)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，通過裝煙室隔熱墻上開設(shè)的通風(fēng)口，向裝煙室輸送熱空氣[14]。

2? 密集烤房的生物質(zhì)改造設(shè)計

根據(jù)密集烤房的供熱結(jié)構(gòu)，要利用生物質(zhì)替代燃煤，需要生物質(zhì)燃料專用燃燒機(jī)或生物質(zhì)燃燒爐。現(xiàn)在密集烤房常用兩種燃煤爐，小型圓柱形煤爐和國標(biāo)煤爐，這兩種煤爐和換熱器的結(jié)構(gòu)比較獨(dú)立，方便維護(hù)，也比較容易實(shí)現(xiàn)小成本改造。考慮到烘烤工廠的實(shí)際需求，可以按照兩種思路進(jìn)行改造。一是保留所有密集烤房的供熱設(shè)備不動，在燃煤爐上安裝生物質(zhì)燃燒機(jī)對烤房進(jìn)行供熱，這種方式稱為外置式;二是將密集烤房的燃煤爐從烤房內(nèi)拆卸下來，重新設(shè)計一種生物質(zhì)燃燒爐安裝到燃煤爐的安裝位置，生物質(zhì)燃燒爐直接對烤房進(jìn)行供熱，這種方式稱為內(nèi)置式。

2.1? 外置式生物質(zhì)改造設(shè)計

外置式生物質(zhì)改造方案，就是直接將生物質(zhì)燃燒機(jī)的噴火口與密集烤房的燃煤爐進(jìn)料口安裝在一起，利用生物質(zhì)燃燒機(jī)直接向燃煤爐爐膛內(nèi)供熱，熱能再通過換熱器對烤房內(nèi)部進(jìn)行合理供熱。圖2中左側(cè)為生物質(zhì)燃燒機(jī)，右側(cè)為密集烤房國標(biāo)煤爐。生物質(zhì)燃燒機(jī)的噴火口與燃煤爐的進(jìn)料口安裝在一起。圖3左側(cè)為密集烤房小型煤爐以及換熱器，右側(cè)為生物質(zhì)燃燒機(jī)，其安裝連接方式與圖2中的安裝方式一致。

生物質(zhì)燃燒機(jī)的主要工作原理：將生物質(zhì)顆粒燃料加入燃燒機(jī)上部的料斗中，生物質(zhì)顆粒燃料通過料斗底部的螺旋絞龍進(jìn)入燃燒器中，燃燒器中裝有電動推桿，生物質(zhì)顆粒料落在由電動推桿帶動的推料板頂部，電動推桿帶動推料板向后運(yùn)動，生物質(zhì)顆粒料落在推料板前方，電動推桿向前運(yùn)動，將生物質(zhì)顆粒料推入爐膽中燃燒。其主要技術(shù)參數(shù)見表1。

2.2? 內(nèi)置式生物質(zhì)改造設(shè)計

內(nèi)置式生物質(zhì)改造方案，是直接將密集烤房中的燃煤爐從供熱設(shè)備中拆卸掉，把生物質(zhì)燃燒爐安裝到密集烤房燃煤爐的位置。通過生物質(zhì)燃燒爐直接向換熱器供熱，替代燃煤為煙葉烘烤提供熱源。

圖4中左邊下側(cè)為生物質(zhì)燃燒爐，左邊上側(cè)為密集烤房換熱器，右邊為生物質(zhì)顆粒燃料上料機(jī)。生物質(zhì)燃燒爐的噴火口與密集烤房供熱設(shè)備的換熱器，通過S型集塵沉降煙箱安裝在一起，生物質(zhì)顆粒燃料上料機(jī)可以通過電機(jī)帶動螺旋絞龍直接將顆粒燃料送到生物質(zhì)燃燒爐內(nèi)。圖5上側(cè)為密集烤房小型煤爐的換熱器，下側(cè)為生物質(zhì)燃燒爐，燃燒爐外接生物質(zhì)顆粒燃料料斗。內(nèi)置式生物質(zhì)燃燒供熱系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)見表2。生物質(zhì)燃燒爐采用生物質(zhì)致密成型顆粒為燃料，燃燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓?jīng)過沉降煙箱和散熱器將熱量供給烤房使用。內(nèi)置式生物質(zhì)設(shè)計包括上料機(jī)構(gòu)、生物質(zhì)爐體、換熱器等幾個部分。

3? 兩種改造設(shè)計與燃煤烤房的對比

兩種生物質(zhì)改造方案結(jié)構(gòu)上差別比較大，但是主要的供熱原理是一樣的。無論如何改造密集烤房的供熱設(shè)備，改造的目的都是為了更好地為煙葉調(diào)制服務(wù)，提供煙葉的工業(yè)可用性。針對這兩種改造設(shè)計方案的情況，有必要通過實(shí)際的煙葉對照烘烤試驗，讓燃煤密集烤房與生物質(zhì)改造烤房作一下對比[15，16]。通過煙葉的烘烤結(jié)果，來比較兩種改造設(shè)計與普通燃煤烤房的效果。

3.1? 外置式改造方案與燃煤的對比情況

在中上部煙葉成熟采烤期，共進(jìn)行3次烘烤對比試驗，對照烤房為氣流下降式燃煤密集烤房。試驗烤房原有供熱系統(tǒng)不變，外置式生物質(zhì)燃燒機(jī)與燃煤爐的加煤口簡單對接，生物質(zhì)燃燒機(jī)向原燃爐進(jìn)行供熱。每一炕次對比試驗，處理烤房與對照烤房的煙葉部位、鮮煙質(zhì)量、裝煙竿數(shù)、鮮煙裝煙重量、干煙重量盡量一致，以保證試驗結(jié)果客觀。

由表3可知，外置式生物質(zhì)烤房烘烤后的煙葉平均價格為29.0元/kg，燃煤密集烤房烘烤后的煙葉平均價格為27.1元/kg。外置式生物質(zhì)烤房要比燃煤密集烤房烘烤后的煙葉平均價格高出1.9元/kg，增幅為7%。外置式生物質(zhì)烤房比燃煤密集烤房平均每炕上等煙比例提高5%，煙葉烘烤質(zhì)量有所提高。

3.2? 內(nèi)置式改造方案與燃煤的對比情況

在中部煙葉成熟采烤期，同樣進(jìn)行3次烘烤對比試驗，對照烤房為氣流上升式燃煤密集烤房。試驗烤房主要供熱系統(tǒng)不動，拆去燃煤爐，內(nèi)置式生物質(zhì)燃燒機(jī)與原有供熱系統(tǒng)的換熱器進(jìn)行對接，生物質(zhì)燃燒機(jī)向換熱器直接供熱。每一炕次對比試驗，處理烤房與對照烤房的煙葉部位、鮮煙質(zhì)量、裝煙竿數(shù)、鮮煙裝煙重量、干煙重量盡量一致，以保證試驗結(jié)果客觀。

由表4可知，內(nèi)置式生物質(zhì)烤房烘烤后的煙葉平均價格為28.66元/kg，燃煤密集烤房烘烤后的煙葉平均價格為27.70元/kg。外置式生物質(zhì)烤房要比燃煤密集烤房烘烤后的煙葉平均價格高出0.96元/kg，增幅為3.5%。外置式生物質(zhì)烤房比燃煤密集烤房平均每炕上等煙比例提高3.7%，煙葉烘烤質(zhì)量提高。

根據(jù)外置式生物質(zhì)烤房和內(nèi)置式生物質(zhì)烤房分別與燃煤密集烤房的試驗結(jié)果來看，生物質(zhì)改造后的密集烤房，沒有降低密集烤房的烘烤性能。從煙葉烘烤結(jié)果來看，生物質(zhì)改造的烤房的烘烤性能甚至有所提升。

4? 討論

生物質(zhì)致密成型技術(shù)已經(jīng)漸漸成熟，作為生物質(zhì)燃料的應(yīng)用主體——生物質(zhì)燃燒機(jī)的設(shè)計研究今后將會有更大的進(jìn)步。目前，生物質(zhì)能源利用成本還比較高，主要是因為生物質(zhì)顆粒燃料受市場行情和需求影響太大，使用成本較高。就地建立完整的生物質(zhì)顆粒燃料加工，能解決燃料成本問題，生物質(zhì)的推廣優(yōu)勢將進(jìn)一步擴(kuò)大。

通過試驗結(jié)果分析，生物質(zhì)改造密集烤房替代燃煤能達(dá)到節(jié)能減排和綠色烘烤的目的，具有可行性，更為煙葉烤房的改造提供了新的思路。

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