煙葉密集烤房的研究應(yīng)用進(jìn)展與改進(jìn)設(shè)計(jì)

段紹米 羅會(huì)龍 劉海鵬

摘要：對(duì)目前國(guó)內(nèi)外密集烤房的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，接著從密集烤房供熱系統(tǒng)及散熱材料、裝煙方式及經(jīng)濟(jì)效益、溫濕度建模及控制等不同方面的研究進(jìn)行了總結(jié)。針對(duì)目前使用的密集烤房采用開(kāi)放式排濕方式，造成煙葉香氣成分的流失和大量排濕氣流余熱的損失問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種采用全閉式熱風(fēng)循環(huán)的密集烤房。該設(shè)計(jì)提高了煙葉烘烤質(zhì)量且避免了密集烤房排濕氣流余熱的損失。

關(guān)鍵詞：煙葉;密集烤房;研究進(jìn)展;全閉式熱風(fēng)循環(huán);除濕設(shè)備

中圖分類(lèi)號(hào)： TS43 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2019）01-0202-05

烘烤決定煙葉品質(zhì)和可用性;先進(jìn)的烘烤設(shè)備，是準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)科學(xué)的烘烤工藝、提高煙葉品質(zhì)、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)。烤房是煙葉烘烤的專(zhuān)用設(shè)備，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，烤房也在不斷地更新?lián)Q代，自烤煙生產(chǎn)以來(lái)，經(jīng)歷了明火烤房、自然通風(fēng)式普通烤房、熱風(fēng)循環(huán)烤房、普改密烤房、密集烤房等形式。然而，目前的密集烤房也存在著許多不足，筆者在總結(jié)目前國(guó)內(nèi)外密集烤房研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種采用全閉式熱風(fēng)循環(huán)的密集烤房。

1 煙葉密集型烤房的國(guó)內(nèi)外研究及應(yīng)用進(jìn)展

1.1 國(guó)外研究及應(yīng)用進(jìn)展

密集烤房的研究始于20世紀(jì)50年代中期，美國(guó)北卡羅萊納州立大學(xué)以減少煙葉烘烤人工投入、提高烤煙質(zhì)量為目的，進(jìn)行了密集烘烤（bulk-curing）試驗(yàn)研究，引發(fā)了一場(chǎng)煙葉烘烤技術(shù)革命。1960年，Johnson發(fā)表了“煙葉密集供烤”的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，引起了世界各國(guó)煙草界的重視[1]。1963年，Long出于釆收、編煙和裝煙用工多的考慮，研制了鮮煙葉田間采收機(jī)械以及煙葉夾持設(shè)備[2]。1966年，Wilson研制出適宜于密集烤房的煙夾，解決節(jié)省編煙裝坑等環(huán)節(jié)用工的問(wèn)題[3]。同年，Hassler研制出適于2層裝煙的密集烤房梳式煙夾并提出了適于該設(shè)備的密集供烤工藝，極大減少了編煙裝坑環(huán)節(jié)的用工量，使烤房的制造成本得到大幅降低[4]。1972年，Wilsion對(duì)密集供烤的送風(fēng)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，不僅使煙葉物質(zhì)充分轉(zhuǎn)化，還有效防止了煙葉香氣物質(zhì)在干筋期散失過(guò)多[5]。1974年，Taylor等對(duì)煙夾進(jìn)行了改進(jìn)，使煙夾不但具備將煙葉從煙田運(yùn)輸?shù)娇痉康墓δ埽沂篃熑~裝卸更加方便[6]。同年，Long研制出一種田間成熟鮮煙葉采收機(jī)械并配備相應(yīng)的大箱式裝煙設(shè)備[7]。1976年，鮑威爾（Powell）公司成功研制了大箱式堆積供烤成套設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化和自動(dòng)化[8]。同年，Azumano研制出一種溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)用于密集烘烤，使密集烘烤的自動(dòng)化水平提升到一個(gè)新臺(tái)階[9]。1977年，Edwards等改進(jìn)了大箱式裝煙的固定方式，避免了煙葉在烘烤過(guò)程中倒伏、干燥不均勻等現(xiàn)象[10]。同年，Griffin等先后對(duì)裝煙設(shè)備進(jìn)行了改造，使裝煙更簡(jiǎn)便快捷[11]。1978年，F(xiàn)owler研制出一種廢氣循環(huán)利用和太陽(yáng)能預(yù)熱空氣裝置，有效減少了烘烤耗能[12]。1979年，Wilson制造出一種便于組合的密集烤房[13]。

實(shí)踐證明，密集型烤房具有裝煙多、效率高、易操作、省工、省時(shí)等優(yōu)勢(shì)，普通烤房無(wú)法比擬，其經(jīng)濟(jì)效益尤為顯著，代表了現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。

1.2 國(guó)內(nèi)研究及應(yīng)用進(jìn)展

我國(guó)最早是在20世紀(jì)60年代開(kāi)始進(jìn)行密集烤房研究。1963年，河南省煙草甜菜工業(yè)科學(xué)研究所進(jìn)行了密集烤房試驗(yàn)研究，并于1973—1974年設(shè)計(jì)出了第1代以煤為燃料、土木結(jié)構(gòu)的密集烤房。20世紀(jì)60年代中期，密集型烤房普遍采用地面安裝進(jìn)風(fēng)管，頂部設(shè)置回風(fēng)管的結(jié)構(gòu)形式，燃料采用石油和天然氣。循環(huán)風(fēng)機(jī)設(shè)在烤房外面的循環(huán)風(fēng)管中，熱源在風(fēng)機(jī)下面，在循環(huán)風(fēng)機(jī)的牽引下實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)循環(huán)[14]。90年代初期，河南、云南等省分別從國(guó)外引進(jìn)了多種密集烤房。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著烤煙規(guī)模化生產(chǎn)的發(fā)展，密集烤房的研究又一次形成熱潮。2003年，安徽省成功研制出了使用懸浮式蜂窩煤爐的密集烤房，成為我國(guó)煙葉烘烤設(shè)備發(fā)展史上的一次革命。2004年，貴州省遵義市又成功地引進(jìn)和研究了散葉烤房。隨后，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)成功地研究開(kāi)發(fā)出了高效電熱式溫濕度自控密集烤房，到2004年底，全國(guó)共建造和應(yīng)用的密集烤房達(dá)到1.4萬(wàn)多座。

2003—2005年，是我國(guó)密集型烤房成功發(fā)展關(guān)鍵性階段。安徽省研制和推廣了AH系列烤煙密集型烤房。云南省推出了QJ-I型、QJ-II型和QJ-III型密集型烤房。湖南省研制成了長(zhǎng)瀏2號(hào)烤煙密集型烤房。貴州省依次推出了 GZ-1型烤煙散葉堆積烤房及GZSM-06-02型氣流下降式和GZSM-06-03型氣流上升式2種定型散葉密集型烤房。2005年，我國(guó)主要煙區(qū)進(jìn)行了密集型烤房的試驗(yàn)、示范，并獲得初步成功。2007年，李曉燕等研制了熱風(fēng)循環(huán)烤房[15];2008年，蔣篤忠等結(jié)合密集烤房的烘烤原理及我國(guó)烤房與煙葉生產(chǎn)現(xiàn)狀進(jìn)行了改造，這些成果對(duì)由普通烤房向密集烤房過(guò)渡發(fā)揮了承上啟下的重要作用[16]。

我國(guó)在不斷加強(qiáng)煙葉生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的同時(shí)，全面推進(jìn)煙葉生產(chǎn)的規(guī)模化、集約化、專(zhuān)業(yè)化和信息化，密集烤房也得到極大的發(fā)展，具體研究進(jìn)展見(jiàn)表1。

2 煙葉密集烤房專(zhuān)項(xiàng)研究

目前，密集烤房在供熱系統(tǒng)和散熱材料、裝煙方式和經(jīng)濟(jì)效益、溫濕度控制等多方面已經(jīng)取得重大突破和創(chuàng)新，并在一些地區(qū)得到推廣[25]。

2.1 供熱系統(tǒng)和散熱材料研究

具體供熱系統(tǒng)和散熱材料方面的研究成果見(jiàn)表2。

2.2 裝煙方式和經(jīng)濟(jì)效益

具體裝煙方式和經(jīng)濟(jì)效益方面的研究成果見(jiàn)表3。

2.3 溫濕度、建模及控制

具體溫濕度及控制方面的研究成果見(jiàn)表4。

3 煙葉密集型烤房的比較與改進(jìn)

盡管密集烤房在許多方面已經(jīng)取得重大突破和創(chuàng)新，并在一些地區(qū)得到推廣，但目前密集烤房仍然有許多的不足，例如節(jié)能環(huán)保、溫濕度精準(zhǔn)控制、煙葉香氣保留等，還有許多方面有待改進(jìn)。本研究根據(jù)密集烤房的原理及結(jié)構(gòu)，針對(duì)其節(jié)能環(huán)保及煙葉香氣保留方面設(shè)計(jì)了一種采用全閉式熱風(fēng)循環(huán)的密集烤房。

3.1 傳統(tǒng)煙葉密集型烤房的原理和結(jié)構(gòu)

（1）密集烤房基本結(jié)構(gòu)和形式。密集烤房分為加熱室和裝煙室2個(gè)部分，由隔墻隔開(kāi)，因?yàn)檠b煙室內(nèi)氣流方向不同分為氣流上升（圖1-a）和氣流下降2種形式（圖1-b）。氣流上升式密集烤房的裝煙室內(nèi)空氣在風(fēng)機(jī)作用下由下向上運(yùn)動(dòng)，而加熱室空氣運(yùn)動(dòng)方向是由上向下。氣流下降式密集烤房的裝煙室內(nèi)空氣由上向下運(yùn)動(dòng)，加熱室空氣運(yùn)動(dòng)方向是由下向上。（2）密集烘烤的原理。裝煙后點(diǎn)燃燃燒器，加熱熱交換器，利用風(fēng)機(jī)把熱風(fēng)強(qiáng)制通過(guò)裝煙室下面的多孔板，熱風(fēng)均勻地被壓入密集隔熱的裝煙室內(nèi)，通過(guò)煙葉層，加熱煙葉帶走水分，向上流動(dòng)。濕熱氣流一部分從排氣口排出，大部分與進(jìn)氣口的新鮮空氣混合，再被熱交換器加熱，送入裝煙室。如此使熱氣流通道和煙葉間循環(huán)，帶走煙葉排出的水分，直到煙葉被烤干為止[69]。

3.2 煙葉密集型烤房的改進(jìn)

目前使用的密集烤房采用開(kāi)放式排濕方式，在煙葉烘烤的排濕階段，大量排濕氣流直接排向室外。云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院崔國(guó)民等的研究結(jié)果表明，這些排濕氣流中攜帶有大量的煙葉香氣成分及其他十余種有益于提高煙葉烘烤品質(zhì)的氣體成分[70]。因而，目前使用的密集烤房烤后的煙葉容易出現(xiàn)顏色淺淡、光滑等現(xiàn)象，致使油分、香氣量等降低等，影響煙葉質(zhì)量。此外，在烘烤耗能方面，目前使用的密集烤房采用開(kāi)放式排濕方式，不僅造成大量的煙葉香氣成分的流失，同時(shí)也導(dǎo)致大量排濕氣流余熱的損失。因此，現(xiàn)階段的密集烤房的能量利用率普遍較低，使得煙葉烘烤的能耗居高不下，1 kg 干煙葉的耗煤量為1.5～2.0 kg。因此，針對(duì)以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種采用全閉式熱風(fēng)循環(huán)的密集烤房，不僅可提高煙葉烘烤質(zhì)量，而且可避免密集烤房排濕氣流余熱的損失。全閉式熱風(fēng)循環(huán)密集烤房見(jiàn)圖1-c。

圖2為全閉式熱風(fēng)循環(huán)密集烤房，由裝煙室、加熱室、熱風(fēng)送風(fēng)口、烤房熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)機(jī)、燃煤熱風(fēng)爐、熱風(fēng)回風(fēng)口、溫度傳感器、濕度傳感器、控制器組成;在全閉式熱風(fēng)循環(huán)密集烤房中增設(shè)間壁式風(fēng)冷除濕器、除濕氣流出風(fēng)管、新風(fēng)出風(fēng)管、除濕氣流風(fēng)機(jī)、新風(fēng)進(jìn)風(fēng)管、排水管、新風(fēng)風(fēng)機(jī)、新風(fēng)風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口接頭、新風(fēng)風(fēng)機(jī)出風(fēng)口接頭、除濕氣流風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口接頭、除濕氣流風(fēng)機(jī)出風(fēng)口接頭;同時(shí)并取消排濕口。間壁式風(fēng)冷除濕器由保溫殼體、除濕氣流出口、間壁式換熱組件、新風(fēng)入口、支架、水封、排水口、冷凝水集水盤(pán)、新風(fēng)出口、除濕氣流入口構(gòu)成;間壁式風(fēng)冷除濕器為全自動(dòng)控制的間壁式風(fēng)冷除濕器，間壁式風(fēng)冷除濕器結(jié)構(gòu)連接示意見(jiàn)圖3。在全閉式熱風(fēng)循環(huán)密集烤房中增設(shè)間壁式風(fēng)冷除濕器、除濕氣流出風(fēng)管、新風(fēng)出風(fēng)管、除濕氣流風(fēng)機(jī)、新風(fēng)進(jìn)風(fēng)管、排水管、新風(fēng)風(fēng)機(jī);同時(shí)并取消排濕口。

全閉式熱風(fēng)循環(huán)密集烤房工作原理：需要排濕時(shí)，其中一部分從裝煙室下部的熱風(fēng)回風(fēng)口返回的熱濕氣流，在除濕氣流風(fēng)機(jī)的牽引下從除濕氣流出口進(jìn)入并流經(jīng)間壁式風(fēng)冷除濕器;室外新風(fēng)在新風(fēng)風(fēng)機(jī)的牽引下從新風(fēng)進(jìn)風(fēng)管進(jìn)入并流經(jīng)間壁式風(fēng)冷除濕器;在間壁式風(fēng)冷除濕器的間壁式換熱組件內(nèi)，熱濕氣流經(jīng)過(guò)來(lái)自室外的新風(fēng)冷卻后形成冷凝水，冷凝水通過(guò)冷凝水集水盤(pán)收集后由排水管排至室外;被除濕后的熱濕氣流進(jìn)入加熱室2，經(jīng)燃煤熱風(fēng)爐5加熱后再次進(jìn)入裝煙室1，以減少常規(guī)密集烤房排濕氣流余熱損失及煙葉香氣成分等有益成分損失。

此設(shè)計(jì)將煙葉烘烤過(guò)程中揮發(fā)出的煙葉香氣成分及其他有益于提高煙葉烘烤品質(zhì)的氣體成分固定在密集烤房?jī)?nèi)，從而提高煙葉烘烤質(zhì)量;并避免現(xiàn)行密集烤房排濕氣流余熱的損失，以實(shí)現(xiàn)煙葉烘烤的節(jié)能減排。此密集烤房的設(shè)計(jì)改進(jìn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，已做出大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將會(huì)在今后的相關(guān)論文中發(fā)表。

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