生物質能源替代煤炭烘烤煙葉的試驗初報

杜傳印，王玉華，夏磊，孟凡武，王德權，高政緒，姜振玲，王先偉*

(1.山東濰坊煙草有限公司，山東 濰坊 261205；2.濰坊市坊子區農業局，山東 濰坊 261200)

煤炭資源仍是目前煙葉烘烤的主要燃料，每千克干煙葉耗煤量一般為1.5～2.0 kg，利用效率只有30%左右[1]，且燃燒釋放的大量有害物質會對環境造成嚴重污染。研究表明，使用煤炭進行煙葉烘烤，每千克煙葉生產過程中會產生9.4 g NOx、13.2 g SO2和302 g CO2[2]。隨著煤炭等不可再生能源的短缺和環境污染等問題的加劇，積極尋求開發可以替代煤炭進行煙葉烘烤的新型高效能源，已成為烤煙生產中亟待解決的問題[3]。

生物質顆粒燃料是以作物秸稈、樹枝、鋸木、玉米芯、花生殼等材料經過加工壓制而成的顆粒狀環保新能源[4-6]。相較于傳統能源，生物質能源更加清潔衛生，投料操作更加方便，降低了人工勞動強度，更符合減工降本和環保的實際需要，應用前景廣闊[7-10]。

本研究對生物質顆粒和煤炭兩種烘烤能源進行對比，探討生物質顆粒用于煙葉烘烤的可行性，以期降低煙葉烘烤對煤炭的依賴度，推進煙區清潔環保生產。

1 材料與方法

1.1 材料

生物質顆粒，濰坊當地生產的雜木顆料；生物質顆粒爐，深圳廣和能源發展有限公司；鮮煙葉，品種NC55。

1.2 試驗設計

在濰坊市諸城瑯埠烘烤工廠進行試驗。試驗設置2個處理：T1，自動加料式生物質顆粒密集烤房(以下簡稱為生物質烤房，共5座)；T2，自動加煤密集烤房(以下簡稱為自動上煤烤房)，作為對照。裝煙全部采用掛竿方式，栽培和田間管理均按當地生產技術指導方案進行。

2 結果與分析

2.1 烘烤能耗比較

由表1可知：生物質烤房每烤1 kg干煙平均耗電0.70 kW·h，生物質顆粒消耗量為1.66 kg，能耗成本為1.93元；自動上煤烤房每烤1 kg干煙平均耗電0.64 kW·h，煤炭消耗量為1.35 kg，能耗成本為1.69元。每烤1 kg干煙，生物質烤房的能耗成本較自動上煤烤房高0.24元。

表1 制得1千克干煙的烘烤能耗成本比較

注：生物質顆粒價格按810元·t-1、煤炭價格按850元·t-1、電價按0.84元·(kW·h)-1計算。

2.2 烘烤用工比較

由于生物質烤房燃料加注料斗較大(100 kg)，每加一次可以使用較長時間，加之生物質烤房的穩定性和控溫精確性均優于自動上煤烤房，因此，用工數量可以大大降低。本試驗中，生物質烤房較自動上煤烤房每爐可節約0.23個工，用工成本可節省34.5元。由此可知，生物質烤房操作便捷，省工省時，能有效降低烘烤用工成本。

表2 烘烤用工成本比較

2.3 煙葉經濟指標比較

如表3所示：T1處理的橘黃煙比例較T2高出2.6百分點，雜色比例較T2低0.9百分點，上、中等煙比例分別較T2高2.1、0.6百分點。在均價方面，生物質烤房烤后煙葉為25.3元·kg-1，自動上煤烤房均價為24.2元·kg-1，說明生物質烤房在提高煙葉經濟性狀方面有明顯效果。

2.4 煙葉外觀質量比較

從表4可以看出，生物質烤房和自動上煤烤房烤后煙葉在顏色、身份和葉片結構上無顯著差異。在色度指標上，生物質烤房烤后煙葉表現為強至中，而自動上煤烤房烤后煙葉表現為中，說明生物質烤房在提升煙葉色度方面有一定的效果。

表3 生物質烤房和自動上煤烤房烤后煙葉經濟性狀

表4 生物質烤房和自動上煤烤房烤后煙葉外觀質量比較(中部煙葉)

2.5 煙葉化學成分比較

由表5可以看出，2個處理的下部葉(X2F)總糖和還原糖(合稱兩糖)含量均適宜，中(C3F)、上(B2F)部葉的兩糖含量略高于適宜值。T1處理不同部位煙葉總煙堿含量均低于T2處理。兩種烘烤方式下鉀、氯含量無顯著差異。T1處理的煙葉蛋白質含量低于自動上煤烤房，尤以中下部煙葉表現明顯。2個處理的煙葉鉀氯比、糖堿比均在適宜范圍，無顯著差異。在兩糖差方面，2個處理均在適宜范圍內，但生物質烤房上、中、下部位的兩糖差均低于自動上煤烤房，說明生物質烤房烤后煙葉的兩糖含量協調性優于自動上煤烤房。

表5 不同供熱方式烤后煙葉化學成分比較

2.6 煙氣排放檢測指標比較

如表6所示，生物質烤房煙氣中的顆粒物、二氧化硫及氮氧化合物的排放量均低于自動上煤烤房。其中，生物質烤房的顆粒物排放量較自動上煤烤房降低75.4%，二氧化硫排放量降低97.2%，氮氧化合物排放量降低86.3%。由此可以看出，生物質替代煤炭作為煙葉烘烤燃料，在環保減排方面有著明顯的優勢。

表6 烤房煙氣檢測結果 單位：mg·m-3

3 小結與討論

本研究表明，與煤炭烘烤相比，改用生物質燃料烘烤，每爐煙可節省人工成本34.5元。從烤后煙葉經濟指標看，生物質烘烤的煙葉上等煙比例比燃煤烘烤提高2.1百分點，均價提高1.1元·kg-1，較許錫祥等[11]的研究數據偏低，這可能是因為本研究中所采用的烘烤工藝與生物質烤房的配合度還較低。受制于生物質顆粒熱值及成本等因素影響，生物質烘烤能源成本比燃煤烘烤增加0.24元·kg-1干煙，但總體來看，按照每爐烘烤干煙400 kg計算，采用生物質烘烤方式，每爐可增加收入378.5元。

生物質烤房烤后煙葉的橘黃煙比例、上等煙比例、中等煙比例、葉片色度均優于燃煤烤房，煙葉內在化學成分也得到一定程度的改善。這與王紫微等[12]的研究一致。這主要是因為生物質烤房對溫、濕度的控制更為精準，能更好地落實烘烤工藝，避免升溫或降溫幅度偏大造成的煙葉青筋、掛灰現象的發生，可有效降低烤壞煙的概率。

總體來看，利用生物質作為能源烘烤煙葉較傳統燃煤烘烤具有明顯的降本增效優勢，且對烤后煙葉的外觀質量及內在品質也有進一步提升，在降低污染物排放水平、促進農業生態循環良性發展等方面具有積極效果。然而，目前生物質燃燒爐無法與現有的傳統烤房土建結構精準匹配，使用之前需要對傳統烤房進行改造。同時，生物質燃燒爐設備價格較高，初期投入過大，一定程度上限制了煙農自行安裝的積極性。因此，出臺相關優惠政策及補助辦法對于生物質烤房的推廣是非常有必要的。