空氣源熱泵烤房與生物質新能源烤房對烤后煙葉經濟效益的影響

黃 寧， 祖慶學， 劉紅峰， 周建云， 蔡 武， 黃勇輝， 羅明華

(貴州省煙草公司 貴陽市公司， 貴州 貴陽 550002)

煙葉調制是煙葉獲得優良品質和工業可用性的關鍵過程，密集烘烤的推廣應用有利于降低煙葉的烘烤難度、減少勞動強度以及節約烘烤成本，提高煙葉的烘烤質量，為穩定產區規模、推進“卷煙上水平”提供了強有力的支撐，取得了良好的社會效益和經濟效益。煙葉在烘烤過程中需要消耗大量的能量，但現階段密集烤房主要是以煤為燃料，在其燃燒中產生的SO2、粉塵和CO2等是大氣污染和溫室氣體的主要來源，且由于烤房升溫不均勻易導致煙葉烤壞而造成經濟損失[1]。因此，在烤煙適宜產區進行高效減排新能源密集烤房供熱設備的研發與應用，是順應綠色、環保、節能、減排的國家需求和減工降本、提質增效的行業需求。新式烤房通過利用太陽能、電能、生物質能等多種新能源應用于煙葉的烘烤調制過程，有助于減少污染氣體的排放，從而克服傳統燃煤式密集烤房存在的碳排放量大、污染環境等弊端；而且還能夠降低能耗、減少用工，有利于節能、生態、降本生產目標的實現，并能提高經濟效益和煙葉質量，具有良好的應用發展前景[2-7]。空氣源熱泵和新型生物質密集烤房在烤煙過程中具有明顯的優勢，符合國家能源應用方向和大氣污染防治法[8-12]，但是空氣源熱泵及生物質能源烤房的使用在貴陽煙區還未見報道。因此，以常規燃煤密集烤房為對照，研究空氣源熱泵和生物質新能源烤房對貴陽煙區烤煙烘烤成本及經濟效益的影響，探索適合現代煙草農業發展需要的烘烤設備，以期為“省工、節能、環保、高效、安全”的烤煙烘烤設備創新提供可靠的理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試煙葉

煙葉為云煙87的中部葉，采自開陽縣龍崗鎮同一農戶、同一煙地、長相與成熟一致。

1.2 烤房

1.2.1 空氣源熱泵氣流下降式烤房 為河南佰衡節能科技有限公司提供，通過空氣與高溫高壓的制冷劑在冷凝器進行熱交換，被加熱的空氣經送風口進入烤房與煙葉進行熱濕交換，將煙葉內的水分汽化蒸發，完成熱濕交換的熱濕空氣受控制器控制或被排出烤房經蒸發器進行熱回收，或再次經冷凝器加熱送入烤房的集成系統。電機、風機及自控設備均由河南佰衡節能科技有限公司提供。

1.2.2 生物質能源氣流下降式烤房 為遼寧海帝升有限公司提供，以木屑、煙稈和其他農作物秸稈等生物質材料為原料，采用生物質顆粒機進行壓制代替煤炭燃燒。

1.2.3 普通燃煤氣流下降式密集烤房 以燃煤為能源。

1.3 試驗設計

試驗在貴陽市開陽縣龍崗煙葉烘烤工場進行，共3個處理。處理1，空氣源熱泵烤房；處理2，生物質能源烤房；對照(CK)，燃煤烤房。每個處理單獨烘煙 3次，均采用掛竿裝煙。烘烤煙葉取樣點為距烤房隔熱墻的2.0 m、4.0 m和6.0 m處，取樣各2竿。門及觀察窗位置擺放具有代表性的煙葉各1～2竿，便于烘烤過程觀察。

1.4 經濟性狀及成本統計

1.4.1 經濟性狀 各處理取標記烤后煙葉進行統一初分級、打包。由煙草行業煙葉專業評級員根據烤后煙葉顏色、成熟度、葉片結構、身份、油分、色度等分級因素，參照烤煙國家分級標準(GB 2635-92)評價烤后煙葉的整體外觀質量及等級結構。由抽樣煙葉樣本推算總體煙葉樣本，記錄每個處理烤后煙葉的各個等級比例及重量，根據當地煙葉收購價格，統計各個處理烤后煙葉的產值、中上等煙率、橘黃煙率、均價等指標。

1.4.2 用工和能耗成本 統計各處理用工量和所消耗的煤、電和生物質成本。

1.5 數據處理

利用Excel和SPSS對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同烤房烤后煙葉的等級

從表1看出，不同烤房烘烤后上等煙率和橘黃煙率均表現為處理1>處理2>CK，中等煙率表現為CK>處理1>處理2，各處理間差異不顯著，下等煙率處理1為0，對照和處理2相差不大。表明，處理1烤后煙葉經濟性狀明顯優于處理2和CK。原因可能是熱泵烤房在烘烤過程中表現出穩溫優勢，不易發生溫度波動現象所致。

表1不同處理烤后煙葉的等級

Table 1 Grade of tobacco leaves cured in three different curing barns %

處理Treatment上等煙First-class tobacco 中等煙Midium-class tobacco下等煙Low-class tobacco橘黃煙Orange tobacco CK76.65 a22.10 a1.25 a88.21 a181.00 a19.00 a0.00 b95.05 a280.23 a18.56 a1.21 a93.13 a

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significance of difference atP<0.05 level. The same below.

2.2 不同烤房的烘烤成本

從表2看出，用工量處理1的最少，分別比處理2和對照減少用工2.5個和2個；1 kg煙葉平均用工成本分別比處理2和對照減少0.57元和0.83元，降幅為40.14%和58.45%，差異顯著；說明使用空氣源熱泵烤房明顯節省人工，原因是常規烤房(CK)平均每炕加煤24次，生物質能源烤房平均每炕加料33次，而空氣源熱泵烤房無需加料。1 kg干煙耗電量以處理2最低，處理1最高；1 kg煙葉能耗總成本(耗電量和耗燃料量)以處理1最低，分別比對照和處理2低40%和76%。1 kg煙葉的用工成本和能耗成本總和處理1最低，分別比對照和處理2低40%和67%。

表2 不同烤房烘烤煙葉的成本

Table 2 Cost of tobacco leaves cured in three different curing barns

注：用工費用按120元/(人·d)；煤價按1 200.00元/t，電價按0.465元/(kW·h)，生物質燃料按910.00元/t。

Note: The labor cost, coal price, electricity price and biomass fuel are 120 Yuan/ (person·d), 1200.00 Yuan/t, 0.465 Yuan/ (kW ·h) and 910.00 Yuan/t respectively.

2.3 不同烤房烘烤煙葉的經濟效益

從表3看出，1 kg干煙葉的綜合效益以處理1最高，為27.32元，比CK和處理2分別高13.17%和14.16%，差異顯著；處理2的綜合效益比CK略低，差異不顯著。說明熱泵烤房比燃煤密集烤房具有較明顯的增值效應，而生物質能源則由于用工成本和能耗的增加，經濟收益反而下降。

表3不同烤房烘烤煙葉的綜合效益

Table 3 Comprehensive benefit of tobacco leaves cured in three curing barns

處理Treatment投入/(元/kg)Input產出/(元/kg)Output效益/(元/kg)Benefit較CK±/%Compared with CK±CK3.82 b27.9624.14 b-12.72 c30.0427.32 a13.1724.54 a28.4723.93 b-0.87

注：產出為不同烤房1 kg不同等級煙葉的平均價格。

Note: The output is the average price of 1kg tobacco leaves with different grade cured in different curing barns.

3 結論與討論

不同烤房烤后煙葉的上等煙率、橘黃煙率均是空氣源熱泵烤房的較高，分別達81%和95.05%，且下等煙率為0。空氣源熱泵烤房比常規燃煤烤房和生物質新能源烤房減少40%左右的人工投入，煙葉能耗總成本(耗電量和耗燃料量)減少40%以上，綜合效益提高13%以上。

空氣能熱泵新能源烤房主要通過消耗電能為烘烤過程提供熱能，平均每炕烘烤需要消耗1 303.3 kW/h，在烘烤過程中對升溫、穩溫的調控較容易，不需加料從而省去加料等輔助環節用工，且烤后煙葉外觀質量佳，主要表現為烤后煙葉外觀顏色鮮亮、色度強，橘黃煙比例和均價較高，幾乎無烤壞煙現象發生。與傳統密集烤房相比，空氣源熱泵烤房的烘烤用工、能耗成本都明顯低于傳統燃煤密集烤房，而且烤后煙葉外觀質量及經濟性狀均較好，從而有效實現減工降本，達到節能減排、提質增效的目的，并且烘烤過程實現無廢渣、廢氣出現，綠色環保，具有良好的經濟效益與生態優勢。

生物質能源烤房主要依靠消耗生物質燃料為煙葉烘烤調制過程提供熱能，平均每炕烘烤需要消耗862.98 kg生物質能源，而添加1次生物質能源可以提供較長時間的熱能。與傳統煤炭密集烤房相比，在烘烤調制過程中對升溫、穩溫的調控容易，加料等操作使用便捷，能夠滿足正常烘烤需要，且烤后煙葉外觀質量較好。但生物質能源由于燃燒值低于煤炭，加料次數多，導致烘烤用工成本和能耗成本均高于傳統燃煤密集烤房，雖然烤后煙葉質量優于傳統燃煤密集烤房，但差異不大，其減工降本效果不明顯。

煙農對空氣源熱泵烤房及生物質能源烤房的接受程度調查結果顯示：空氣源熱泵烤房由于改造成本高，煙農普遍較難接受，但如果無償提供設備，則接受積極性很高。煙農對生物質新能源烤房選擇意愿較低，原因一是其改造成本高，煙農和合作社均不愿意出資；二是生物質能燃料供應商不穩定，難以滿足一次性大量采購，且價格偏高；三是在相同重量下，生物質能源材料體積明顯大于煤炭，其堆放儲存不方便。