煙葉烘烤技術研究進展與智能烘烤技術展望

黃勤超

（黑龍江省煙草公司牡丹江煙葉公司，黑龍江 牡丹江 157000）

在市場大量需求背景下烤煙生產形式也發生巨大變化，朝著規模化方向改進，傳統密集烤房逐漸成為限制烤煙生產的要素。烤煙的規模化種植為煙草行業的現代化建設打好重要基礎，現代煙草行業的建設也為規模化種植和專業分工建設提供合理有效的保證。和煙草生產工序的其他工序相比，煙草調制工序的勞動強度、技術難度都比較大，專業進程也相對緩慢，在這種情況下充分了解煙草企業發展現狀，查找發展中存在的問題以明確煙草企業的未來發展方向，對現代煙草企業的發展有重要意義。

1 煙葉烘烤技術發展現狀

1.1 消耗熱力

從烤煙烘烤能耗來看，烘烤時的熱力消耗極大，熱力消耗主要在以下三個方面存在：一是煙葉烘烤中溫度上升，水分汽化，升溫和汽化產生的熱耗；二是通風排濕過程中冷空氣進入烤房之后的加熱與濕潤空氣排出產生的消耗；三是煙囪在排煙過程中的熱耗維護不足，也會導致熱量消耗損失。從熱量消耗所產生的作用來看分為有效熱量消耗和無效熱量消耗。有效熱量消耗是烤煙烘烤中必然消耗熱量，煙葉水分在排除、排濕過程中空氣溫度升高所產生的熱耗占總能量損耗的20%～35%之間；無效熱量消耗包含燃燒不完整和排煙造成的損失，占總能量損耗的65%～80%之間。因此可以看出傳統烤煙烘烤能耗大、環境污染問題嚴重[1]。

1.2 密集烤房數量不斷增加

國家煙草專賣局出臺《密集烤房技術規范（試行）》解決密集烤房建造、應用關鍵技術問題，讓我國烘烤步入良性發展軌道。結合現階段煙草行業發展來看，密集烘烤技術在近幾年得到發展，密集烤房建設推動烤煙向規模化、專業化發展。

進入新時期之后人們改善傳統烘烤模式，出現密集烤房，兩者在工作原理上相似，但是密集烤房裝煙密度是傳統烤房的2～4倍，密集烤房使用機械強制通風、熱風循環方式來加熱煙草，煙葉間隙風速是普通熱風循環加熱煙室的2～3倍，在密集烤房內，可以半自動化控制溫濕度，從而確保整個裝煙環境為封閉式循環或者是半開放式循環，因此溫濕度控制合理，能夠滿足烘烤煙葉的需要。同時，也需要考慮密集烘烤過程中需要的配電設備，因為密集烤房的耗電量遠遠大于普通烤房。

1.3 設施改善

從烘烤現狀來看，現階段大多數烤房成套設施都得到改進和優化，比如熱風循環系統的研發運用提高了煙葉間隙風速，提高了濕熱交換速度，甚至可以將整個烤房上下溫差收縮，保證烤房內溫度濕度均勻分布，進而保證通風排濕工作有序開展。另外排濕技術能夠實現自動化運行，提高了排風與排濕速度，結合煙葉烘烤利用調節閥來調節進風、排風情況，從而全部回收與利用熱風，在排濕和節能方面具備顯著效果。

1.4 烘烤工藝提升

煙草是經濟發展的重要部分，在煙葉調制過程中煙葉變化是最初階段，當煙草葉片變成黃色，此時溫度較低，主要通過呼吸作用和外界溫度來將煙草葉片變黃過程縮短，常見手段是將煙葉編織成一個長條，懸掛在專業晾曬棚上，利用呼吸作用釋放熱量，加快煙葉發黃、柔軟。當煙葉變黃部分超過八成，失水率達到30%左右，將其放在烤房中可以縮短烘烤時間、降低煤炭消耗量、提高烤房周轉率。煙葉采收過程中，采收方式不同會導致煙葉本身的物質基礎、衰老程度與烘烤特征、理化特征之間存在差異性，這就會給煙葉烘烤質量帶來影響，甚至會影響燃料的消耗成本。另外在生產中密集烤房烘烤煙葉常常出現顏色淺淡、光滑的現象，進而導致油分、香氣量下降[2]。在密集烘烤生產中自動化水平、裝煙容量、密度之間有緊密的聯系，葉片間隙與風速、風壓之間的關系并不明確，尤其是煙葉香味和工業的可用性成為密集烘烤亟需解決的問題。

1.5 烤房設備與技術精簡化

現階段密集烘烤設備在工藝方面取得了巨大突破、創新，具備節能、提升生產質量，減少能源消耗方面的優勢，因此人們對密集烤房的研究不斷深入。先進的烤房設備是

烘烤工藝的載體，可以降低技術復雜性和煙葉生產的風險，在很大程度上可以提高煙葉整體質量，改善煙葉等級。操作人員在這個過程中并不需要掌握大量而成套的烘烤技術，操作比較簡單，可以提高烘烤質量與效益。煙農也成為密集烤房的最大受益者，他們可以通過烘烤來提高生產效率，以及穩定效益。

表1 專業化烘烤和普通烘烤的成本對比（元/kg干煙）

2 烘烤煙葉技術的局限性

2.1 密集烤房成本局限

密集烤房烘烤設備朝著智能化方向發展，工作原理是以機械強制通風、熱風循環方式來加熱裝煙，促進煙葉失水、干燥，通過溫濕度控制設備調控煙葉外觀質量。密集烤房雖然在裝煙量、煙葉烘烤質量、集約化方面體現出巨大優勢，但是在實際使用過程中仍舊存在問題。一方面雖然經濟效益顯著提升，但是消耗成本非常高，1.0 hm2純板塊結構密集烤房造價約3萬元，混磚結構為1萬元；容量為1.6～2.0 hm2的純板塊結構密集烤房造價為5萬元，混磚結構約為1.5萬～2萬元。另一方面烘烤自控設備與技術并不成熟，這主要是因為硬件設備不齊全、設備不完善、陳設過于簡單等等。因此密集烤房未來的發展需要在材質選擇、設備改造、自控設施等方面改善，為煙葉烘烤打造更好的環境，為其輸入新鮮血液[3]。

2.2 燃燒局限

煙草雖然需要烘烤，但是整個過程消耗時間短，需要保證烘烤過程擁有足夠的熱量。國外煙葉烘烤使用柴油、天然氣作為燃燒燃料。我國受到資源、成本等的局限與影響，在烤煙燃燒方面，主要以煤炭、柴草為燃料，而且烤房從原本的自然通風氣流上升式烤房演變成為當前的機械通風熱循環烤房，普遍以煤炭作為原料。因此現階段烘烤是使用不可再生能源作為代價生產煙葉。另外使用煤炭能耗高，1 kg干煙葉消耗煤炭量為1.5～2.0 kg，整體利用效率為30%，而且煤炭燃燒過程中會釋放大量有害物質，會造成環境嚴重污染。大量研究、經驗證明，使用煤炭進行煙葉烘烤，1 kg煙葉會產生NO2、SO2、CO2，含量依次為0.0091 kg、0.0132 kg、5.302 kg。在全球化背景下燃燒原料越來越少，燃料需求量不斷增加，煙葉烘烤成本不斷增加，不符合國家經濟發展基調。

3 煙草智能烘烤未來發展趨勢

3.1 精準控制煙草烘烤

在智能系統支持下，密集烘烤技術越來越完善，但是現階段能夠實現溫濕度自控和智能化控制的技術還比較少，如何根據煙葉變化特征與烤房特性，使用清潔能源和智能控制技術實現烘烤自動化、現代化，這其實是漫長的發展過程。為將自控技術與煙葉品質結合，需要從烘烤特征入手，對烤煙含水量、煙葉的各種干物質含量、酶活性等進行深入研究分析，建立起科學的煙葉烘烤影響要素。烘烤之前對鮮煙做好全面評價，建立鮮活的數據庫，得到合理烘烤模型，實現烘烤過程的合理分配，滿足烘烤的精準控制。借助智能技術，結合互聯網手段提高烘烤過程的可控程度和穩定性，實現智能化、精準控制。

3.2 采用機械化烘烤技術

煙草采收、編煙整個過程占工程用量三分之一，根據對全國現代煙草試點數據調查分析顯示，使用在煙草采收方面的機械比較少。國外部分國家已經實現使用采收車由機械手采摘葉片向上輸送到集裝箱中，裝滿后把集裝箱放在底下，直接送到烤房。從長遠發展來看，要想減少采收和編煙環節的勞動力，減小勞動強度和復雜度，加強對這兩個方面的機械的研究非常重要。另外解決這些問題也可以從社會化分工、專業化的服務方面努力。

3.3 積極使用清潔能源

煙葉烘烤是大量耗熱的一個過程，而且在烤房群規模不斷增大，烤房數量越來越多的情況下，烘烤釋放的煙塵、有害氣體污染問題會受到人們的重視[4]。近年來部分學者從烤房設備、新能源利用方面進行大量研究，提出提高烘烤熱能利用效率手段，也有煙草科技工作者將生物質能、太陽能、集中供熱等技術運用在煙葉烘烤中，取得了顯著成效。但是對煙葉品質有特殊要求，決定了操作智能化需要選擇合適的手段，每一種新能源的利用有不同的優點、使用范圍，而如何高效使用烤房的設備與當前煙區生產實際有關，在不增加烤房改造成本的基礎上實現基礎創新、專業化分工、提高烘烤效率、保證烤煙質量，成為煙葉烘烤領域內研究的重點。

4 結語

綜上，傳統烘烤過程繁瑣，在烘烤過程中會產生大量熱量、資源消耗，不利于行業健康發展，因此需要結合現代化技術，充分運用智能化手段改進烘烤技術，促進煙草行業可持續發展。