電能與燃煤烘烤煙葉對比試驗研究

馮再興，楊 細，徐天養，張理進

（1.云南省煙草公司文山州公司硯山縣分公司，云南 硯山 663100；2.云南省煙草公司文山州公司，云南 文山 663099；3.硯山縣致誠烤煙服務型農民專業合作社，云南 硯山 663100）

當前烤煙生產中，煙葉烘烤的燃料仍以燃煤為主，價格高，能量消耗較大，需人工守候，烘烤成本高，且燃燒時向大氣排放大量的粉塵、顆粒、SO2等有害物質，危害大氣環境，與當今推行的節能減排、綠色環保理念相違背[1]。尋求環保能源烘烤煙葉，實施節能減排，是當下煙草行業重點探究的課題。電能是一種經濟、實用、清潔，且容易控制和轉換的能源，是煙葉烘烤燃煤替代的理想能源。2021 年7 月—9 月，在云南省煙草公司文山州公司硯山縣分公司的支持下以及硯山縣致誠烤煙服務型農民專業合作社的合作下，江那煙站實施了空氣源熱泵電能與臥式密集燃煤烘烤煙葉對比試驗研究，為今后采用空氣源熱泵電能烘烤煙葉提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

烘烤試驗設在硯山縣江那鎮羊街社區石頭大寨村烘烤群內，戶主魏紹成，種煙面積1.8 hm2，地塊位于東經104.392 9°，北緯23.607 0°，海拔1 543 m。前作物玉米，地勢較平，灌溉方便；土壤類型為紅壤，pH 值7.08，有機質31.64 g/kg，水氮堿117.9 g/kg，有效磷5.5 g/kg，速效鉀286.2 g/kg。烤煙品種K326，移栽期4月18日—23日，施純氮7 kg/0.067 hm2，氮磷鉀比例1∶1.5∶2.5，嚴格按照《文山州優質煙葉生產技術實施方案》管理。煙株呈中棵煙長勢，整齊清秀，煙葉開片良好，分層落黃。

1.2 試驗材料

1.2.1 供試烤房及設備

（1）臥式密集型燃煤烤房：規格8 m×2.7 m×3.5 m，2倉4臺煙桿，額定裝鮮煙量≤6 200 kg。

（2）空氣源熱泵電能烤房：型號15HP，規格8 m×2.7 m×3.5 m，2倉4臺煙桿，額定裝鮮煙量≤4 500 kg。

1.2.2 供試燃料

電能烤房用380 V/50 Hz三相交流電，燃煤烤房用陜西神木煤炭。

1.2.3 供試煙葉

當田間煙葉至下而上成熟時，實行統一采收，分類編竿。將煙葉平分成2部分，分別裝在電能烤房和燃煤烤房內烘烤。

1.3 試驗設計

試驗設2 個處理，即密集型烤房燃煤烘烤（以下簡稱煤烤）和空氣源熱泵電能烤房烘烤（以下簡稱電烤），從下部煙至上部煙進行6 次烘烤。除供熱系統不同外，均為氣流下降臥式密集型烤房。

圖1 臥式密集型燃煤烤房與空氣源熱泵電能烤房Fig1.Horizontal intensive coal-fired grills and air source heat pump electric grills

1.4 試驗方法及測定項目

根據試驗要求和煙葉成熟度標準，實行統一采烤。記錄烤房內煙葉變化，溫度和濕度變化，烘烤結束回潮后，分處理進行烤后煙葉外觀質量、主要經濟指標、烘烤損失及烘烤成本評價。

1.4.1 烤房內溫度、濕度變化記錄

煙葉裝爐前各處理烤房內，按臥式密集烤房標準位置掛放2 組溫濕度傳感器，主傳感器掛在上棚，副傳感器掛在下棚。煙葉裝爐起火后，每隔4 h 觀察記錄主傳感器溫度和濕度，全爐煙葉的變化情況，并根據煙葉變化情況，設定和調整目標干球溫度和濕球溫度，提高煙葉烘烤質量。

1.4.2 烘烤能耗及成本計算

烘烤過程中，對使用的電和煤的用量進行統計記錄，烘烤結束后，按照市場價格計算2種能源的能耗費用。

1.4.3 烤后煙葉外觀質量和主要經濟指標評價

烘烤結束回潮后，在各處理烤房內分成上、中、下3層，距離烤房門3 m處同一位置。上層和下層各取1竿，中層取3竿煙樣，主要對煙葉成熟度、顏色、葉片結構、油分等指標進行評價，同時按烤煙國家分級標準對所取煙葉進行分級，計算烤后煙葉上中等煙比例、青黃煙比例、微帶青煙比例、雜色煙比例等，并計算出兩種處理煙葉中上煙比例和均價。

1.4.4 烘烤工藝措施

采用《文山州氣流下降式煙葉烘烤工藝》進行烘烤?？厩鞍春婵竟に囈?，設定煙葉變黃期、定色期、干筋期的干球目標溫度和濕球目標溫度。烘烤中根據各處理煙葉變化情況，設定干球目標溫度、濕球目標溫度和烘烤時間。煤烤需人工守候，適時加煤和開進風板，確保實際的干球目標溫度和濕球目標溫度差距控制在允許范圍內。電烤均為全自動控制，負責人用手機app遠程觀察，確保設備正常運行即可。

2 結果與分析

2.1 烘烤中溫度和濕度對比

煙葉烘烤必須嚴格掌握低溫調濕變黃、穩溫排濕凋萎、通風脫水干葉和控溫控濕干筋操作過程[2]。經專家的探索，各個時期都需要適當的溫度、濕度和時間，煙葉才能夠烤黃、干、香。將烘烤中的溫度、濕度和時間三者關系進行有機統一，形成煙葉烘烤曲線。烘烤曲線中各階段的干球溫度和濕球溫度就是目標干球溫濕度。烘烤中的實際干球溫度和濕球溫度與相應的目標溫度偏離程度，反映烤房性能、燃料供熱能力或烘烤水平的高低。根據試驗觀察記錄，整理匯總得出圖2。

圖2 試驗兩處理實際干（濕）球溫度與目標溫度對比Fig.2 Comparison between actual dry(wet)bulb temperature and target temperature of the two treatments

從圖2中看出，在煙葉各烘烤時期，用電烤的實際干球溫度偏離目標溫度的程度比煤烤的小。表明電烤比煤烤更容易控制好烘烤溫度，該穩溫就能穩得住，要升溫就能升得了。然而用電烘烤的實際濕球溫度偏離目標溫度的程度比煤烤的大，普遍偏低，表明電烤的在濕度控制上沒有煤烤的好，影響煙葉變黃和提香。主要原因是電烤為自動排濕，而煤烤選用人工排濕。

2.2 煙葉烘烤損失對比

從圖3 看出，用電烤的比用煤烤的烘烤損失降低0.4%。其中，掛灰煙和黑糟煙分別降低0.59%和0.26%，但微青煙增加0.45%。其原因是電烤的用自動排濕，進風板控制過于靈敏，開關頻次多，且開關較徹底，煤烤的手動排濕開關大小隨需要而定，煙葉難以保濕，導致微青煙較多。

圖3 試驗兩處理煙葉烘烤損失對比Fig.3 Comparison of tobacco curing loss between the two treatments

2.3 烤后煙葉外觀質量及經濟指標對比

兩處理烤后煙葉，在成熟度、顏色、葉片結構、油分和葉片身份等外觀質量方面表現差異不明顯，表明采用煤烤與電烤對烤后煙的外觀質量影響不顯著。從圖4 看出，電烤的比煤烤的上等煙比例提高7.91%，均價提高1.24 元/kg。以電烤平均每爐煙比煤烤少裝12 竿煙（鮮煙168 kg/爐）為例，總收入比煤烤增加13.43元/爐。

圖4 試驗兩處理煙葉主要經濟指標對比Fig.4 Comparison of main economic indexes between the two treatments

2.4 成本效益對比

在本次對比試驗中，烘烤成本調查了燃煤和電的能耗成本和煙葉采收、編煙、入爐和烤煙用工成本。從表1 看出，電烤烘烤成本為干煙葉6.59 元/kg，比煤烤10.05 元/kg 減少3.46元/kg，減幅34.42%，尤其是能耗降低更為突出，用電烤干煙葉僅為1.93元/kg，比煤烤的4.21元/kg減少2.28元/kg，減幅達54.2%。從圖5 中看出，用電烤的煙葉總收入雖然只比用煤烤的僅增加13.43元/爐，但加上節省下來的679.46元/爐烘烤費用，其收益為692.89元/爐，增幅達7.7%，平均增加1.22元/kg。

表1 試驗兩處理烘烤成本分析表Tab.1 Baking cost analysis table of test two treatment

圖5 試驗兩處理煙葉烘烤效益對比Fig.5 The comparison of tobacco curing benefits between the two treatments

3 結論與討論

試驗分析可以看出，應用電烘烤煙葉與用燃煤烘烤煙葉相比，電烘烤更容易控制烤房內的溫度，具有升溫靈敏，穩溫效果好，能耗低、清潔，不污染環境，烤后煙葉品質好，上等煙比例和均價高等優點。用燃煤烘烤煙葉，烤房內溫度變化不穩定，受人為因素影響較大，溫度往往會隨著煤的燃燒性能和加煤量的變化而變化，難于達到預期目標，煙葉烘烤質量波動較大。

在人工費用方面，采用電烤可遠程觀察設備運行，遙控調節溫度、濕度和烘烤時間，節省了用工成本。

由于電烤的升溫靈敏，穩溫效果好。煙葉在整個烘烤過程中的變黃、定色和干筋均得到很好的調控，因此煙葉烘烤質量相對更高，提高了煙葉經濟效益；另一方面，電能是一種經濟、實用、清潔，且容易控制的能源，沒有污染物排放，對保護環境也起到很大的作用。

綜上所述，推廣使用電能烘烤煙葉的好處是顯而易見的。目前煙葉烘烤的烤房主要是2008 年—2014 年建設的臥式密集烤房，多數設備老化，圍護結構密封不嚴，每個烘季都要修修補補，烘烤性能逐年降低，制約烘烤質量的提高，更換電能烤房烘烤煙葉是最佳的時機。但在推廣使用時，將會面臨著一些問題。一是電能烤房前期投人成本高，配套設施不完善。據廠家報價，1 座空氣源熱泵電能烤房造價6.8×104～7.8×104元，是現行臥式密集烤房的2.5 倍，而且還要配備1臺30 kW 以上的備用發電機，其成本就更高了，煙農或烤煙專業合作社都難以承受這么高的投入成本，而且當前的電力設施不能滿足電能烤煙的需要。二是缺少相應的政策扶持。電能烘烤在煙葉烘烤中具有良好的經濟和社會效益，但目前當地政府、煙草公司未制定出明確的扶持政策和獎勵辦法。因此，要大力推廣使用電能烘烤煙葉，一是依靠政府部門和煙草行業發揮組織優勢，制定相應的扶持措施和獎勵辦法，使電能烤房造價在煙農或烤煙合作社能承受的范圍內。二是加大宣傳和培訓力度，讓煙農知道電烤煙的好處和使用方法，提高煙農投資的積極性。三是當地政府、煙草部門應積極與電力部門協調，改造電力設施，滿足電能烘烤煙葉的需求。四是生產廠家完善電能烤房的自動排濕系統。利用技術措施解決進風板要多大就開多大的問題，做到該保濕時濕度保得住，該排濕時排濕順暢，有利于煙葉變黃充分，香氣量足，烤出符合卷煙廠需要的“黃、亮、軟、香”煙葉。