新能源烤房在湖北十堰煙區的應用及前景

吳立環，劉 陽，全守宙，魏小慧，陳 孟，張曉亮，楊繼龍

（湖北省煙草公司十堰市公司，湖北 十堰 442200）

傳統煙葉烘烤是以消耗大量煤炭等不可再生能源為代價進行的生產過程，每生產1 kg干煙葉需要消耗1.5～2.0 kg煤炭［1］，利用率僅30%左右，且會釋放大量粉塵和二氧化硫等有害物質，對環境造成污染，產生負面影響［1］。十堰市位于湖北省西北部，地處秦巴山區東部、漢江中上游地區，是南水北調中線工程核心水源區，肩負著確?！耙粠靸羲彼汀钡恼呜熑?。煙葉是十堰傳統優勢農業產業，每年能帶動2 000 多戶煙農增收3億多元，財政收入6 000多萬元，帶動煙區農民就地務工100多萬人次，是促進農民增收、農業增效的富民產業，也是助力全面推進鄉村振興的支柱產業。針對傳統煙葉烘烤過程中成本不斷增加、環境污染問題，新能源烘烤的探索勢在必行。研究對十堰煙區的各類烤房進行綜合對比，篩選出適宜在該地區推廣的新型能源烤房，為其推廣應用提供依據。

1 新能源烤房發展情況

1.1 太陽能烤房

太陽能是最豐富、最清潔的能源，太陽能在烤房上的利用主要是光熱轉換和光伏發電2 種，前者主要作為煤炭、熱泵烤房的輔助熱源，無法僅以太陽能作為唯一熱源，后者則可以通過轉換為電能，為密集烤房提供烘烤所需用電，但由于受自然環境影響較大，主要作為烘烤工廠的備用電源［2，3］。太陽能烤房主要在貴州、云南、湖南等煙區推廣使用。

1.2 熱泵烤房

熱泵是一種制冷系統，通過冷凝器內制冷劑冷凝釋放熱量供熱，是一種高效節能裝置［4］。根據熱源的不同分為空氣源熱泵、地源熱泵、水源熱泵3 種類型［5］。在煙草上應用最成熟的是空氣源熱泵，主要由壓縮機、冷凝器、節流裝置和蒸發器等組成，其工作原理是主要由壓縮機做功從空氣中獲取低溫熱源，通過熱泵系統高效集熱整合后成為高溫熱源，在加熱室內加熱空氣，從而完成煙葉烘烤［6］。

1.3 生物質顆?？痉?/h3>

生物質顆粒烤房指的是以燃燒生物質顆粒為主要加熱方式的新型烤房［7，8］。生物質顆粒是可再生能源［9］，主要是將鋸末、秸稈、稻殼、木屑等廢棄物原料經過生物質顆粒機的擠壓制作成顆粒狀燃料，充分利用傳統農業生產廢棄物，發展農業循環產業，有效降低環境污染。生物質顆?？痉扛脑旌唵危茝V應用前景廣闊［10-12］。

1.4 甲醇燃料烤房

以使用甲醇等液體燃料為主的烤房，燃料獲取途徑較廣、燃燒無污染是其主要優勢，但甲醇燃料受成本較高、有一定毒性、運輸及保管風險較大等因素的限制，在推廣過程中較為慎重［13］。

2 十堰煙區新能源烤房發展情況

煙草行業的發展始終堅持生態優先、綠色發展，認真落實“雙碳”要求，大力推廣綠色生產技術，促進減肥、減藥、減污、降碳，煙葉種植已成為綠色低碳、資源節約、環境友好的現代農業生產活動。十堰煙區在煙葉烘烤能源及新型烤房建設方面也在不斷進行摸索和改進。2013 年通過每噸煤炭補貼300 元的方式，全面推廣“以煤代柴”，解決了大量砍伐樹木的現象，有效地保護了自然環境；2016 年在竹山縣擂鼓鎮改造5 座熱泵烤房，探索推廣新能源烤房；2017年在房縣門古寺鎮改造3 座生物質顆?？痉?；2018年在竹溪縣水坪鎮推廣10 座熱泵烤房，在全市推廣80 座生物質顆?？痉?；2019—2022 年全市共推廣1 630 座生物質顆粒新能源烤房，全市新能源烤房占在用烤房的49.60%，遠高于全國平均水平，為煙葉產業持續發展發揮效益。十堰煙區共有傳統煤炭烤房、空氣源熱泵烤房和生物質顆?？痉? 種烤房，其他種類烤房暫時未在本地推廣，主要圍繞這3 種烤房從建設成本、烘烤成本、烤后煙葉質量等進行對比分析。

3 材料與方法

3.1 材料

供試品種為十堰主栽品種云煙87，按照《金神農山地中棵煙生產技術標準》統一進行田間管理。

試驗烤房為傳統煤炭烤房、空氣源熱泵烤房和生物質顆粒烤房。烤房主體土建部分均為磚混密集烤房，裝煙室規格為8.0 m×2.7 m×3.5 m。空氣源熱泵機組型號為140S-U-ZDR-HD，尺寸為1 756 mm×1 510 mm×1 741 mm；生物質顆?？痉繛橥庵檬缴镔|顆粒燃燒機，產品型號為EXJC-10W-22WSR，尺寸為1 330 mm×700 mm×1 350 mm。

試驗燃料為市局統一招標采購，其中煤炭標準，發熱量20 900 kJ∕kg 以上，粒徑8 cm 以上，水分不高于3%，含硫量不高于0.4%；生物質顆粒標準，低位發熱量12 000 kJ∕kg 以上，灰分不高于15%。

3.2 試驗方法

試驗地點為十堰市竹山縣擂鼓鎮金嶺村科技示范園。設3 個處理，CK 為普通煤炭烤房，T1 為空氣源熱泵烤房，T2 為生物質顆?？痉?，每個處理設置1座烤房，在同一個烘烤工廠。各處理所用煙葉為科技示范園田間長勢一致的正常煙葉，同一區域、同一品種、同一部位。烘烤工藝均按照《8 點式精準烘烤工藝》，裝煙量、裝煙密度、裝煙時間保持一致。

3.3 數據統計與分析

采用Excel 和SPSS 軟件對相關試驗數據進行處理和分析。

4 結果與分析

4.1 烤房建設成本對比

由表1 可以看出，烤房建設在土建部分沒有差異，主要成本差異體現在烘烤加熱設備上，煤炭烤房所需設備為風機、爐膛，成本為1.0 萬元；空氣源熱泵烤房所需設備為風機、熱泵，成本為7.0 萬元；生物質顆粒烤房所需設備為風機、爐膛、生物質燃燒機，成本為1.5 萬元。傳統煤炭烤房建設總成本最低，每座4.0 萬元；空氣源熱泵烤房建設總成本最高，每座10.0 萬元；生物質顆?？痉拷ㄔO總成本略高于傳統煤炭烤房，每座4.5 萬元。另外，建設空氣源熱泵烤房必需的電力改造、單獨的變壓器、配套更大功率的發電機等綜合成本，空氣源熱泵烤房成本遠高于其他2 個烤房，若沒有相關政策扶持，推廣應用有較大難度，本研究僅針對烤房建設使用過程中的直接成本進行對比分析。

表1 不同烤房建設成本統計

4.2 烘烤成本對比

煙葉烘烤過程中，主要成本由烘烤能耗成本和用工成本構成，其中烘烤能耗成本由燃料成本和用電成本構成。烘烤用工成本根據竹山縣煙農合作社提供專業化烘烤服務用工數據進行核算，即烘烤一炕煙平均用時7 h，專業化烘烤傳統煤炭烤房2 人為一個班組可負責5 個烤房，生物質顆?？痉? 個人可負責15 個烤房，空氣源熱泵烤房1 個人可負責10 個烤房，即折算用工為每烘烤一炕煙，煤炭烤房用工2.80 個，生物質顆?？痉坑霉?.93 個，空氣源熱泵烤房用工0.70個。具體燃料、耗電量、用工情況見表2。

表2 不同烤房烘烤基礎數據

由表3 可以得出，空氣源熱泵烤房烘烤總成本最低，為912.86 元∕炕，生物質顆?？痉亢婵究偝杀揪又?，為1 872.92 元∕炕，煤炭烤房烘烤總成本最高，為2 408.14 元∕炕?？諝庠礋岜煤婵具^程中僅使用電能，取消了添加燃料用工，有效提高了烘烤自動化程度，用工較少。生物質顆?？痉肯啾让禾靠痉坎捎米詣蛹恿虾妥詣忧寤遥瑴p少了用工，增加了用電量，烘烤所需燃料略多于煤炭烤房，但生物質顆粒成本較煤炭低，因此生物質顆粒烤房烘烤總成本較煤炭烤房成本低535.22 元。

表3 不同烤房烘烤成本統計

4.3 烤后煙葉質量對比

由表4 可以看出，烘烤黃煙率最好的是空氣源熱泵烤房，為97%，最低的是煤炭烤房，為92%；上等煙率最高的是空氣源熱泵烤房，為62.5%，最低的是煤炭烤房，為58.6%；級外煙比例最高的是煤炭烤房，為2.1%，最低的是空氣源熱泵烤房，為0.8%?？諝庠礋岜每痉亢蜕镔|顆?？痉繙囟瓤刂聘泳珳?，烤房烘烤過程中溫度變化較為平穩，能較好實現烘烤過程中穩溫、升溫的要求，不會出現煤炭烤房加煤前后溫度波動較大的問題，因此烤后煙葉質量較高，烤壞煙比例較低。

表4 不同烤房烤后煙葉質量統計

5 討論

空氣源熱泵烤房和生物質顆粒烤房烘烤成本均低于煤炭烤房，烘烤質量均好于煤炭烤房。煤炭烤房主要優點是建設成本較低，缺點是烘烤用煤污染環境，烘烤過程加煤、清灰等過程用工較多，且加煤前后溫度波動較大?？諝庠礋岜每痉績烖c是完全零排放、減工效果明顯、溫度控制精準，在全國各煙區均有推廣應用，缺點是設備投入成本高，整體造價偏高，后期設備維護難度大，且需要配套專用變壓器，制約了熱泵烤房的發展。生物質顆?？痉績烖c是改造成本低，若后期產區調整，設備可隨時轉移，不會出現資源閑置浪費，同時可以實現自動供料、自動出渣，一次加料可供燃燒12 h 左右，能有效減少烘烤用工，是煤炭的理想替代能源。

6 展望

隨著人們環保意識的增強，國家環保法律法規的不斷完善，特別是十堰作為南水北調中線工程核心水源區，對于生態環境保護的力度會越來越強，因此煙葉烘烤用煤對環境污染的問題被不斷放大，推進生產方式綠色低碳轉型是煙草農業現代化的必然選擇。結合十堰煙區實際，建議采取以生物質顆?？痉繛橹?，空氣源熱泵烤房為輔的新能源烤房發展戰略。空氣源熱泵烤房在有害氣體零排放、烘烤成本、烘烤質量上有明顯優勢，若有充足資金扶持且國家電力提供電力保障，可以在相對集中連片且相對穩定的核心產區進行推廣應用。在十堰大部分煙區，由于烤房分布相對零散，分戶烘烤比例較大，生物質顆?？痉扛脑斐杀镜?、烘烤效果好的特點更符合實際，并且未來隨著推廣面積的增加，可以在重點鄉鎮成立生物質顆粒加工廠，利用煙桿生產生物質顆粒，既能解決煙區煙桿處理難題，又能進一步降低生物質顆粒成本，形成良性循環。