移動式陶瓷厚膜熱源密集烤房應用效果分析

摘要 ［目的］探明移動式陶瓷厚膜熱源密集烤房在解決普通燃煤密集烤房中存在的高能耗、高碳排放以及烤后煙葉質量不穩定等問題方面的效果。［方法］通過引入陶瓷厚膜發熱技術，研制出一種移動式陶瓷厚膜熱源密集烤房，并與普通燃煤密集烤房在烤煙能耗、溫控精度和煙葉烘烤效果等方面進行對比。［結果］與普通燃煤密集烤房相比，移動式陶瓷厚膜熱源密集烤房平均成本降低1.52元/kg，節能增效顯著，烘烤溫度控制精度高，烤后煙葉糖堿比更加協調。［結論］移動式陶瓷厚膜熱源密集烤房具有可移動、省時省工、無污染等優勢，具有較好的推廣應用前景。

關鍵詞 烤煙；陶瓷厚膜熱源；移動式；密集烤房；節能增效

中圖分類號 TS43 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）17-0181-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.17.042

Analysis for the Application Effect of Mobile Ceramic Thick-Film Heat Source Intensive Baking Room

WANG Wen-lun， XU Hong-gang， DUAN Ji-you et al

（Chuxiong Tobacco Company， Chuxiong， Yunnan 675000）

Abstract ［Objective］ The study aims to investigate the effect of mobile ceramic thick film heat source dense oven in solving the problems of high energy consumption， high carbon emission and unstable quality of tobacco leaves after drying in ordinary coal-fired intensive oven. ［Method］ A mobile dense oven was developed by introducing ceramic thick film heating technology， which was compared with the ordinary coal-fired intensive oven in terms of flue-cured tobacco energy consumption， temperature control accuracy and tobacco leaf baking effect. ［Result］ Compared with the ordinary coal-fired intensive oven， the mobile ceramic thick film heat source intensive oven reduced the average cost by 1.52 yuan/kg， the energy saving and efficiency increase were significant， the baking temperature control accuracy was high， and the sugar-alkali ratio of tobacco leaves after roasting was more harmonious. ［Conclusion］ The mobile ceramic thick film heat source dense baking room has the advantages of being mobile， time-saving， labor-saving， and pollution-free， and has a good prospect for popularization and application.

Key words Tobacco roasting;Ceramic thick film heat source;Mobile;Intensive roasting room;Energy saving and efficiency

基金項目 中國煙草總公司云南省公司科技項目（2021530000241037）。

作者簡介 王文倫（1978—），男，云南楚雄人，農藝師，從事煙草農業科技研究。

收稿日期 2023-10-31

我國是世界上烤煙產量最大的國家，常年種植烤煙約100萬hm2，年均產出烤煙葉200萬t以上［1］。長期以來，我國煙葉烘烤都是采用以燃煤為主的烤房。燃煤烤房大都采用熱功率≤140 kW的散煤燃燒熱風爐，耗煤量大且烘烤燃料成本高，同時燃燒煤會產生大量二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NO）、硫化氫（H2S）和粉塵顆粒物等污染物，且這些污染物難以進行集中的脫硫、脫硝、除塵處理，對環境造成嚴重污染，對煙區的生態環境也

產生嚴重破壞［2］。

為了順應國家綠色低碳經濟發展的新要求，推動供給側結構性改革，提升設施綜合利用水平，促進綠色循環生產，增強煙農增收的新動力，國家煙草專賣局近年來在全國范圍內開展了新能源烤房的試點工作，并將其納入煙葉生產基礎設施建設項目［3］。目前，已經研發試用的清潔能源介質主要包括生物質顆粒燃料、燃氣、醇基燃料以及空氣能熱泵等［4-6］，各類型烤房對比分析見表1。

由表1可見，相較于傳統燃煤烤房，這些新能源烤房的熱效率提高了75%以上，烤煙外觀質量和品質也有所提升，降低了烤煙成本。雖然采用這些能源方式減少了有害氣體排放量，但仍存在環境污染問題。近年來，空氣能熱泵技術成為密集型烤房研究的新熱點。資靜云等［7-8］研究表明，熱泵密集烤房在節能、減排以及煙葉品質主要化學成分的協調性上均發揮了良好作用。為進一步提高節能效益，冉茂飛等［9］研究了太陽能輔助空氣能熱泵式密集烤房，能源利用率在80%以上。可見，使用電能作為新型烤房的能源介質具有無污染、環保性好、保證烤后煙質量等優點，已經成為行業內的共識。為解決現有烤房多為固定式、需要基礎安裝、安裝時間較長、后期維修技術難度較大的問題，筆者對研制出的可移動式陶瓷厚膜熱源密集烤房的應用效果進行分析，為其推廣應用提供理論依據。該研究以傳統燃煤密集烤房為對照，引入高科技發熱材料陶瓷厚膜（Ceramic Thick-Film，CTF）作為發熱源，以可移動式烤房為應用示范，在原有烤房上進行改造升級，旨在探索采用2種不同熱源模式、設備安裝方式在煙葉烘烤上的應用效果。

1 材料與方法

1.1 陶瓷厚膜熱源技術原理

陶瓷厚膜（CTF）熱源技術采用高效、精準且環保的陶瓷作為加熱輻射材料，具有快速升溫和熱焓極低的特點，其熱轉效率較高，不需要中間換熱裝置，加熱片對烤房內循環空氣直接進行加熱，實現了“零排放、無污染”［10］。陶瓷厚膜熱源技術的原理是將陶瓷膜作為熱源，通過熱量從熱源傳遞到陶瓷膜表面實現加熱和保溫的目的。陶瓷厚膜加熱元件由陶瓷基板組成，如圖1所示，基板上印有絕緣層，然后是一層電阻漿料，接著是接觸和連接層，將所有這些層覆蓋在一起。最后，在所有這些層上覆蓋一層頂部絕緣層保護層以防止機械損傷。各層均采用絲網印刷，每層都要經過干燥和燒制。在整個生產過程中最大限度地防止灰塵和污垢進入。

精確制造的陶瓷厚膜加熱元件具有升溫快、熱容量極低和溫度波動最小的特點，其效率高達99%，具體取決于運行方式（直接或間接加熱）。

在具體應用中，陶瓷厚膜熱源技術具有以下幾個優點［10］：

①節能高效。由于其導熱系數較高，能夠快速實現加熱和保溫，相比傳統的加熱方式，具有更高的熱效率。這一特點為能源消耗和成本控制帶來了顯著優勢。

②耐高溫、耐腐蝕。陶瓷材料具有較高的耐高溫性能，能夠在高溫環境下長期穩定工作。同時，陶瓷材料還具有良好的耐腐蝕性能，能夠適應各種腐蝕性環境，從而確保了加熱過程的穩定性和可持續性。

③安全性高。由于其表面溫度較低，不會出現燙傷等安全隱患。同時，陶瓷厚膜熱源也不會產生有害物質，材料發熱層均勻穩定、不易損壞，而且壽命達20年，具有較高的安全性和穩定性。這一特點使得陶瓷厚膜熱源在許多領域，特別是需要安全控制和環保要求較高的領域，如化工、制藥、食品等，得到了廣泛的應用。

④可定制化。根據具體使用需求，可以對陶瓷厚膜熱源進行定制化設計，以適應不同的加熱和保溫需求。這一特點使得陶瓷厚膜熱源在應用上具有更大的靈活性和廣泛性。

1.2 CTF烤房原型機設計

CTF加熱模組如圖2所示，CTF元件組可根據需要開展元件成膜、元件封裝、嵌入傳感器、CTF加熱模組設計制作。圖3為移動式陶瓷厚膜熱源烤房的3D效果圖，采用強化“熱氣流加熱原理”，熱氣流采取氣流下降式，達到“電飯煲”烘烤方式、實現節能減排、減工降本、提質增效；另一種采購模塊化方式可簡便組裝、拆卸、可移動式的新型能源CTF烤房原型機，設計長度以4 m為基礎，可以組裝為6、8 m長的烤房，實現烤房長度可伸縮、可擴展，結構可組裝、拆卸，真正達到模塊化、可移動的便捷效果。

1.3 CTF熱源改造試驗

該試驗在云南楚雄進行，通過拆除原來的燃煤加熱室爐體，加裝陶瓷厚膜熱源模組3套，同時加裝余熱回收裝置（圖4）。此次改造用工2個，改造成本約3萬元。同時，完成烘烤AI控制器的優化及升級工作，達到“溫度/濕度 ”雙曲線智能精準控制，實現整個煙葉烘烤過程智能控制。移動式CTF烤房具體參數：

煙房規格為8 m 4臺；

功率配置為20～26 kW/座;

實時屏顯為溫度/濕度/耗電（數據/曲線）;

進氣與排濕為AI雙控，全過程智能化;

電壓配置為220、380 V均能滿足;

余熱回收為配余熱回收模塊，可降能30%以上;

耗電指標為2 000～2 500 kW·h/爐，達到1 kg干煙葉耗電3～5 kW·h。

1.4 試驗設計

全爐裝煙量約為4 500 kg，分別進行了上部煙、中部煙和下部煙的烤煙烘烤測試，烘烤工藝曲線參照云南煙草農業科學研究院2018烘烤工藝掛圖［11-12］。測試過程中，從烤煙能耗、溫控精度和煙葉烘烤效果等方面進行考察。為了準確監控各項烘烤指標，在烤房內部的不同位置安裝了干濕球溫度傳感器、稱重傳感器、攝像頭等儀器設備。經過烤煙烘烤后，對烤后煙葉主要內在化學成分進行分析，從而對烘烤質量進行科學評估。

2 結果與分析

2.1 煙葉初烤成本及質量對比

由表2可知，在煙葉分級方面，CTF烤房在烘烤后上等煙和中等煙的比例均高于傳統燃煤烤房，CTF烤房烘烤出的煙葉上中等煙比例提高2.6%；在成本方面，CTF烤房的總成本明顯低于傳統燃煤烤房耗煤成本，CTF烤房平均總成本為1.45元/kg，相比于傳統燃煤烤房，平均總成本下降了1.52元/kg。其中由于采用智能烘

烤系統，用工成本降低0.46元/kg，同時CTF烤房采用了余

熱回收模塊，能源利用效率提高，進一步降低了平均總成本。

2.2 烘烤溫度

移動式CTF熱源烤房采用AI控制器，如圖5所示，實現了烘烤過程的精確控制及優化。通過“溫度/濕度”雙曲線智能精準控制，確保了整個煙葉烘烤過程的智能控制。

從圖6綜合來看，CTF熱源烤房煙葉烘烤全過程的實時溫度與變化幅度相對較小，與標準曲線較為接近，溫度控制更加精準。在變黃期、定色期和干筋期的平均溫差分別控制在2.3、2.5、1.8 ℃以內，傳統燃煤烤房則分別為4.1、5.2、2.7 ℃。顯然，CTF熱源烤房升溫靈敏、升溫速度快、排濕順暢，可滿足烘烤不同階段溫度和濕度的需要，為整個烤房煙葉干燥提供強有力保障。

2.3 初烤煙葉主要化學成分

由表3可知，2種烤房烤出的煙葉主要化學成分差異不大。相比于傳統燃煤烤房，CTF烤房烤出的煙葉淀粉含量和蛋白質含量較低、總糖和還原糖含量較高；同時，CTF烤房烤出的煙葉的糖堿比更加協調，煙葉內在質量更好，這表明CTF烤房烘烤能改善煙葉內在品質各項化學指標，使煙葉化學成分更加趨于協調。

3 結論與討論

（1）陶瓷厚膜熱源（CTF）電烤房可大幅降低烘烤成本，1 kg干煙葉耗能可控制在1.6元以內，通過優化和升級烘烤AI控制器，煙草管理人員、烘烤技師以及煙農可以進行遠程監測、控制和調整，從而減少了煙草烘烤技師和煙農的勞動力支出，降低用工成本，相對于傳統燃煤密集烤房，成本可以降低50%。

（2）陶瓷厚膜（CTF）加熱源體積小、重量輕，烤房采用模塊化單元結構和可拆卸組裝方式，可以迅速升溫，即開即熱，即關即冷。同時，它具備防水絕緣性能，可在煙葉烘烤過程中實現精確的溫度控制。

（3）陶瓷厚膜熱源（CTF）電烤房通過實現煙葉烘烤過程中的精確溫度控制，提高了煙葉質量和煙葉的合格率，改善了煙葉內在品質，從而增加了煙農的收入。

該研究結果表明，移動式陶瓷厚膜熱源密集烤房在節能和提高效率方面表現出顯著效果，同時具有較高的烘烤溫度控制精度，烤后煙葉品質好。此外，該結果僅為改造前后試驗數據對比，烤煙工藝參數的優化與余熱回收裝置的改進等還需要進行更深入的研究和驗證。

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