劉 闖，王學龍，豆顯武，李統(tǒng)帥，王戰(zhàn)義，宮長榮

(1.河南農(nóng)業(yè)大學 煙草學院，河南 鄭州 450002;2.湖北省煙草公司 襄樊市公司，湖北 襄樊 441000)

烤房內的適度通風是保證煙葉烘烤能夠順利進行的重要前提條件之一，在煙葉烘烤中強調煙葉水分汽化要與通風排濕同步［1］。宮長榮等［1］研究認為，不同烘烤階段煙葉中水分的散失速率不同，每1 h變黃階段為0.3% ～0.5%，定色階段為0.9%～1.2%，干筋階段為0.3% ～0.7%。因此，不同烘烤階段對葉間風速的要求也不一樣，需要深入研究烤房內適宜的葉間風速范圍。國外曾有研究提出，密集烤房葉間隙風速在 0.2～0.3 m·s-1為宜［2］，但國外烤房與我國在裝煙密度上有很大差別。目前關于密集烘烤不同階段適宜風速的研究很少［3］。變頻調速技術已經(jīng)在工業(yè)上得到普遍應用［4-5］，這既能合理調節(jié)風機風速，同時有一定節(jié)電效果。因此，在密集烘烤中應用變頻技術研究煙葉在不同烘烤階段對風速的需求，使得煙葉在整個烘烤過程中處于適宜流場環(huán)境中，對于優(yōu)化密集烤房烘烤工藝，提高煙葉質量和節(jié)約能源具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2009年進行。試驗材料來自湖北省襄樊市襄陽區(qū)黃渠河現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)示范區(qū)田間長相一致的6.67 hm2連片煙田，選取中部葉 (第11～12葉位)，品種為中煙98，土壤質地為壤土，土壤肥力中等。試驗選用5座8 m ×2.7 m×3.3 m的氣流上升式臥式密集烤房，烤房有效散熱面積 (爐頂和換熱器)為12.15 m2。循環(huán)風機為7號風機，功率為1.5 kW，最大轉速為1 450 r·min-1，最大風量為21 600 m3·h-1。變頻器由華中科技大學提供，與循環(huán)風機相連?？痉颗鋫洫毩㈦姳?。

1.2 試驗設計

烤房的裝煙密度為65 kg·m-3。當干球溫度在42℃以前，風機頻率統(tǒng)一為32 Hz(960 r·min-1)，達到后設5個處理:處理1，干球溫度42～54℃ 風機頻率為50 Hz(1 450 r·min-1)，54℃ 以后為32 Hz(960 r·min-1);處理2，干球溫度42～54℃ 風機頻率為50 Hz(1 450 r·min-1)，54℃ 以后為 24 Hz(720 r·min-1);處理3，干球溫度42～54℃ 風機頻率為 32 Hz(960 r·min-1)，54℃ 以 后 為 32 Hz(960 r·min-1);處理4，干球溫度42～54℃ 風機頻率為 32 Hz(960 r·min-1)，54℃ 以后為 24 Hz(720 r·min-1);處理5(對照)，風機頻率50 Hz(1 450 r·min-1)不變。所有處理均嚴格按照三段式烘烤工藝烘烤，采用統(tǒng)一購買的同一煤礦同一批次的原煤。

在裝煙時，5座烤房各選取10竿素質相同的煙葉，分別掛置在各供試烤房的中間 (4 m處)位置，其中底層、中層、上層各3、4、3竿，用做烤后煙葉外觀質量評價和分級。各處理煙葉烘烤后選用中桔三 (C3F)樣品進行主要化學成分分析。

1.3 測定項目和方法

平面、垂直溫、濕度差檢測:采用華中科技大學研制的TUOKE DH系列溫、濕度傳感器及控制儀測量。溫、濕度檢測點位于上下兩層架煙槽以下50 cm。在兩側墻體打眼，安裝內徑為3 cm的PVC管，放入溫、濕度探頭，探頭不接觸任何雜物，共計12個位點。

垂直溫 (濕) 差△t垂=(∣ t′1-t″1∣ + ∣ t′2-t″2∣ + … + ∣ t′6-t″6∣)/6;平面溫 (濕) 差△t平=t′max-t′min。

式中:t′1～ t′6為頂棚溫濕度計讀數(shù)，t″1… … t″6為底棚與其相對應的各溫濕度計讀數(shù);t′max、t′min為底棚對應點的最大、小溫、濕度差之絕對值。

風速:采用日本KANOMAX生產(chǎn)的電子風速儀，型號為ALNOR540，測量位點與溫、濕度檢測點相同。

外觀質量評價:按烤煙國家標準 (GB2635—92)對各試驗烤房回潮后的標記煙葉，逐片分級，記錄各等級及達不到等級煙葉數(shù)量，根據(jù)全竿葉片總數(shù)和各等級葉片數(shù)計算供試煙葉各等級比例。

主要化學成分測定。煙堿:采用紫外分光光度法［6］;水溶性總糖:采用乙醇提取，蒽酮比色法［7］;還原糖:采用苦味酸法［7］;總氮:采用濃硫酸-雙氧水消化法［6］;淀粉:采用酸解法［8］;鉀:采用火焰光度法測定［6］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用SPSS16.0對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 烘烤溫、濕度差

烘烤過程中烤房內溫、濕度分布及動態(tài)變化，是流場環(huán)境的綜合反應，也是確定烘烤技術的依據(jù)。由表1可知，烤房內平面溫差和垂直溫差表現(xiàn)出同一處理在變黃階段，烤房內溫差較小;定色階段升溫較快，溫差較大;干筋階段由于葉片已基本干燥，葉間孔隙較大，空氣流通順暢，溫差又有所降低的規(guī)律。不同處理間在定色階段差異最大，其中處理3平面溫差最大，較對照高0.76℃，處理4垂直溫差最大，較對照高1.05℃，較溫差最小的處理2高1.08℃。

由表2可知，濕度差表現(xiàn)出了與溫差相類似的規(guī)律。

同一處理在變黃階段，烤房內濕度差較小;處理4濕度差最大，定色階段平面濕度差較對照高0.60個百分點，垂直濕度差較對照高0.61個百分點，較最小的處理2高0.65個百分點。

表1 不同變頻條件對烤房內平面溫差和垂直溫差的影響

表2 不同變頻條件對烤房內平面濕度差和垂直濕度差的影響

2.2 烤房內葉間風速

不同變頻處理的葉間隙風速見表3，各處理風速在變黃階段差別不大，在定色及干筋階段隨著風機頻率的變化而變化。其中定色階段處理3、4葉間風速較小，干筋階段處理2葉間風速較小。在同一頻率、同一階段下的不同處理間的葉間風速差別不大。

2.3 烤后煙葉外觀質量

對各處理烤后煙葉外觀質量進行評價 (表4)后可知，不同的處理對烤后煙葉的成熟度、油分、組織結構、沒有明顯的影響，但對身分和色度影響較大。處理2、4的身分適中，其它處理的身分稍薄;處理1、2、5色度強，其它處理為中。從試驗的總體情況來說，處理2的烤后煙葉外觀質量最好;處理1、5次之;而處理3、4表現(xiàn)相對較差。

表3 不同處理烤房內的葉間隙風速

表4 不同處理對烤后煙葉外觀質量的影響

2.4 常規(guī)化學成分

表5可知，經(jīng)變頻處理后煙葉主要化學成分含量有很大不同。各處理還原糖含量均比對照高，差異極顯著。處理2、1總糖含量，淀粉含量與對照相比，均有極顯著差異。說明處理2、1烤房內流場環(huán)境可能更容易使淀粉得到降解，增加煙葉中總糖、還原糖含量，提高糖堿比，化學成分更加協(xié)調。處理3、4的含氮化合物含量比對照都高，且處理3煙堿含量與對照有極顯著差異，表明處理3烤房內流場環(huán)境可能不適宜含氮化合物的代謝。鉀元素含量除處理4顯著性低于對照外，其它處理與對照并無差異。綜合比較，處理1、2各項指標較為協(xié)調，處理5次之，處理3、4常規(guī)化學成分不是很協(xié)調。

2.5 經(jīng)濟運行成本

根據(jù)對整個烘烤過程中的能耗和烤后煙葉的分級情況的分析可知，在各個處理中，耗煤與對照差異不大，處理3較低 (表6);在耗電量方面，各變頻處理差異較小，均低于對照。變頻處理的耗電量為0.31～0.33 kW·h·kg-1，而對照的耗電量達到0.62 kW·h·kg-1;上等煙比例以處理1、2、5的比例較大，處理4比例最小;均價以處理2較高;平均成本以處理3最低。綜合效益比較，處理2的投入較少，產(chǎn)值最高。按照煙葉產(chǎn)量2 250 kg·hm-2，電價0.8元· (kW·h)-1計算，處理3比對照可節(jié)約電費697.5元·hm-2。按綜合效益計算，處理2增收效果最多，較對照增收877.5 元·hm-2。

表5 不同處理烤后煙葉常規(guī)化學成分的差異 (C3 F)

表6 不同處理的經(jīng)濟運行成本比較

3 小結與討論

通過比較4個處理之間以及處理與對照間溫、濕度和葉間風速的差異，得出各處理與對照在變黃階段溫、濕度差不大，960 r·min-1的風速是可以滿足要求的。定色階段風機轉速為1 450 r·min-1時更能縮小烤房內溫、濕度差，也即定色階段葉間風速在0.45 m·s-1左右時更能優(yōu)化烤房內流場環(huán)境。而960 r·min-1時則表現(xiàn)出排濕速度跟不上煙葉蒸發(fā)脫水速度，造成烤后煙葉有掛灰和花片現(xiàn)象。干筋階段720 r·min-1的風機轉速是可以滿足烘烤要求的。對各處理的外觀質量評價、常規(guī)化學成分分析結果表明，處理1、2外觀質量較好，各項化學成分較協(xié)調，而處理3、4則相對較差，這可能與處理3、4在定色階段葉間風速較小，排濕不暢，造成烤房內高溫高濕環(huán)境有關。處理2各項指標綜合效果最好。

目前變頻調速技術在密集烤房中的應用還較少，如果推廣應用，能提高烤后煙葉質量，降低烘烤成本，從而產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益。

［1］ 宮長榮，周義和，楊煥文.烤煙三段式烘烤導論 ［M］.北京:科學出版社，2005.

［2］ 茆寅生.日本煙草調制的研究Ⅰ.烤煙烘烤條件與香氣吃味的關系 ［J］.中國煙草，1986(2):40-42.

［3］ 王勇軍.密集烤房的通風條件對煙葉烘烤環(huán)境和烘烤效應的影響 ［D］.鄭州:河南農(nóng)業(yè)大學，2009.

［4］ 陳義中.高壓變頻器在火力發(fā)電廠送風機上的應用 ［J］.湖北電力，2009，33(3):48-50.

［5］ 張春和.變頻裝置在風機中的應用 ［J］.煤炭技術，2009，4(4):35-37.

［6］ 王瑞新，韓富根，楊素琴.煙草化學品質分析法 ［M］.鄭州:河南科學技術出版社，1998.

［7］ 李合生，孫群，趙世杰.植物生理生化實驗原理和技術［M］.北京:高等教育出版社，2000.

［8］ 王瑞新.煙草化學 ［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2003.