郭大仰，劉尚錢(qián)，肖志新，劉 芮，彭堅(jiān)強(qiáng)，胡志明，曹 娜，李 麗

(云南省煙草公司保山市公司，云南保山 678000)

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不同替代能源密集烤房煙葉烘烤效能對(duì)比研究

郭大仰，劉尚錢(qián)*，肖志新，劉 芮，彭堅(jiān)強(qiáng)，胡志明，曹 娜，李 麗

(云南省煙草公司保山市公司，云南保山 678000)

[目的]探索煙葉烘烤燃煤的替代能源。[方法]對(duì)生物質(zhì)壓塊、生物質(zhì)顆粒和醇基3類(lèi)燃料與常規(guī)燃料(褐煤)的煙葉烘烤效能進(jìn)行對(duì)比研究。[結(jié)果]3種替代能源在燃燒煙氣中主要污染物的排放明顯低于常規(guī)燃料，烘烤過(guò)程中升溫速度、穩(wěn)溫性能明顯提高(除生物質(zhì)壓塊外)，整個(gè)烘烤工藝時(shí)間可縮短6～14 h，對(duì)初烤煙葉外觀質(zhì)量無(wú)明顯影響；醇基燃料成本較高，烘烤綜合成本約是褐煤成本的2.4倍，經(jīng)濟(jì)效益較差。[結(jié)論]生物質(zhì)顆粒燃料可作為常規(guī)燃料(褐煤)的替代能源應(yīng)用于煙葉實(shí)際烘烤工藝中。

煙葉；生物質(zhì)壓塊；生物質(zhì)顆粒；醇基；褐煤；烘烤效能

近年來(lái)，密集烤房在國(guó)內(nèi)迅速推廣，采用密集烤房比普通烤房1 kg干煙烘烤耗煤量降低0.88 kg，綜合收益提高3.6元，節(jié)本增效明顯[1]。同時(shí)，密集烤房具有裝煙密度大、烤房容量大、烘烤工藝趨于自動(dòng)化等特點(diǎn)[2]，在實(shí)際推廣應(yīng)用過(guò)程中取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但是，密集烤房的燃料主要還是依賴(lài)于燃煤，燃煤的使用在實(shí)際烘烤中帶來(lái)較為嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。據(jù)測(cè)算，一個(gè)20座規(guī)模的烤房群，整個(gè)烘烤季節(jié)排放煙塵4～5 t，CO2160～220 t[3]，產(chǎn)生的 SO23.4～5.6 t，NOX1.6～2.8 t[4]。隨著人們對(duì)社會(huì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷增強(qiáng)，環(huán)境問(wèn)題備受社會(huì)關(guān)注，煙葉烘烤作為耗能較大的環(huán)節(jié)，亟需研究開(kāi)發(fā)燃煤的替代能源。目前，科技人員正致力于研究清潔能源的烘烤技術(shù)，如采用太陽(yáng)能[5]、高溫?zé)岜肹6]、醇基[7]、生物質(zhì)等新型能源應(yīng)用于煙葉烘烤，在解決烘烤過(guò)程中主要污染物的排放方面效果顯著，但對(duì)不同能源對(duì)烤房的性能及烤后煙葉質(zhì)量的綜合比較研究較少。筆者主要針對(duì)保山市煙葉烘烤中主要的替代能源醇基、生物質(zhì)壓塊和生物質(zhì)顆粒3種燃料與常規(guī)燃料(褐煤)進(jìn)行綜合對(duì)比研究，以篩選出既環(huán)保又能滿(mǎn)足當(dāng)前煙葉烘烤需求的新型能源。

1 材料與方法

1.1 材料 燃料：生物質(zhì)壓塊，生物質(zhì)顆粒，醇基，褐煤；烤煙品種：K326，烘烤煙葉為適熟煙葉；烤房：臥式4臺(tái)密集型烤房，根據(jù)生物質(zhì)顆粒和醇基燃料燃燒特性對(duì)其燃燒系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加特制燃燒機(jī)。

1.2 方法 試驗(yàn)于2015年7—10月在保山市隆陽(yáng)區(qū)漢莊烘烤工場(chǎng)中進(jìn)行，除4種燃料提供不同外，其他烘烤操作統(tǒng)一采取專(zhuān)業(yè)化烘烤服務(wù)管理。

1.2.1 試驗(yàn)處理。處理①：生物質(zhì)壓塊燃燒系統(tǒng)+臥式4臺(tái)密集烤房，燃料為生物質(zhì)壓塊。處理②：生物質(zhì)顆粒燃燒系統(tǒng)+臥式4臺(tái)密集烤房，燃料為生物質(zhì)顆粒。處理③：醇基燃燒系統(tǒng)+臥式4臺(tái)密集烤房，燃料為醇基。處理④：褐煤燃燒系統(tǒng)+臥式4臺(tái)密集烤房，燃料為褐煤。

1.2.2 空載升溫測(cè)試比較。監(jiān)測(cè)不同能源烤房空載條件下升溫情況，以升溫至60 ℃為?；饻囟裙?jié)點(diǎn)，每個(gè)處理重復(fù)3次，記錄烤房?jī)?nèi)升溫至38、42、48、52和60 ℃ 5個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)時(shí)耗時(shí)，比較不同替代能源升溫效能。

1.2.3 負(fù)載烘烤效能比較。煙葉統(tǒng)一采取煙夾夾煙定量烘烤，統(tǒng)計(jì)烘烤過(guò)程中38、42、48、52 ℃ 4個(gè)關(guān)鍵穩(wěn)溫點(diǎn)干球溫度的變化情況；煙葉入爐時(shí)標(biāo)記10夾放在中臺(tái)中間位置，用于對(duì)烤后煙葉等級(jí)結(jié)構(gòu)及外觀質(zhì)量的評(píng)價(jià)；對(duì)烘烤過(guò)程中燃料成本、用工成本、烘烤管理成本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，綜合評(píng)價(jià)不同替代能源烤房綜合烘烤效能。

1.2.4 排放主要污染物比較。委托具有污染物檢測(cè)資質(zhì)的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)，測(cè)定不同替代能源燃燒煙氣中主要污染物CO2、CO、SO2、NOX的排放情況，比較不同燃料在減排方面的效能。

1.3 數(shù)據(jù)處理 采用用Excel和DPS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同替代能源對(duì)空載條件下烤房升溫情況的影響 按照煙葉烘烤過(guò)程中的干濕球溫度的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行溫度檢測(cè)點(diǎn)的布控，以烤房主控儀顯示的溫度為準(zhǔn)，記錄烤房?jī)?nèi)溫度達(dá)到既定溫度的時(shí)間，不同替代能源烤房?jī)?nèi)升溫情況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

從表1可以看出，烤房空載升溫至60 ℃時(shí)生物質(zhì)顆粒燃料耗時(shí)27 min，平均升溫速度為1.19 ℃/min，顯著高于其他能源燃料，較生物質(zhì)壓塊燃料、醇基燃料、褐煤平均升溫速度分別提高約693.3%、190.2%、561.1%，升溫效果明顯；生物質(zhì)壓塊與褐煤平均升溫速度差異不顯著。從烤房?jī)?nèi)升至不同溫度節(jié)點(diǎn)耗時(shí)可以看出，在升溫至42 ℃以前，生物質(zhì)壓塊燃料、生物質(zhì)顆粒燃料、醇基燃料、褐煤4種不同燃料平均升溫速度分別為0.22、1.20、0.63、0.25 ℃/min，42 ℃以后平均升溫速度為0.15、1.64、0.37、0.18 ℃/min，說(shuō)明生物質(zhì)顆粒燃燒無(wú)滯后性，生物質(zhì)壓塊、醇基、褐煤存在燃燒滯后性，尤其是醇基燃料燃燒滯后性較為突出，一定程度上可導(dǎo)致烘烤中后期能耗增加。

表1 不同替代能源烤房升溫情況比較

注：表中同列不同小寫(xiě)字母表示在0.05水平上差異顯著。

Note：Different lowercases in the same column stand for significant difference at 0.05 level.

2.2 不同替代能源對(duì)烤房烘烤效能的影響

2.2.1 不同替代能源穩(wěn)溫性能的比較。通過(guò)對(duì)中部葉烘烤過(guò)程中38、42、48和52 ℃ 4個(gè)穩(wěn)溫點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)，比較不同替代能源烤房的穩(wěn)溫性能；同時(shí)，監(jiān)測(cè)變黃期、定色期和干筋期烘烤持續(xù)時(shí)間，比較對(duì)烘烤工藝耗時(shí)的影響，結(jié)果見(jiàn)表2、3。

表2 不同處理目標(biāo)溫度穩(wěn)溫性能

Table 2 Different target temperature stabilization performance

℃

注：表中“最高值”和“最低值”為烘烤過(guò)程中各個(gè)穩(wěn)溫點(diǎn)的干球溫度實(shí)測(cè)值。

Note：Maximum and minimum in the table are measured value of dry bulb temperature at different temperature stabilization points.

表3 不同替代能源烘烤耗時(shí)統(tǒng)計(jì)

從表2可以看出，生物質(zhì)顆粒和醇基燃料在各個(gè)穩(wěn)溫點(diǎn)能夠?qū)囟瓤刂圃凇?.5 ℃內(nèi)，較好地執(zhí)行烘烤曲線(xiàn)，可避免因溫度大幅度偏離烘烤目標(biāo)溫度造成煙葉烘烤損失。生物質(zhì)壓塊燃料在38和42 ℃時(shí)較好地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)溫點(diǎn)控制，但在48和52 ℃掉溫比較突出，偏離目標(biāo)溫度最大值分別為-0.7、-0.9 ℃；褐煤在42和48 ℃時(shí)能夠較好地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)溫點(diǎn)的控制，但在38和52 ℃穩(wěn)溫點(diǎn)分別偏離目標(biāo)溫度最大值為-2.4、1.1 ℃，說(shuō)明褐煤在這2個(gè)穩(wěn)溫點(diǎn)溫度波動(dòng)較大，這可能與燃煤的燃燒特性有關(guān)。

從表3可以看出，替代能源烤房烘烤過(guò)程中變黃時(shí)間較褐煤(常規(guī)燃料)縮短4～6 h，干筋時(shí)間縮短3～7 h，定色時(shí)間差距不明顯。整個(gè)烘烤工藝，采用生物質(zhì)壓塊、生物質(zhì)顆粒、醇基燃料耗時(shí)較褐煤分別降低3.7%、8.6%、6.1%。

2.2.2 不同替代能源烘烤成本比較。煙葉烘烤由煙農(nóng)合作社專(zhuān)業(yè)化服務(wù)隊(duì)進(jìn)行統(tǒng)一管理，統(tǒng)計(jì)烘烤過(guò)程中用工成本和能耗成本，見(jiàn)表4。

從表4可以看出，采用替代能源在煙葉烘烤過(guò)程中用工成本比褐煤(常規(guī)燃料)平均降低70%，由于替代能源烤房的燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了自動(dòng)加料裝置，耗電量增加，增幅在38.9%～79.8%。綜合能耗和用工成本，生物質(zhì)壓塊、生物質(zhì)顆粒較褐煤分別提高了25%、13%；雖然醇基燃料在能耗量和用工數(shù)方面都明顯低于其他燃料，但由于醇基燃料單價(jià)相對(duì)較高，其綜合成本約是褐煤的2.4倍，約是生物質(zhì)類(lèi)燃料的1.9倍，烘烤綜合成本較高。

表4 不同替代能源烘烤能耗及用工成本

注：用工主要指烘烤管理用工，工價(jià)100元/個(gè)，電價(jià)0.425元/(kW·h)。

Note：Labor is mainly refers to the baking management, labor price is 100 yuan/ind.,electricity price is 0.425 yuan/(kW·h).

2.2.3 不同替代能源烤后煙葉質(zhì)量比較。標(biāo)記的初烤煙葉由專(zhuān)業(yè)化分級(jí)隊(duì)員進(jìn)行分級(jí)，按照專(zhuān)分散收流程統(tǒng)一交售，以農(nóng)戶(hù)交售報(bào)表為統(tǒng)計(jì)單位，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性狀比較；同時(shí)，由專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員對(duì)初烤后的X2F、C3F、B2F 3個(gè)等級(jí)煙葉的外觀質(zhì)量進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表5、6。

從表5可以看出，采用生物質(zhì)壓塊和褐煤燃料初烤煙葉級(jí)外煙葉比例較高，分別占7.8%、10.6%。生物質(zhì)壓塊、生物質(zhì)顆粒、醇基作為替代能源的中上等煙比例分別較褐煤提高2.8%、5.5%、6.0%，交售均價(jià)除生物質(zhì)壓塊略低于褐煤外，生物質(zhì)顆粒、醇基分別較褐煤提高6.0%、8.6%。

表5 不同替代能源對(duì)烤后煙葉經(jīng)濟(jì)性狀的影響

表6 不同替代能源對(duì)初烤煙葉外觀質(zhì)量的影響

從表6可以看出，不同替代能源對(duì)初烤煙葉外觀質(zhì)量除醇基燃料X2F顏色為檸檬黃外，其他等級(jí)的外觀質(zhì)量基本相同，說(shuō)明不同替代能源對(duì)初烤煙葉的外觀質(zhì)量影響不大。

2.3 不同替代能源對(duì)排放主要污染的影響 在烤煙工藝進(jìn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煙囪中的煙氣參數(shù)，根據(jù)多次實(shí)測(cè)的情況，平均得出煙氣的具體成分，見(jiàn)表7。

表7 不同能源烘烤過(guò)程中主要?dú)怏w污染物排放情況

從表7可以看出，醇基燃料燃燒系統(tǒng)輸出的煙氣溫度為186.31 ℃，比褐煤燃料提高約2倍，生物質(zhì)類(lèi)燃料燃燒系統(tǒng)輸出的煙氣溫度與褐煤燃料相當(dāng)。從CO2排放情況可知，替代能源燃燒煙氣中CO2含量比褐煤提高0.3～0.4百分點(diǎn)，說(shuō)明更有利于替代能源的充分燃燒；從其他主要污染物排放情況可以看出，替代能源CO和SO2的排放明顯低于褐煤，由于生物質(zhì)類(lèi)燃料主要成分為木質(zhì)素和纖維素等，因此NOx排放明顯高于褐煤燃料。不同替代能源燃燒煙氣中總污染物排放(除CO2外)與褐煤燃燒相比，生物質(zhì)壓塊減少2 779.90 mg/L，生物質(zhì)顆粒減少2 781.40 mg/L，醇基減少2 655.40 mg/L，減排效果明顯。

3 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)生物質(zhì)壓塊、生物質(zhì)顆粒、醇基3種替代能源與保山煙區(qū)烘烤常規(guī)燃料褐煤的煙葉烘烤效能的對(duì)比研究可知，替代能源燃料可以有效縮短烤房升溫時(shí)間，有利于減少整個(gè)烘烤工藝時(shí)間，尤其是生物質(zhì)燃料升溫迅速，效果明顯，對(duì)其烘烤工藝的優(yōu)化有待進(jìn)一步研究。同時(shí)，替代能源燃燒系統(tǒng)的改進(jìn)可實(shí)現(xiàn)燃料的自動(dòng)添加，在減工方面優(yōu)勢(shì)明顯，還可實(shí)現(xiàn)燃料的精準(zhǔn)投放，有利于煙葉烘烤過(guò)程中穩(wěn)溫點(diǎn)的控制，但由于替代能源的燃料成本較高，降本效果不明顯，尤其是醇基燃料烘烤成本約為褐煤的2.4倍，不利于該技術(shù)的推廣應(yīng)用。生物質(zhì)壓塊由于燃料體積較大，減少了有效燃燒面積，在烘烤升溫階段不利于溫度的升高，對(duì)穩(wěn)溫點(diǎn)的控制也存在一定的制約。

此外，替代能源燃燒過(guò)程中煙氣中主要污染物明顯低于常規(guī)能源(褐煤)，在環(huán)境保護(hù)方面具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，符合現(xiàn)代煙葉生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。替代能源對(duì)初烤煙葉的外觀質(zhì)量影響不大，對(duì)煙葉經(jīng)濟(jì)效益有一定的提升作用。

綜合分析，生物質(zhì)顆粒燃料作為燃煤的替代能源具有一定的優(yōu)勢(shì)，既能滿(mǎn)足烘烤需求，又能實(shí)現(xiàn)清潔烘烤，在實(shí)際烘烤過(guò)程中具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)

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Effectiveness Comparative Study of Tobacco Curing on Different Alternative Energy Intensive Barn

GUO Da-yang, LIU Shang-qian*, XIAO Zhi-xin et al

(Baoshan Branch of Yunnan Tobacco Company, Baoshan, Yunnan 678000)

[Objective] The aim was to explore alternative energy of coal for baking. [Method] The baking efficiency of biomass briquetting, biomass particles, alcohol and conventional fuel(lignite) was comparatively studied. [Result] The results showed that alternative energy during combustion flue gas emissions of major pollutants were significantly lower than conventional fuel, heating speed, stable temperature performance was improved significantly (except fot biomass briquetting), baking process could be shorten 6-14 hours, no significant effect on the appearance quality of cured tobacco leaves, alcohol baking overall costs were increased by approximately 2.4-fold compared with lignite. [Conclusion] Biomass particles can be used as alternative energy of conventional fuel(lignite).

Tobacco leaf; Biomass briquetting; Biomass particles; Alcohol; Lignite; Baking efficiency

云南省煙草公司科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014YN32)。

郭大仰(1969- )，男，云南騰沖人，農(nóng)藝師，從事烤煙生產(chǎn)管理研究。*通訊作者，農(nóng)藝師，從事煙葉烘烤調(diào)制研究。

2016-10-08

S 509.2;TS 44

A

0517-6611(2016)33-0099-04