謝俊喜 王行 劉蘭 樸峰 姚遠華

摘要 [目的]分析燃煤密集烤房、熱泵密集烤房、生物質(zhì)密集烤房（內(nèi)置式和外置式）在廣東煙區(qū)的應(yīng)用效果。[方法]根據(jù)廣東煙區(qū)實際，對熱泵密集烤房、內(nèi)置式生物質(zhì)密集烤房、外置式生物質(zhì)密集烤房3種新能源密集烤房進行試驗，以燃煤密集烤房為對照，從能耗成本、尾氣排放、升溫效率、煙葉質(zhì)量、經(jīng)濟性狀指標等方面對其應(yīng)用效果進行分析。[結(jié)果]與燃煤密集烤房相比，熱泵密集烤房、生物質(zhì)密集烤房能夠提高烘烤效率;熱泵密集烤房的干煙平均烘烤成本比燃煤密集烤房降低 0.69元/kg，降幅達38.12%，生物質(zhì)密集烤房干煙平均烘烤成本比燃煤密集烤房分別增加了0.34和0.10元/kg，但在人工添加燃料成本方面優(yōu)勢比較明顯。與A1（燃煤密集烤房）相比，A2、A3、A4的上等煙比例分別提高了4.75、3.52和3.64百分點，均價分別提高了1.78、1.06和1.30元/kg，下等煙比例分別下降了0.87、1.11和1.33百分點，橘黃煙率比例分別提高了4.28、2.46和3.21百分點，青雜煙比例分別下降了1.50、1.39和1.31百分點;主要化學(xué)成分含量更加適宜，比例更為協(xié)調(diào)。通過綜合對比發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)密集烤房和熱泵密集烤房在降低烘烤能耗和用工成本、清潔環(huán)保方面效果明顯。[結(jié)論]熱泵密集烤房、生物質(zhì)密集烤房是今后新能源烤房的推廣方向。

關(guān)鍵詞 密集烤房;成本;空氣能熱泵;生物質(zhì);新能源烤房

中圖分類號 TS 44? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）03-0190-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.03.050

Application Effects Comparison among Different Types of Intensive Curing-barns in Guangdong Tobacco Area

XIE Jun-xi1，WANG Xing1，2， LIU Lan1，2 et al

（1. Guangdong Tobacco Shaoguan Co.， Ltd.， Shaoguan， Guangdong 512400; 2. Scientific Research Institute of Guangdong Tobacco /Guangdong Tobacco Breeding and Comprehensive Utilization Engineering Technology Research Center， Shaoguan， Guangdong 512000）

Abstract [Objective] To analyze the application effects of traditional coal intensive curing-barn， heat pump intensive curing-barn and biomass intensive curing-barn （built-in and external type） in tobacco area of Guangdong. [Method]According to the actual situations of Guangdong tobacco area， the comparative test was conducted among three kinds of new energy intensive curing-barns（heat pump intensive curing-barn， built-in biomass intensive curing-barn， the external type biomass intensive curing-barn）. Taking traditional coal intensive curing-barn as control， the application effects of three kinds of new energy heat pump intensive curing-barns were analyzed from the cost of energy consumption， exhaust gas emission， heating efficiency， tobacco quality， economic indices and other aspects. [Result] Compared with traditional coal intensive curing-barn， heat pump intensive curing-barn and biomass intensive curing-barn could improve the baking efficiency. The average baking cost of dry tobacco of heat pump curing-barn decreased 0.69 yuan/kg than that of traditional coal intensive curing-barn， with the amplitude of 38.12%. The average baking cost of dry tobacco of biomass intensive curing-barn increased 0.34 and 0.10 yuan/kg respectively than that of traditional coal intensive curing-barn， but it had an obvious advantage in the cost of artificial addition of fuel. Compared with the traditional coal intensive curing-barn（A1）， the first-class tobacco proportion of A2， A3， A4 increased 4.75，3.52 and 3.64 percent points respectively. The average price of A2， A3， A4 increased 1.78， 1.06 and 1.30 yuan/kg respectively than A1. The inferior tobacco proportion of A2， A3， A4 decreased 0.87， 1.11 and 1.33 percent points respectively than A1. The percentage of orange tobacco in A2， A3 and A4 increased 4.28， 2.46 and 3.21 percent points respectively than that in A1. The proportion of green miscellaneous tobacco in A2， A3 and A4 decreased 1.50， 1.39 and 1.31 percent points respectively than that in A1. The content of main chemical components in cured tobacco was more suitable， and the proportion was more harmonious. Through the comprehensive comparison of the experimental results， it was found that biomass intensive curing-barn and air energy heat pump intensive curing-barn had obvious effects in reducing the energy cost of baking and labor cost， reducing air pollutants. [Conclusion] New energy heat-pump intensive curing-barn and biomass intensive curing-barn were the popularization directions of new energy curing-barn in the future.

Key words Intensive curing barn;Cost;Air energy heat pump;Biomass;New energy curing barn

基金項目 廣東省煙草專賣局（公司）科技項目（粵煙科項201912）。

作者簡介 謝俊喜（1971—），男，廣東韶關(guān)人，助理農(nóng)藝師，從事煙葉生產(chǎn)、煙葉調(diào)制及調(diào)制設(shè)施推廣和應(yīng)用研究。

通信作者，助理農(nóng)藝師，從事煙草栽培、煙葉調(diào)制和煙草農(nóng)機研究。

收稿日期 2021-06-09;修回日期 2021-07-05

煙葉調(diào)制的發(fā)展趨勢是集群化專業(yè)化烘烤，目前國內(nèi)能源消耗仍然是以燃煤為主，截至2015年煙草行業(yè)補貼建設(shè)的密集烤房約85萬座，主要燃料為煤炭。2019年全國收購煙葉175 000萬kg[1]，按照1 kg干煙消耗煤炭1.5 kg計算，烤煙年度耗煤量約262.5萬t，此外燃煤燃燒排放大量的SO2、CO2、CO、氮氧化物、粉塵等，造成環(huán)境污染。燃煤密集烤房熱能利用率低下，造成能源浪費。另外，煤的揮發(fā)成分存在差異，其灰燼和著火特性也存在差異，難以實現(xiàn)精準自動化控制，對烘烤工藝的執(zhí)行存在偏差，進而影響煙葉烘烤質(zhì)量。因此，研究新能源密集烤房，提高密集烤房能源利用率，提升煙葉烘烤質(zhì)量，減少大氣污染物排放，實現(xiàn)烤煙產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，提升智能化烘烤水平，實現(xiàn)行業(yè)綠色發(fā)展具有重要意義。針對燃煤烤房的現(xiàn)狀，國內(nèi)煙草行業(yè)開展了替代燃煤的新能源密集烤房研究和應(yīng)用，云南、貴州、江西、安徽、福建、河南等地進行了新能源熱泵烤房與燃煤烤房、生物質(zhì)烤房的烘烤效果對比試驗[2-7]。研究表明，利用空氣源熱泵對煙葉進行烘烤具有可行性，并具有節(jié)能減排的效果[8]。與燃煤烤房相比，空氣源熱泵烤房所烤煙葉整體外觀質(zhì)量較好，烤后煙葉各化學(xué)成分更為適宜，烤后上等煙比例較密集烤房高，具有環(huán)保、烘烤成本低和勞動強度小等優(yōu)勢，能有效降低綜合耗能及用工成本，達到了省工降本的目的，具有一定的推廣價值和發(fā)展前景[9-15]。在生物質(zhì)燃料烤房方面，全國各產(chǎn)區(qū)也進行了研究和推廣，結(jié)果表明，與傳統(tǒng)燃煤烤房相比，生物質(zhì)密集烤房經(jīng)濟性狀明顯高于傳統(tǒng)燃煤烤房，用工成本明顯降低;生物質(zhì)顆粒燃燒機操作簡單，加料、出渣節(jié)約時間，爐渣量少，對環(huán)境影響小，綜合熱效率較燃煤密集烤房更高[16-20]。

筆者研究了燃煤密集烤房、熱泵密集烤房、生物質(zhì)密集烤房（內(nèi)置式和外置式）在廣東煙區(qū)的應(yīng)用效果以及各自的優(yōu)劣勢。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020年在廣東省南雄市古市鎮(zhèn)溪口村進行，試供烤煙品種為粵煙97，供試煙葉為田間鮮煙素質(zhì)一致、正常成熟采收的中部葉（自下而上第8～12片葉），供試煙葉要求同一天采摘、夾煙、入坑和點火。試驗密集烤房均符合國煙辦綜〔2009〕418號標準，規(guī)格為8.0 m×2.7 m氣流下降式密集烤房。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)4個處理：A1（CK），燃煤密集烤房烘烤處理;A2，熱泵密集烤房烘烤處理;A3，內(nèi)置式生物質(zhì)密集烤房烘烤處理;A4，外置式生物質(zhì)密集烤房烘烤處理，采取正常中部煙的南方煙區(qū)3段10步烘烤工藝烘烤。

1.3 測定項目和方法

1.3.1 空載升溫速度統(tǒng)計。在空載情況下，通過烤房溫濕度控制儀，設(shè)置38、40、42、45、48、50、54、60、68 ℃ 9個主要烘烤溫度節(jié)點，熱泵密集烤房不使用輔助加熱，記錄到達該溫度點所需的時間。

1.3.2 負載主要溫度統(tǒng)計。

使用烤房監(jiān)控儀，對每房煙葉10個烘烤工藝穩(wěn)溫點進行記錄，并與目標溫度進行對比，統(tǒng)計目標溫度與實際溫度的差異。

1.3.3 鮮煙、干煙重量測定。上烤前隨機抽取10夾煙葉稱重并掛牌標記，烤后對干煙稱重，計算鮮干比，以此測算整房干煙重量。

1.3.4 能耗統(tǒng)計。烘烤結(jié)束后，統(tǒng)計各處理燃料用量。記錄每烤煙葉烤前、烤后的電表讀數(shù)，測算每烤煙葉耗電量。

1.3.5 烤后煙葉化學(xué)成分。各處理分別稱取C3F煙葉樣品1 kg，測定其總糖、還原糖、總氮、總煙堿、氯、鉀等化學(xué)成分的含量。

1.3.6 煙葉經(jīng)濟性狀對比。各處理取烤后煙葉進行統(tǒng)一分級，由煙草行業(yè)煙葉評級員參照烤煙國家分級標準（GB 2635—1992）評價烤后煙葉的等級結(jié)構(gòu)[21]。由抽樣煙葉樣本推算總體煙葉樣本，記錄每個處理烤后煙葉的各個等級比例及重量，根據(jù)當?shù)責(zé)熑~收購價格，統(tǒng)計各個處理烤后煙葉的上、中、下等煙比例以及橘黃煙率、檸檬黃煙率、青雜煙比例、均價等指標。

1.3.7 尾氣排放檢測。二氧化硫（SO2）排放量參照HJ 57—2017測定;氮氧化物（NOx）排放量參照HJ 693—2014測定;一氧化碳（CO）排放量采用定點位電解法測定[22]，顆粒物排放量參照HJ 836—2017測定;煙氣黑度采用測煙望遠鏡法測定[22]。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤房空載升溫性能對比

由表1可知，燃煤密集烤房的升溫速度最快;生物質(zhì)密集烤房次之;熱泵密集烤房由于受外界氣溫的影響，在不開電輔助加熱的情況下，54 ℃以上溫度升溫速度較慢。從烘烤工藝執(zhí)行實際情況來看，以上試驗結(jié)果均能滿足實際煙葉烘烤的供熱需求。

2.2 烤房負載溫度統(tǒng)計

由表2可知，在變黃期（42 ℃以前）各處理溫度控制均能在±0.5 ℃范圍內(nèi)。定色期至干筋期燒大火階段，與處理A1（燃煤密集烤房）相比，熱泵密集烤房、生物質(zhì)密集烤房溫度控制基本在±0.5 ℃以內(nèi)，溫度控制較為精準。燃煤密集烤房受人工添加燃料的影響，在燒大火階段溫度波動較大，難以實現(xiàn)自動化控制，不利于烘烤工藝的執(zhí)行。

2.3 不同類型密集烤房煙葉鮮干重量及能耗成本

由表3可知，A3處理內(nèi)置式生物質(zhì)密集烤房和A4處理外置式生物質(zhì)密集烤房的烘烤總成本均高于燃煤密集烤房（CK），分別增加了196.00和174.00元，干煙平均烘烤成本分別比燃煤密集烤房（CK）增加了0.34和0.10元/kg;A2處理熱泵密集烤房烘烤總成本最低，比CK降低了285.25元，干煙平均烘烤成本比CK降低了0.69元/kg。

2.4 烤后煙葉化學(xué)成分指標檢測

目前普遍認為優(yōu)質(zhì)烤煙化學(xué)成分如下：總糖15%～20%，還原糖14%～18%，煙堿1.5%～2.5%，總氮1.7%～1.9%，蛋白質(zhì)7%～9%[23]。一般認為，優(yōu)質(zhì)煙的還原糖與總糖含量的比值應(yīng)大于等于0.9，糖堿比以8～12為宜，氮堿比以1或略小于1為宜，鉀氯比以大于4為宜[24]。由表4可知，A2、A3、A4處理總氮、還原糖、總糖、淀粉等主要指標均好于A1處理，但總體上均在合理范圍。綜合考慮各處理烤后煙葉的氮堿比及糖堿比，烤后煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性表現(xiàn)為A4>A3>A2。

2.5 不同類型密集烤房煙葉經(jīng)濟性狀對比

由表5可知，A2、A3、A4處理均能提高煙葉的經(jīng)濟性狀，且A2、A3、A4處理各經(jīng)濟性狀均好于處理A1，而A4處理則稍好于A2、A3處理，3個處理間差異不顯著。與處理A1（CK）相比，處理A4煙葉各經(jīng)濟性狀表現(xiàn)較好，上等煙比例和均價分別提高了4.75百分點和1.78元/kg，A2、A3處理上等煙比例、均價比處理A1（CK）分別提高了3.52百分點、1.06元/kg和3.64百分點、1.30元/kg;下等煙比例方面，與處理A1（CK）相比，A2、A3、A4處理下等煙比例分別下降了0.87、1.11、1.33百分點;橘黃煙率方面，與處理A1（CK）相比，A2、A3、A4處理橘黃煙率分別提高了4.28、2.46、3.21百分點;青雜煙比例，與處理A1（CK）相比，A2、A3、A4處理青雜煙比例分別下降了1.50、1.39、1.31百分點。由此可見，熱泵密集烤房和生物質(zhì)密集烤房（內(nèi)置式、外置式）對于提高烤后煙葉經(jīng)濟性狀有一定效果。

2.6 不同類型密集烤房尾氣排放量對比

對不同類型密集烤房排放的尾氣，如二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、顆粒物、煙氣黑度等主要污染物成分進行檢測，結(jié)果見表6。由表6可知，生物質(zhì)密集烤房氮氧化物、一氧化氮、二氧化硫和顆粒物等排放量較燃煤密集烤房明顯降低，而煙氣黑度與燃煤密集烤房相當。熱泵密集烤房是最清潔的，尾氣零排放。內(nèi)置式生物質(zhì)密集烤房、外置式生物質(zhì)密集烤房SO2排放量比燃煤密集烤房均減少了71.43%;內(nèi)置式生物質(zhì)密集烤房、外置式生物質(zhì)密集烤房NOx排放量比燃煤密集烤房分別減少了37.12%和73.80%;從CO排放量來看，內(nèi)置式生物質(zhì)密集烤房、外置式生物質(zhì)密集烤房比燃煤密集烤房分別減少了64.68%和66.79%;從顆粒物排放量來看，3種密集烤房顆粒物排放量排序為熱泵密集烤房<外置式生物質(zhì)密集烤房<內(nèi)置式生物質(zhì)密集烤房<燃煤密集烤房。

3 討論

3.1 燃煤密集烤房

當前廣東省煙葉烘烤加熱方式大多是傳統(tǒng)燃煤直接供熱，燃煤是非可再生能源，由于燃煤燃燒的滯后性，對優(yōu)質(zhì)煙葉烘烤工藝要求的溫濕度不易控制，燃燒產(chǎn)生大量的二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等排放物，對環(huán)境污染大。

燃煤密集烤房人工加煤用工較大，需要專職司爐工，傳統(tǒng)燃煤質(zhì)量參差不齊，在烘烤定色階段控溫不精準，容易竄溫掉溫，造成烘烤過程中不同程度的烤青、掛灰等。

3.2 生物質(zhì)密集烤房（內(nèi)置式、外置式）

生物質(zhì)密集烤房污染小，燃料為可再生生物質(zhì)能源，實現(xiàn)了能源的可持續(xù)利用，適應(yīng)性較強，除焦效果較好，設(shè)備安裝簡便，維護方便。生物質(zhì)密集燃燒機較燃煤密集烤房設(shè)備運行費用更低，設(shè)備操作簡便，在降低人工成本方面僅次于熱泵密集烤房。外置式生物質(zhì)密集烤房無需對烤房進行改造，在原有烤房的供熱設(shè)備上加上燃燒機即可使用，非常便捷。熱能利用率方面，生物質(zhì)密集烤房能源利用率較燃煤密集烤房也有很大的提升空間。

當前配套密集烤房的專用生物質(zhì)燃燒機電機功率較小，對顆粒燃料要求較高，燃料結(jié)焦嚴重時，超負荷運轉(zhuǎn)可能會燒壞電機。同時，大面積推廣時，顆粒燃料需求增大，需要原料供應(yīng)本地化、便利化，否則會成為推廣應(yīng)用的瓶頸[7]。

3.3 熱泵密集烤房

熱泵密集烤房是從空調(diào)原理轉(zhuǎn)化而來，性能穩(wěn)定，使用壽命長，維護費用較低。熱泵密集烤房自動加熱設(shè)備是用工業(yè)生產(chǎn)標準產(chǎn)品取代建筑形式烤房，是煙葉烘烤新型成套設(shè)備，自動化控制程度高。

熱泵密集烤房的應(yīng)用節(jié)約了烘烤成本，顯著提高了烤后煙葉質(zhì)量，降低了煙區(qū)周圍顆粒物的排放，改善了環(huán)境質(zhì)量，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。從使用情況來看，熱泵設(shè)備在技術(shù)創(chuàng)新性、應(yīng)用穩(wěn)定性以及節(jié)約成本等方面都有比較優(yōu)越的表現(xiàn)，具有良好的推廣應(yīng)用可行性[25]。

熱泵密集烤房在熱能利用方面優(yōu)勢明顯，在每年5～7月煙葉烘烤季節(jié)，廣東省各煙區(qū)均處于炎熱的夏季，環(huán)境溫度高，這個優(yōu)勢在南方煙區(qū)烘烤季節(jié)更加明顯，可以在空氣中吸收大量的熱能，耗電量僅為電加熱器的25%，能效比在4倍左右，與燃煤等其他燃料相比可節(jié)約60%的成本[8]。

目前，行業(yè)已出臺了熱泵新建烤房和熱泵改建烤房的相關(guān)補貼政策，解決了熱泵設(shè)備采購成本高的難題。設(shè)備運行方面，熱泵密集烤房工作額定功率大[6]，需要政府和電力部門出臺對電網(wǎng)進行電力增容和線路改造的政策，如果運行電力增容問題解決了，熱泵密集烤房會具有良好的推廣前景。

綜上所述，在能耗成本方面，熱泵密集烤房具有明顯的優(yōu)勢，干煙平均烘烤成本比燃煤密集烤房降低了0.69元/kg;尾氣排放檢測方面，生物質(zhì)密集烤房在顆粒物、SO2、NOx、CO等主要污染成分濃度和成分都有較大幅度的降低，而熱泵密集烤房未檢測到以上污染物排放，基本實現(xiàn)了零排放，熱泵密集烤房和生物質(zhì)密集烤房在尾氣排放控制方面效果明顯;在燃料成本方面，生物質(zhì)密集烤房燃料成本稍高于燃煤密集烤房，消耗量高于燃煤密集烤房，但在減少用工方面有明顯優(yōu)勢，隨著生物質(zhì)燃燒機的進一步推廣和生物質(zhì)顆粒制作水平的推進，燃料成本有很大的下降空間。

4 結(jié)論

在廣東煙葉烘烤實踐中，如果解決了生物質(zhì)燃料供應(yīng)、電力增容、線路改造等技術(shù)問題，熱泵密集烤房和生物質(zhì)密集烤房供熱完全能夠滿足煙葉烘烤工藝需求，并能實現(xiàn)溫濕度的自動化精準控制，在提高煙葉質(zhì)量水平、減少烘烤損失、減少勞動用工成本、減少空氣污染等方面效果明顯，具有良好的推廣前景。

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