王玉華 張成雙 王先偉 王桂榮 范增博 宋曉飛 杜傳印

（山東濰坊煙草有限公司，山東 濰坊 261205）

鮮煙葉的烘烤過程直接決定成品煙葉的質(zhì)量及經(jīng)濟效益。國家煙草專賣局于2009年頒布了密集烤煙房建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，極大地提高了國內(nèi)煙葉烘烤質(zhì)量水平，確保了煙農(nóng)的經(jīng)濟收入。近十年來，國內(nèi)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)得到了高速發(fā)展，從全程機械化到如今的物聯(lián)網(wǎng)感知農(nóng)業(yè)、“十四五”智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)規(guī)劃，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和裝備水平日新月異，生產(chǎn)效率呈指數(shù)級增長。在煙葉烘烤生產(chǎn)技術(shù)方面，許多新技術(shù)新工藝開始在煙葉烘烤作業(yè)中得到了驗證。箱式烘烤技術(shù)以煙箱為煙葉流轉(zhuǎn)裝備，可實現(xiàn)機械化裝煙、機械化裝房，構(gòu)成煙葉烘烤流程流水線作業(yè)。烘烤實踐證明，箱式烘烤可實現(xiàn)烤煙生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)型升級，提升生產(chǎn)效率，打破勞動力短缺瓶頸。目前全國掛桿式密集烤煙房有近40萬座，可以將掛桿式密集烤煙房改造為箱式密集烤煙房，從而實現(xiàn)全流程自動化的煙葉烘烤作業(yè)。

1.掛桿式密集烤房的構(gòu)成原理

掛桿式密集烤煙房由裝煙室和加熱室構(gòu)成，主要設(shè)備包括供熱設(shè)備、通風(fēng)排濕設(shè)備、溫濕度控制設(shè)備等，如圖1所示。其中裝煙室是掛置煙葉的空間，設(shè)有裝煙架等裝置。加熱室內(nèi)安裝供熱設(shè)備、產(chǎn)生熱空氣的空間，在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b循環(huán)風(fēng)機。循環(huán)風(fēng)機運行時，通過裝煙室隔熱墻上開設(shè)的通風(fēng)口，向裝煙室輸送熱空氣。供熱設(shè)備，是熱空氣發(fā)生裝置，包括爐體和換熱器，按煙葉烘烤工藝要求加熱空氣。通風(fēng)排濕設(shè)備，保持空氣在加熱室和裝煙室循環(huán)流動和實現(xiàn)烤房內(nèi)外空氣交換、維持裝煙室內(nèi)烘烤工藝要求濕度的裝置。包括循環(huán)風(fēng)機、冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)門、百葉窗等排濕執(zhí)行器。

圖1 掛桿式密集烤煙房結(jié)構(gòu)示意圖

掛桿式烘烤技術(shù)目前比較成熟，需要由人工使用細(xì)繩將采摘運回的煙葉一片一片葉柄向上捆綁在竹竿或木棍上，每桿70片左右構(gòu)成一掛。人工抬放在裝煙室內(nèi)上中下三層支架上，一般每層架子上放100掛煙葉，合計300掛左右。這種烘烤技術(shù)在裝煙和卸煙時需要較多的人力參與，生產(chǎn)的自動化程度低。

2.箱式烤房的改造

箱式烘烤由裝煙機將煙葉直接均勻拋灑在煙箱內(nèi)，叉車將裝滿煙葉的煙箱直接放進(jìn)烤煙房的裝煙室，烘烤完成后，再用叉車將裝煙大箱直接叉運出來進(jìn)入下一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)。為實現(xiàn)以上工業(yè)化作業(yè)模式，將對傳統(tǒng)密集烤煙房進(jìn)行整體升級改造。改造內(nèi)容包含，裝煙箱制作、裝煙室的整體升級、循環(huán)風(fēng)機烤煙爐等關(guān)聯(lián)部分的評估升級。主要改造工作如下：

2.1 煙箱的設(shè)計制作方法

需要依據(jù)裝煙室的標(biāo)準(zhǔn)尺mm（長寬高8000x2700x3400），留出與裝煙室內(nèi)壁的合理間隙（利于進(jìn)出作業(yè)）。

圖2 煙箱示意圖

設(shè)計裝煙量：

傳統(tǒng)密集烤煙房的設(shè)計烘烤能力為35000-4000kg鮮煙，而箱式烘烤，會提升烤房烘烤能力，增加裝煙量，裝煙量的增加提高單位時間烤房最大耗熱量，最大耗熱量不能超出傳統(tǒng)密集烤煙房匹配的立式烤煙爐供熱能力（烤房改造不更換烤煙爐），傳統(tǒng)密集烤煙房裝35000-4000kg鮮煙，最大耗熱量約為35325Kcal/Hr(大卡/小時），立式烤煙爐設(shè)計最大熱量輸出峰值能力為61818.75Kcal/Hr(大卡/小時），箱式烤煙房裝煙量不能超出7000kg。為方便安全作業(yè)，一個裝煙室使用10個煙箱，每個煙箱容積與煙葉裝箱實際密度相乘，得出實際裝煙量，計算公式如下。

M1——裝煙室煙箱數(shù)量（本設(shè)計數(shù)量為10箱/房）L——大箱內(nèi)長(mm)W——大箱內(nèi)寬(mm)H——大箱內(nèi)高(mm)D——煙葉密度（200KG/m3）鮮煙葉自然堆放實測10次，取平均值。

單箱裝煙量Z1裝煙室裝煙量Z2

本設(shè)計單箱最大裝煙量為：657KG（圖2所示）

使用本設(shè)計煙箱，裝煙室最大裝煙量為：6570KG

2.2 裝煙室升級方法

拆除裝煙室內(nèi)原有架體；在合適高度敷設(shè)煙箱輪子軌道，方便煙箱進(jìn)出作業(yè)，軌距與煙箱輪距一致；裝煙室熱風(fēng)上升分布均勻，敷設(shè)分風(fēng)板，分風(fēng)板強度滿足人員操作踩踏強度；為避免熱循環(huán)短路，在煙箱與墻體間增設(shè)擋風(fēng)板，確保上升熱風(fēng)完全從煙箱通過，整體如圖3所示。

圖3 箱式密集烤煙房示意圖

2.2.1 分風(fēng)板的制作和安裝方法

如圖3所示，以熱進(jìn)風(fēng)口高度為標(biāo)準(zhǔn)，水平搭建分風(fēng)板架體，在架體上鋪放風(fēng)風(fēng)板，當(dāng)熱循環(huán)風(fēng)由熱進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入裝煙室區(qū)域，首先在裝煙室地面和分風(fēng)板區(qū)域形成一個沖壓區(qū)，沖壓區(qū)熱風(fēng)再從分風(fēng)板風(fēng)孔均勻進(jìn)入煙葉箱底部，保證了10個煙葉箱由下向上的穿透風(fēng)壓和吸收的熱量均勻一致。

分風(fēng)板由鍍鋅鋼板制作，依據(jù)裝煙室內(nèi)水平尺寸，制作出橫向鋪放尺寸一致的分風(fēng)板小件，若干小件緊密銜接鋪放在分風(fēng)板架體上，鋪滿裝煙室整個水平面，構(gòu)成有效的風(fēng)壓層。采用折彎結(jié)構(gòu)工藝，分風(fēng)板小件具備對應(yīng)的承重能力，在高強度架體支撐下，成為大箱進(jìn)出和工作人員行走作業(yè)面。

圖4 小片分風(fēng)板示意圖

圖5 小片分風(fēng)板緊密排列平鋪示意圖

過高的透風(fēng)率，熱空氣沒有充滿全部分風(fēng)板下底層空間時，就全部透過了裝煙室前部分風(fēng)板孔，熱氣流不能到達(dá)裝煙室門端，造成上升氣流不均衡，達(dá)不到均衡上升氣流的標(biāo)準(zhǔn)。過低的透風(fēng)率，增加了熱氣流在裝煙室的風(fēng)阻，降低了循環(huán)風(fēng)機工作效率，導(dǎo)致能耗的增加。在保持良好均衡性和不增加風(fēng)阻的條件下，透風(fēng)孔總的透風(fēng)面積應(yīng)等于裝煙室熱風(fēng)入口橫截面面積，透風(fēng)率的計算是熱風(fēng)入口橫截面與裝煙室水平面面積的比值，如下計算公式所示。

L1——熱回風(fēng)口長W1——熱回風(fēng)口寬L2——裝煙室內(nèi)長W2——裝煙室內(nèi)寬K——透風(fēng)率最小極限值

2.2.2 擋風(fēng)板的制作和安裝方法

為方便煙箱進(jìn)出裝煙室，裝煙室與煙箱之間將保留合理的空隙，由叉車將堆滿煙葉的煙箱放置于裝煙室煙箱軌道時，煙箱不會與裝煙室墻壁碰撞；叉車將裝滿煙葉煙箱依次放置于裝煙室門口的煙箱軌道，并由作業(yè)人員將煙箱依次沿軌道推進(jìn)裝煙室最里面，只至10個煙箱緊貼擺滿整個裝煙室。煙箱與墻壁的空隙，在煙葉進(jìn)入烘烤階段時需要進(jìn)行封閉，保證由分風(fēng)板進(jìn)入的熱氣流全部與煙箱煙葉接觸，并由逐漸脫水的煙葉間間隙通過，提升熱效率和穿透壓差。

擋風(fēng)板采用一定寬度的韌性工業(yè)化纖編織帶制作，沿裝煙室內(nèi)側(cè)墻壁安裝，安裝高度以分風(fēng)板作業(yè)面起1.5米。將擋風(fēng)板裝訂在等高的內(nèi)墻壁水平線上，烘烤沒進(jìn)行時，擋風(fēng)部分自然垂落，以不阻礙煙箱進(jìn)出為標(biāo)準(zhǔn)。10個煙箱進(jìn)入裝煙室后，進(jìn)入烘烤階段時，循環(huán)風(fēng)機啟動，加熱室熱氣流由底部風(fēng)道進(jìn)入裝煙室，煙箱新鮮煙葉阻礙了熱氣流通過，造成裝煙室煙箱底部空間與煙箱頂部空間氣壓差，當(dāng)熱氣流從墻壁與煙箱間隙高速通過時，推動擋風(fēng)板向上展開，瞬間將墻壁與煙箱間的空隙關(guān)閉，并在壓差的作用下，平時垂落部分緊貼在煙箱側(cè)壁，保證該空隙的封閉強度。

圖6 安裝位置示意圖

圖7 安裝位置示意圖

圖8 循環(huán)風(fēng)機參數(shù)圖表

2.2.3 擋風(fēng)板的寬度W(mm)計算方法

為保證擋風(fēng)板安裝強度，擋風(fēng)板內(nèi)面貼墻面，外面壓上金屬片狀物，用膨脹螺絲固定。其余部分自然搭垂在墻面和煙箱側(cè)面空間，當(dāng)循環(huán)風(fēng)機啟動，受上升氣流的托舉，封閉墻面和煙箱側(cè)壁空隙。擋風(fēng)板下料寬度，由搭垂部分（一般是墻壁與煙箱空隙的1.5倍）和墻面固定部分構(gòu)成，這兩部分的和就是下料寬度，如下計算公式。

W1——裝煙室內(nèi)寬(mm)L——煙箱的長度(mm) C——墻體定裝折疊尺寸(mm)S——間隙系數(shù)（擋風(fēng)板有效寬度與間隙寬度的比例）

2.2.4 擋風(fēng)板瞬時峰值受力T(kg)

循環(huán)氣流托舉擋風(fēng)板搭垂部分的上升力，與風(fēng)壓作用在單位面積氣壓成正比，在循環(huán)風(fēng)機啟動時，由于鮮煙裝滿整個水平面空間，理論上瞬時風(fēng)阻值為無窮大，循環(huán)風(fēng)機從裝煙室上部回風(fēng)口抽吸氣流，向裝煙室下部循環(huán)進(jìn)風(fēng)口壓入氣流，造成裝煙室下部和上部的最大壓差，壓差作用在墻壁和煙箱側(cè)壁空隙間的擋風(fēng)板上，擋風(fēng)板懸空搭垂部分將會抬起封閉空隙，擋風(fēng)板總的受力計算是，擋風(fēng)板面積乘以下部和上部的氣壓差，具體計算如下：

W2——間隙寬度(mm)間隙長度——8000mm Pa1——裝煙室下部氣壓(Pa)Pa2——裝煙室上部氣壓(Pa)

3.循環(huán)風(fēng)機的升級方法

裝煙作業(yè)采用工業(yè)化煙箱裝煙作業(yè)模式，依據(jù)煙箱容積，10個煙箱鮮煙葉裝煙量為6.5噸左右（傳統(tǒng)掛桿或煙夾裝煙作業(yè)模式的裝煙量為300掛或夾，標(biāo)準(zhǔn)重量為3.6噸左右）。裝煙作業(yè)的改變，會改變裝煙密度，風(fēng)阻、風(fēng)速和熱氣流流量都會發(fā)生變化。烘烤品質(zhì)是依據(jù)烘烤工藝曲線，分為變色、定色、干莖等烘烤階段，每階段的溫度和濕度按烘烤工藝嚴(yán)格控制，在固定的時間段內(nèi)，通過熱氣流精確蒸發(fā)排放葉片水分、提升煙葉烘烤溫度（精確到+0.1℃），實時參數(shù)與烘烤工藝曲線對應(yīng)的溫度、濕度完全一致，確保烘烤品質(zhì)。

新的裝煙模式密集烤煙房，鮮煙裝煙量大幅增加（鮮煙葉水分含量80%，相比傳統(tǒng)裝煙作業(yè)模式，裝煙室增加的2噸鮮煙裝煙量，相當(dāng)于增加1.6噸水分，增加烘烤階段蒸發(fā)負(fù)荷），需要更換循環(huán)風(fēng)機，增加循環(huán)氣流的流速和流量，在相同的烘烤工藝時間段內(nèi)，在保證溫度一致的前提下，需蒸發(fā)帶走增加的更多水分，再由排濕系統(tǒng)排除。

依據(jù)裝煙增量，通過基本換算，將原有8號風(fēng)機替換（依據(jù)國煙辦2009 418號）。

圖9 掛桿式烤煙房裝煙示意圖

圖10 箱式烤煙房裝煙示意圖

需更換的循環(huán)風(fēng)機最小功率

改造后的裝煙量會增加，需要增加循環(huán)風(fēng)機的功率，加快熱氣流的循環(huán)速度，滿足裝煙室更高的熱值消耗需求，以蒸發(fā)攜帶更多的水分。需要更換的循環(huán)風(fēng)機功率計算方法，依據(jù)裝煙量，煙葉實際占用的體積，換算出實際裝煙密度，改造后煙箱模式的密度與傳統(tǒng)掛桿模式的密度比，再乘以傳統(tǒng)密集烤房的循環(huán)風(fēng)機功率，就能得出新的需要更換循環(huán)風(fēng)機功率。

P1——8號風(fēng)機功率Z1——傳統(tǒng)裝煙量Z2——大箱式裝煙量V1——300掛煙葉在裝煙室的體積V2——10大箱煙葉在裝煙室的體積P——需更換的循環(huán)風(fēng)機最小功率。

4.結(jié)束語

在轉(zhuǎn)型升級的過程中，能有效地利用好原有基礎(chǔ)設(shè)施，可以減少大拆大建的資源耗費，還能極大推進(jìn)轉(zhuǎn)型升級的進(jìn)程。傳統(tǒng)密集烤房的改造，可以實現(xiàn)工業(yè)化作業(yè)模式，還能達(dá)到減工降本的效果。