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        生物質(zhì)內(nèi)置式烤房對煙葉烘烤性能的影響

        2022-10-10 10:06:20李磊磊高冬冬孫希文張曉璇代昌明郜軍藝
        貴州農(nóng)業(yè)科學(xué) 2022年10期
        關(guān)鍵詞:外置式內(nèi)置式烤房

        李磊磊, 高冬冬, 范 龍, 孫希文, 張曉璇, 代昌明, 郜軍藝, 賀 帥, 黃 蘭

        (1.貴州省煙草公司 畢節(jié)市公司, 貴州 畢節(jié) 551700; 2.畢節(jié)市煙草公司 納雍縣分公司, 貴州 納雍 553300; 3.畢節(jié)市煙草公司 大方縣分公司, 貴州 大方 551600)

        0 引言

        【研究意義】煙葉烘烤是烤煙生產(chǎn)過程中非常重要的環(huán)節(jié)之一,也是決定煙葉產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié),煙葉烘烤的好壞直接影響煙農(nóng)收入[1-3]。目前,我國煙葉烘烤廣泛使用密集烤房,以多座連體集群建設(shè)[4],主要靠煤炭燃燒供熱,烘烤過程需要消耗大量煤炭[5-8]。一般烘烤1 kg干煙需要1.5~2.0 kg標(biāo)煤,但熱能利用效率僅30%左右[9-10];且煤炭燃燒產(chǎn)生大量SO2和粉塵等污染物,嚴重污染周圍環(huán)境,產(chǎn)生較大的負面影響[11]。此外,以煤炭為燃料進行煙葉烘烤時溫度控制精度較低,容易出現(xiàn)偏溫現(xiàn)象,造成煙葉烤青等[12-14]。隨著綠色發(fā)展理念的不斷深入和不可再生資源的不斷消耗,能源正逐漸向綠色、可再生循環(huán)利用的新能源方向發(fā)展,積極尋求開發(fā)清潔能源代替煤炭應(yīng)用到密集烤房上已迫在眉睫。畢節(jié)常年種植烤煙3.33萬hm2,收購煙葉120萬擔(dān),煙葉清甜香、蜜甜香型風(fēng)格突出,是全國第八、全省第一煙葉產(chǎn)區(qū),投烤普通烤房3萬余座,因此,研究生物質(zhì)新能源烤房在烤煙生產(chǎn)上的應(yīng)用,對當(dāng)?shù)乜緹熆沙掷m(xù)綠色發(fā)展具有重要現(xiàn)實意義?!厩叭搜芯窟M展】生物質(zhì)新能源作為一種具有廣闊應(yīng)用前景的清潔能源被許多烤煙生產(chǎn)國家使用[15],在此基礎(chǔ)上,生物質(zhì)烤房作為清潔能源密集烤房的主要研究方向,得到廣泛應(yīng)用并不斷改進和完善,實現(xiàn)了自動點火、自動供料等功能[16]。關(guān)于生物質(zhì)新能源烤房的研究多集中在生物質(zhì)供熱爐體的設(shè)計、生物質(zhì)燃料配方和自動化程度等方面[17-18]。王建安等[15]研究指出,內(nèi)置式生物質(zhì)供熱爐體控溫精度達±0.5℃以內(nèi),系統(tǒng)熱效率達64.26%~65.42%,效果較好。盧雨等[16]研究表明,內(nèi)置式生物質(zhì)供熱爐和外置式生物質(zhì)供熱爐較常規(guī)烤房操作耗時分別降低69.71%和43.51%。【研究切入點】目前關(guān)于不同生物質(zhì)烤房的烘烤成本、烤后煙葉質(zhì)量及廢棄物排放等方面鮮見系統(tǒng)的研究報道。近年來,畢節(jié)為踐行綠色發(fā)展理念,響應(yīng)國家“雙碳”戰(zhàn)略部署,大力推廣應(yīng)用生物質(zhì)新能源烤房,但其不同烤房的烘烤性能各有不同,煙農(nóng)在使用方面存在很大差異,現(xiàn)有的理論基礎(chǔ)無法支撐生物質(zhì)新能源不同烤房的推廣應(yīng)用?!緮M解決的關(guān)鍵問題】分析比較生物質(zhì)內(nèi)置式烤房、生物質(zhì)外置式烤房和常規(guī)燃煤烤房在用工成本、能耗成本、煙葉經(jīng)濟性狀及煙氣排放指標(biāo)等方面的差異,探明不同類型生物質(zhì)新能源烤房的烘烤性能,篩選適宜的生物質(zhì)新能源烤房,以期為生物質(zhì)烤房在烤煙生產(chǎn)上推廣應(yīng)用,促進烤煙生產(chǎn)節(jié)能減排、減工降本及提質(zhì)增效提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        試驗品種為云煙87。試驗烤房為生物質(zhì)內(nèi)置式烤房、生物質(zhì)外置式烤房和普通烤房。試驗煙葉為同一區(qū)域、同一品種、同一部位、煙葉長勢和成熟度基本一致的煙田。試驗燃料為當(dāng)?shù)睾婵居妹禾?、生物質(zhì)顆粒燃料,市購。

        1.2 方法

        1.2.1 試驗設(shè)計 設(shè)3個處理:T,許昌同興生物質(zhì)內(nèi)置式供熱爐聚氨酯板材烤房,簡稱內(nèi)置式烤房;CK1,鄭州容大生物質(zhì)外置式燃燒機磚混烤房,簡稱外置式烤房;CK2,普通燃煤磚混密集烤房,簡稱普通烤房。每個處理設(shè)置1座烤房。試驗于2019—2020年在畢節(jié)市金沙縣大田鄉(xiāng)白泥煙葉烘烤工場進行。各處理烤房的煙葉品種、部位、成熟度、綁竿及裝煙密度、裝炕時間、烘烤工藝等均一致,上中下部位各烘烤1炕。

        1.2.2 指標(biāo)測定

        1) 建造成本。統(tǒng)計3種類型密集烤房的建造成本(測算到每間),包括烤房土建(磚混或板材建設(shè)安裝)、供熱系統(tǒng)設(shè)備及門窗等成本。

        2) 烘烤用工和能耗成本。記載不同處理烘烤用工、烤后干重、煙葉竿數(shù)、耗電量、耗燃料量。每個處理每炕各抽取30竿具有代表性的煙葉進行掛牌烘烤并稱干重,計算出每炕的干重,再計算用工和能耗。

        3) 經(jīng)濟性狀。分炕次對定位掛牌烘烤的30竿煙葉進行分級并統(tǒng)計均價、上等煙率,從而計算各炕煙葉均價和上等煙率。

        4) 煙氣排放指標(biāo)檢測。委托有檢測資質(zhì)的單位對烤房產(chǎn)生的排放物〔二氧化硫(SO2)和顆粒物(PM)〕進行現(xiàn)場檢測。

        1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

        采用Excel 2012和SPSS 21對數(shù)據(jù)進行處理與統(tǒng)計分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 烘烤煙葉的用工成本

        由表1可知,同年不同處理的烘烤用工量和用工成本均存在顯著差異,均表現(xiàn)為CK2>CK1>T。用工量:T最低,平均為0.001 6個/kg,分別較CK1和CK2降低0.000 7個/kg和0.001 9個/kg,降幅分別為30.43%和54.29%;CK1較CK2降低0.001 2個/kg,降幅分別為34.29%。用工成本:T最低,平均為0.32元/kg,分別比CK1和CK2降低0.14元/kg和0.38元/kg,降幅分別為30.43%和54.29%;CK1較CK2降低0.24元/kg,降幅分別為34.29%。

        表1 不同烤房烘烤煙葉的用工成本

        2.2 烘烤煙葉的能耗成本

        由表2可知,同年不同處理的耗燃料量、耗電量和能耗成本均存在顯著差異。其中,耗燃料量和能耗成本均為CK1>CK2>T,而耗電量均為CK1>T>CK2。耗燃料量:T最低,為1.36 kg/kg,分別較CK1和CK2顯著降低0.82 kg/kg和0.20 kg/kg,降幅分別為37.61%和12.82%。耗電量:T和CK1顯著高于CK2,T平均為0.57 kW·h /kg,較CK1降低0.07 kw·h /kg,降幅為10.77%;T較CK2增加0.17 kw·h /kg,增幅為42.50%。能耗成本:T最低,平均為1.65元/kg,分別較CK1和CK2顯著降低0.86元/kg和0.42元/kg,降幅分別為34.26%和20.29%。

        表2 不同烤房烘烤煙葉的能耗成本

        2.3 烤后煙葉的經(jīng)濟性狀

        由表3可知,不同處理的單葉重、均價、上等煙率和中等煙率均存在差異。其中,單葉重、均價及上等煙率均表現(xiàn)為T>CK1>CK2,中等煙率表現(xiàn)為T

        表3 不同烤房烤后煙葉的經(jīng)濟性狀

        2.4 不同烤房設(shè)施設(shè)備的投入成本

        由表4可知,T和CK1的設(shè)施設(shè)備投入總成本顯著高于CK2,T和CK1間差異不顯著。其中,T最高,為3.46萬元/座,分別較CK1和CK2增加910元/座和7 670元/座。加熱設(shè)備成本為T>CK1>CK2,土建部分成本為T>CK1=CK2,門窗成本各處理相同。按照使用壽命10年、每年烘烤1.33 hm2及分攤2 500 kg干煙計,T單位干煙建設(shè)投入成本為1.38元/kg,分別較CK1和CK2增加0.03元/kg和0.30元/kg,增幅分別為2.22%和27.78%。

        表4 不同烤房的設(shè)施設(shè)備投入成本

        2.5 不同烤房烘烤煙葉的綜合經(jīng)濟效益

        由表5可知,各處理的綜合成本為CK1>CK2>T,T最低,為3.34元/kg,分別較CK1和CK2顯著降低22.69%和13.25%。綜合經(jīng)濟效益為T>CK1>CK2,T最高,為25.58元/kg,分別比CK1和CK2顯著提高7.57%和10.35%。說明,T較CK1、CK2增效且具有明顯優(yōu)勢,而CK1由于能耗成本和設(shè)備成本的增加致使其經(jīng)濟收益與CK2差異不顯著。

        表5 不同烤房烘烤煙葉的綜合經(jīng)濟效益

        2.6 不同烤房的煙氣排放指標(biāo)

        由表6可知,不同處理煙氣排放指標(biāo)差異顯著。二氧化硫:排放量為CK2>CK1>T,其中,T和CK1的排放量分別為37 mg/m3和42 mg/m3,分別較CK2降低95.80%和95.23%,各處理間差異顯著。顆粒物:排放量為CK2>CK1>T,T和CK1的顆粒物排放量分別為10.5 mg/m3和12.5 mg/m3,分別較CK2降低75.06%和70.31%,各處理間差異顯著。表明,生物質(zhì)燃料替代煤炭進行煙葉烘烤的環(huán)保減排效果較明顯。

        表6 不同烤房的煙氣排放物含量

        3 討論

        隨著社會發(fā)展進步和人們環(huán)保意識不斷提高,生物質(zhì)燃料、電熱泵、天然氣、太陽能及醇基燃料等作為清潔能源被逐步應(yīng)用于煙葉烘烤,而且研究出了許多煙葉烘烤設(shè)施設(shè)備[18-20]。電熱泵烤房建造成本高,電力要求高;天然氣烘烤須要鋪設(shè)專用管道,成本高[2];而生物質(zhì)燃料具有體積小、成本低、密度高、可燃性強、資源豐富、易于儲存和運輸?shù)葍?yōu)點,在煙葉烘烤上逐步得以推廣,并取得了一定的效果。邱志丹等[21]研究表明,在木屑中摻入15%煙稈作為生物質(zhì)燃料原料制備的生物質(zhì)燃料點火容易、火力強、溫度調(diào)節(jié)靈敏度高,烤后煙葉化學(xué)成分和能耗與純木屑生物質(zhì)燃料無顯著性差異,可以滿足烤煙烘烤工藝需求。范沿沿等[2]設(shè)計的生物質(zhì)外置式燃燒機,可在不改變傳統(tǒng)烤房主要結(jié)構(gòu)的情況下,將生物質(zhì)燃燒機與傳統(tǒng)燃煤烤房的燃煤爐進料口連接,通過生物質(zhì)燃燒機為燃煤爐供熱。王建安等[15]采用動態(tài)量化的熱量輸出、吹風(fēng)降溫的機械傳動和先阻后集的除塵等方式,設(shè)計的生物質(zhì)燃料內(nèi)置式烤煙供熱爐體設(shè)備能夠滿足密集烤房箱式和掛竿裝載煙葉的烘烤供熱需求。胡小東等[11]研究表明,生物質(zhì)壓塊用于煙葉烘烤可以充分調(diào)控?zé)熑~烘烤工藝,降低煙葉烘烤成本,節(jié)能減耗,提高烤后煙葉質(zhì)量。該研究結(jié)果與其較一致。

        研究結(jié)果表明,生物質(zhì)烤房在烘烤用工方面與普通烤房比較,能夠顯著減少烘烤操作用工成本、降低烘烤勞動強度,內(nèi)置式烤房和外置式烤房用工成本分別比普通烤房降低54.29%和34.29%,與蔣篤忠等[13]的研究結(jié)果基本一致??赡茉蚴巧镔|(zhì)烤房具有穩(wěn)定性和控溫精確性強的特點,而且減少了剔渣除灰和加料次數(shù)。內(nèi)置式烤房、外置式烤房和普通烤房能耗成本分別為1.65元/kg、2.51元/kg和2.07元/kg,外置式烤房最高,普通烤房其次,內(nèi)置式烤房最低,與盧雨等[16]的研究結(jié)果有所不同??赡茉颍阂皇窃撗芯恐袃?nèi)置式烤房的裝煙室采用的是聚氨酯板材烤房,保溫保濕效果較好;二是可能與當(dāng)?shù)厥褂玫纳镔|(zhì)原料有關(guān),會影響燃燒值和發(fā)熱量。無論是內(nèi)置式烤房還是外置式烤房,均比普通烤房設(shè)施設(shè)備投入成本高。從綜合成本看,內(nèi)置式烤房省工降本的優(yōu)勢能彌補其建造成本稍高的短板,綜合成本最低,分別比外置式烤房和普通烤房降低22.69%和13.25%。烤后煙葉的單葉重、均價、上等煙率均是內(nèi)置式烤房最好,內(nèi)置式烤房、外置式烤房、普通烤房的均價分別為28.92元/kg、28.10元/kg和27.03元/kg,生物質(zhì)烤房均高于普通烤房,與盧雨等[16]的研究結(jié)果一致。從綜合經(jīng)濟效益看,內(nèi)置式烤房的綜合經(jīng)濟效益最高,分別比外置式烤房和普通烤房提高7.57%和10.35%。外置式烤房由于能耗成本和設(shè)施設(shè)備投入成本高而影響其經(jīng)濟效益,因而外置式烤房雖然綜合經(jīng)濟效益略高于普通烤房,但差異不大。從煙氣排放指標(biāo)檢測看,2種生物質(zhì)烤房的SO2排放量均比普通烤房降低95%以上,顆粒物排放量均比普通烤房降低70%以上,減排效果顯著,與杜傳印等[9]的研究結(jié)果基本一致。

        4 結(jié)論

        生物質(zhì)內(nèi)置式烤房烘烤用工成本平均比生物質(zhì)外置式烤房和普通烤房分別降低30.43%和54.29%,能耗成本分別降低34.26%和20.29%,烤后煙葉均價分別增加2.88%和6.99%,綜合經(jīng)濟效益分別提高7.57%和10.35%。2種生物質(zhì)烤房SO2和顆粒物等排放物均比普通烤房降低70%以上。綜合看,生物質(zhì)內(nèi)置式烤房在節(jié)能減排、減工降本及提質(zhì)增效方面效果最好,具有較好的推廣應(yīng)用前景。因此,應(yīng)該針對不同情況加大推廣力度,對烤房設(shè)施缺乏、需要新建烤房的煙區(qū),建議以生物質(zhì)內(nèi)置式板材烤房為主;煙區(qū)穩(wěn)定、規(guī)模穩(wěn)定的集中烤房群或烘烤工場需要改造的,建議選擇生物質(zhì)新能源烘烤設(shè)備。

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