新型无机非金属材料烤房的研究

杨 威，赵松义，朱列书，汪耀富，李跃平

(1 湖南农业大学农学院，长沙410128；2 中国烟草中南农业试验站, 湖南长沙410128；3 湖南省烟草公司湘西州公司，吉首416000)

烤房是实现烟叶生产的媒介，是发展现代烟草业必不可少的设备[1]。 近些年来，密集烤房的建造技术和配套技术发展较快，但在我省密集烤房的发展过程中，面临着农村电网电压不稳，煤质差异大，烟农种植比较分散，烘烤的劳动强度和技术难度都比较大等问题，专业化烘烤发展的相对缓慢成为了制约某些地区烟草生产的关键因素之一[2~4]。新材料密集烤房继承和发扬了普通密集烤房的优点，并进行了改进和创新，如采用双制通风结构，更能适应电力供应不稳定的烟区，采用新型无机非金属材料制成的加热炉，提高加热炉的使用年限和供热的稳定性，采用一次性加煤技术，整个烘烤过程中只加一次煤，大大降低了烘烤的劳动强度等，使得新材料密集烤房其更能适应烤烟生产的需要。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试烤烟品种为K326，部位为中部叶。试验于2010年在湘西自治州永顺县高坪乡保坪村现代农业烟草烘烤工厂进行。试验田土壤质地为棕壤土，土壤肥力中等，田间管理按优质烤烟生产技术规范进行。烟叶采收时要求烟叶成熟度基本一致，按照成熟采收标准进行。

1.2 试验设计

实验设两个处理。A1.新材料密集烤房，A2.普通密集烤房。新材料密集烤房规格为加热室 2.2 m×2.9 m×2.4 m(长×宽×高)，装烟室8.2 m×2.9 m×2.4 m(长×宽×高)，装烟2层2路，容量为鲜烟叶约3 000 kg，采用烟闸装烟。普通密集烤房规格为加热室1.2 m×1.5 m×2.4 m(长×宽×高)，装烟室8 m×2.7 m×3.5 m(长×宽×高)，装烟3层2路，容量为鲜烟叶约2 800 kg，采用烟竿装烟。

在两种烤房垂直和平面方向均匀布置36个温度测量点，在烤房内温度达到40℃时，停止对烤房供电1 h，对其温度场进行测定，以检测两种烤房的抗逆性。两种烤房均采用三段式烘烤工艺进行烘烤。

1.3 测定项目与方法

整个烘烤过程中，由微机每隔1 h自动记录一次各点的温度，停电1 h实验采用手工记载方法，每隔5 min记录一次各点的温度。

温度采集使用烤房多点温度测定仪(湖南九天科技有限公司)。烘烤结束后，统计各处理耗煤量、耗电量，对烤后烟叶进行分级、称重，测定其上、中、下等烟比例及均价，并各取C3F等级烟叶2 kg进行化学成分测定。还原糖、淀粉、总氮、氯、钾等含量均按王瑞新[5]等的方法测定。

2 结果与分析

2.1 烤房性能测试

2.1.1 不同烤房的平面温差和垂直温差对比

通过对布置在烤房内的 36个测量点进行平面和垂直方向的分析，得出结果如表1所示。在烘烤过程中，新材料密集烤房和普通密集烤房在38，42，45，48，55，60和 68℃这几个烘烤的关键温度点处，底层、中层、上层的平面温差平均值分别为0.73，1.29，0.5℃和1.91，1.64，2.01℃，垂直方向的温差分别为1.89和2.57℃。新材料密集烤房平面温差变化幅度为0.1～1.6℃，垂直温差变化幅度为0.8～2.4℃。可见，新材料密集烤房平面和垂直方向的平均温差值和变化幅度均小于普通密集烤房，烤房内温湿度场变化比较稳定，有利于烟叶内物质分解与失水协调一致，从而提高烘烤质量。

表1 不同烤房烘烤过程中的平面温差与垂直温差 (℃)

2.1.2 不同烤房停电1 h温度变化情况对比

由表2的数值可知，在停电1 h内，新材料密集烤房内的36个测量点中，1 h后35个测温点有

表2 新材料密集烤房停电1 h内温度场变化情况(℃)

表3 普通密集烤房停电1 h内温度场变化情况 (℃)

24个点掉温不超过1℃，11个大于1℃的点，最多掉温 1.8℃。由于新材料密集烤房设有自然通风的风门，在停电后打开，因此在停电后一段时间内，基本上能够使烤房内的温度保持稳定，具备较强的通风排湿能力。由表3可知，在停电1 h内，普通密集烤房内的36个测量点中，有32个测量点的温度变化范围大于2℃，仅有4个测量点的温度变化范围小于2℃，尤其是3号和11号测量点的温度变化范围高达13.7℃和14℃。在这种情况下，极容易将烟叶烤坏。总体而言，普通密集烤房在停电1 h内，不能够使烤房内的温度保持稳定，停电后通风排湿能力很弱。

2.2 成本比较

2.2.1 烘烤成本

从表4可以看出，由于新材料密集烤房采用无机非金属材料制成加热炉，其结构经过改进，提高了换热效率，每千克干烟煤耗1.2 kg，比普通密集烤房减少0.4 kg。新材料密集烤房采用气流下降式结构，风机和通风口都置于加热室底部，使得风机的风压和加热炉的热力均对烤房内空气循环流动形成推力，在烤房装烟量相同的情况下，可以选用功率较小的风机，平均每千克干烟电耗为 0.4 kW·h。新材料密集烤房的能耗平均成本为每千克干烟1.10元，普通密集烤房为1.58元，可降低能耗成本30.4%。

表4 不同类型烤房每千克干烟能耗成本比较

2.2.2 建造成本

新材料密集烤房的建造成本为2.75万元，普通密集烤房的建造成本为3.5万元。新材料密集烤房采用无机非金属材料制成的换热器，不仅降低了设备成本，更有效提高了设备的使用年限；采用烟闸方式装烟，相对于传统的烟竿编烟，装烟密度提高了30%以上，提高了设备使用效率；改进通风排湿系统，降低了配电设备采购成本。

2.3 烘烤质量

2.3.1 外观质量

新材料密集烤房所烤的烟叶外观质量比普通密集烤房的好。由表5可以看出，烤后烟叶颜色以桔黄为主，普通密集烤房烤出的烟叶颜色桔黄和柠檬黄约各占一半；成熟度、组织结构、身份差异不大；新材料密集烤房油分“有”，弹性好，优于普通密集烤房，主要原因可能是新材料密集烤房采用的风机型号较小，在烘烤过程中烟叶表面油分因风力较小，散失较少。

表5 不同类型烤房烤后烟叶外观质量比较

2.3.2 经济性状

从表6可以看出，即使采收的鲜烟叶素质相同，烘烤时由于烤房性能差异或烘烤不当，烤后烟叶的经济性状也会有差异。新材料密集烤房烤后烟叶的上等烟比例比普通密集烤房高9.4%，下等烟比例低3.2%，烤后烟叶均价13.04元/kg，每千克干烟产值提高了1.65元。

表6 不同类型烤房烤后烟叶经济性状比较

2.3.3 烤后烟叶化学成分

烟叶的化学成分协调与否直接影响烟叶的内在品质和香吃味[6]。表 7为两种类型烤房烤后烟叶的化学成分分析结果。结果表明，新材料密集烤房烤后烟叶的还原糖比例比普通密集烤房高1.25%，淀粉含量比普通密集烤房低0.97%，总氮含量比普通密集烤房高 0.43%，氯含量比普通密集烤房低0.02%，钾含量比普通密集烤房低0.35%。总体来看，新材料密集烤房烤后烟叶的化学成分比普通密集烤房协调，且还原糖比例有所提高，淀粉分解更为充分，有利于提高烤后烟叶品质。

表7 不同类型烤房烤后烟叶化学成分比较(%)

3 结论与讨论

(1)新材料密集烤房采用新型无机非金属材料制成换热器，提高了供热系统的供热稳定性、耐用性，在烘烤过程中，其平面温差和垂直温差变化幅度均较小，平面温差变化幅度为 0.1～1.6℃，垂直温差变化幅度为 0.8～2.4℃。烤房内温湿度场变化较为均衡。由于烤房专门设计有应对电力故障的自然通风门，提高了烤房的抗逆能力，降低了停电和设备故障对烘烤的影响，停电 1 h，烤房内温降不超过 2℃，大部分区域温降不超过 1℃，因此在电力供应不稳定的烟区较为实用，能够有效地保证烘烤工艺的实施，适应优质烟叶烘烤的需要。

(2)运用热动力学原理，对烤房内部结构进行优化设计，风机和通风口下置，使得风机的推力和热空气的升力形成合力，作用于烤房内空气循环，降低了通风成本，提高烟叶烘烤质量，降低能耗成本30.4%；设计应用烟闸和装烟推车，改进装烟方式，提高了编、装、缷烟劳动效率，降低了劳动强度。新材料密集烤房烤后烟叶外观质量较好，烟叶桔黄，油分足，组织结构疏松，化学成分较为协调，淀粉降解较为充分。

(3)尽管新材料密集烤房相对于普通密集烤房已经具备一定优势，但还有很对细节方面需要改进和完善，如：供热系统的组装模块需细化和完善，耐火板材料配方和粘合材料需要改进，粘合技术需要规范，炉门密封有待加强；烟闸在材料和生产工艺上有待改进，以降低成本，设计细节需要完善，以提高夹烟工效；采用空心砖建成的连体结构烤房之间受稳定影响较为明显，以后修建烤房时，如果墙壁的建筑材料仍然使用空心砖，不再建成连体结构。建议 2011年在进一步改进和试验的同时，进行小规模示范。

[1]中国农业科学院烟草研究所.中国烟草栽培学[M].上海：上海科学技术出版社，1987.

[2]宫长荣，潘建斌，宋朝鹏. 我国烟叶烘烤设备的演变与研究进展[J]. 烟草科技，2005，(11):34−36.

[3]蒋笃忠，高春洋，聂新柏，等.普通烤房密集化改造技术的研究[J].作物研究，2008，22(1)：36−38.

[4]陈少宾，宋朝鹏，邱崇浩，等.对烤烟专业化烘烤的几点思考[J].安徽农业科学，2008，36(33)：14619−14620，14658.

[5]王瑞新，韩富根，杨素勤，等.烟草化学品质分析法[M].郑州：河南科学技术出版社，1990.

[6]宫长荣.烟草调制学[M].北京：中国农业出版社，2003.