密集烤房热能高效利用装置研究

张勇　王锡金　刘涛

摘要 为提高密集烤房热能利用率，试验进行了烤房热能高效利用装置研究。结果表明：使用热能高效利用装置的烤房节能降本明显，热能利用率高，烤后中、上等烟比例及均价较高，可明显改善烟叶质量。

关键词 密集烤房；热能高效利用；节能

中图分类号 S572；S220.39 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）03-0154-02

近几年，伴随着现代烟草农业的快速发展，植烟大户、烟叶农场不断增加，密集烤房得以大面积推广应用。然而，密集烤房在应用过程中存在烟囱烟气及排湿气流余热未得到充分利用等问题[1-3]。本研究通过对现有的烤房构造，研究排湿气流及烟囱烟气高效利用的有效措施，对排湿气流余热及烟气余热进行高效利用，以提高燃煤利用效率、节省能源、保护环境。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验安排在山东省高密市柴沟镇董家庄烘烤工场进行，所用烤房为气流上升式密集烤房，供试烤烟品种为NC55。

1.2 热能高效利用装置

1.2.1 排湿气流余热利用装置。使用水循环，通过集热器对排湿气流中的余热进行回收利用，并且通过太阳能辅助加热，使热能高效利用，排湿气流余热高效利用装置具体见图1。

排湿口集热器由水箱1及冷凝管3组成，冷凝管3为272根直径1.5 cm不锈钢管交叉排列的阵列，两侧开口焊接在水箱上，集热器放置于排湿口外侧，尺寸与排湿口相同，均为40 cm×40 cm，工作时将300 L水箱装满水，排湿开关连通水泵开关，排湿气流排出时水泵即开始工作，排湿气流经过冷凝管时冷凝，排湿气流中的水分经过冷凝管时析出，然后通过集热器下方的接水槽排到排湿通道4的外侧，然后水分含量少的气流经过排湿通道回到冷风门处。太阳能辅助加热设施由菲涅尔透镜阵列5、水箱1、水泵9、散热器6组成，水箱1中的水通过菲涅尔透镜加热后，由水泵带动形成循环，水泵开关与冷风门开关一致，冷风门开启时，进入烤房中的冷风经过散热器6进行加热后再进入烤房。

1.2.2 排出烟气热能回收利用装置。使用水循环，通过集热器对烟气余热进行回收，烟气热能回收利用装置具体见图2。

该装置由集热部分和散热部分组成，集热部分包括竖向集热管2，下端为封闭结构，下探至烟囱最底端，上段开口连接集热器4，斜向集热管3包括多根，围绕在烟囱外侧，环状排列，2根之间间距为2～3 cm，下端为封闭结构，斜靠在烟囱外侧，上段开口连接集热器6，集热器6由支撑架12支撑在烟囱1顶端，两端各有出水口4和回水口5，出水口连接热水泵7，热水泵7连接输水管8，输水管8和回水管11连接的是散热部分，输水管8连接左侧散热器水箱9，2个散热器水箱中间焊接散热管10，右侧散热器水箱连接回水管11，回水管11与集热器4经回水口5联通。竖向集热管2、斜向集热管3为不锈钢管，集热器4为圆柱状，底面直径大于烟囱内径，底面距离烟囱顶部有一定的距离，散热器水箱为长方体不锈钢水箱，散热管10为叉状排列，散热部分的长度及高度略小于冷风门。烤房冷风门向外拓展80 cm，将散热器水箱9及散热管10置于冷风门内侧，将竖向集热管2、斜向集热管3、集热器6、输水管8、散热器水箱9、散热管10，回水管11内注满水，烤房点火后，烤房烟囱排出的烟气热量便可以加热竖向集热管2、斜向集热管3、集热器6中的水，开启热水泵7，集热器6中的热水便可以输送至散热器水箱9及散热管10，冷风门进风时，散热管10便对进入的空气进行加热，使烟囱烟气热量得到有效的回收利用。

利用太阳能加热的装置与烟气热能回收利用装置为并联结构。

1.3 试验方法

使用挂竿装烟方式，以上述安装余热回收利用装置的烤房作为处理，以当地常规气流上升式密集烤房作为对照，用2种烤房分别烘烤下、中、上3个部位鲜烟素质相近的烟叶，并分别记录烘烤时间、能耗成本、烟叶鲜干比、等级结构及烤后烟叶外观特征。

2 结果与分析

2.1 改造成本

经过详细统计，当地单座密集烤房的建设成本为22 410元，增加余热回收利用装置的烤房，投入成本则为5 620元。

2.2 烘烤时间

由表1可知，与常规对照相比，使用余热回收利用装置的烤房，变黄及定色期烘烤时间较长，干筋期时间短，总烘烤时间要长于对照。

2.3 能耗成本

由表2可知，与对照相比，使用余热回收利用装置的烤房，煤耗明显降低，平均烤出每千克干烟可节省煤耗0.14 kg，尤其是烘烤上部烟叶，单炉煤耗可节省19.5%。电耗略有增加。烤出每千克下、中、上部烟叶可分别节省能耗成本0.08、0.03、0.18元。

2.4 烟叶鲜干比

由表3可知，与对照相比，使用余热回收利用装置的烤房，鲜干比增加，下部、中部单叶重小，上部单叶重增加。鲜干比减小。

2.5 烤后烟叶等级结构

由表4可知，与对照相比，使用余热回收利用装置的烤房，中、上部烤后烟叶均价增加，上等烟增加比例明显。

2.6 烤后烟叶外观特征

由表5可知，与对照相比较，使用余热回收利用装置的烤房，烤后烟叶桔色明显比较多，色度比较强，这表明使用该余热回收利用装置，对烟叶的烘烤质量具有一定的提升作用。

3 结论与讨论

密集烤房排湿气流余热及烟气余热利用有诸多措施[4]，肖建国等[5]发明了一种烤烟密集烤房水循环冷凝排湿装置，使用水喷淋降温器对冷凝器循环水进行降温，可有效降低煤耗；谢良文等[6]设计了一种烟草密集烤房烟囱余热回收利用装置，利用铝制逆流换热管，回收烟囱烟气余热，并对排湿时通过冷风门的空气进行加热，对降低煤耗起到了一定作用。本研究通过使用水循环，使用集热管回收排湿气流及烟囱余热，并将回收的热量输送至置于冷风门处的散热器中，烤房排湿冷空气进入冷风门时，散热管对冷空气进行预热后再进入热风循环，投入成本较低，烤出每千克干烟可节省煤耗0.14 kg[7-8]，且烤后烟叶等级结构较高、外观质量较好，为研究密集烤房余热回收利用措施、增加能源利用率、 缓解环境污染压力具有推进意义[9-12]。

4 参考文献

[1] 云南省烟草农业科学研究院.烤烟密集型自动化烤房及烘烤工艺技术[M].北京：科学出版社，2012.

[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] 徐秀红，孙福山，王永，等.我国密集烤房研究应用现状及发展方向探讨[J].中国烟草科学，2008，29（4）：54-56.

[4] 宋朝鹏，贺帆，王战义，等.提高烤房热能利用率的途径初探[J].安徽农业科学，2008，36（18）：7743-7744.

[5] 肖建国，朱江涛，郭磊，等.烤烟密集烤房水循环冷凝排湿装置：中国，201120462526.3[P].2012-07-25.

[6] 谢良文，伍仁军，张隆伟，等.一种烟草密集烤房烟囱余热回收利用装置：中国，201420830549.9[P].2015-05-06.

[7] 何振峰，黄履明，李茂军，等.烟叶密集烤房余热利用技术研究现状和发展建议[J].中国农学通报，2016（13）：158-163.

[8] 杨彦明.密集烤房不同装烟方式烘烤环境响应及实效性分析[D].郑州：河南农业大学，2014.

[9] 程联雄.密集烤房熱能回收再利用研究与应用[D].长沙：湖南农业大学，2013.

[10] 刘显瑞.密集烤房全闭式循环排湿机理研究[D].昆明：昆明理工大学，2013.

[11] 邓勇.不同烤房类型的烟草烘制效果研究[D].长沙：湖南农业大学，2012.

[12] 陈付军.密集烤房供热系统性能比较的研究[D].郑州：河南农业大学，2008.