新型生物质密集烤房的应用效果研究

王承伟，范 伟，宾 俊，谭观萍，刘 芮，周冀衡*

（1湖南农业大学生物科学技术学院，长沙410128；2湖南农业大学烟草研究院，长沙410128；3云南省烟草公司保山市公司，保山678000）

新型生物质密集烤房的应用效果研究

王承伟1，2，范 伟1，2，宾 俊1，2，谭观萍1，2，刘 芮3，周冀衡1，2*

（1湖南农业大学生物科学技术学院，长沙410128；2湖南农业大学烟草研究院，长沙410128；3云南省烟草公司保山市公司，保山678000）

为减少烘烤能耗，降低烘烤成本，减轻环境污染，探讨烟叶绿色烘烤工艺，从烘烤成本、能耗、烤后烟叶质量及烟囱尾气成分等方面对新型生物质烤房与常规燃煤烤房进行了对比研究。结果表明，相较于常规燃煤烤房，生物质烤房提高了烤后烟叶的质量，提高了烤房热效率，每房烤烟减少能耗1.74×107kJ，降低用工成本150元，降低烘烤总成本50元，且烟囱尾气中CO与SO2均显著降低，减轻了环境污染，有利于绿色生态烟草农业的发展。

烟叶；烤房；密集烘烤；生物质燃料

烘烤是决定烟叶品质和可用性的关键因素。当前密集烘烤是我国烟叶烘烤的主要手段，全国已推广密集烤房10万多座，覆盖种烟面积的20%左右［1，2］。密集烤房与普通烤房工作原理相同，但密集烤房的装烟密度为普通烤房的2～4倍，便于集约化管理，实现了现代化烘烤［3～5］。当前烤房基本上采用燃煤为能源，热能利用率不高［6］。2005年宫长荣分析我国烤烟年产量约为150万吨，烘烤烟叶需要消耗煤炭225万～300万吨［7］。近十年来，烤烟年产量呈递增的趋势，对煤炭的需求也逐年增加，寻找烟叶烘烤能源替代途径已成为当前烤烟生产中亟待解决的问题［8］。生物质颗粒燃料是利用甘蔗渣、秸秆、锯木灰、玉米芯等，经过加工压制而成的块状环保新能源［9～11］。相较于传统能源，生物质能源更加清洁卫生，投料操作更加方便，减少了人工劳动强度，更符合减工降本的实际需要，应用前景广阔［12～15］。改进烘烤设备也是实现烤房现代化的必然选择。常规燃煤烤房烘烤过程中需要多次添加燃料，每次加料量不固定，导致烤房内温度忽高忽低，很难与烘烤工艺曲线靠近，常有烤坏烟出现，为烟农带来了非常大的损失［16～18］。目前，国内已有研究利用生物质燃料配套设备对烤房进行改进的，且效果明显［19］。但这些研究没有与常规燃煤烤房进行全面的分析对比。鉴于此，本研究从烘烤成本、能耗、烤后烟叶质量及烟囱尾气成分等方面着手，对生物质密集烤房与常规燃煤烤房进行了系统的对比研究，旨在减少密集烤房的能耗，降低烤烟烘烤成本，减轻对环境的污染，为改进烘烤设备实现烤房现代化提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验于2016年在云南省腾冲县界头镇西康河烘烤基地进行。密集烤房为十连体构造，选取3座密集烤房进行改装试验，各烤房的建筑材料、建造参数等指标一致。以当地主栽烤烟品种‘K326’为供试材料。选取大田管理规范、成熟度一致的上、中、下3个部位的烟叶进行烘烤试验。烘烤技术参照“三段式”烘烤工艺［20］。供试燃料为以锯木灰与秸秆混合为原料加工的生物质颗粒和普通褐煤。烤房烟囱尾气成分使用红外气体检测仪检测。

试验用生物颗粒燃料燃烧机为云南华意科技有限公司生产的“德烨”第三代机型，安全稳定、燃烧充分，并且与烤房控制器对接，可以智能控制加料量与加料速度。新型散热器为横式交叉排列的带有翅片的换热器，具有大面积散热及烟灰沉降室和沉降室内再燃烧等特点。

1.2 试验设计

试验设3个处理，如表1所示。采收成熟烟叶为试验烟叶。装烟使用不锈钢梳式烤烟夹，每房装烟380夹，每夹鲜烟重11.5 kg。在烘烤过程中记录燃料的使用量及用工情况。烘烤结束，记录烘烤用时、耗电量，计算烟叶烘烤成本；选取6夹烟叶，测干重，分级统计各等级烟叶比重及上、中等烟比例。数据统计分析使用excel、matlab等软件。

表1 烤房的处理方法Table 1 Treatmentmethods of baking room

2 结果与分析

2.1 空载条件下不同烤房升温性能比较

烤房温度需要符合烘烤工艺曲线，温度忽高忽低对烤后烟叶品质有很大影响。升温、稳温性能是评价烤房质量的重要指标。由图1可知，在烤烟三段式烘烤所需温度内，生物质颗粒燃烧机烤房升温性能优于常规立式炉烤房。由表2可知，生物质烤房稳温性能也优于常规燃煤烤房。这说明生物质烤房具有较好的升温、稳温性能，能更加满足精准烘烤的要求。

图1 空载条件下性能比较Fig.1 Performance com parison under the condition of no load

表2 各烤房关键稳温点实际温度（℃）Table 2 The actual temperature of the key point of stable tem perature in different baking room

2.2 能耗比较

烤房的能耗主要包括耗电量与燃料释放能量。电的热值为0.36×104kJ/kW·h，褐煤的热值为2.3×104kJ/kg，生物质颗粒的热值为1.6×104kJ/kg。由表3可知，常规燃煤烤房较生物质烤房单位能耗多3.0×104kJ/kg。试验烤房干烟重约为580 kg，可知单位常规燃煤烤房要多耗能1.74×107kJ。说明生物质颗粒燃烧机烤房能耗较少，能源利用率较高，有利于节能。

表3 不同烤房能耗比较Table 3 Energy consum ption com parison of different baking room

2.3 烘烤成本比较

烘烤成本主要包括用工成本和能耗成本。烘烤用工费由界头镇西康河烟农专业合作社统一核算，再折算为单位烤房费用［每20座燃煤烤房、生物质烤房分别需要4人、1人，资费200元/（人·d）］。由表4可知，单位生物质烤房能源成本需多花费约100元，用工成本可减少150元，烟叶烘烤总成本为T1＞T2＞T3。说明生物质烤房减少了烘烤总成本，单位烤房可节约成本约50元。此外T3较T2减少了燃料消耗量，减少了烘烤能源成本，说明新型散热器具有一定的节能效果。

表4 不同烤房每房烘烤成本比较Table 4 Cost comparison of different baking room

2.4 烤后烟叶质量比较

烤后烟叶的质量在一定程度上能够反映烤房性能的优劣。由表5可知，上、中、下3个部位烟叶中上等烟比例T3＞T2＞T1。生物质烤房的中上等烟比例较高，烟叶质量较好，表明生物质烤房提高了烤后烟叶质量，具有一定的经济效益。新型散热器的效果较好，提高了中上等烟比例，具有较好的经济效益。

2.5 烤后烟叶外观质量比较

由表6可知，不同处理烤后烟叶的叶片结构及身份差异不明显。T1的上、中、下部烟叶颜色以柠檬黄较多，油分略差。T2、T3烟叶的颜色以橘黄较多，且在油分及弹性上表现均较好。说明生物质烤房有利于烤后烟叶外观质量，特别是在提高烟叶颜色、油分和弹性方面有较明显的效果。

表5 不同烤房的烟叶烘烤质量比较Table 5 Comparisons of the tobacco leaf quality in different curing barn

表6 不同烤房烤后烟叶外观质量比较Table 6 Comparison of tobacco leaf appearance quality in different curing barn

2.6 烟囱尾气成分比较

烤房对环境的污染主要来源于烟囱尾气，比较烟囱尾气成分含量可有效选择对环境污染较少的烤房。试验使用红外气体检测仪测定了烟囱尾气中的CO、CO2、NOx、SO2等成分含量。选取相同烟叶部位、相同开烤时间的T1、T2烤房各一座，于开烤第1天至第6天，于烘烤关键稳温点检测烟囱尾气，共检测3次取平均值作为当天检测结果。由表7可知，T1和T2烟囱尾气中，CO2的排放量相当，而CO、NOx、SO2等成分含量具有较大差异。CO与SO2的排放量T1远大于T2，可多达几十倍。但NOx的排放量T2大于T1，排放量较大的原因有待进一步验证。

表7 生物质烤房与燃煤烤房烟囱尾气成分比较Table 7 Comparison of the flue gas components between biomass baking room and coal fired barn

3 讨论

新型生物质烤房是一种具有节能、环保，便于智能化、简约化管理的现代化烤房。从能源的应用前景分析，煤炭是不可再生资源，烧木柴需要砍伐树木，都会对环境造成较大影响。而生物质能源来源广泛，秸秆、甘蔗渣、锯木灰等等都可以制成生物质颗粒，可以很好的解决烟叶烘烤能源的需求，并且保护环境。新型生物质烤房智能调控烤房内的温度，升温、稳温易掌控，烟叶变色快，易定色，干筋时间缩短，在一定程度上避免了黑槽烟和挂灰烟。此外生物质烤房烘烤劳动强度和总成本降低，经济效益、烟叶等级结构和上中等烟比例提升，优势明显。烤房烟囱尾气成分检测发现生物质烤房CO、SO2的排放量较常规燃煤烤房显著减少，减轻了对环境的污染。烤房尾气中的NOx，可以通过改进燃烧的过程和设备或采用催化还原、吸收、吸附等排烟脱氮的方法进行处理或回收利用。

4 结论

本试验结果表明，生物质烤房燃料燃烧充分，升温、稳温性能较好，温度调节灵敏度高，每房烤烟减少能耗1.74×107kJ，降低用工成本150元，使烘烤总成本减少50元，提高了中上等烟比例与烟叶品质。同时新型散热器可提高烤房的热能利用率，减少能耗，两者联合使用可达到“节能、生态、降本”的效果。生物质颗粒燃烧机操作简易，用工少，改造简单，实施容易，能产生明显经济效益，在环保、推广、经济方面具有明显的技术优势和广阔的应用前景。

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Study on the App lication Effect of New Type Biomass Baking Room

WANG Chengwei1，2，FAN Wei1，2，BIN Jun1，2，TAN Guanpin1，2，LIU Rui3，ZHOU Jiheng1，2*
（1 College of Bioscience and Biotechnology，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China；2 Institute of Tobacco，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China；3 Tobacco Corporation of Yunnan Baoshan，Baoshan，Yunnan 678000，China）

In order to reduce energy consumption，baking cost and environmental pollution，the application effect of new type biomass baking room was studied.Comparisonsweremadebetween thenew typebiomass baking room and the conventional furnace baking，from the aspects of baking cost，energy consumption，tobacco leaf quality after baking and the composition of flue gas.The results showed that the new biomass combustion baking improved the quality of tobacco leaves after baking，improved the thermal efficiency of baking room，reduced the energy consumption of 1.74×107kJ per room，reduced the cost of labor costs 150 yuan per room.So the total cost of each room flue cured tobacco decreased by 50 yuan.The CO and SO2in the exhaust gas of the chimney were all significantly reduced，which can reduce the environmental pollution，which is conducive to the development of green ecological tobacco agriculture.

flue-cured tobacco；curing barn；intensive curing；biomass fuel

TS44＋1

A

1001-5280（2017）03-0302-05 DO I：10.16848/j.cnki.issn.1001-5280.2017.03.19

2017- 01- 04

王承伟（1991-），男，硕士研究生，Email：435253080＠qq.com。*通信作者，Email：jhzhou2005＠163.com。

中国烟草总公司云南省公司科技项目（2014YN32）；湖南省研究生科研创新项目（CX2015B237）。