可移动烟草秸秆催化燃烧设备研发应用

付忠杰 张富军 谭青涛

（1山东临沂烟草有限公司莒南分公司，山东莒南 276600；2山东临沂烟草有限公司，山东临沂 276003）

目前烟叶烘烤的主要燃料是煤炭，随着碳达峰时间临近，烟叶烘烤急需寻找替代热源。实践发现，可以利用烤烟秸秆、废弃烟叶、作物秸秆、树叶、树枝等生物质作为煤炭替代能源。为深入贯彻落实烟草行业对烟叶生产绿色、生态、特色、优质、安全的工作要求，解决煤炭烘烤污染重、成本高等问题，实现烟草秸秆的资源化利用，达到以烟养烟目标[1]，开展了可移动烟草秸秆催化燃烧设备研发工作。该试验在设备供风方式和保温等方面进行改进，燃料充分燃烧，满足烟叶烘烤需求。通过可移动烟草秸秆催化燃烧设备的研发及应用，取得了显著的效益。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验设备所用燃料主要是粉碎的烟草秸秆、树皮、树枝、棉秆、花生壳、锯末、煤炭等。

1.2 试验方法

1.2.1 可移动烟草秸秆催化燃烧设备设计。可移动烟草秸秆催化燃烧设备由燃烧炉、集装箱两大部分组成，具体构造见图1。

燃烧炉采用“燃烧室二次催化燃烧”原理，设计独特的二次燃烧室结构，将初次燃烧室内未燃尽的烟尘送入二次燃烧室催化再燃，能够有效提高热值利用率，显著减少烟尘产生和有害气体排放（图2）。

1.2.2 可移动烟草秸秆催化燃烧设备的性能和效益。从性能指标以及效益指标方面比较可移动烟草秸秆催化燃烧设备与普通燃煤立式炉的区别。

2 结果与分析

2.1 性能

通过1年的研发和推广应用，可移动烟草秸秆催化燃烧炉具有以下几方面性能。①燃料来源。可移动烟草秸秆催化燃烧设备主要以粉碎的烟草秸秆为燃料，也可以使用粉碎的树皮、树枝、棉秆或者花生壳、锯末、煤炭等，解决了传统燃烧炉原料单一问题。②热值利用率。设备炉体采用二次催化燃烧结构，热值利用率达到93%，而传统燃煤炉的热值利用率一般为78%～85%，热值利用率显著提高。推广数据显示，可实现上年度0.08 hm2烟草秸秆、烘烤本年度0.07 hm2烟叶的燃料需求。③清洁无污染。可移动烟草秸秆催化燃烧炉研发成功后，由第三方专业机构对环保指标进行检测，结果见表1。可知，可移动烟草秸秆催化燃烧炉在废气和烟尘排放方面显著优于普通燃煤立式炉，更符合环保要求。④设备可移动。设备使用废旧冷藏集装箱作房体，烤房容量与普通烤房差异不大，且可根据烟叶布局调整进行迁移，改变了传统烤房无法移动的缺点，实现了资源有效调配利用[2]，节约了重复建设成本。⑤保温性能好。设备配套的集装箱用厚65 mm聚氨酯夹芯板制成，防腐性能好，强度高，寿命可达30年，导热系数≤0.020，绝热性能是普通砖混墙体的30倍，保温保湿性能好。

表1 不同设备烟尘排放物检测结果

2.2 效益

2.2.1 经济效益。2020年，试验安装可移动烟草秸秆催化设备10座，承担面积13.3 hm2。7月20日开始装炉，9月2日烘烤结束，共烘烤52炉次，累计节约0.51万元。烤后烟叶色度和油分较普通烤房明显提高，上等烟比例提高2.6%，收入58 729.2元/hm2（不含补贴），比全县单位面积收入57 440.4元/hm2高1 288.8元/hm2；公斤干烟耗烟草秸秆2.38 kg左右。

设备使用不同燃料成本见表2。可见，使用烟草秸秆的成本最低，符合烟农生产需求。同等条件下，以燃烧煤炭和生物质压块的燃烧炉为对照，对烟叶烘烤成本（不含人工）进行比较可知，配套可移动烟草秸秆催化燃烧炉的烤房烘烤成本明显低于其他烤房。

表2 不同类型燃料应用成本对比

2.2.2 生态效益。一是设备摆脱了对煤炭的依赖，探索出了秸秆资源化利用路子，燃料就地取材，加快了新旧动能转换；二是设备主要以烟草秸秆为燃料，显著提高了烟农及时拔除、收集秸秆的积极性，在一定程度上减少了因秸秆拔除过晚造成的土壤养分过度消耗；三是及时拔除烟草秸秆，有利于减少病虫害的田间越冬寄主，降低次年病虫害发生概率。

2.2.3 社会效益。一是解决了烟草秸秆和其他作物秸秆收获后私存乱放带来的环境污染和火灾隐患问题，符合美丽乡村建设要求；二是有效降低了烟叶烘烤季节的烟尘和二氧化硫排放，社会反响好。

3 结论与讨论

综上所述，使用可移动烟草秸秆催化燃烧设备，取得了显著的经济效益、生态效益和社会效益。一方面，节约了成本，提高了烤后烟叶色度、油分以及上等烟比例[3-4]；另一方面，探索出了秸秆资源化利用路子，减少了烟田次年病虫害发生概率，降低了烟叶烘烤季节的烟尘和二氧化硫排放量，减轻了环境污染。

根据当地实际，应高点定位、提前谋划，从燃料储备、绿色防控、精准烘烤、灰分还田等方面进一步强化措施，着力推进环境友好型烟叶烘烤。①燃料储备。采用3种方式储备燃料。一是针对小户，在供给烟草秸秆催化燃烧炉的同时，配套相应的烟秸粉碎机，引导烟农自己收集自家烟秸、自己粉碎，自给自足。二是针对大户和烘烤工场，建立固定的秸秆粉碎场所，免费为烟农提供来料加工服务，粉碎的秸秆同样满足自己来年使用需求。三是针对专业化烘烤工场，一方面收购烟农的秸秆，专业收集、统筹使用，另一方面让烟农交售秸秆充抵烘烤费用；同时，改进粉碎机械，探索降低秸秆沙土率方法，减少燃烧结焦现象发生。②绿色防控。将可移动烟草秸秆催化设备烘烤和绿色防控相结合，积极引导烟农及时拔除烟草秸秆，清除病株残体并将其清理出烟田，有效减少初侵染源；结合拔秆适时冬耕将烟田土地翻晒，减少土壤中越冬病虫，减少农药使用，提高烟叶安全性。③精准烘烤。积极探索配套使用方法，采取精准技术培训，实现烟叶固柔增香。加强烘烤技术培训，提高技术员的综合能力。根据品种特性、烟田长势和烤房特点等因素，制定不同烤烟方案，保证烟叶烤软烤香。④灰分还田。烟秸燃烧后能产生5%～8%的灰分，其富含多种微量元素[5-6]，是传统的烟田肥料。在烘烤期间及时将灰分收集起来，用于烟田肥料，变废为宝，能有效增加土壤肥力，为下一季烟苗生长提供绿色肥料，减少烟农投入，促进烟叶生产可持续发展。