空气源热泵加热设备在烟叶烘烤上的应用

徐 蕊，谭效磊，张玉山，张平德，刘仁高，王明辉，王 滨*，徐海荣

（1.山东临沂烟草有限公司沂水分公司，山东沂水 276400；2.山东临沂烟草有限公司，山东临沂 276000）

0 引言

近年来，热泵技术在烟叶烘烤中得到了有效应用。温度和湿度是影响烤烟质量的关键因素，有些学者[1-4]研究认为，烤房内部平面温差和垂直温差较小，烤后烟叶质量好、颜色均匀度好、杂色烟比例小。从使用热泵加热设备和燃煤加热设备进行烤烟烘烤试验，分析其烘烤工艺、烘烤成本及对烤后烟叶产质量的影响，为提高烟农产值效益提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点：沂水县烘烤工场，试验品种：NC102

1.2 试验设计

所选烟叶种植各项农事操作均严格按照《山东省公司烟草农业综合标准体系》进行，均为正常成熟烟叶，且成熟度一致。

1.2.1 烘烤成本研究

通过对比热泵加热和现有燃煤加热设备的优缺点，开展烘烤试验研究。设置2个处理，分别为T1：普通砖混密集烤房（配备热泵加热设备）；T2：普通砖混密集烤房（配备燃煤加热设备）。开展烟叶烘烤试验，测算各处理烘烤用工成本。

1.3.2 配套烘烤工艺研究

在烘烤过程中，均使用中部烟叶分别于定色期、干筋期开展烘烤工艺研究，对照采用“8点式精准密集烘烤工艺”。

1）定色前期温度对烟叶质量的影响。3个处理。定色前期温度分别为DW1：45℃、47℃；DW2：45℃、48℃；DW3：44℃、46℃。除处理不同外，按照“8点式精准密集烘烤工艺”进行。

2）干筋期湿度对烟叶质量的影响。设3个处理。GS1低湿（38℃）：干球68℃时，湿球38℃；GS2中湿（40℃）：干球68℃时，湿球40℃；GS3高湿（42℃）：干球68℃时，湿球42℃。除处理不同外，按照“8点式精准密集烘烤工艺”进行。

3）干筋时间对烟叶质量的影响。设3个处理。在烘烤干筋期干球温度68℃时，湿球40～42℃，烘烤时间分别为GS11：全房烟筋全干停火；GS22：全房烟筋全干后延长6 h停火；GS33：全房烟筋全干后延长12 h停火。除处理不同外，按照“8点式精准密集烘烤工艺”进行。

2 结果与分析

2.1 烘烤成本研究

2.1.1 烘烤过程污染物排放

通过两类烤房的对比，T1烤房以电能代替燃煤，对于当地的环境来说减少了燃煤所减少的排放。T1与T2相比，每炕烟叶CO2减排1745.1 kg、SO2减排52.5 kg、NOX减排26.25 kg、粉尘减排476 kg（表1）。

表1 两种烤房排放污染物对比表（炕/kg）

2.1.2 烘烤用工对比

由表2可以看出，T1与T2相比，T1每炕人工费为42元，T2每炕人工费为175.5元，T1比T2每炕减少133.5元。

表2 不同烤房用工情况对比统计表

2.1.3 烘烤成本比较

各处理烘烤成本比较见表3，可看出，T1、T2相比，每kg干烟烘烤成本基本相当。

表3 不同烤房烘烤成本比较表

2.1.4 烤后经济性状比较

从表4可以看出，T1烟叶收购均价为24.55元/kg，T2烟叶收购均价为24.04元/kg，T1比T2高0.51元/kg。

2.1.5 烤后烟叶化学成分比较

从表5可看出，T1与T2在化学成分方面无明显差异。

表5 烤后烟叶化学成分比较表

2.1.6 烤后烟叶评吸结果分析

将烤后烟叶评吸结果统计如表6所示。从表6可看出，热泵烤房中、上部烟叶评吸质量得分均高于普通烤房，主要原因是热泵烤房的升温、稳温性能比较稳定，且热泵烤房上下棚温差比普通密集烤房小，烤后烟叶内在质量较好。

表6 不同烤房烤后烟叶评吸结果比较表

2.2 配套烘烤工艺研究

2.2.1 定色前期温度对烟叶质量的影响

1）对烤后烟叶外观质量的影响。不同定色前期温度处理中部叶烤后烟叶外观质量如表7所示。由此可以看出，整体外观质量上，DW3处理好于DW2处理，DW2处理好于DW1处理，DW1处理颜色偏暗淡，色度发暗，DW2和DW3处理颜色较鲜亮。

表7 不同定色前期温度处理中部叶烤后烟叶主要外观质量评价

2）对烤后烟叶经济性状的影响。由表8可知，三个处理间差异明显，DW3处理上等烟比例、均价较显著高于DW1、DW2处理，下等烟及杂色烟比例显著降低，均价为29.36元/kg。DW2处理居中，为26.92元/kg。DW1处理最低，为24.87元/kg。

表8 中部叶不同定色前期温度处理烤后烟经济性状

2.2.2 干筋期湿度对烤后烟叶质量的影响

1）对烤后烟叶外观质量的影响。不同烘烤工艺处理中部叶烤后烟叶外观质量如表8所示。由此可以看出，GS2和GS3处理颜色较浅，但颜色均匀度、色度好些；GS1处理颜色较深，但颜色均匀度、色度差，GS2处理身份比GS1和GS3处理显薄。处理间整体外观质量差异不明显。

2）对烤后烟叶经济性状的影响。由表9、表10可知，GS1处理上等烟比例、均价最高，为28.78元/kg，GS2和GS3处理差异很小。

表9 不同干筋期湿度中部叶烤后烟叶主要外观质量评价

表10 中部叶不同处理烤后烟经济性状

2.2.3 干筋时间对烤后烟叶外观质量和经济性状的影响

1）对烤后烟叶外观质量的影响。不同干筋时间处理中部叶烤后烟叶外观质量如表11所示。由此可以看出，三个处理烟叶整体外观质量较差，GT33处理和GT22处理好于GT11处理。GT33处理色度、油分、柔韧性相对较好，GT11处理整体明显较差。

表11 不同干筋时间处理中部叶烤后烟叶主要外观质量评价

2）干筋时间对烤后中部烟叶经济性状的影响。从不同干筋时间处理中部烟叶经济性状来看，GT33处理经济性状表现最好，上等烟比例和均价最高，其次是GT22处理（表12）。

3 结论

1）不同烘烤工艺对烟叶质量影响。对于定色前期温度，综合烤后烟叶外观质量、经济性状，中部烟叶采用DW3处理（定色前期干球温度分别为44℃、46℃），有利于烤后烟叶质量和经济性状的提高；干筋期采用湿度较低于提高烟叶的经济性状，较高湿度利于改善烟叶的外观质量。中部烟叶密集烘烤适宜的干筋时间为GT3处理，即全房烟筋干后延长12 h。

2）对自然环境的影响。以电能代替燃煤烘烤，减少燃煤所产生的CO2、SO2、NOX、灰尘的排放，减少了加煤和清渣的工序，减小劳动强度，节省人工成本。

3）对烟叶产质量的影响。控温控湿精准，干球温度控制在±0.5℃，湿球温度控制在±0.3℃范围内，由于烤房内升温、稳温性能较好，温度均衡性和上下棚温差差异较小，可有效避免挂灰、洇筋、洇片等靠坏烟现象。烘烤时，烤房内温湿度分布相对比较均匀，烤后产值效益高，烟叶评吸质量好。从设备使用情况来看，热泵烤房在应用稳定性及节约成本等方面都有比较优越的表现，具有良好的推广应用可行性。