打开文本图片集
摘要 [目的]探索烟叶烘烤燃煤的替代能源。[方法]对生物质压块、生物质颗粒和醇基3类燃料与常规燃料（褐煤）的烟叶烘烤效能进行对比研究。[结果]3种替代能源在燃烧烟气中主要污染物的排放明显低于常规燃料，烘烤过程中升温速度、稳温性能明显提高（除生物质压块外），整个烘烤工艺时间可缩短6～14 h，对初烤烟叶外观质量无明显影响；醇基燃料成本较高，烘烤综合成本约是褐煤成本的2.4倍，经济效益较差。[结论]生物质颗粒燃料可作为常规燃料（褐煤）的替代能源应用于烟叶实际烘烤工艺中。
关键词 烟叶；生物质压块；生物质颗粒；醇基；褐煤；烘烤效能
中图分类号 S509.2；TS44 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2016）33-0099-04
Effectiveness Comparative Study of Tobacco Curing on Different Alternative Energy Intensive Barn
GUO Da-yang， LIU Shang-qian*， XIAO Zhi-xin et al（Baoshan Branch of Yunnan Tobacco Company， Baoshan， Yunnan 678000）
Abstract [Objective] The aim was to explore alternative energy of coal for baking. [Method] The baking efficiency of biomass briquetting， biomass particles， alcohol and conventional fuel（lignite） was comparatively studied. [Result] The results showed that alternative energy during combustion flue gas emissions of major pollutants were significantly lower than conventional fuel， heating speed， stable temperature performance was improved significantly （except fot biomass briquetting）， baking process could be shorten 6-14 hours， no significant effect on the appearance quality of cured tobacco leaves， alcohol baking overall costs were increased by approximately 2.4-fold compared with lignite. [Conclusion] Biomass particles can be used as alternative energy of conventional fuel（lignite）.
Key words Tobacco leaf； Biomass briquetting； Biomass particles； Alcohol； Lignite； Baking efficiency
近年來，密集烤房在国内迅速推广，采用密集烤房比普通烤房1 kg干烟烘烤耗煤量降低0.88 kg，综合收益提高3.6元，节本增效明显[1]。同时，密集烤房具有装烟密度大、烤房容量大、烘烤工艺趋于自动化等特点[2]，在实际推广应用过程中取得了较高的经济效益和社会效益。但是，密集烤房的燃料主要还是依赖于燃煤，燃煤的使用在实际烘烤中带来较为严重的环境污染问题。据测算，一个20座规模的烤房群，整个烘烤季节排放烟尘4～5 t，CO2 160～220 t[3]，产生的 SO2 3.4～5.6 t，NOX 1.6～2.8 t[4]。随着人们对社会环境保护意识的不断增强，环境问题备受社会关注，烟叶烘烤作为耗能较大的环节，亟需研究开发燃煤的替代能源。目前，科技人员正致力于研究清洁能源的烘烤技术，如采用太阳能[5]、高温热泵[6]、醇基[7]、生物质等新型能源应用于烟叶烘烤，在解决烘烤过程中主要污染物的排放方面效果显著，但对不同能源对烤房的性能及烤后烟叶质量的综合比较研究较少。笔者主要针对保山市烟叶烘烤中主要的替代能源醇基、生物质压块和生物质颗粒3种燃料与常规燃料（褐煤）进行综合对比研究，以筛选出既环保又能满足当前烟叶烘烤需求的新型能源。
1 材料与方法
1.1 材料
燃料：生物质压块，生物质颗粒，醇基，褐煤；烤烟品种：K326，烘烤烟叶为适熟烟叶；烤房：卧式4台密集型烤房，根据生物质颗粒和醇基燃料燃烧特性对其燃烧系统进行改造，增加特制燃烧机。
1.2 方法
试验于2015年7—10月在保山市隆阳区汉庄烘烤工场中进行，除4种燃料提供不同外，其他烘烤操作统一采取专业化烘烤服务管理。
1.2.1 试验处理。
处理①：生物质压块燃烧系统+卧式4台密集烤房，燃料为生物质压块。
处理②：生物质颗粒燃烧系统+卧式4台密集烤房，燃料为生物质颗粒。
处理③：醇基燃烧系统+卧式4台密集烤房，燃料为醇基。
处理④：褐煤燃烧系统+卧式4台密集烤房，燃料为褐煤。
1.2.2 空载升温测试比较。
监测不同能源烤房空载条件下升温情况，以升温至60 ℃为停火温度节点，每个处理重复3次，记录烤房内升温至38、42、48、52和60 ℃ 5个温度节点时耗时，比较不同替代能源升温效能。
1.2.3 负载烘烤效能比较。
烟叶统一采取烟夹夹烟定量烘烤，统计烘烤过程中38、42、48、52 ℃ 4个关键稳温点干球温度的变化情况；烟叶入炉时标记10夹放在中台中间位置，用于对烤后烟叶等级结构及外观质量的评价；对烘烤过程中燃料成本、用工成本、烘烤管理成本进行统计，综合评价不同替代能源烤房综合烘烤效能。
1.2.4 排放主要污染物比较。
委托具有污染物检测资质的第三方检测机构，测定不同替代能源燃烧烟气中主要污染物CO2、CO、SO2、NOX的排放情况，比较不同燃料在减排方面的效能。
1.3 数据处理
采用用Excel和DPS软件对数据进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同替代能源对空载条件下烤房升温情况的影响
按照烟叶烘烤过程中的干湿球温度的监测方法进行温度检测点的布控，以烤房主控仪显示的温度为准，记录烤房内温度达到既定温度的时间，不同替代能源烤房内升温情况统计数据见表1。
从表1可以看出，烤房空载升温至60 ℃时生物质颗粒燃料耗时27 min，平均升温速度为1.19 ℃/min，显著高于其他能源燃料，较生物质压块燃料、醇基燃料、褐煤平均升温速度分别提高约693.3%、190.2%、561.1%，升温效果明显；生物质压块与褐煤平均升温速度差异不显著。从烤房内升至不同温度节点耗时可以看出，在升温至42 ℃以前，生物质压块燃料、生物质颗粒燃料、醇基燃料、褐煤4种不同燃料平均升温速度分别为0.22、1.20、0.63、0.25 ℃/min，42 ℃以后平均升温速度为0.15、1.64、0.37、0.18 ℃/min，说明生物质颗粒燃烧无滞后性，生物质压块、醇基、褐煤存在燃烧滞后性，尤其是醇基燃料燃烧滞后性较为突出，一定程度上可导致烘烤中后期能耗增加。
2.2 不同替代能源对烤房烘烤效能的影响
2.2.1 不同替代能源穩温性能的比较。
通过对中部叶烘烤过程中38、42、48和52 ℃ 4个稳温点进行动态监测统计，比较不同替代能源烤房的稳温性能；同时，监测变黄期、定色期和干筋期烘烤持续时间，比较对烘烤工艺耗时的影响，结果见表2、3。
从表2可以看出，生物质颗粒和醇基燃料在各个稳温点能够将温度控制在±0.5 ℃内，较好地执行烘烤曲线，可避免因温度大幅度偏离烘烤目标温度造成烟叶烘烤损失。生物质压块燃料在38和42 ℃时较好地实现稳温点控制，但在48和52 ℃掉温比较突出，偏离目标温度最大值分别为-0.7、-0.9 ℃；褐煤在42和48 ℃时能够较好地实现稳温点的控制，但在38和52 ℃稳温点分别偏离目标温度最大值为-2.4、1.1 ℃，说明褐煤在这2个稳温点温度波动较大，这可能与燃煤的燃烧特性有关。
从表3可以看出，替代能源烤房烘烤过程中变黄时间较褐煤（常规燃料）缩短4～6 h，干筋时间缩短3～7 h，定色时间差距不明显。整个烘烤工艺，采用生物质压块、生物质颗粒、醇基燃料耗时较褐煤分别降低3.7%、8.6%、6.1%。
2.2.2 不同替代能源烘烤成本比较。
烟叶烘烤由烟农合作社专业化服务队进行统一管理，统计烘烤过程中用工成本和能耗成本，见表4。
从表4可以看出，采用替代能源在烟叶烘烤过程中用工成本比褐煤（常规燃料）平均降低70%，由于替代能源烤房的燃烧系统进行了自动加料装置，耗电量增加，增幅在38.9%～79.8%。综合能耗和用工成本，生物质压块、生物质颗粒较褐煤分别提高了25%、13%；虽然醇基燃料在能耗量和用工数方面都明显低于其他燃料，但由于醇基燃料单价相对较高，其综合成本约是褐煤的2.4倍，约是生物质类燃料的1.9倍，烘烤综合成本较高。
2.2.3 不同替代能源烤后烟叶质量比较。
标记的初烤烟叶由专业化分级队员进行分级，按照专分散收流程统一交售，以农户交售报表为统计单位，进行经济性状比较；同时，由专业技术人员对初烤后的X2F、C3F、B2F 3个等级烟叶的外观质量进行比较，结果见表5、6。
从表5可以看出，采用生物质压块和褐煤燃料初烤烟叶级外烟叶比例较高，分别占7.8%、10.6%。生物质压块、生物质颗粒、醇基作为替代能源的中上等烟比例分别较褐煤提高2.8%、5.5%、6.0%，交售均价除生物质压块略低于褐煤外，生物质颗粒、醇基分别较褐煤提高6.0%、8.6%。
从表6可以看出，不同替代能源对初烤烟叶外观质量除醇基燃料X2F颜色为柠檬黄外，其他等级的外观质量基本相同，说明不同替代能源对初烤烟叶的外观质量影响不大。
2.3 不同替代能源对排放主要污染的影响
在烤烟工艺进行过程中实时监测烟囱中的烟气参数，根据多次实测的情况，平均得出烟气的具体成分，见表7。
从表7可以看出，醇基燃料燃烧系统输出的烟气温度为186.31 ℃，比褐煤燃料提高约2倍，生物质类燃料燃烧系统输出的烟气温度与褐煤燃料相当。从CO2排放情况可知，替代能源燃烧烟气中CO2含量比褐煤提高0.3～0.4百分点，说明更有利于替代能源的充分燃烧；从其他主要污染物排放情况可以看出，替代能源CO和SO2的排放明显低于褐煤，由于生物质类燃料主要成分为木质素和纤维素等，因此NOx排放明显高于褐煤燃料。不同替代能源燃烧烟气中总污染物排放（除CO2外）与褐煤燃烧相比，生物质压块减少2 779.90 mg/L，生物质颗粒减少2 781.40 mg/L，醇基减少2 655.40 mg/L，减排效果明显。
3 结论与讨论
通过对生物质压块、生物质颗粒、醇基3种替代能源与保山烟区烘烤常规燃料褐煤的烟叶烘烤效能的对比研究可知，替代能源燃料可以有效缩短烤房升温时间，有利于减少整个烘烤工艺时间，尤其是生物质燃料升温迅速，效果明显，对其烘烤工艺的优化有待进一步研究。同时，替代能源燃烧系统的改进可实现燃料的自动添加，在减工方面优势明显，还可实现燃料的精准投放，有利于烟叶烘烤过程中稳温点的控制，但由于替代能源的燃料成本较高，降本效果不明显，尤其是醇基燃料烘烤成本约为褐煤的2.4倍，不利于该技术的推广应用。生物质压块由于燃料体积较大，减少了有效燃烧面积，在烘烤升温阶段不利于温度的升高，对稳温点的控制也存在一定的制约。
此外，替代能源燃烧过程中烟气中主要污染物明显低于常规能源（褐煤），在环境保护方面具有明显的社会效益和经济效益，符合现代烟叶生产的发展趋势。替代能源对初烤烟叶的外观质量影响不大，对烟叶经济效益有一定的提升作用。
综合分析，生物质颗粒燃料作为燃煤的替代能源具有一定的优势，既能满足烘烤需求，又能实现清洁烘烤，在实际烘烤过程中具有较高的推广应用价值。
参考文献
[1] 王清，韦谊，艾复清.不同类型烤房烘烤效应研究[J].山地农业生物学报，2010，29（4）：308-311.
[2] 汤若云，段美珍.电热式密集烤房与燃煤式密集烤房比较试验初探[J].湖南农业科学，2012（21）：96-99.
[3] 宫长荣，陈江华，吴洪田，等.密集烤房[M].北京：科学出版社，2010.
[4] 王刚，何兵，谷仁杰，等.贵州烤烟太阳能热泵密集型烤房烘烤效果研究[J].耕作与栽培，2010（1）：10-12.
[5] 孙培和，王先伟，王法懿，等.高温热泵烟叶烤房的研究与应用[J].现代农业科技，2010（1）：252-253，256.
[6] 詹吉平，杜超凡，卢雨，等.醇基燃料密集烘烤应用效果初探[J].农业科学与技术，2015（10）：2334-2336.
[7] 王文杰，李峥，岳秀江，等.生物质压块及燃烧炉在烟叶烘烤中的应用效果研究[J].现代农业科技，2013（11）：11.