节能减排烤烟烤房技术研究进展

(1 湖南农业大学农学院，长沙 410128； 2 常德市烟草专卖局(公司)，常德 415000)

2012-09-28

邓 勇(1973—)，男，湖南临澧人，硕士研究生，主要从事烟叶生产与科研，Email:dy731101@163.com。

节能减排烤烟烤房技术研究进展

邓勇1,2

(1 湖南农业大学农学院，长沙 410128； 2 常德市烟草专卖局(公司)，常德 415000)

从智能控制系统和技术、余热共享技术、再生能源利用技术和节能减排技术及材料等方面系统阐述了节能减排烤烟烤房技术的最新进展，并指出应加强研究和推广热水热源、除硫固尘、远程控制系统和无线传输控制技术和余热共享技术，实现“节能、减排、省工、降本”。

节能减排烤房；太阳能；生物材料；烤烟

烤房是烘烤烤烟的专用设备。随着生产力的发展，烤房不断更新换代，经历了明火烤房、自然通风式普通烤房、热风循环烤房、普改密烤房、密集烤房等形式，并分别在当时的经济社会条件下形成了与烤房形式相适应的烘烤工艺。近年来，随着现代烟草农业的发展，我国烤烟种植区逐渐采用了密集烤房，其普及率逐年提升，适应了我国烟叶生产可持续发展的要求，而且代表了烘烤设备发展史上的必然趋势。密集烤房采用了风机、温湿度自动控制等烘烤设备，烟叶的烘烤质量得到明显提高，烘烤用工减少，烘烤成本显著降低[1]。随着烤房集中程度的提高，节能以及环保的矛盾日益突出。为实现“节能、减排、省工、降本”目标，本文从密集烤房的远程集中控制、集中供热、余热共享、再生能源等各项环保节能综合技术进行了阐述，以期为我国烤烟密集烘烤工艺的完善和密集烤房设备的发展提供参考。

1 智能控制系统和技术

烟叶烘烤是烤烟生产中的一个重要环节，烘烤房的温度需要按照烤烟工艺进行严格的监控。传统的烘烤过程主要依靠人工控制，存在操作误差大、反应不灵敏、预期结果滞后等缺点[2]。先进的烘烤工艺能凸显烟叶的优良性状，提高烤烟质量，增加烟草行业经济效益。为了提高烤烟烘烤房的温湿度精度和烤烟的烘烤质量，减少人为失误，前人研究开发了一系列烘烤工艺，如利用模糊控制技术控制推煤电动机工作时间和停止工作时间的方法[3]，设置温度传感器和湿度传感器的烘烤控制系统[4]，电脑多点连续监测无线控制系统[5]，新型指针式烟叶烘烤温湿度控制仪[6]，全自动烟叶烘烤温湿度控制器[7]，烟叶烘烤温湿度集中智能控制装置[8]，烟叶烘烤集中智能控制系统[9]，带无线遥控的空气能智能化烤烟设备[10]，专用于烤烟房的自动控温气化燃烧供热装置[11]，烟叶烘烤温湿度智能控制系统[12]，智能控制烟草干燥密集式燃煤烤房[13]，烤烟专用的空调控制器[14]等，实现了智能化、精准化、网络化，有效降低耗煤量，减少电能耗费，减少烟农的劳动强度，大大提高了烟叶的质量，最终实现节能减排。钟建伟[2]结合目前能源发展现状，提出构建光伏系统供电的烘烤系统，与电网并联，可单独给住宅供电，烤烟季节给烤烟房供电，并能实现烤烟房的温度控制。

针对目前烤烟生产中的三段式烘烤工艺和烟叶密集烘烤过程的特殊管理要求，设计烟叶烤房群烘烤过程无线监控管理系统。前人开发了烟叶烘烤无线远程监控系统[15]和具有远程监测功能的烟叶烘烤智能监测系统[16]，利用无线控制拓扑通讯技术，实现密集烘烤过程数据现场采集、远程无线传输和对烤房群的实时管理和反馈控制[17]。这些技术和方法能使密集烤房群管理效率提高两倍多，同时能够落实最优的烘烤工艺，节约成本，提高烟叶整体烘烤质量和生产效率，具有广阔的应用前景。

为了达到烤烟烤房操作简单，提高烤烟质量等级和烘烤自动化程度，提高烟农经济效益的目的，许池华[18]等人对热风循环智能化烤房的烘烤成本、初烤烟质量、效益状况等进行了研究，结果表明：与常规热风式烤房比较，智能化烤房操作过程简便安全，增质节能明显，在节约用煤、烘烤时间、提高烟叶质量等方面都较优，综合效益增加2 298.6元/hm2，经济效益明显。其他智能化装置和烤房同样具有可实现多功能智能化控制，操作简便，烘烤烟叶提质增香、烘烤过程节能降耗等优点[19,20]。

2 余热共享技术

烟叶在烘烤过程中的耗热情况是多方面的。根据热量的作用，可分为有效耗热和无效耗热两大方面[21]。从理论上讲，有效耗热是指烘烤烟叶必须要消耗的热量，如排除烟叶中水分所消耗的热量和用于排湿的空气升温耗热，一般占20%～35%。无效耗热包括排湿的无效热损失(10%～20%)、排烟热损失(15%～25%)、围护结构散热损失(10%～15%)、燃料不完全燃烧损失(5%～15%)、辐射热损失(5%～10%)、其他热损失(5%～10%)[22]。针对我国烤房现状，有人设计出了余热共享连体密集烤烟房[23～26]，并指出这种烤房能提高烤房热能利用率，减少烤房建筑占地面积，减少烤房建筑投资，满足了干旱烟叶和北方秋后水分小的烟叶烘烤变黄期对湿度的需求，提高烘烤质量，提高热能循环利用率，节能降耗效果明显，大大减轻了司炉员劳动强度，减少了烘烤用工。宗树林等人[27]为合理利用烘烤过程中产生的余热，设计开发了新型余热共享密集烤房，并指出可提高热能利用率20%，降低烘烤成本0.57元/kg，提高烤后橘黄烟叶比例，烟叶均价提高0.66元/kg。

3 再生能源利用技术

在烤烟烘烤期间利用太阳能替代部分燃煤，可以节能减排。通过对现有的密集烤房进行太阳能改造，在屋顶加装太阳能加热室，高温空气通过内循环管道与烤房的加热室、装烟室连通，提供辅助热源[34]。汪炳华等人[34]对改造的太阳能密集烤房进行烘烤效果研究，结果表明密集型烤房的太阳能改造简单易行，经济实用，节能效果明显；太阳能提供的热量可满足烟叶烘烤前期的需要，每千克干烟耗能比改造前降低20%～24%，社会效益与经济效益明显，证明太阳能密集烤房在光照好的烟区具有一定的推广价值。热泵型太阳能密集烤房[36,37]通过优化热泵供热循环系统，减少电能消耗，并利用太阳能，同时将排湿热循环利用，每千克干烟叶能耗成本大大降低，烟叶调制成本降低，烘烤烟叶质量好，节能效果显著。张家征等人[35]将普通密集烤房改造成热泵太阳能烤房或经济型太阳能烤房，分析发现，与普通密集烤房相比，上述两种烤房的能耗分别降低34%和24%，烘烤的烟叶质量也相当。何建华等人[38，39]采用高透光率材料、增加太阳能储热设备，将当前推广的大型密集烤房改造成真空集热太阳能辅助加热烤房，并指出对烤后烟叶等级质量的影响不大，中、上部叶每千克干烟节煤率均可达46%，烘烤能耗成本中、上部叶分别降低0.35元/kg和0.29元/kg，烘烤收益分别增加0.84元/kg和0.64元/kg，节本增效效果显著，推广前景可观。

生物质能是一种新型的高效清洁能源。生物质能源直燃气化烘烤烟叶装置[40]不同于传统的以煤炭做原料直接燃烧供应热能的烘烤方式，能解决现有分散式烤烟房的供能，热效率可达到65%，具有节能环保及燃料多样性等特点；维修操作简单，所需操作人员少；能源来源广泛，各种生物质能源和煤炭均可作为燃料，大田废弃的烟秆也可利用。向金友[41]研究用秸秆及煤不同配方压块环保燃料烤烟对烘烤过程中的工艺程度、燃料燃烧情况、燃料成本和原烟经济性状等方面的影响，论证秸秆与煤不同配方压块环保燃料烤烟的可行性，筛选出配方80%秸秆+20%煤混合压块代煤烤烟完全可行。有研究者提出了一种用秸秆压块燃料替代煤炭烘烤烟叶的配方[42]：以50%～100%的作物秸秆、0%～20%树皮、0%～25%粘土和0%～20%烟尘的配比制成烟草秸秆压块燃料，既能降低烟叶烘烤成本，为烟农增收节支，又节约了煤炭资源，还减少了烟草秸秆乱存乱放及烟叶烘烤对农村环境的污染，剪断了烟草秸秆带毒传播途径。还有研究表明，利用干柴和湿锯末[43]制作烤烟压块燃料，烤制的烟叶质量等级高，价格提高30%～40%，每烤制200～300 kg烟叶需柴和锯末成本仅250元，成本降低50%以上，效益非常显著。

4 节能减排技术

大力开发和利用各种高品质的节能材料，是节约能源、减低能耗，保护生态环境的迫切需求，同时又是实现我国21世纪经济和社会可持续性发展的要求。宋朝鹏等人[44]将纳米涂料喷涂于密集烤房装烟室内壁，可缩短烘烤时间16 h，每烘烤千克干烟叶节煤21.96%，节电12.5%，烤房热效率提高10.75%，上中等烟比例增加10.12%，烟农增收1 976.25元/hm2。裴晓东等人[45]采用无机复合材料改进散热器，发现，与钢制材料散热系统烤房相比，改进后的烤房升温快、散热性能好，设备成本降低975元/座，使用寿命延长7年左右，每千克干烟叶耗煤量及耗电量均降低，烤后烟叶上等烟叶提高1.57%，杂色烟叶比例降低3.69%，表明无机复合材料散热系统具有良好的推广应用前景。王怀珠[46]等人研究指出，陶瓷材料供热设备在烟叶烘烤过程中升温比较灵敏，排湿通畅，保温稳温能力强，整体能够满足烘烤的需要，在烘烤成本、烤后烟叶质量等方面和金属材料烤房基本一致，但是陶瓷材料供热设备在材料质量、技术参数和设计等方面还需进一步改进和提高。杨威等人[47]对新型无机非金属材料改造密集烤房进行研究，发现其烤房性能较好，烘烤过程中平面温差和垂直温差变化较小，烤房抗逆性好，加热炉散热效率高，通风排湿顺畅，降低能耗；烤后烟叶外观质量较好，烟叶颜色更鲜亮，桔黄烟所占比重增加，中上等烟比例提高;烤后烟叶化学成分更为协调，淀粉降解较普通密集烤房更充分，还原糖含量所占比例略高。

5 展望

随着烤房集中程度的提高，节能以及环保的矛盾日益突出。要实现“节能、减排、省工、降本”的目标，以后的研究应突出以下几个方面的工作：

(1)应加强研发热水常压锅炉作为热源，替代高压锅炉或油压锅炉，以减少安全隐患。

(2) 随着烤房集群数量的增加，燃气污染问题迫切需要解决，除硫固尘技术的推广应用必须加以重视。

(3) 烘烤工场烤房温湿度的集中控制近两年已纳入研究范围，采用有线温湿度集中控制，提高烤房的温湿度控制精确度，应加强远程控制系统和无线传输和控制技术研究。

(4)利用余热共享提高烤房利用率，解决上部烟叶一次性采烤时的烤房容量紧张问题。

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ResearchProgressoftheEnergySaving&EmissionReductionTechnologyofFlue-curingBarn

DENGYong1,2

(1 College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China；2 Changde Tobacco Franchising Bureau, Changde, Hunan 415000, China)

The paper systematically illustrated the latest development of the energy & saving flue-cured tobacco barn technology from intelligent control systems and technologies, waste heat sharing technology, the use of renewable energy technology and energy saving technology and materials, and noted that the research should be strengthened and promoted on the field of hot water heat source, sulfur-fixing system,,remote control systems and wireless transmission and control technology and waste heat sharing technologies, which would achieve the goal of energy saving, emission reduction, labor saving.

Barn combined with energy conservation and emission reduction technology；Solar energy; Biomass materials；Flue-cured tobacco

S572.092

A

1001-5280(2012)07-0163-04

10.3969/j.issn.1001-5280.2012.07.47

责任编辑：黄燕妮