密集烘烤中远红外碳纤维电热加热技术研究进展

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(1 湖南农业大学农学院，长沙 410128； 2 贵州省烟草科学研究所，贵阳 550081)

2012-06-10

姜 均(1982—)，男，贵州遵义人，硕士研究生，主要从事烟草调制等研究，Email:nesser555@vip.qq.com。*通信作者，Email: yishuxie@sina.corn。

贵州省烟草公司资助项目(黔科合农G字(2009)4012)。

密集烘烤中远红外碳纤维电热加热技术研究进展

姜均1,2，谢已书2*，李国彬2，卢贤仁2

(1 湖南农业大学农学院，长沙 410128； 2 贵州省烟草科学研究所，贵阳 550081)

概述了烤烟烘烤加热方式的研究现状, 介绍了远红外加热技术的特点及工作原理，展望了烤烟烘烤加热方式的发展趋势。

烤烟；密集烘烤；远红外碳纤维；电热加热技术

烤烟的烘烤调制是确定烟叶最终质量和可用性的一个重要组成部分。经多年的研究，烤烟的烘烤调制基本已形成了一套完整的技术体系。烤烟烘烤设备已从传统的自然通风烤房发展到目前全面推广应用的密集烤房[1]。与传统烤房相比，密集烤房采用强制通风热风循环，并配有温湿度自动控制系统，具有提高装烟容量、减工降本、节约能源、烤后烟叶质量较好等优点[2～5]，已在生产中发挥出重要的作用。然而，目前我国的烟叶烘烤设备的加热方式依然是建立在传统燃料直接供热的基础之上，不但消耗了大量的不可再生能源，而且生产过程中劳动强度大，优质烟叶烘烤工艺要求的温湿度不易控制，并且煤燃烧产生大量的二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳等气体容易对加热设备造成腐蚀，且污染环境。因此，开发低碳排放、高效利用的清洁环保加热技术成了一个热门课题。

1 国内外烤房远红外加热技术研究现状

红外辐射一般称为红外线或红外，也叫热辐射。远红外辐射技术具有如下特点：1)辐射率高，黑度大，接近黑体黑度。2)具有与多种物质吸收红外线光谱相匹配的辐射能谱的分布。只要辐射器发射的辐射能全部或大部分集中在物料的吸收峰带，辐射能就会大部分被吸收，实现良好的匹配，达到节能的效果。3)由于物料表层和表层以下同时吸收远红外线，因此加热较均匀，制品的物理性能较好。4)远红外辐射没有热惯性，在很短时间内可以开始工作，也可以在很短时间内就停止工作，易于实现智能控制。另外，远红外还具有设备规模小、投资少、操作维修方便等优点。

红外线光波和辐射技术在国内外已广泛应用于食品、医疗卫生等诸多部门和领域[9～22]。美国早在70年代将远红外技术应用于烤烟的烘烤工艺，改善了烟叶外观和内在质量，提高了烟叶的香气味，节省了能源[23]。

20世纪90年代，针对传统烘烤加热方式速度慢，烟叶受热不均匀，热效率低等问题，我国烟草行业利用远红外的光波和辐射能力，先后研制了一系列的远红外烤烟涂料[24～30]。使用远红外涂料烤烟，其各个烘烤阶段温度均比未涂远红外涂料的烤房低 3～5℃。因此，烤出的烟叶油分、香气质好，香气量相应增加，颜色多呈枯黄色，烟叶的经济效益得到了提高[31～33]。但是由于涂料使用期只有一年，次年烤烟时需重新涂刷，所以烤烟烘烤仍然以传统能源(煤)作燃料。因此，发展高效、节能的烤烟烘烤加热技术仍是我国烟草行业面临的一个技术瓶颈。

2 烤房远红外电热加热技术的应用

在烟叶的烘烤调制中，将烤房原有的加热设备去除，保留循环风机，在加热室和装烟室内安装多组远红外线碳纤维电热管，组成远红外电热加热体系，用温湿度自动控制器和电源控制器进行控制。远红外碳纤维电热管通电发出热量，由风机将热量送入烤房装烟室，从而达到烘烤的目的。

2.1 远红外碳纤维电热加热技术工作原理

根据烘烤程序的控制，烤房内需要升到某个温度段时，通过温湿度自动控制器控制的远红外线碳纤维电热管加热程序开关自动打开进行加热；当达到所需温度时，通过温湿度自动控制器控制的远红外线碳纤维电热管加热程序开关自动关闭，立即停止加热。在变黄期只启用加热室内的远红外线碳纤维电热管加热，进入排湿阶段后同时启用装烟室和热风循环道内的远红外线碳纤维电热管加热。该技术适用于气流上升式密集烤房和气流下降式密集烤房，其差异为装烟室远红外线碳纤维电热管安装的位置不同。气流上升式密集烤房远红外线碳纤维电热管安装在装烟室四周的墙脚，气流下降式密集烤房远红外线碳纤维电热管安装在装烟室四周顶部。

2.2 远红外碳纤维电热管在烤烟中的应用

远红外碳纤维电热管主要有以下优点：1)升温速度快；2)远红外辐射效果好，具有显著的保健功能[34，35]；3)使用寿命长，其寿命(连续工作)≥6 000 h以上；4)有极高的热稳定性；

当远红外线辐射到烟叶后，一部分能量被烟叶吸收产生热能，一部分穿透烟叶而辐射到其他烟叶。因此利用远红外线烤烟传热速度快，温度均匀，保温性能好，具有缩短烘烤时间，节约燃料的优点。在烟叶变黄期和定型期，远红外线能增强烟叶酶类活性，叶绿素活性酶提高，从而促进叶绿素的分解，使烟叶实现光学催黄，可大幅度减少青烟的产生，而且能有效防止烟叶的棕色化反应。烟叶的油份和香气保存较好，提高了烟叶的烘烤质量。再加上温湿度、时间由自控仪自动控制，这样即省时、省力、省心，又能提高烘烤质量。整个烘烤过程不用烧煤，达到了节能减排、保护环境、省工降本的目的，促进了烤烟生产的可持续发展。

2010年，贵州省烟草科学研究所应用远红外碳纤维电热加热技术在烤烟密集烘烤中进行了试验研究，试验结果表明该技术完全能够满足烤烟密集烘烤，且具有显著的省工和烘烤温湿度精准控制的效果。

2.2.1 不同加热方式烘烤过程温湿度控制的有效性

由表1、2、3的结果可见，以煤炭作燃料加热烘烤，干球温度，在变黄阶段和定色阶段，实测温度与目标温度的偏差值为0.8～2.1℃，干筋阶段实测温度与目标温度偏差相对较小0～0.8℃；湿球温度，变黄阶段和定色阶段，实测温度与目标温度的偏差值为0.2～0.9℃，干筋阶段实测温度与目标温度相对较小0.1～0.3℃。

采用远红外碳纤维电热加热烘烤：干球温度，在变黄阶段，实测温度与目标温度的偏差值为0～0.6℃；定色阶段，实测温度与目标温度的偏差值为0～0.3℃；干筋阶段实测温度偏差较小，为0～0.2℃，控制精度比较准确。湿球温度，在变黄阶段和定色阶段，实测温度与目标温度的偏差值为0～0.2℃，干筋阶段实测湿球温度与目标温度一样没有偏差，控制精度准确。

表1 不同加热方式烘烤变黄阶段的温湿度状态(控制偏差)

表2 不同加热方式烘烤定色阶段的温湿度状态

表 3 不同加热方式烘烤干筋阶段的温湿度状态(控制偏差)

2.2.2 不同加热方式烘烤的成本比较

由表4可见，相同烤房采用不同加热方式烘烤对比，超导热管电热加热和远红外碳纤维电热加热烘烤烟叶的耗电成本是高于以煤炭加热的成本的，但由于无烘烤操作用工，因而运行成本明显低于煤炭加热烘烤，降低了烟叶烘烤的劳动强度。

表4 不同加热方式烘烤的成本比较

*注：当地电价0.5元/度、煤价1 200元/吨(无烟煤)。表中超导热管电热加热和远红外碳纤维电热加热耗电量包括循环风机不间断的耗电量(2.2kW)。用工成本60元/工。

3 结语

烟叶的烘烤调制过程需要消耗大量的热能，以煤碳为加热能源的密集烤房热量利用率低，能耗高，通常每千克干烟叶的耗煤量为1.5～2.5 kg，热能利用率仅为15%～20%[36，37]，并且产生大量的废气，对环境的污染比较严重。远红外碳纤维电热加热烘烤烟叶所需能源是电能，随着我国电力产业的快速发展，电力资源已越来越充裕，这项烟叶烘烤调制的技术革新和推广将能给国家和烟农带来巨大的社会效益和经济效益。

[1] 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].栽培与耕作，2010，(1)：10-11.

[2] 铁 燕，和智君，罗会龙. 烟叶烘烤密集烤房应用现状及展望[J]. 中国农学通报，2009，25(23)：260-262

[3] 王卫峰，陈江华，宋朝朋，等.密集烤房的研究进展 [J].中国烟草科学，2005，(3)：12-14.

[4] 郭全伟，侯跃亮，宗树林，等.密集烤房在烘烤实践中的应用[J].中国烟草科学，2005，(3)：15-16.

[5] 王方峰，谭青涛，杨 杰，等.不同气流运动方向密集烤房与普通烤房对比研究[J].中国烟草科学，2007，28(2)：17-18.

[6] 徐辰生，白万明，朱家亮.武夷山专业化烘烤模式探讨[J].中国烟草科学，2008，29(6)：17-19.

[7] 徐怀平.远红外加热技术[M].石家庄：河北人民出版社，1975.

[8] 白崇仁，谢秀英，苏 澎.食品干燥工程 [M].郑州：河南科学技术出版社，1993.

[9] 戴云云，丁艳锋，刘正辉，等. 稻穗部夜间远红外增温处理对稻米品质的影响[J]. 中国水稻科学，2009，23(4)：414-420.

[10]朱冬云，瑞 城 吴 成，等.基于远红外的农产品加工技术应用现状及前景[J]. 热带农业科学，2010，30(3)：44-47.

[11]徐凤英，李长友，陈 震. 荔枝真空远红外辐射过热干燥的特性[J]. 华中农业大学学报，2009，28(4)：495-499.

[12]陈兆凤. 浅谈远红外茶叶烘干机[J]. 贵州茶叶，1997，91(3)：34-35.

[13]赵绪明，孙传祝.热风与远红外组合加热式蔬菜脱水机的改进设计与试验[J]. 农产品加工，2007，112(9)：85-88.

[14]孙传祝，王相友，许云理.提高远红外蔬菜脱水机工作可靠性方法及试验[J].农业机械学报，2006，37(8)：171-174.

[15]黄 鸣，黎锡流，李泽坤. 微波与远红外线加热在食品加工中的应用[J].广州食品工业科技，2002，18(2)：60-63.

[16]申彩英，李 峰，朴在林.香菇远红外连续干燥主要工艺参数的试验研究[J]. 农机化研究，2006，(9)：132-134.

[17]刘建学，李红涛，朱文学，等. 远红外谷物干燥复合材料及其干燥效果研究[J]. 食品科学，2005，26(增刊)：46-48.

[18]李爱光， 朱卫星， 陈 方，等. 远红外烘干法蜜炙甘草对甘草质量影响的研究[J]. 时珍国医国药，2006，17(4)：516-517.

[19]张 迅，陈伟斌， 张 萍，等. 远红外技术的发展近况[J]. 红外技术，2003，25(5)：1-6.

[20]杨 华.远红外技术及其在食品工业上的应用与展望[J]. 包装与食品机械，2006，24(3)：46-50.

[21]程晓燕，刘建学. 远红外技术在食品工程中的应用与进展[J]. 河南科技大学学报，2003，23(3)：51-54.

[22]徐 刚，顾 震，徐建国，等. 胡萝卜热泵-远红外联合干燥工艺研究[J]. 食品与发酵工业，2009，35(6)：96-99.

[23]吴柳松，田 臣，芦云芳. 远红外在烤房中的运用[J]. 烟草科技，1995，(3)：42-43.

[24]李英鹏. 推广远红外线烤房高效节能烟叶质量好[J]. 云南农业科技，1995，(4)：14-15.

[25]陆必远. 应用远红外涂料是提高烤烟质量的关键技术[J]. 贵州烟草，1996，(2)：31-33.

[26]金汉郁，韩京松. 用远红外线烘烤烟叶[J]. 烟草科技，1983，(3)：39-41.

[27]高天荣，刘 玲. 远红外烤烟涂料[J]. 云南师范大学学报，1996，16(4)：57-58.

[28]童旭华. 远红外涂料在烘烤上应用效益与有效年限初报[J]. 中国烟草科学，1994，(1)：38-40.

[29]周恩肖.“金叶牌”远红外波烤烟涂料及其应用[J]. 烟草科技，1999，(1)：55-56.

[30]陆必远，刘大义. 烤烟远红外烘烤研究[J]. 中国烟草科学，1998，(3)：44-47.

[31]沈定荣，陈代勇.新型远红外涂料烤烟技术[J].四川农业科技，1999，(5)：43—45.

[32]张 云，姚 剐.使用远红外涂料烘烤烟叶的效果[J].陕西农业科学，2000，(1)：42—43.

[33]谢已书，陈晓明，王永刚，等. 远红外涂料在烤烟上的应用试验效果[J]. 贵州农业科学，2000,28(增刊)：67-68.

[34]周健儿，张小珍，王双华. 常温远红外辐射釉的研究进展及其功能[J]. 陶瓷学报，2004，2(6)：98-101.

[35]张兴祥，赵家祥. 远红外职务保健性能综述[J]. 1997，25(10): 604-606.

[36]宫长荣，王能如，汪耀富，等，烟叶烘烤原理[M].北京：科学出版社.1994.229.

[37]徐增汉，王能如，崔 焰，等.我国烟叶烤房的节能改革[J].安徽农业科学.2000，28(6)：795-798.

S572.092

A

1001-5280(2012)07-0167-04

10.3969/j.issn.1001-5280.2012.07.48

责任编辑：黄燕妮