天然气水暖集中供热密集烘烤效果

任 杰，白 茹，袁 威，饶 智，许建设，徐世峰，丁鹏辉，王海霞，孙福山*

[1.中国农业科学院烟草研究所，农业部烟草生物学与加工重点实验室，青岛 266101；2.陕西省烟草公司延安市公司，陕西 延安 716000；3.红云红河烟草（集团）有限责任公司，昆明 650231；4.山东中烟工业有限责任公司，济南 250014]

天然气水暖集中供热密集烘烤效果

任 杰1，白 茹2，袁 威2，饶 智3，许建设2，徐世峰2，丁鹏辉2，王海霞4，孙福山1*

[1.中国农业科学院烟草研究所，农业部烟草生物学与加工重点实验室，青岛 266101；2.陕西省烟草公司延安市公司，陕西 延安 716000；3.红云红河烟草（集团）有限责任公司，昆明 650231；4.山东中烟工业有限责任公司，济南 250014]

为研究天然气水暖集中供热密集烘烤效果，以烤烟秦烟 96 为试验材料，利用 25 座天然气水暖集中供热密集烤房和燃煤密集烤房，通过进行烤房烘烤对比试验，对两类烤房用工能耗及烤后烟叶等级结构、外观质量、化学成分和感官质量进行了研究。结果表明，与燃煤烤房相比，天然气水暖集中供热密集烤房能耗成本有所增加，但烤后烟叶橘黄烟比例增加，柠檬黄烟比例下降，上等烟比例和均价提高，烟叶外观质量改善，化学成分更加协调，感官质量评价档次更高。天然气水暖集中供热烘烤是一种烘烤用工量少、环境污染小、烤后烟叶质量好的烟叶烘烤新方法。

烤烟；天然气；水暖；集中供热；密集烤房；烘烤

目前，我国推广的密集烤房主要以燃煤为主，管理较粗放，烟叶烘烤能耗较高，大气污染物如烟尘、SO2、CO 等排放量较大，致使烘烤环节成为烟草农业生产主要的污染来源[1]。与燃煤相比，天然气作为一种清洁能源，热值高，能显著减少燃烧过程中 SO2、烟尘和 CO 等大气污染物的排放[2]。因此，一些发达国家如加拿大和美国的烟叶烘烤主要使用以天然气为能源进行供热的密集烤房（群）[3]。本研究前期在国内首次集成密集烤房技术、远程监控技术、水暖集中供热技术和液化天然气（LNG）气化技术，设计建造了 25 座天然气水暖集中供热密集烤房。液化天然气由低温槽车运至 LNG 气化站，以 LNG 气化站输出的天然气为燃料加热锅炉水，来自锅炉的高温水经循环水泵加压后通过供水管网送至各个烤房。高温水在换热器内加热循环风后经由回水管网重新返回锅炉由天然气进行加热，从而完成集中供热系统封闭循环。烤房系统通过无线通信链路将烘烤过程实时数据传递给远程监控系统，以实现对烤房群内每座烤房烘烤过程的实时监控。前期研究表明，天然气水暖集中供热密集烤房升温灵敏，温度控制精确，温湿度指标能够满足烟叶烘烤的要求[4]。但在前期研究中只对烤房群中的5座烤房进行了试验，而循环水系统仍在整个烤房群内运行，额外损耗了部分热能，此外，整个烤房群使用同一循环水系统，因此循环水系统运行所需的电耗成本也只能由5座烤房分摊，导致干烟能耗成本较高[4]。

本研究在前期研究的基础上，利用全部 25 座天然气水暖集中供热密集烤房，系统研究其能耗水平、烤后烟叶等级结构和均价、外观质量、化学成分协调性和感官质量，为探寻一种烘烤用工量少、环境污染小、烤后烟叶质量好的密集烘烤新设备提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为秦烟96中部烟叶。烘烤试验于2013年8—9月在延安南泥湾现代烟草农业示范园进行。试验用 25 座天然气水暖集中供热密集烤房和燃煤密集烤房，规格均为 8000 mm×2700 mm× 3500 mm，均为气流下降式密集烤房。

1.2 试验处理

设置天然气水暖集中供热密集烤房群和燃煤密集烤房群2种烘烤设备处理，其中2种参试密集烤房群各包括 25 座密集烤房，两类烤房采用同质鲜烟，按当地密集烘烤技术进行。每类烤房各选取2夹具有代表性烟叶放在两类烤房的二棚中间位置，不设重复。

1.3 观测项目

（1）对两类烤房烤后烟叶依据烤烟国标GB2635—92 进行分级，计算各等级比例以及橘黄烟、柠檬黄烟比例和均价，并进行烟叶外观质量评价。（2）对两类烤房 2 夹代表性烤后烟叶去除青杂烟后全部送农业部烟草产业产品质量监督检验测试中心进行常规化学成分分析和感官质量评价。（3）计算各处理烘烤后干烟耗气量、耗煤量、耗电量。

2 结 果

2.1 烤后烟叶等级结构

由表1可见，两类烤房烤后烟叶上等烟比例和均价差别较大，天然气水暖集中供热密集烤房烤后烟叶上等烟比例较燃煤密集烤房提高 7.8 个百分点，干烟均价较燃煤密集烤房提高 0.7 元/kg。橘黄烟比例增加而柠檬黄烟比例下降，天然气水暖集中供热密集烤房烤后烟叶橘黄烟比例较燃煤密集烤房提高 9.8 个百分点，柠檬黄烟比例下降 9.7 个百分点。此外，天然气水暖集中供热密集烤房烤后烟叶下低等烟比例略低于燃煤密集烤房，但差别不大。综合来看，天然气水暖集中供热密集烤房烤后烟叶等级结构优于燃煤密集烤房。

2.2 烤后烟叶外观质量

从表2可看出，天然气集中供热烤房烤后烟叶外观质量较燃煤烤房颜色有所加深，橘黄烟比例增加，油分增多，色度增强，烟叶外观质量有所改善。

2.3 烤后烟叶化学成分

从表3可以看出，两类烤房烤后烟叶总糖、还原糖、总氮、淀粉含量均在烤烟化学成分适宜范围之内[5]，但蛋白质含量和烟碱含量均偏低。与燃煤烤房相比，天然气集中供热烤房烤后烟叶总糖、烟碱、蛋白质含量略高。两类烤房烤后烟叶两糖比基本一致，但天然气烤房烤后烟叶糖碱比适宜，而燃煤烤房烤后烟叶糖碱比偏高。

表1 烤后烟叶等级结构和均价Table 1 Grades and average prices of cured tobacco leaves

表2 烤后烟叶 C3F 外观质量Table 2 Appearance quality of cured tobacco leaves

表3 烤后烟叶化学成分含量Table 3 Contents of main chemical components of tobacco leaves

2.4 烤后烟叶感官质量

从表4可以看出，天然气水暖集中供热烤房和燃煤密集烤房烤后烟叶香气量均较足，香气质较好，余味较舒适，微有刺激性，杂气较轻，燃烧性中等，灰色灰白。与燃煤密集烤房烤后烟叶相比，天然气水暖集中供热烤房烤后烟叶在香气量、香气质、余味、刺激性指标方面表现略优，在杂气、燃烧性和灰色方面则无差异。综合分析，天然气集中供热烤房烤后烟叶感官质量档次为中等+，而燃煤烤房烤后烟叶质量档次则为中等，天然气水暖集中供热密集烤房烤后烟叶感官质量优于燃煤烤房。

2.5 能耗及烘烤用工成本

从表5可以看出，两类烤房在能耗方面差别较大，烘烤需用煤 1.37 kg/kg，天然气 0.71 m3/kg，但由于天然气价格远高于煤炭价格，所以天然气水暖集中供热烤房气耗成本要高于燃煤烤房煤耗成本。此外，天然气水暖集中供热烘烤需要有循环水泵来维持热水循环的持续进行，电耗成本也略高于燃煤烘烤。但是，由于采用集中供热和远程监控系统，天然气集中供热密集烘烤用工较燃煤烘烤下降 0.57元/kg，一般 10 座燃煤密集烤房即需要 2 人昼夜轮换进行烘烤操作[6]，而对于天然气水暖集中供热烤房来说，1人即可对25座烤房进行烘烤管理。综合烘烤能耗及操作用工成本，天然气集中供热烘烤较燃煤烘烤高 1.11 元/kg。

3 讨 论

与燃煤密集烤房相比，天然气水暖集中供热烤房大幅提高了烤后烟叶的橘黄烟比例、上等烟比例和均价，明显改善了烤后烟叶外观质量、化学成分协调性和感官质量。究其原因，可能与天然气水暖集中供热密集烤房升温灵敏且对温湿度控制精确，不会出现燃煤密集烤房因加煤操作等而产生的温度波动现象有关[7]，而燃煤密集烤房虽然有微电脑控制的鼓风机对温度进行辅助控制，但目前主要还是通过人工司炉控制温度，司炉人员的经验性操作对烤房温湿度的影响更大[8]，与天然气或燃油密集烤房相比，燃煤烤房对温度的控制灵敏性和精确性较差[9]。而天然气水暖集中供热密集烤房温湿度控制精确（波动一般不超过±0.5 ℃）[4]，有效保证烟叶在合理烘烤工艺条件下发生一系列有利于改善烟叶品质的生理生化变化所需要的相对稳定且适宜的温湿度环境。而对于燃煤密集烤房来说，烘烤过程中温度波动较大，甚至会出现操作不当而导致的温湿度猛升骤降，不能为烟叶发生利于改善品质的生理生化反应提供稳定的温湿度条件。而研究表明，烘烤过程中温度波动越大，烟叶内含物质的损耗越大，烤后烟叶外观和内在质量均越差[10-11]。

表4 烤后烟叶感官质量Table 4 Smoking quality of cured tobacco leaves

表5 烘烤能耗及用工成本Table 5 The energy consumption and labor cost during curing

烟叶烘烤每烤次一般需要 5～7 d 时间，劳动强度较大，一名烘烤人员最多同时操作5座燃煤密集烤房的烘烤和烧火任务[6]，用工量较大，在中国劳动力成本逐渐上升的情况下，烟叶种植作为第一产业的稳定发展势必会受到烘烤用工的影响[12]。天然气水暖集中供热烘烤仅需1人即可对整个烤房群系统进行操作和控制，与燃煤密集烤房相比，具有安全、方便、快捷的优势，能够大幅降低烘烤操作人员的劳动强度，节省劳动用工成本。

天然气水暖集中供热密集烤房虽然在烘烤操作技术简便、节省用工、能保证烟叶烘烤质量等方面表现出较大优势，但由于目前市场天然气价格远高于煤炭价格，导致天然气集中供热密集烘烤能耗成本偏高。在只利用5座烤房的情况下，天然气集中供热烤房能耗成本较燃煤烤房增加 3.22 元/kg[4]，而在利用 25 座情况下，能耗成本则只增加 1.68元/kg。天然气集中供热烤房烘烤用工成本较燃煤烤房下降 0.57 元/kg，烤后均价提高 0.7 元/kg，折算后，较燃煤烤房能耗费用仅高出 0.41 元/kg。

有研究者设计了燃煤集中供热密集烤房，虽然烘烤能耗、用工等有所改善，但仍不能摆脱对燃煤的依赖，且烟尘、SO2等污染物排放量仍然较大[7]。目前各国都越来越强调节能减排、发展低碳经济[13]，而 10 座天然气集中供热密集烤房每烤次能有效减少烟尘、SO2和 CO 排放 500 kg 以上，能大大降低大气污染物排放，具有巨大的环保效应[4]。结合环保方面优势和集约化专业化烘烤的要求，天然气水暖集中供热密集烤房具有一定的推广价值。

4 结 论

与燃煤烤房相比，天然气水暖集中供热密集烤房烤后烟叶橘黄烟比例增加而柠檬黄烟比例下降，上等烟比例和均价提高，烤后烟叶外观质量改善，化学成分更为协调，感官质量评价档次更高。虽然能耗成本有所增加，但经折算后，能耗费用仅高出0.41 元/kg，具有一定推广价值。天然气水暖集中供热烘烤是一种烘烤用工量少、环境污染小、烤后烟叶质量好的烟叶烘烤新方法。

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Effects of Bulk Curing with Central Hot Water Heating System Fueled by Liquefied Natural Gas

REN Jie1, BAI Ru2, YUAN Wei2, RAO Zhi3, XU Jianshe2, XU Shifeng2, DING Penghui2, WANG Haixia4, SUN Fushan1*
(1. Tobacco Research Institute of CAAS, Key Laboratory of Tobacco Biology and Processing, Ministry of Agriculture, Qingdao 266101, China; 2. Yan’an Tobacco Company of Shaanxi Province, Yan’an, Shaanxi 716000, China; 3. Hongyunhonghe Tobacco Group Co., Ltd., Kunming 650231, China; 4. China Tobacco Shandong Industrial Co., Ltd., Jinan 250014, China)

In order to study the effects of bulk curing barns with central hot water heating system fueled by liquefied natural gas (LNG), cultivar Qinyan 96, twenty-five LNG curing barns and coal curing barns were used to investigate the grades, average prices, appearance quality, main chemical components and smoking quality of tobacco leaves after curing and the energy and labor force cost during curing. The results showed that the energy cost of the new LNG equipment was higher than bulk curing barns fueled by coal, but the use of this LNG equipment could improve leaf quality while labor cost were reduced. Bulk curing with central hot water heating system fueled by liquefied natural gas was a new method of tobacco curing.

flue-cured tobacco; liquefied natural gas, water heating, central heating supply, bulk curing barn, curing

S572.09

1007-5119（2014）05-0089-04

10.13496/j.issn.1007-5119.2014.05.017

陕西省烟草公司延安市公司科技项目“天然气水暖供热密集烤房研究与利用”（YAKJH-2012-05）；“延安烟区烟叶烘烤关键技术研发”（YAKJH-2012-04）

任 杰，博士，主要从事烟叶调制加工研究。E-mail：renjie@caas.cn。*通信作者，E-mail：sunfushan@caas.cn

2013-11-24