汉中茶叶杀青机能源利用现状及改进措施

吴航 王政委 秦霞

(1.陕西汉中职业技术学院 723000；2.南郑县蚕茶果技术推广中心 723100)

汉中茶叶杀青机能源利用现状及改进措施

吴航1王政委2秦霞2

(1.陕西汉中职业技术学院 723000；2.南郑县蚕茶果技术推广中心 723100)

茶产业发展越快，在生产过程中所消耗的能源也越多，传统制茶过程中杀青需要大量木柴、煤炭等能源。在能源紧缺、生态环境日益恶化的今天，高效利用现有能源，加大清洁新能源开发利用，传统动能转型升级势在必行。阐述了汉中地区制茶能源的利用现状，并提出了相关建议。

汉中；茶叶；能源

汉中属我国茶区最北缘，具有与茶叶内质正相关的纬度高、海拔高、云雾几率高的先天优势，自古产茶，以绿茶生产为主，红茶、白茶、黑茶皆有生产。汉中是陕西，乃至整个西北最大的茶叶生产基地，2015年全市茶园面积达7.1万hm2，其中投产茶园4.5万hm2，无性系良种茶园2.6万hm2。全市加工企业917家，其中省级龙头企业11家，市级龙头企业29家，建有清洁连续化生产企业33家，生产线68条。

1 汉中杀青机能源利用现状

1.1 杀青机大多以木柴、煤炭作为燃料

据统计，汉中茶叶加工企业有917家，建有清洁连续化生产企业33家，占总数3.6%。许多小型茶叶加工企业主要分布在山区，这些地方往往地势偏僻，交通不便，茶叶生产过程中，能源利用最初是选用木柴，以绿茶生产为例，消耗木柴量最大的是杀青环节。据湖北十堰市竹山县张永波试验，每消耗15kg木柴生产1kg干茶，投入与产出比例达6.6%，消耗量很大[1]。随着加工技术不断发展，能源开发利用，煤炭能源又被广泛应用到茶叶生产的过程中。据试验，加工1kg干茶需消耗2kg煤炭，大大提高了能源利用率，降低了企业生产成本。

但是从现在能源利用角度来看，第一，木柴、煤炭燃烧利用率低，严重破环生态环境。第二，杀青时使用木柴、煤炭作为燃料，易对茶叶品质带来不良影响。第三，茶业为绿色朝阳产业，使用木柴、煤炭作为燃料，污染大，与初衷背道而驰。由此可见，新能源利用势在必行。

1.2 电能成为新型杀青机的首选能源

电能是一种应用最广泛、使用最方便、最清洁的能源。随着茶叶杀青机的不断更新，电能已被广泛使用。例如陕西绿娇子农业开发有限公司采用电能进行汉中仙毫的杀青处理，每加工1kg干茶，消耗6度电。电能在茶叶生产上的应用，很大地提高了杀青叶的品质和茶叶的产量，很好地应对了当前人工短缺和生产过程中污染大等问题，实现了茶叶生产规模化和清洁化生产。

1.3 液化气、天然气新能源的应用

茶叶清洁化生产是未来茶产业发展方向，液化气和天然气具有燃烧完全、运输方便、温度稳定以及能满足长时间加工作业等优点，是茶叶生产过程中的热门能源。

例如，陕西绿娇子农业开发有限公司近年引进的炒青生产线就是采用液化气为能源，生产1kg干茶，只需消耗0.5kg液化气。但是在使用液化气的过程中需要有安全设施的投入，费用较燃煤高，一些茶企难以承担。

2 能源利用存在问题

2.1 能源浪费率高

全市茶叶加工企业917家，其中96.4%的茶企仍然在使用煤炭作为制茶能源。在杀青的实际操作过程中存在煤炭燃烧不充分、热效率低的问题，未完全燃烧的煤炭随炉灰排放掉，无形中增加了煤炭使用量，从而增加加工成本。

2.2 污染严重

制茶基本能源为煤炭，传统茶叶杀青机并无燃煤废气脱硫除尘装置，所产生的二氧化硫、灰尘、氮氧化物等有害物质完全排放到大气中，污染严重;其次，传统杀青机械设备集中在一个车间，老化的或排烟不畅的机械易将烟尘带进加工车间，直接污染茶叶，严重影响茶叶品质。

2.3 新能源利用成本高

据试验，生产1kg干茶消耗2kg燃煤，燃煤时价按400元/t计算，则需燃料费用0.8元；生产1kg干茶消耗0.5kg液化气，液化气时价按10元/kg计算，燃料费用4元;生产1kg干茶消耗7度电，电价按0.9元/度计算，电费6.3元。由此可见，使用煤炭成本低，清洁化能源成本高，推广比较困难。

3 改进措施

由于推广新能源所面临的现实难度，除了需要相关部门加大宣传，采取切实可行的帮扶措施鼓励和支持茶企积极引入清洁化生产设备和技术外，怎样能够对现正投入使用的茶叶杀青机进行改造，以降低污染，提高热效率就成了迫在眉睫的事情。

3.1 改造炉灶结构

王世斌[2]以80型杀青机为对象，将两个炉灶结构相同但燃烧室不同的杀青炉灶进行测试。研究指出炉栅大小、长宽比、炉条数、条间隙、炉膛深宽、吊火高度及炉门规格等都与煤是否完全燃烧有着很大关系，燃烧室结构与燃料的充分燃烧、热能的利用率关系密切。合理的燃烧室结构既能节约能源，又能保证杀青所要求的温度。

圆炉膛比方炉膛的传热效果更均匀，可有效减小炉壁表面积，以达到降低散热损失的效果。[3]可借鉴黄汉云[4]对于一般大型炉灶构造的技术，将炉栅以一定角度倾斜，使炉栅的垂直切面呈倒梯形，由此增大了燃料接触氧气的面积。同时加设二次通风口，使可燃气体在灶膛内充分燃烧，增加可燃物的燃烧时间，提高热效率。

3.2 燃料的处理与选择

鉴于我国大部分的茶叶加工生产过程中的燃料还是以煤为主，煤不能最大限度地完全燃烧便成了制约杀青机热功效的因素之一。

煤是极复杂的有机岩，除了不燃的无机部分，比如水分和矿物质，还含有可燃的有机部分，比如固定碳。煤的发热量与其中水分、灰分含量成反比。选择合适的煤直接关系到能源成本和杀青温度。

以燃烧煤为热源的杀青机最常见的热损耗即是固体不完全燃烧热损，且所占比重较大，这就同燃煤的颗粒大小相关。对于一般杀青机而言，空气都是从炉灶下端通过炉条间隙进入参与燃烧。若燃煤粒径过大，燃烧产生的灰壳附在煤球表面阻隔了燃质与氧气有效接触；若燃煤的粒径过小，尽管煤表面积变大，利于快速充分燃烧，但在燃烧室的时间变短，来不及完全燃尽，便落入储灰室。故而，为节约燃料制备系统的能耗，高灰燃料宜用细小颗粒尺寸；低灰燃料，粒径可适当选取的大一些。[5]

此外，适当的湿度对燃煤的粒度[6]和燃煤产生热量的提高有影响。因为合适的湿度，首先可使碎煤抱团增加燃煤粒度，降低炉渣碳含量，减少机械不完全燃烧损失；其次可降低飞灰损失，减少飞灰含碳量；最后，高温下，水可与碳发生化学反应，生成一氧化碳和氢气，两种燃气可继续燃烧产热。

使用天然气为热源的杀青机，为使燃气充分燃烧，在改造燃烧器的结构时，应注意使燃气先与空气充分混合，然后再被点燃。

3.3 隔热保温

通过杀青机外壁散失也是热量损耗的一种方式，对杀青机外壁进行适当的保温措施[7]，也可有效节约热能。吴卫国、谢昌瑜[8]为了进一步提高茶叶电热滚筒杀青机的热功效，在紧贴电热管的外环层增设由石棉及其它高分子材料组成的保温层，把电热管全封闭在内。为加强炉壁的绝热，黄汉云[7]用含50%耐火细粉、43%硅溶胶、3.5%短纤维和3%水制成的高温粘结剂将两层厚为20mm/层的陶瓷纤维毡粘在耐火砖外围，再填充上价廉、导热系数比较小、厚约50mm的膨胀珍珠岩，从而大大降低炉壁热量散失。

通过使用保温隔热涂料也可以达到节能的目的。在我国，高温远红外涂料是现已在油田被较广泛推广使用的节能产品[9]。该涂料含有强辐射材料，在高温环境下，可辐射出远红外波，提高被加热介质的吸热效率。将其涂于炉内耐火材料内壁之上，可增大炉体黑度，大幅增强吸热能力。在100～1 800℃内，其辐射热能遵循斯蒂芬-玻尔兹曼定律：随着炉膛内壁温度的升高，炉膛内壁的热辐射能力就以温度的四次方倍数跃增，极大提高辐射传热强度，促使燃料更加充分燃烧，过剩空气系数也被相对减少，从而达到节能目的。

3.4 余热回收利用

在杀青过程中随烟尘的排出也会损失一部分的热量，若这些热量被回收利用，就能节约不少的能源。浙江泰顺县山样坪茶场设计的滚筒杀青和烘二青两灶联用结构，将杀青浪费的高位热能用于烘二青，既达到充分燃烧燃料的目的，又很好地利用了热能，热效率达到49%。[10]倪德江等[11]研制的进风式滚筒连续杀青，于传统滚筒连续杀青机的基础上，在进叶口添置了热进风管，利用热风带走杀青叶产生的热蒸汽，杀青结束时利用热空气迅速吹走筒内茶叶，避免了焦茶现象发生。这套杀青机，就是在保温层铺设管道，利用余热来加热空气，再由风机送入滚筒。

3.5 新技术、清洁能源的利用

在改进杀青机结构的同时，用新的清洁能源代替木柴、煤炭，科学合理地使用能源，提高能源利用率。吴卫国[8]介绍了一种利用电热管供热的滚筒杀青机，实现了清洁化能源供热生产，其供热装置处封闭状态，设有保温层，热效率可达35%以上，能耗低于传统杀青机的40%以上。宋志禹[12]改进了传统的加热方式，采用加热圈与滚筒同步旋转的面接触热传导方式加热，同时为进一步降低热能损失，在滚筒外侧辅以石棉层隔热，由自动化系统调节杀青环境的温湿度，降低了能耗，提高了杀青质量，适用于茶叶连续化、清洁化加工。邱望标[13]通过PID温控系统控制煤炉加热杀青，不仅有效节约了能源成本，还提高了绿茶的加工质量。

在设备更新方面还应注意引进新的技术，比如热泵和热管[14]。热泵技术是根据热力学中制冷原理，消耗少部分机械能或电能这样的高质能对热泵做功(W)，使热量Q1从低温(T1)热库被泵到高温(T2)热库，在理想情况下，高温热库就获得热量Q2=Q1+W>W。除上述“物理热泵”外，还可利用“化学热泵”，其工作原理是利用某些化学物质的可逆反应存在吸放热性质，它能利用太阳能、工业余热等，在循环中同时提供冷、热空气。而热管是一种效率高、结构简的传热元件。在两端封闭的圆柱壳内壁，衬一层多微孔的吸液“管芯”。管内一端受热另一端被冷却时，工质在受热端吸热气化，流向另一端就放热凝结，凝结的液态工质借毛细作用沿管芯又渗回受热端，如此循环传热。热管广泛用于电子工业、工业热回收中。

3.6 其他注意方面

经常检查维护炉体，确保炉体的完整密封。炉体内部有漏洞，就会钻入冷风，影响炉膛燃烧温度。提高司炉工的烧火技巧，加煤要做到“少量多次，勤加薄加”，使炉膛内的火焰既旺又燃烧充分。

4 小结

在当前大力推行节约、环保的生产方式下，要让节约资源、提高效益的理念深入各茶厂茶企的生产、建设等领域，以促进经济增长和社会发展，切实保护、合理利用资源，提高资源利用率。就茶叶生产加工而言，就是要在茶叶生产的各个环节，合理利用能源，提高能源利用率，大力发展或引进节能技术，不断完善茶机性能，改善综合配套措施，在全市广泛推行清洁化生产，保障茶叶生产中节能理念的不断深入。因此，茶厂能源特别是热能的节约，不仅具有重大的经济效益，而且具有重大的社会效益。

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