地沟油燃料烘烤设备在密集烤房中的应用潜力

肖和友，邓建功，唐涛

（邵阳市烟草公司新宁县公司，湖南新宁422700）

地沟油燃料烘烤设备在密集烤房中的应用潜力

肖和友，邓建功，唐涛

（邵阳市烟草公司新宁县公司，湖南新宁422700）

为探究地沟油在烟草烘烤作为新型燃料的应用潜力，综述了目前新型燃料在烤烟烘烤中的应用现状，并阐述地沟油性质特点及作为烟草烘烤燃料的注意事项。结果表明，目前烟草烘烤燃料存在着污染大、热值不高等缺点；地沟油廉价易得，燃烧性能好，作为烟草烘烤燃料具有较大潜力；未来应加强地沟油进一步提纯及燃烧装置改造等研究，旨在为烤烟烘烤中降低成本、减少污染提供参考。

烤烟烘烤；燃料；地沟油；环境污染

0 引言

烟叶烘烤是烟草生产中的一个重要环节，它直接影响烟叶的质量和品质。烟叶烘烤过程需要投入较多的烟用物资、燃料和劳动力。在中国，燃料费用占据生产烤烟成本的25%以上[1-3]，能源有效利用率不高，极大影响了烟叶生产成本与产出平衡关系，遏制了烟草产业的可持续发展。当前烟叶烘烤所使用的能源以煤炭为主，一方面煤炭属不可再生资源，价格上涨提高了烤烟生产成本；另一方面，煤炭燃烧排放物中污染物较多，造成严重的环境污染[4-6]。因此，寻找清洁能源以代替煤炭成为在烤烟烘烤中亟待解决的问题之一。

目前，烤烟烘烤中已经使用一些燃料来代替部分煤炭，包括生物质型煤、太阳能等[7-8]。这些燃料的使用在烤烟生产过程中节能减排、省工降耗，取得了一定的效果，但还有诸多问题存在。最近几年，地沟油正在向生物能源的角色转变，成为能源市场的新宠。通过地沟油提炼出来的生物柴油、航空燃油，为新能源的开发及废物利用指明了方向[9]。鉴于此，笔者综述了目前烤烟烘烤中燃料使用现状，阐述了地沟油燃料的基本特征和开发现状，旨在为烤烟烘烤中新能源资源的开发，建设环境友好型现代烟草农业提供参考。

1 煤炭燃料在烤烟烘烤中的应用现状

尽管新型燃料在烟叶烘烤中已有使用，当前所使用燃料仍以传统燃料煤炭及其制品为主。这主要原因是煤炭热值较高，热稳定性优良，能够保证烤烟烘烤阶段不同热量供应需求[10]。烤烟烘烤主要分3个阶段，分别为变黄阶段定色阶段、干筋阶段。在定色后期以及干筋阶段，烘烤的过程需要稳定在较高的温度，因此要求较大火力，但多数新型燃料其耐烧性以及持火力都不如煤炭[11]。

目前，中国烤烟年产量近150万t，按每千克烤烟烘烤需要1.5～2.0 kg煤炭计算，需消耗煤炭约225万t～300万t，但其热能利用率仅为30%左右[12]，能量浪费现象严重。按照目前煤炭价格400～600元/t统计，热能利用率每提高10%，烤烟烘烤环节即可节省0.90亿元～1.35亿元。此外，煤炭作为固体碳氢燃料，还含有硫、氮、磷等成分，其燃烧释放的污染物如粉尘、硫化物、烟尘、氮氧化物、碳氧化合物和多环芳烃等造成严重的大气污染[13]，灰霾日数显著增多，城市空气质量达标难度大，以PM2.5和酸雨为特征的区域性复合型大气污染日趋严重[14]。张慧明等[15]研究指出，煤炭的灰分和硫分高，末煤量高、粒度不符合要求，燃烧时排放大量的烟尘和SO2，这是中国城市大气环境颗粒物及SO2污染最主要的原因。研究表明，烤烟烘烤过程中，SO2排放浓度范围为1327～2218 mg/m3[16]。释放的SO2和其他污染物在空气中进一步形成酸类成分，腐蚀金属设备，影响农作物生长及产品质量，破坏土壤结构、微生物以及危害森林植被等[17-19]。

2 烤烟烘烤过程中其他能源替代煤炭的应用现状

目前已经开发出来的新型燃料包括生物质型煤、自然能（主要为太阳能）、电能等。针对煤炭在烘烤过程中存在的环境恶化、成本较高等问题，新型燃料发挥出较好的优势，具有巨大的发展空间。但目前还有较多问题尚未解决，未实现推广应用。

生物质能属于一种新型的高效清洁能源，为世界第四大能源[20-21]。近年来研究开发的生物质型煤，是一种合理利用煤炭和生物质资源的有效途径，不但弥补了生物质秸秆不易储存和运输、燃烧值低的缺点，更实现了将秸秆从低品位能源向高品位能源的转变[22]。生物质型煤采用静态渗透式扩散燃烧方式，利用生物质与煤的互补燃烧，具有高效的燃烧特性[23]。研究指出，“秸秆压块”着火点低、初始升温快、火力强、温度调节灵敏度高，可满足烤烟工艺要求，明显降低烤烟成本，在烟叶烘烤中具有较好应用前景，对减少环境污染和促进烟叶循环经济发展也具有积极意义[24]。烤烟烘烤过程中通过采用生物质能源替代煤炭作燃料，一方面，每年可减少SO2的排放量92万t，减少CO2排放200万t，减少灰渣96.6万t，减排效益巨大；另一方面，烤烟成本有所降低，为烟农节支增收，为国家节约能源[25]。秸秆压块消耗量与煤炭之比为1.64:1，可降低烘烤燃料成本约189元/hm2。烤后烟叶油分足、色度好；在提高中上等烟比例的同时，每100 kg干烟净利润增收95元，比使用无烟散煤增值9.8个百分点[26]。

目前来讲，生物质炭还未能在烤烟烘烤中进行大规模推广，主要是因为此类燃料存在一定的技术问题。而生物质型煤的总体耗煤量较大，主要是由于生物质型煤是通过将秸秆以及原煤粉碎后再混合压制成的，但秸秆发热量低，因此单位质量的生物质型煤较之无烟散煤发的热量低[27]。在烤烟烘烤过程中，不同阶段对热量需要存在差异，其中定色后期和干筋阶段需要保持较高的温度和稳定性，而烤烟秸秆压块后期温度比煤炭低，稳温效果不如煤炭[28]。此外，秸秆压块的耐烧性以及持火力都不如煤炭，并且由于其燃烧速度过快，会导致添加燃料的次数增多，同时添加的秸秆压块会在短时间内影响升温的速度，因此也易出现掉温，或稳温的效果不够理想等情况，并且劳动力成本也相应增加[29]。与传统煤炭燃料相比，生物质型煤总体耗煤量大、加煤次数频繁。秸秆压块替代煤炭烘烤过程中，一烤房烟叶共添加燃料123次，而煤炭添加仅19次，主要由于秸秆压块的燃烧值低于煤炭，发热量和耐烧性较差，从而增加了添加燃料次数和劳动强度[30]。

此外，其他能源包括太阳能、电能以及生物能等洁净能源可用来代替以往燃烧煤炭的供热方式，从而实现碳的零排放，避免环境污染[31-32]，但并不能够广泛应用。太阳能的供能受季节及天气影响较大，能量供应有限且不稳定[33]；沼气产生需要一定的设备和规模，难以在全国范围内推广使用[34]；电能成本普遍高于煤炭[35-36]，因此这些措施往往只能辅助使用。

3 地沟油作为燃料在烤烟烘烤中的应用潜力

对地沟油加工处理，可以提炼出生物柴油和航空燃油，这为地沟油的合理利用及新能源开发指明了方向。地沟油在中国来源广泛，有报道中国每年产生的地沟油约300万t～400万t[37]，产量巨大，且廉价易得。这为新能源的开发提供了原料基础，不仅可以缓解能源危机、环境污染等问题，还提供了地沟油的合理利用方式，防止地沟油再次返回餐桌。

3.1 地沟油性质及主要应用

地沟油，也称为泔水油或者潲水油，是指在餐饮单位烹调后的烹调残油、剩饭以及剩菜（通称为泔水）在流入下水道后，在隔油池渣水分离之后捞取的油腻漂浮物，然后再通过进一步加工处理所制得的油脂[38-39]，而目前所使用的地沟油大多通过直接向一些餐饮单位收集未经处理的含油泔水来进行生产。此外，劣质的禽畜肉及内脏、加工提炼皮革后所出产的油和反复用来煎炸食品、无法再继续用做烹调目的的煎炸老油也有可能被用来进行地沟油的生产[40]。地沟油的制作原料通常来自多处，且成分复杂，并经常带有一定的恶臭，需要经过蒸煮、去杂以及沉淀等一系列步骤分离出油脂，之后再经过滤、脱水等工序进行进一步地提炼，而由于提炼所应用的工艺以及程度的不同，所生产出的地沟油质量也明显不同[41]。

地沟油的燃烧性能较好，研究表明，地沟油燃烧热值可达38～39 MJ/kg[42]，而标准煤炭的燃烧热为44.1 MJ/kg，说明地沟油作为燃料具有很好的应用潜力。目前地沟油并未直接用作燃料，而是生产为其他清洁型燃料，如生物柴油、航空燃料等。利用地沟油生产生物柴油主要采用酯交换法、加氢法，技术上还需进一步的改进完善。酯交换法通常采用强碱（液体）作为催化剂，如NaOH、KOH等；尽管反应活性高、成本低，但对环境污染严重，较难连续生产[43]。此过程已有固体催化剂的相关研究，但反应活性低，目前在工业上应用尚且较少。加氢法则存在着投资大、操作费用高等问题[44]。这些原因是限制地沟油制备生物柴油发展的主要瓶颈。此外，利用地沟油还可以生产生物燃料、润滑油等化工产品[45]。

3.2 地沟油在烤烟烘烤中应用的潜力

烤烟烘烤是烟草行业成本消耗的主要来源之一，鉴于传统燃料带来的环境污染、能量浪费严重及国家提倡的节能环保、节碳减排政策，有必要替代烤烟烘烤中传统燃料。地沟油在中国年产量巨大，生产成本较低，燃烧值跟煤接近，有望成为烤烟烘烤的燃料。

3.2.1 地沟油的产热性能地沟油是各种废油脂的统称，主要为废植物油，包括菜籽油、葵花籽油、花生油、亚蓖麻油、棕榈油、大豆油和橄榄油等，也包含少量动物脂[46]。作为燃料替代品的理想物质应具有如下分子结构：较长的直链碳结构（16～19个碳比较合适），碳支链结构少甚至没有；双键数目尽可能少；含有一定含量的氧元素，最好是酸类、醚类、醇类化合物；不含芳香基团结构[47]。而废油脂的化学组成恰能满足这些条件，废弃食用油所含的脂肪酸，主要是棕搁酸和硬脂酸，含有少量的亚油酸、豆范酸、花生酸、亚麻酸和、月桂酸等。王忠等[48]对菜籽油代替燃料的研究表明，燃用菜籽油与燃用柴油对比，燃用柴油时比油耗为226 g/(kW·h)，燃用菜籽油时为259 g/(kW·h)，而排放的NOx、HC和烟度均有降低。这说明地沟油具有良好的燃料代替性，足够供烤烟烘烤过程所需热量。

3.2.2 地沟油燃料前处理研究表明，地沟油中含有13.35%的杂质[49]，其中含有许多毒害成分，如酚类、酮类、游离脂肪酸、脂肪酸聚合物、黄曲霉素、重金属等[50]。且地沟油热分解温度范围很大，燃烧时很难完全燃烧，冒黑烟，造成环境污染。因此，要使用地沟油作为烤烟烘烤的燃料就必须先对地沟油进行处理。目前对于地沟油制作生物柴油燃料的研究较多，其对于地沟油的预处理也较为成熟，涉及的主要工序包括：除杂、脱胶、降酸值、脱色、脱臭、除水等，因此在对地沟油进行处理可参考这些研究。对地沟油燃料的处理主要包括2个方面的内容，一是去除有害物质或者提取燃烧物质；二是提高地沟油的燃烧完全性。前者中的燃烧物质主要指甘油三酯，约占85.28%，可通过物理、化学方法精炼回收，物理精炼工艺是将毛油进行酸化、水化、水洗干燥，化学精炼工艺是对毛油进行酸化、碱炼、水洗干燥，二者的最终成油品质量基本一致。而地沟油的不完全燃烧性是由于其由多种脂肪酸组成的混合物，粘度较大，因此要使废弃食用油完全燃烧就必须将其雾化成细小的微粒，降低其粘度，例如通过精滤、超声波、酯交换等方式[49-51]。

3.2.3 地沟油燃烧系统烤烟烘烤过程中，能量消耗方式表现为：燃料在火炉内燃烧产生热量，经由炉管加热加热室内空气，再经循环风机将热空气输送到装烟室，热空气使烤烟叶片的温度升高，其水分在叶表面散失，进而汽化，与空气混合，由此形成一部分湿热空气并排出烤房外，同时持续的热量会使叶片干燥并维持在高温。利用同样的原理，在热量传输及再利用方面可借鉴烤烟烘烤房经验。以地沟油为燃料进行烟叶烘烤，重点在于改进燃烧方式及其设备结构。燃烧室可设计为钢制卧式圆柱体，其中的扩散器内设置燃料雾化器，将地沟油以喷雾方式进入燃烧室，利用电子信号进行点火，再由空气供给系统（风机和管道）提供氧气，此过程需注意地沟油与空气（氧气）供给比例的平衡，尽可能实现燃料完全燃烧。

燃烧室外设有不锈钢夹套盛有冷却水来冷却燃烧室，水蒸气经由烤房加热室通过热量输送机把热量输送到加热室内的热装换器散发热量，再利用烤房循环风机将热量输送到装烟室进行烟叶烘烤。燃烧装置内有温度控制器与烤房自动控制仪相连接，通过自动控制仪控制燃烧装置内的燃烧状态，当温度高于设置温度，自动控制仪报警，控制器立即断开，停止燃烧；当温度低于设置温度，控制器立即连接，继续燃烧（即“高端开，低连接”）。此过程自动化，具有升温快、稳温好等特点。热转换器接烟仓实现燃烧废气排放，排放气体主要为CO2、CO，无SO2，且无固体废弃物产生（煤炭燃烧产生灰渣），能较好地降低环境污染。烤房外有大容量储油箱与燃烧装置连接，可供几个烤房烘烤，这样能降低以煤炭为燃料频繁加煤的劳动力。另外，能够降低烤房外的温度，不像以煤炭为燃料烘烤时烤房外温度较高，以致人不敢轻易接近，能有效降低劳动强度。这些都为以地沟油替代煤炭做为烤烟烘烤燃料提供较大优势，也表明以地沟油做为烤烟烘烤燃料具有不可估量的潜力。

4 展望

当前，以煤炭为主要燃料的烤烟烘烤过程存在着环境污染、能量利用率低、成本高等问题，寻找新型燃料是烟草烘烤行业的发展趋势。地沟油来源广泛，成本低，热值与煤炭相当，在烤烟烘烤中可实现升温快、稳温好的效果，提高资源利用率，降低生产成本，使烤烟生产更环保。地沟油作为烤烟燃料，热量传输及再利用方面可借鉴烤烟烘烤房经验，关键在于燃烧装置的改造设计。一方面要对地沟油进一步提纯，控制C/O比，更易燃烧；另一方面，要对燃烧装置进行改造，平衡地沟油供给量和氧气输入量，以保证其充分燃烧。

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Potential of Gutter Oil Substituting for Coal in Tobacco Curing

Xiao Heyou,Deng Jiangong,Tang Tao
(Xinning Company of Shaoyang Tobacco Company,Xinning 422700,Hunan,China)

To explore the potential of gutter oil as novel fuel in tobacco curing,we summarized the utilization status of novel fuels,the properties of illegal cooking oil and the notes of using illegal cooking oil in tobacco curing.The results showed that novel fuels used in tobacco curing had some deficiencies such as severe pollution and low calorific value.Gutter oil,characterized by low price,abuandance and high calorific value, has great potential as fuel for tobacco curing.Further purification of gutter oil and revamp of combustion apparatus should be researched,for providing references in cost reduction and pollution control in tobacco curing.

Tobacco Curing；Fuel；Gutter Oil；Environmental Pollution

TE133

A论文编号：cjas16060016

肖和友，男，1989年出生，湖南邵阳人，助理农艺师，硕士，研究方向：烟叶生产技术。通信地址：422700湖南省邵阳市新宁县金石镇广场路32号邵阳市烟草公司新宁县分公司，E-mail：hyxiao0521@163.com。

2016-06-21，

2016-11-07。