混合能源密集型烟叶烤房烘烤试验

张大斌，卢　泽，曹　阳，胡德翔，张贤信，罗建钦，吴　峰

(1.贵州大学 机械工程学院，贵州 贵阳 550025;2.黔东南州烟草专卖局，贵州 黔东南，556000；3广西中烟工业有限责任公司，广西 南宁 530000)



混合能源密集型烟叶烤房烘烤试验

张大斌1，2，卢泽1，曹阳1，胡德翔1，张贤信2，罗建钦3*，吴峰3

(1.贵州大学 机械工程学院，贵州 贵阳 550025;2.黔东南州烟草专卖局，贵州 黔东南，556000；3广西中烟工业有限责任公司，广西 南宁 530000)

为了提高烟叶的烘烤质量，降低烘烤能耗与人力成本，本文采用煤、电、油作为供热能源，配套密集烤房作为试验烤房，与传统的单能源密集烤房进行烘烤对比试验，其中：两类烤房的鲜烟叶的装烟量为4500 kg左右，采用挂竿方式进行烘烤。结果表明:与普通密集烤房相比，混合能源密集烤房中1 kg干烟的能耗为2.2元，降低了0.8元。对两类烤房烘烤的烟叶进行评级，混合能源密集烤房的上中等烟的比例达81.46%，比普通烤房比例高出6.91%；混合能源密集烤房的1 kg干烟的收购均价为21.92元，比普通烤房高出 0.43元。

混合能源密集烤房烤烟效能

国内对烟叶烤房的供热能源开展了大量的研究，1烤房的供热能源主要有燃煤、柴油、电加热、生物质能源、太阳能等[1-5]。其中，由于煤炭资源的成本较低，从早期的自然通风气流烤房到机械通风循环烤房，煤均作为主要供热能源，但煤的燃烧具有延迟性、滞后性等[6]，很难实现快速升温，燃煤控制精度低，加煤频率高且工作劳动强度大，小火时燃煤的燃烧效率不高，造成燃料的浪费；柴油加热燃烧率较高，能够实现快速升温，烟叶的烘烤效果好，但柴油的能源成本较高，不适合烟叶的全程烘烤；电加热是以电热元件的发热后传入烤房内部进行供热，电热元件具有耐高温、高湿性，被加热的空气无异味，可以直接裸露地安装在烤房中，能够保证烘烤质量和提高热效率，但出于成本考虑，不宜全程使用[7]；生物质能为可再生资源，能够减少化石能源温室气体的排放，有利于循环生态烟草农业的发展，但有研究等提出，生物质气化供热出现气化温度低，长时间燃烧产生焦油过多等问题[8]；太阳能既是可再生资源，运输方便，同时对环境无任何污染，烘烤质量较好，但是针对西南地区阴雨天气较多的情况，太阳能作为供热能源未能全面推广。笔者从贵州地区供热能源的实际状况出发，仔细分析在烤房供热系统中煤、柴油、电供热等的供热特点，得出以下结论：柴油燃烧能够快速升温，但烘烤成本较高；电加热能实现精确调节，但不能大幅度升温；采用煤、电、油三种能源对烟叶烤房进行供热，在不同的烘烤阶段，结合供热能源的成本与供热情况，设定高效节能的控制策略，使得温度的实际值更趋于设定值，从而实现烟叶较好的烘烤效果。

本文将混合能源密集烤房与普通单能源密集烤房进行烘烤试验对比，通过分析烟叶的能耗成本、烘烤质量等相关数据得出:混合能源密集烤房的烟叶烘烤质量高，节能减排，适合推广。

1　混合能源密集烤房的设计

1.1供热系统的设计

多能源供热系统设计是将燃煤、燃油和电热三者作为烘烤的供热资源。将燃烧机的喷火筒深入燃煤炉腔中，由风机将空气经燃烧室翅片加热到高温，电加热器发热，将热流导入烤房内，排出冷空气，达到加热的效果。供热示意系统图如图1。

如图2所示，煤的燃烧贯穿整个烘烤过程，当温度传感器将采集的温度反馈至控制系统，系统对设定温度和实际温度进行计算，当|设定温度-实际温度|。

1电控系统；2装烟室；3电加热器；4燃油燃烧器；5燃煤炉；6进风门图1　烤房混合能源供热示意图

图2　控制策略示意图

当时，系统需要迅速升温而达到设定的温度，启动柴油加热器；当时，温度差较小时，关闭柴油加热器，同时启动电加热器，使得实际温度与设定温度一致。当时，关闭电加热器，仅有燃煤供热。

控制策略建立结束后，将整个烘烤系统的硬件接线如图4，烤房内部温湿度直接以一条总线的数字方式进行传输，大大提高了控制系统的抗干扰性。

图3　硬件结构图

2.1供试设备及材料

两类烤房的结构数据如下：装烟室尺寸为长8000 mm×宽2700 mm×高3500 mm，满足鲜烟装烟量4500 kg以上，烘烤干烟500 kg以上。装烟室结构包含地面、墙体、屋顶、挂烟架、装烟室门、观察窗2个、热风进风口、排湿窗2个。采用380 V三相交流电。

普通烤房A与混合能源烤房B供热与控制设备如下：

烤房A：加热设备为燃煤炉1台。温湿度传感器1个，1.8 kW循环风机1台，正压鼓风机1台。配套烘烤控制器1台。

烤房B：加热设备包括燃煤炉1台，柴油燃烧器1台，功率为100 W的电热管10根。温湿度传感器1个，带有无纸记录仪温度传感器1台，3.5 kW变频循环风机1台，负压鼓风机1台。配套有贵州大学机械工程学院设计的烘烤控制器1台。

供试材料：烟叶品种K326，同一个片区的中部烟叶，生长情况良好，成熟度适中。

图4　烟叶的上炕

2.2试验设计

该试验安排在贵州省安龙县德卧镇烟叶站，烘烤时间为2015年8月12日-8月18日。天气晴朗，适合烟叶的采摘。

编烟要求 ：同一炕次鲜烟部位要相同，烟叶素质基本一致；烟叶上炕时，叶片表面不能有附着水；按照过熟、适熟、未熟以及病叶进行分类装入相应棚次；采烟和装炕应在当天完成，以保证整炕鲜烟含水程度基本均匀一致。

烤房的设计：

A烤房和B烤房设计为：装烟室为三层，分别每层为120竿鲜烟叶，总共装360竿。编烟密度严格按照一竿烟叶重量为10～15 kg。试验所用的燃煤为同一个矿区同一批次所采的煤炭。

在试验前，对50根烟竿进行称重，取平均值0.35 kg作为烟竿的重量。分别记录烤房A的散煤重量，电表读数等数据，烤房B的油箱加油量、散煤重量、电表读数等值。初步设置A烤房烘烤周期为162小时，B烤房设置周期为140时。在整个实验过程中，课题组研究生负责观察烟叶烘烤情况与实验过程中数据的记录。

2.3烘烤工艺曲线设置

根据烟叶的品种、成熟度及其当地气候情况，咨询当地烟叶烘烤专家，将控制器的烘烤工艺设置如下。

图5　多能源密集烤房工艺曲线

2.4观察与记录

(1)观察烟叶的烘烤与控制器工作等相关情况。

(2)记录2种烤房的人力成本与能源成本，分析不同烤房的能耗成本。

(3)按GB 2635—92[9]对烤后烟叶进行分级，计算2个烤房烤烟的上中下等级烟叶的比例及其

总收入。

3　试验结果与分析

3.1装烟与烘烤管理成本

表1　烘烤管理统计表

A烤房上炕方式中，烟农实际操作时，每竿烟叶用时为5分钟/1工人，一炕鲜烟叶重4541 kg，总共用时为37.8小时/1工人，同时需要2工人协助上烟，约12小时，折合用工为5.7个。B烤房与A烤房上炕的人力成本相近，但因A烤房夜间需要人力加煤，对烟叶的烘烤情况进行分析等，烘烤管理费高于B烤房，由此可见，B烤房的控制策略能够降低烘烤工人的工作强度，减少烘烤管理成本，同时，持续供热避免烟叶烘烤失败的损失。

3.2烘烤能效对比

表2　烘烤能耗成本统计表

参照2015年黔西南当地物价，其中煤的单价为640元/吨，电的单价为0.45元/度，柴油的单价为5.92元/升，人工费用为100元/天。

本文对两种供热能源的成本进行统计如表2 。在烤房A中，每烘烤1kg干烟叶能耗为3元，在烤房B中，每烘烤1 kg干烟叶能耗为2.2元。由此可得出：因烤房B烘烤管理成本较低，控制策略较优，从而实现烘烤能耗成本低于A烤房

3.3烟叶质量

课题组将干烟送至烟叶站进行评级，当地烟叶收购价分别为上等烟26元/kg，中等烟22元/kg，下等烟18元/kg。对烟叶的收购价格等进行统计。

表3　不同烤房中烘烤烟叶收入对比

A烤房1 kg干烟的价格为21.49元，B烤房1 kg干烟的价格为21.92元，A烤房均价高B烤房0.43元；A烤房和B烤房的中上等烟比例分别为74.55%、81.46%，B烤房的烘烤质量较好，能够提高烟叶的烘烤的质量与烟农的经济收入。

4　结论与讨论

通过对烟叶进行收购评级，混合能源烤房的烟叶上等比例、收购均价等明显高于普通密集烤房，烟叶烘烤质量得到明显提高，烟农经济收入得到大幅度增加。

减少烟叶烘烤周期，降低劳动强度。在农忙期能够及时采摘烟叶，减少烟农因采摘不及时造成的损失，节约燃料资源，降低劳动成本。传统密集烤房需要昼夜值班观察烟叶变化情况，人为加煤，夜间劳动强度大，人力成本高，混合能源烤房可以解决以上问题。

综上所述，混合能源密集烤房在烘烤周期上明显缩短，提高了烤后烟叶的外观质量和经济效益，降低劳动强度，减少人力成本，在我国烟叶集约化烘烤的生产模式中具有良好的推广应用前景。

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(责任编辑：江龙)

The Baking Test about Multiple-energy Intensive Tobacco Curing Barn

ZHANG Dabin1， LU Ze， CAO Yang1， HU Dexiang1， ZHANG Xianxin2， LUO Jianqin3，WU Feng3

(1.College of Mechanical Engineering，Guizhou University， Guiyang 550025， China; 2 Qian Dong-nan Tobacco Monopoly Bureau， Qian Dong-nan，556000，China；3 ZhongYan Guangxi Industrial Co.， LTD.， Guangxi Nanning，530000，China)

In order to improve the baking quality of tobacco leaves and reduce energy consumption and labor costs of baking， coal， electricity and oil were taken as the heating energy source and the equipped bulk curing barn was taken as the experiment curing barn to conduct a comparative baking test with the traditional single energy bulk curing barn. The fresh tobacco capacity of the two types of barn is about 4500kg and the baking adopts the way of pole hanging. The results show: compared with the ordinary bulk curing barn， the energy consumption of 1kg dry tobacco of multiple-energy bulk curing barn is 2.2yuan， 0.8yuan lowered. The tobacco leaves baked of the two types of curing barn were graded. It is found that the percentage of medium and high class of tobacco of the multiple-energy bulk curing barn reaches 81.46%， 6.91% higher than the traditional curing barn; the purchase price per kilogram of the tobacco from the multiple-energy bulk curing barn is 21.92 yuan， 0.43yuan higher than that of the traditional one.

the multiple energy; bulk curing barn; tobacco; efficiency

1000-5269(2016)02-0071-04

10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2016.02.16

2016-03-11

贵州省工业攻关项目“混合能源密集烤房关键技术的研究与应用”(项目编号：黔科合GY字：[2013]3022);广西中烟工业有限责任公司项目“烟叶采、运、烤一体化系列装置的设计与应用”(1212011023)

张大斌(1976-)，男，副教授，博士，研究方向：机电工程及农业装备，Email：dabinzhang@163.com.

罗建钦，Email：18677197100@qq.com.

TS44+3

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