电能与燃煤烘烤烟叶对比试验研究

冯再兴，杨 细，徐天养，张理进

（1.云南省烟草公司文山州公司砚山县分公司，云南 砚山 663100；2.云南省烟草公司文山州公司，云南 文山 663099；3.砚山县致诚烤烟服务型农民专业合作社，云南 砚山 663100）

当前烤烟生产中，烟叶烘烤的燃料仍以燃煤为主，价格高，能量消耗较大，需人工守候，烘烤成本高，且燃烧时向大气排放大量的粉尘、颗粒、SO2等有害物质，危害大气环境，与当今推行的节能减排、绿色环保理念相违背[1]。寻求环保能源烘烤烟叶，实施节能减排，是当下烟草行业重点探究的课题。电能是一种经济、实用、清洁，且容易控制和转换的能源，是烟叶烘烤燃煤替代的理想能源。2021 年7 月—9 月，在云南省烟草公司文山州公司砚山县分公司的支持下以及砚山县致诚烤烟服务型农民专业合作社的合作下，江那烟站实施了空气源热泵电能与卧式密集燃煤烘烤烟叶对比试验研究，为今后采用空气源热泵电能烘烤烟叶提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

烘烤试验设在砚山县江那镇羊街社区石头大寨村烘烤群内，户主魏绍成，种烟面积1.8 hm2，地块位于东经104.392 9°，北纬23.607 0°，海拔1 543 m。前作物玉米，地势较平，灌溉方便；土壤类型为红壤，pH 值7.08，有机质31.64 g/kg，水氮碱117.9 g/kg，有效磷5.5 g/kg，速效钾286.2 g/kg。烤烟品种K326，移栽期4月18日—23日，施纯氮7 kg/0.067 hm2，氮磷钾比例1∶1.5∶2.5，严格按照《文山州优质烟叶生产技术实施方案》管理。烟株呈中棵烟长势，整齐清秀，烟叶开片良好，分层落黄。

1.2 试验材料

1.2.1 供试烤房及设备

（1）卧式密集型燃煤烤房：规格8 m×2.7 m×3.5 m，2仓4台烟杆，额定装鲜烟量≤6 200 kg。

（2）空气源热泵电能烤房：型号15HP，规格8 m×2.7 m×3.5 m，2仓4台烟杆，额定装鲜烟量≤4 500 kg。

1.2.2 供试燃料

电能烤房用380 V/50 Hz三相交流电，燃煤烤房用陕西神木煤炭。

1.2.3 供试烟叶

当田间烟叶至下而上成熟时，实行统一采收，分类编竿。将烟叶平分成2部分，分别装在电能烤房和燃煤烤房内烘烤。

1.3 试验设计

试验设2 个处理，即密集型烤房燃煤烘烤（以下简称煤烤）和空气源热泵电能烤房烘烤（以下简称电烤），从下部烟至上部烟进行6 次烘烤。除供热系统不同外，均为气流下降卧式密集型烤房。

图1 卧式密集型燃煤烤房与空气源热泵电能烤房Fig1.Horizontal intensive coal-fired grills and air source heat pump electric grills

1.4 试验方法及测定项目

根据试验要求和烟叶成熟度标准，实行统一采烤。记录烤房内烟叶变化，温度和湿度变化，烘烤结束回潮后，分处理进行烤后烟叶外观质量、主要经济指标、烘烤损失及烘烤成本评价。

1.4.1 烤房内温度、湿度变化记录

烟叶装炉前各处理烤房内，按卧式密集烤房标准位置挂放2 组温湿度传感器，主传感器挂在上棚，副传感器挂在下棚。烟叶装炉起火后，每隔4 h 观察记录主传感器温度和湿度，全炉烟叶的变化情况，并根据烟叶变化情况，设定和调整目标干球温度和湿球温度，提高烟叶烘烤质量。

1.4.2 烘烤能耗及成本计算

烘烤过程中，对使用的电和煤的用量进行统计记录，烘烤结束后，按照市场价格计算2种能源的能耗费用。

1.4.3 烤后烟叶外观质量和主要经济指标评价

烘烤结束回潮后，在各处理烤房内分成上、中、下3层，距离烤房门3 m处同一位置。上层和下层各取1竿，中层取3竿烟样，主要对烟叶成熟度、颜色、叶片结构、油分等指标进行评价，同时按烤烟国家分级标准对所取烟叶进行分级，计算烤后烟叶上中等烟比例、青黄烟比例、微带青烟比例、杂色烟比例等，并计算出两种处理烟叶中上烟比例和均价。

1.4.4 烘烤工艺措施

采用《文山州气流下降式烟叶烘烤工艺》进行烘烤。烤前按烘烤工艺要求，设定烟叶变黄期、定色期、干筋期的干球目标温度和湿球目标温度。烘烤中根据各处理烟叶变化情况，设定干球目标温度、湿球目标温度和烘烤时间。煤烤需人工守候，适时加煤和开进风板，确保实际的干球目标温度和湿球目标温度差距控制在允许范围内。电烤均为全自动控制，负责人用手机app远程观察，确保设备正常运行即可。

2 结果与分析

2.1 烘烤中温度和湿度对比

烟叶烘烤必须严格掌握低温调湿变黄、稳温排湿凋萎、通风脱水干叶和控温控湿干筋操作过程[2]。经专家的探索，各个时期都需要适当的温度、湿度和时间，烟叶才能够烤黄、干、香。将烘烤中的温度、湿度和时间三者关系进行有机统一，形成烟叶烘烤曲线。烘烤曲线中各阶段的干球温度和湿球温度就是目标干球温湿度。烘烤中的实际干球温度和湿球温度与相应的目标温度偏离程度，反映烤房性能、燃料供热能力或烘烤水平的高低。根据试验观察记录，整理汇总得出图2。

图2 试验两处理实际干（湿）球温度与目标温度对比Fig.2 Comparison between actual dry(wet)bulb temperature and target temperature of the two treatments

从图2中看出，在烟叶各烘烤时期，用电烤的实际干球温度偏离目标温度的程度比煤烤的小。表明电烤比煤烤更容易控制好烘烤温度，该稳温就能稳得住，要升温就能升得了。然而用电烘烤的实际湿球温度偏离目标温度的程度比煤烤的大，普遍偏低，表明电烤的在湿度控制上没有煤烤的好，影响烟叶变黄和提香。主要原因是电烤为自动排湿，而煤烤选用人工排湿。

2.2 烟叶烘烤损失对比

从图3 看出，用电烤的比用煤烤的烘烤损失降低0.4%。其中，挂灰烟和黑糟烟分别降低0.59%和0.26%，但微青烟增加0.45%。其原因是电烤的用自动排湿，进风板控制过于灵敏，开关频次多，且开关较彻底，煤烤的手动排湿开关大小随需要而定，烟叶难以保湿，导致微青烟较多。

图3 试验两处理烟叶烘烤损失对比Fig.3 Comparison of tobacco curing loss between the two treatments

2.3 烤后烟叶外观质量及经济指标对比

两处理烤后烟叶，在成熟度、颜色、叶片结构、油分和叶片身份等外观质量方面表现差异不明显，表明采用煤烤与电烤对烤后烟的外观质量影响不显著。从图4 看出，电烤的比煤烤的上等烟比例提高7.91%，均价提高1.24 元/kg。以电烤平均每炉烟比煤烤少装12 竿烟（鲜烟168 kg/炉）为例，总收入比煤烤增加13.43元/炉。

图4 试验两处理烟叶主要经济指标对比Fig.4 Comparison of main economic indexes between the two treatments

2.4 成本效益对比

在本次对比试验中，烘烤成本调查了燃煤和电的能耗成本和烟叶采收、编烟、入炉和烤烟用工成本。从表1 看出，电烤烘烤成本为干烟叶6.59 元/kg，比煤烤10.05 元/kg 减少3.46元/kg，减幅34.42%，尤其是能耗降低更为突出，用电烤干烟叶仅为1.93元/kg，比煤烤的4.21元/kg减少2.28元/kg，减幅达54.2%。从图5 中看出，用电烤的烟叶总收入虽然只比用煤烤的仅增加13.43元/炉，但加上节省下来的679.46元/炉烘烤费用，其收益为692.89元/炉，增幅达7.7%，平均增加1.22元/kg。

表1 试验两处理烘烤成本分析表Tab.1 Baking cost analysis table of test two treatment

图5 试验两处理烟叶烘烤效益对比Fig.5 The comparison of tobacco curing benefits between the two treatments

3 结论与讨论

试验分析可以看出，应用电烘烤烟叶与用燃煤烘烤烟叶相比，电烘烤更容易控制烤房内的温度，具有升温灵敏，稳温效果好，能耗低、清洁，不污染环境，烤后烟叶品质好，上等烟比例和均价高等优点。用燃煤烘烤烟叶，烤房内温度变化不稳定，受人为因素影响较大，温度往往会随着煤的燃烧性能和加煤量的变化而变化，难于达到预期目标，烟叶烘烤质量波动较大。

在人工费用方面，采用电烤可远程观察设备运行，遥控调节温度、湿度和烘烤时间，节省了用工成本。

由于电烤的升温灵敏，稳温效果好。烟叶在整个烘烤过程中的变黄、定色和干筋均得到很好的调控，因此烟叶烘烤质量相对更高，提高了烟叶经济效益；另一方面，电能是一种经济、实用、清洁，且容易控制的能源，没有污染物排放，对保护环境也起到很大的作用。

综上所述，推广使用电能烘烤烟叶的好处是显而易见的。目前烟叶烘烤的烤房主要是2008 年—2014 年建设的卧式密集烤房，多数设备老化，围护结构密封不严，每个烘季都要修修补补，烘烤性能逐年降低，制约烘烤质量的提高，更换电能烤房烘烤烟叶是最佳的时机。但在推广使用时，将会面临着一些问题。一是电能烤房前期投人成本高，配套设施不完善。据厂家报价，1 座空气源热泵电能烤房造价6.8×104～7.8×104元，是现行卧式密集烤房的2.5 倍，而且还要配备1台30 kW 以上的备用发电机，其成本就更高了，烟农或烤烟专业合作社都难以承受这么高的投入成本，而且当前的电力设施不能满足电能烤烟的需要。二是缺少相应的政策扶持。电能烘烤在烟叶烘烤中具有良好的经济和社会效益，但目前当地政府、烟草公司未制定出明确的扶持政策和奖励办法。因此，要大力推广使用电能烘烤烟叶，一是依靠政府部门和烟草行业发挥组织优势，制定相应的扶持措施和奖励办法，使电能烤房造价在烟农或烤烟合作社能承受的范围内。二是加大宣传和培训力度，让烟农知道电烤烟的好处和使用方法，提高烟农投资的积极性。三是当地政府、烟草部门应积极与电力部门协调，改造电力设施，满足电能烘烤烟叶的需求。四是生产厂家完善电能烤房的自动排湿系统。利用技术措施解决进风板要多大就开多大的问题，做到该保湿时湿度保得住，该排湿时排湿顺畅，有利于烟叶变黄充分，香气量足，烤出符合卷烟厂需要的“黄、亮、软、香”烟叶。