生物质能源烘烤与煤炭烘烤对比试验

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摘要 为了探讨不同能源密集型烤房的烘烤效果，采用对比试验的方法进行了密集型烤房生物质能源烘烤与煤炭烘烤对比试验，通过试验对比分析2种烤房烘烤时温度变化、能耗成本、人工成本以及对烤后烟叶经济性状的影响。结果表明：密集型烤房生物质能源烘烤温湿度可控性高，每炉节能降耗18.1元，提高了烤后烟叶经济性状，每炉净利润提高3 189.9元。
关键词 密集烤房；生物质能源；煤炭；烘烤成本；节能降耗；经济性状
中图分类号 S572；TK6 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）03-0239-02
烤烟栽培中，在一定的时间和烤房内利用热能实现烟叶内部一系列生理生化变化和脱水干燥的过程称为烤烟调制[1-2]。在烤烟调制过程中需要消耗大量的能源，燃料的不充分燃烧，煤燃烧所释放的粉尘、硫化物和碳氧化合物等污染物排放在空气中，给周围环境带来较大污染，影响空气质量[3-5]。随着社会的进步和科技的发展，人们对生活的要求越来越高，为减轻劳动强度、适应烤烟规模化生产、保护环境，当前以燃煤为主的密集型烤房表现出一系列不足[6]。随着烤烟产业的发展，能源危机越来越严重以及环保问题的提出，采用可再生环保能源生物质能烘烤烟叶，大力实施节能减排，是烟草行业义不容辞的责任[7]。生物质能是世界第四大能源，也是唯一可运输、储存的清洁的可再生能源[8-9]。生物质颗粒燃料的原料包括烟杆、麦秆、玉米秸秆、大豆秸秆、木屑、锯末等。石林地广人稀，气候温暖，草料和农作物秸秆丰富，非常适合于发展烤烟调制过程中生物质能的利用。2016年7—9月，在昆明市石林彝族自治县西街口镇格渣烘烤工场，对密集型烤房生物质能源烘烤和煤炭烘烤进行对比试验分析，为云南石林生物质能源烘烤工艺提供一定的技术参考依据，从而推动烟草产业的节能减排和低碳經济发展。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验在云南省昆明市石林县西街口镇格渣村委会烘烤工厂进行。供试烟田土壤为微酸性，适宜烤烟生长；肥力较好，水解性氮含量中等，磷含量和有效镁含量中等，速效钾含量偏低。
1.2 试验材料
1.2.1 供试燃料。以废弃烟杆为主原料，如锯末、木屑颗粒及秸秆颗粒生物质燃料（90%废弃烟杆，10%锯末）等可再生能源以及市场上的普通燃煤。
1.2.2 供试烤房及设备。生物质能源供热气流下降式密集型烤房成套设备，煤炭当前推广的规格为8.0 m×2.7 m×3.0 m的气流下降式密集型烤房。
1.2.3 供试烟叶。供试品种为当地主栽品种红花大金元的中部叶。在烟叶田间成熟时，选取成熟度一致的中部烟叶作为试验材料。供试烟叶要求同一天采摘、编竿、入炉、点火。
1.2.4 其他。备用发电机、天平秤、平板秤、电度表、电子温湿度计等。
1.3 试验设计
试验设2个处理，分别为密集型烤房煤炭烘烤（T1）、密集型烤房生物质能源烘烤（T2）。采用对比试验方法，3次重复。除了供热系统不同，选择结构相同的2座流下降式密集型烤房，一座使用生物质能源烘烤，另一座使用煤炭烘烤。
1.4 试验方法及测定项目
供试烟叶采取统一、规范的原则，采收时，根据试验要求和烟叶成熟度标准，统一采烤。烘烤结束回潮后，进行烤后烟叶外观质量评价。烘烤过程根据中烤房内温湿度情况酌情添加燃料。
1.4.1 烤房内温湿度变化测定与记录。在烤房内距离供热墙1.5 m处的挂烟梁上分别放置温湿度传感器，每隔24 h观察记录温度和湿度变化情况，依据烤房内烟叶的颜色、状态变化及温湿度数据，调整设定温度和湿度，提高烤后烟叶质量。
1.4.2 烘烤能耗及成本。在入炉时记录装烟杆数，称量每杆的鲜烟重并且记录，烘烤过程中，对2种燃料每次添加的量分别进行记录并汇总，烘烤结束后按照市场价格，计算出2座烤房的燃料成本，对2座烤房的耗电量进行统计并且称量每杆的干烟重，计算鲜干比。点火前分别记录2座烤房的电表读数，烘烤结束后再分别记录2座烤房的电表读数，依据前后记录的2座烤房电表读数，分别计算出2座烤房的耗电量，根据当地工业用电价格计算出2座烤房的用电成本。
1.4.3 烤后烟叶外观质量评价。对2座烤房随机抽取20竿烟样，然后由经验丰富的分级员，根据烤烟GB2635—1992标准进行分级，计算烤后烟叶上中等烟比例、黄烟比例、青烟比例、杂色烟比例，以及烤后烟叶等级比例（中部橘黄二级C2F，中部橘黄三级C3F，中部柠黄三级C3L，中部橘黄四级C4F，中下部杂色二级CX2K），根据2016年烤烟收购价格计算出均价。
1.4.4 烘烤工艺措施。烘烤技术参照三段式烘烤工艺，按照昆明市烤烟烘烤技术操作指导图表烘烤。
1.5 数据分析
根据烤房内的温度变化，利用Office软件作图，并进行数据分析。
2 结果与分析
2.1 烤房内温度变化
由图1可知，处理T1的温度波动性大于处理T2。2个处理的起火点温度相同，在烘烤96 h以前，处理T2的温度一直高于处理T1的温度，且处理T2的温度在24 h内升高了7 ℃，而处理T1只升高了4 ℃，在烘烤72 h时，处理T1突然剧烈升温且温度从96 h开始一直高于处理T2。处理T2整个烘烤过程干球温度稳定，波动性较小，在整个烘烤过程中没有出现突然升温或降温的情况，而处理T1温度变化不稳定，较生物质燃料烤房升温较慢，波动性大。
2.2 烘烤能耗及成本
由表1可以看出，生物质与燃煤燃料能耗成本各不相同。其中处理T2的鲜干比为6.9，较处理T1减少了0.2，降幅为2.9%，说明同质量的鲜烟叶经处理T2烘烤后，干烟重量更高；处理T1的单位能耗为1.2元/kg，较处理T2增加了0.1元/kg，增幅9.1%，表明处理T1的能耗成本较处理T2要高。
2.3 烤后烟叶外观质量
由表2可知，处理T2的烤后烟叶在外观质量上结构疏松，成熟度好，油分足，色度强，明显优于处理T1，且烤后黄烟率较高、青烟率低、杂色烟比例较低。其中处理T2烤后烟叶的黄烟率为93.5%，较处理T1增加了3.6个百分点，增幅为4.0%；而处理T1烤后烟叶的青烟率为8.2%，较处理T2高2.1个百分点，增幅达34.4%；杂色率为1.9%，较处理T2高1.5个百分点，增幅达到了375.0%。
由表3可知，生物质燃料烤后烟叶油分足，色度好，外观质量好且能显著提高中上等烟等级比例，增加经济效益。其中处理T2烤后烟叶等级比例以C2F和C3F较高，且均高于处理T1，上等烟比例为61.4%，较处理T1增加了8.9个百分点，增幅为17.0%；处理T1的中等烟比例明显高于处理 T2，为33.5%，较处理T2增加了6.4个百分点，增幅为23.6%，但其中价格稍高的C3L比例低于处理T2，处理T2较处理T1增加了0.6个百分点，增幅达10.7%；处理T1 CX2K的比例为14.0%，较处理T2增加了2.5个百分点，增幅达21.7%；综上分析，处理T2的均价为32.8元/kg，较处理T1增加了1.4元/kg，增幅为4.5%。
2.4 综合经济效益
由表4可知，处理T2提高了经济效益。其中，处理T1的用工工价为3 060.0元，较处理T2增加了1 320元，增幅高達75.9%；处理T1能耗为830.7元，较处理T2增加了18.1元，增幅为2.2%；处理T2的产值为23 891.5元，较处理T1增加了1 851.8元，增幅为8.4%；而在净利润上，处理T2为21 338.9元，较处理T1增加了3 189.9元，增幅高达17.6%。
3 结论与讨论
该试验结果表明，生物质燃料较煤炭密集型烤房烘烤的节能减排效果好、减工降本效益好、提质增效效果好。其中生物质燃料整个烘烤过程干球温度稳定，受人为因素影响较小，可操控性强，没有出现突然大幅升温的情况，而燃煤烘烤温度变化不稳定，受人为因素影响较大，温度会随着加煤次数以及每次加煤量的变化而变化，很难达到预期的温度。另外，烘烤操作人员任务更繁重，增加了烘烤成本。烘烤能耗较燃煤烘烤低，同时，一方面生物质燃料起火点低、可控性强、燃烧性好；另一方面，生物质燃料的原料来源广泛，变废为宝，对保护环境起到很大的作用，同时，田间烤烟秸秆等的回收利用降低了病虫害的传播，病虫害大大减少。
而在烤房建造成本上，密集型烤房生物质能源烤房的建造成本要比燃煤烤房高6 500元左右，但可以使用的年限达10年之久，净利润可高出3 189.9元，烟叶经济效益有所提高，大多数烟农对于这样的建造成本是可以接受的，增强了烟农种植的积极性，有利于在当地大力推广密集型烤房生物质能源烘烤。
生物质能烘烤也有不足之处。生物质燃料不易运输、不易储存以及生物质送料机技术不成熟，时常会出现送料机被生物质燃料卡死的情况，在送料机改造和生物质燃料烘烤余热回收方面的技术还有待提高。另外，生物质燃料的加工方式有多种，例如工厂集中加工销售式、农户提供原料加工付费式等各种加工方式，为适应烤烟规模化烘烤的发展，还应对加工方式做进一步的研究与改进。
4 参考文献
[1] 宫长荣，潘建斌，宋朝鹏.我国烟叶烘烤设备的演变与研究进展[J].烟草科技，2005（11）：34-36.
[2] 宫长荣，周义和，杨焕文.烤烟三段式烘烤导论[M].北京：科学出版社，2006.
[3] 张家征，徐天养，向成高，等.烤烟太阳能烤房与普通密集烤房的烘烤对比试验[J].湖南农业科学，2011（18）：33-34.
[4] 田海宏.燃煤污染及控制措施分析[J].应用能源技术，2004（2）：35-36.
[5] 李晓东，傅钢，尤孝方，等.不同煤种燃烧生成多环芳烃的研究热能动力工程[J].热能动力工程，2003，18（3）：125-129.
[6] 徐秀红，孙福山，王永，等.我国密集型烤房研究应用现状及发展方向探讨[J].中国烟草科学，2008，29（4）：54-56.
[7] 王丽，李雪铭，许妍.中国大陆秸秆露天焚烧的经济损失研究[J].干旱区资源与环境，2008，22（2）：170-175.
[8] 阎季惠.新的可再生能源未来发展指南[M].北京：海洋出版社，1998：4-6.
[9] 袁振宏，吴创之，马隆龙，等.生物质能利用原理与技术[M].北京：化学工业出版社，2005：51-56.