蔣篤忠 1, 陳洪浪 2, 何陽 2, 劉峰 1, 唐善軍 1, 歐世譽 1, 成勍松1
(1湖南省煙草公司永州市公司, 湖南永州425000; 2湖南省煙草公司, 長沙410004)
摘要: 為探索生物質燃料在煙葉烘烤中的利用, 實現煙葉烘烤節能環保和降本增效, 以 '湘煙5號' 的下, 中部葉為試驗材料, 採用生物質顆粒燃燒爐配置相應換熱器, 直接對接金屬加熱設備和直接對接非金屬加熱設備3種應用方式, 與一次性加煤非金屬供熱設備對比的方法, 對生物質顆粒燃燒爐的應用進行了研究. 結果表明: 利用生物質顆粒燃燒爐供熱進行煙葉烘烤, 有利於烘烤過程中幹球溫度的控制, 幹球溫度控制精度在±0.5℃以內, 能確保烘烤工藝的到位, 提高煙葉烘烤質量; 烘烤能耗成本低於燃煤烘烤, 且烘烤操作如添料, 點火, 控火及出渣等難度和用工量遠低於傳統燃煤方式, 煙農易掌握, 有利於煙葉烘烤減工降本; 生物質顆粒燃燒爐在原有密集烤房配置相應換熱器的方式應用效果較好, 其次是直接對接金屬加熱設備, 直接對接非金屬加熱設備的應用效果相對較差.
0引言
隨著現代煙草農業的發展, 煙葉烘烤逐步實現專業化, 更加重視烘烤過程中的用工, 耗能和烤後煙葉質量等問題 [1-7]. 煙葉烘烤是一個大量耗熱的過程, 每1kg幹煙葉的耗煤量一般為1.5~2.0kg, 熱能利用率較低, 每年烤煙消耗煤炭350~450萬t, 燃煤排放CO 2約為838萬t, SO 2約為2.56萬t, NO x約為2.37萬t [8-13]. 另外, 烘烤季節煤炭燃燒釋放的粉塵, 炭黑和飛灰等給周圍環境帶來較大汙染, 烘烤已經成為煙草生產主要的汙染來源之一 [14-19]. 為探索煙葉烘烤清潔能源利用, 節能環保和提質增效, 在清潔能源及相關設備等方面開展了較多相關研究, 並取得了一定的效果 [20-24]. 王建安等[25]開展了生物質燃燒鍋爐熱水集中供熱烤煙設備的研製及效果分析, 認為生物質燃燒鍋爐熱水集中供熱有利於烤房內的溫度處在理想的烘烤工藝狀態, 提高上中等煙比例, 降低烘烤環節的勞動強度. 為適應現有密集烤房設備的更換和升級, 筆者對生物質顆粒燃燒爐在現有密集烤房上的應用進行試驗, 以期達到煙葉烘烤設施高效, 管理高效, 烘烤高效的目的.
1材料與方法
1.1試驗時間, 地點
試驗於2016年在湖南省永州市東安縣大源煙葉工場進行.
1.2試驗材料
供試煙葉品種為 '湘煙5號' , 部位為中下部葉; 供試烤房為2.7m×8.0m的氣流上升式密集烤房4座; 供試設備為生物質顆粒燃燒爐3套.
1.3試驗方法
1.3.1試驗設計 設計4個處理: T 1, 生物質顆粒燃燒爐直接對接原金屬加熱設備密集烤房, 利用原有換熱器; T 2, 生物質顆粒燃燒爐配置相應的換熱器; T 3, 生物質顆粒燃燒爐直接對接原非金屬加熱設備密集烤房, 利用原有換熱器; T 4, 對照 (一次性加煤非金屬供熱設備) . 以第二, 四房煙葉進行煙葉烘烤試驗.
1.3.2供試煙葉確定 供試烤房所烤煙葉的品種, 營養條件, 部位, 成熟度要均衡一致. 為了確保試驗的準確性, 試驗前要將同樣素質的煙株在田間作上標記, 第4~6葉位和第9~11葉位分別代表下部, 中部, 作嚴格試驗記錄, 煙葉成熟採收.
1.3.3編裝煙方法 採用煙夾夾煙, 下部葉4000kg/房, 每夾190~210片, 重量11kg左右, 每房裝煙330~350夾; 中部葉4500kg/房, 每夾夾煙170~190片, 重量12kg左右, 每房裝煙340~360夾.
1.3.4烘烤方法 試驗各處理和對照均按當地常規烘烤工藝實施.
1.4測定項目及方法
1.4.1觀察記載的內容 烘烤過程溫濕度狀況, 煙葉變化狀況, 耗煤 (生物質燃料) 量, 耗電量, 烤後煙葉外觀質量, 經濟性狀, 化學成分及烤房使用情況等內容.
1.4.2測定方法 還原糖, 澱粉, 總氮及氯含量採用連續流動法測定, 鉀含量採用火焰光度法測定.
2結果與分析
2.1各處理能耗情況
從表1可以看出, 下部葉烘烤中, 千克幹煙耗電量以T 2最低, 依次是T 1, T3和CK; 3個處理的千克幹煙耗生物質顆粒燃料量以T 2最低, 依次是T 1和T 3, CK的千克幹煙耗煤量為2.20kg; 千克幹煙能耗成本以T 2最低, 依次是T 1, T3和CK, T 1的千克幹煙能耗成本較CK降低了0.15元, 降低了7.61個百分點, T 2的千克幹煙能耗成本較CK降低了0.26元, 降低了13.20個百分點, T 3的千克幹煙能耗成本較CK降低了0.12元, 降低了6.09個百分點. 中部葉烘烤中, 千克幹煙耗電量以T 2最低, 其次是T 1和T 3, CK最高; 3個處理的千克幹煙耗生物質顆粒燃料量以T 2最低, 依次是T 1和T 3, CK的千克幹煙耗煤量為1.81kg; 千克幹煙能耗成本以T 2最低, 依次是T 1, T3和CK, T 1的千克幹煙能耗成本較CK降低了0.02元, 降低了1.22個百分點, T 2的千克幹煙能耗成本較CK降低了0.06元, 降低了3.66個百分點, T 3的千克幹煙能耗成本較CK降低了0.01元, 降低了0.61個百分點. 說明採用生物質顆粒燃燒爐供熱進行煙葉烘烤, 燃燒效率和熱量利用率較高, 有利於降低能耗成本.
2.2不同處理在烘烤過程中溫度控制情況
從圖1~2可以看出, 3個處理在烘烤過程中, 幹球溫度與目標溫度基本一致, 其升溫速度的控制比較準確, 特別是在定色期能確保幹球溫度穩溫持續, 升溫靈敏可控, 較燃煤爐優勢明顯, CK的幹球溫度與目標溫度偏差較大. 下部葉烘烤過程中, T 1的幹球溫度與目標幹球溫度偏差平均為±0.27℃, T 2的幹球溫度與目標幹球溫度偏差平均為±0.20℃, T 3的幹球溫度與目標幹球溫度偏差平均為±0.36℃, CK的幹球溫度與目標幹球溫度偏差平均為±1.61℃; 中部葉烘烤過程中, T 1的幹球溫度與目標幹球溫度偏差平均為±0.24℃, T 2的幹球溫度與目標幹球溫度偏差平均為±0.21℃, T 3的幹球溫度與目標幹球溫度偏差平均為±0.49℃, CK的幹球溫度與目標幹球溫度偏差平均為±1.39℃. 3個處理中, 幹球溫度控制精度較高的是T 2, 其次是T 1, T3較低, 可能與換熱器的換熱效率有關. 說明採用生物質顆粒燃燒爐供熱進行煙葉烘烤, 在烘烤過程中幹球溫度和升溫速度的控制比較精準, 有利於烘烤工藝的落實到位.
2.3不同處理的經濟性狀
從表2可以看出, 下部葉烘烤中, T 1, T2和T 3的上等煙比例較CK分別提高了6.47, 13.22和4.25個百分點, 均價較CK分別增加了2.65, 3.28, 1.39元/kg, 分別提高了11.56, 14.31, 6.06個百分點. 中部葉烘烤中, T 1, T2, T3的上等煙比例較CK分別提高了4.39, 18.10, 3.67個百分點, 均價較CK分別增加了1.60, 2.20, 0.69元/kg, 分別提高了5.20, 7.15, 2.24個百分點. 說明採用生物質顆粒燃燒爐供熱進行煙葉烘烤, 烘烤工藝落實比較到位, 有利於提高煙葉烘烤質量, 增加效益.
2.4不同處理的化學成分
從表3可以看出, 不同處理不同部位煙葉的還原糖, 煙堿, 總氮, 氯及鉀的含量均較為適宜. 3個處理的烤後煙葉澱粉含量均較CK低, 下部葉的烤後煙葉澱粉含量T 1, T2和T 3較CK分別降低了1.32, 1.44, 1.15個百分點; 中部葉的烤後煙葉澱粉含量T 1, T2, T3較CK分別降低了1.18, 1.53, 1.06個百分點. 說明採用生物質顆粒燃燒爐供熱進行煙葉烘烤, 烤後煙葉的化學成分較為協調, 特別是澱粉含量較低, 有利於提高煙葉的內在質量.
2.5不同處理的用工情況
由表4可知, 採用生物質顆粒燃燒爐供熱進行煙葉烘烤, 燒火用時僅為62min, 較燃煤烘烤節約用時178min, 特別是在點火和控火環節, 生物質供熱設備實現了自動控制, 且控制更為精準. 因此, 利用生物質供熱設備以生物質顆粒為燃料進行煙葉烘烤有利於減工降本, 且操作簡單輕鬆.
3結論
採用生物質顆粒燃燒爐供熱進行煙葉烘烤, 有利於烘烤過程中幹球溫度的控制, 幹球溫度控制精度在±0.5℃以內, 能確保烘烤工藝的到位, 提高煙葉烘烤質量, 烤後煙葉上等煙比例和均價較燃煤烘烤均有提高, 化學成分較為協調, 澱粉含量較低, 有利於提高煙葉的內在質量.
利用生物質顆粒燃燒爐供熱進行煙葉烘烤, 烘烤能耗成本低於燃煤烘烤, 且烘烤操作如添料, 點火, 控火及出渣等難度和用工量遠低於傳統燃煤方式, 煙農易掌握, 有利於煙葉烘烤減工降本.
生物質顆粒燃燒爐在原有密集烤房上應用的3種方式, 以配置相應換熱器的方式效果較好, 其次是直接對接金屬加熱設備, 直接對接非金屬加熱設備相對較差.
4討論
生物質顆粒燃料沒有穩定的供應鏈, 應用於煙葉烘烤應根據煙葉烘烤工場所在地進行就地取材, 煙農合作社自行加工.
目前的生物質顆粒燃燒爐加料方式採用的是人工單座分別加料操作, 可探索多座烤房自動加料裝置, 實現自動供料, 進一步降低煙葉烘烤用工.
參考文獻
[1]徐增漢, 王能如, 崔焰, 等.我國煙葉烤房的節能改革[J].安徽農業科, 2000, 28(6): 795-798.
[2]鐵燕, 和智君, 羅會龍.煙葉烘烤密集烤房應用現狀及展望[J].中國農學通報2009, 25(13): 260-262.
[3]宮長榮, 潘建斌, 宋朝鵬.我國煙葉烘烤設備的演變與研究進展[J].煙草科技, 2005(11): 34-37.
[4]王文超, 賀帆, 徐成龍, 等.煙葉烘烤節能技術研究進展[J].南方農業學報, 2011, 42(10): 1267-1270.
[5]和智君, 羅會龍, 鐘浩, 等.煙葉烘烤密集型烤房節能技術途徑分析[J].中國農學通報, 2010, 26(8): 337-340.
[6]宋朝鵬, 艾綏龍, 王勝雷, 等.煙葉烘烤能耗與節能途徑分析[J].安徽農業科學, 2009, 37(2): 647-649.
[7]孫光偉, 陳振國, 孫敬國.密集烤房能源利用現狀及發展方向[J].安徽農業科學, 2013, 41(20): 8691-8693.
[8]蔡劍鋒, 奎發輝, 和世華, 等.不同熱源密集型烤房對煙葉烘烤能耗的影響[J].安徽農業科學, 2013, 41(25): 10417-10419, 10421.
[9]孫培和, 王先偉, 王法懿, 等.高溫熱泵煙葉烤房的研究與應用[J].現代農業科技, 2010(1): 252-253, 256.
[10]賀智謀, 邱榮俊, 廖成福, 等.空氣能熱泵烤房與傳統密集烤房煙葉烘烤成本及質量對比研究[J].安徽農業科學, 2013, 41(24): 10033, 10044.
[11]李彥東, 溫亮, 張教俠, 等.第一代密集烤房生物質高效環保爐試驗研究[J].現代農業科技, 2013(4): 197-198, 206.
[12]郭大仰, 劉尚錢, 肖志新, 等.不同替代能源密集烤房煙葉烘烤效能對比研究[J].安徽農業科學, 2016, 44(33): 99-102.
[13]孫培和, 王先偉, 王法懿, 等.高溫熱泵煙葉烤房的研究與應用[J].現代農業科技, 2010(1): 252-254.
[14]飛鴻, 蔡正達, 胡堅, 等.利用生物質烘烤煙葉的研究[J].當代化工, 2011, 40(6): 565-567, 592.
[15]蘭樹斌, 馬瑩, 陳維林, 等.生物質能源在烤煙烘烤中的應用研究進展[J].現代農業科技, 2016(18): 153-155.
[16]宋朝鵬, 李常軍, 楊超, 等.生物質能在煙葉烘烤中的應用前景[J].河北農業科學, 2008, 12(12): 58-60.
[17]蘭樹斌, 張大斌, 曹陽.生物質能源爐具替代密集烤房煤炭供熱系統研究[J].現代農業科技, 2016(18): 140-141, 143.
[18]龐利沙, 田宜水, 侯書林, 等.生物質顆粒成型設備發展現狀與展望[J].農機化研究, 2012(12): 237-241.
[19]張駿, 楊征宇.可再生能源在煙草調製中的應用研究[J].江西農業學報, 2012, 24(1): 50-52.
[20]孫建鋒, 王梅, 劉芳, 等.應用配方均勻設計確定煙葉烘烤生物質型煤的最佳配方[J].浙江農業科學, 2012(2): 202-205.
[21]郭仕平, 謝良文, 曾淑華, 等.烤煙秸稈壓塊代煤在煙葉烘烤中的應用效果研究[J].現代農業科技, 2015(6): 178-179, 185.
[22]張聰輝, 趙宇, 蘇家恩, 等.清潔能源部分替代煤炭在密集烤房中應用技術研究[J].安徽農業科學, 2015, 43(4): 304-305, 314.
[23]姚宗路, 崔軍, 趙立欣, 等.瑞典生物質顆粒燃料產業發展現狀與經驗[J].可再生能源, 2010, 28(6): 145-150.
[24]林偉, 王鵬, 陳賢龍, 等.智能生物顆粒燃料燃燒機在煙葉烘烤中的應用效果研究[J].中國農學通報, 2016, 32(25): 170-174.
[25]王建安, 劉國順.生物質燃燒鍋爐熱水集中供熱烤煙設備的研製及效果分析[J].中國煙草學報, 2012, 18(6): 32-37.
