高效助燃除硫劑在密集烤房中的應(yīng)用研究

余金龍

（湖南省郴州市煙草公司，湖南 郴州 423000）

燃煤助燃劑是一類添加于煤炭中起輔助燃燒作用的添加物，能明顯改善燃煤燃燒條件，提高煤的揮發(fā)分析出速率，降低著火溫度，縮短點(diǎn)火延遲時間，加快煤燃盡速率，提高燃燒效率并相對增加燃燒發(fā)熱量[1-2]。在鋼鐵企業(yè)及火力發(fā)電廠有較廣泛的應(yīng)用[3-4]，而在煙草烘烤應(yīng)用方面卻鮮有報道。隨著國內(nèi)煙葉生產(chǎn)規(guī)模化種植越來越集中，煙葉烘烤所需的烤房也逐步集群化[5]，由此帶來的環(huán)境污染問題也越來越突出，主要體現(xiàn)在煤炭燃燒時所產(chǎn)生的大量粉塵和有害氣體（主要是SO2）對烤房群周邊農(nóng)林生產(chǎn)及農(nóng)民生活環(huán)境已造成了較為明顯的影響。為解決此類問題，急需開發(fā)出適合煙葉烘烤中低溫燃燒爐使用的高效助燃除硫劑。除硫劑的機(jī)理是在燃煤中加入鈣系與鎂系化合物，在高溫下鈣系與鎂系化合物與煤中的硫結(jié)合生成不揮發(fā)的硫酸鹽，從而達(dá)到去除燃煤燃燒后煙氣中的二氧化硫排放的目的[6]。

本研究針對煙葉烘烤燃煤的特點(diǎn)，借鑒前人研究經(jīng)驗(yàn)[7-12]，專門試驗(yàn)研制出強(qiáng)化助燃的特制除硫劑，它由固硫劑、催化劑、除硝劑、氧化劑、粘合劑、燃燒劑等復(fù)配而成，并對其在煙葉烘烤中的實(shí)際效果進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試烤房為2座金屬密集烤房、烤房規(guī)格為裝煙室2.7 m×8 m，裝煙3層。供試燃煤為郴州煤，其含全硫量0.91% Slad，各項(xiàng)檢測指標(biāo)見表1。

表1 樣品煤的檢測結(jié)果Table 1 The test result of coal samples

1.2 試驗(yàn)時間和地點(diǎn)

本試驗(yàn)于 2011年在湖南郴州市桂陽縣樟市煙葉烘烤工場進(jìn)行。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計與方法

試驗(yàn)設(shè)2個處理：處理A為燃煤中添加高效助燃除硫劑（添加量為3%），處理B為燃煤中未加高效助燃除硫劑。供試烤房和煤質(zhì)一致，供試煙葉基本一致。在空載試驗(yàn)中，裝煙室溫度40～45 ℃時，進(jìn)行爐膛不同位置（距爐頂10 cm、距爐頂20 cm、爐膛中部）的溫度測定和煙囪尾氣檢測；爐膛溫度采用熱電偶溫度測試儀（量程為-5～1200 ℃）測定，煙囪尾氣中 CO、CO2、NO、NO2、SO2采用雷博3040煙氣綜合測量系統(tǒng)測定。在煙葉烘烤試驗(yàn)中，記錄不同處理的耗煤量、耗電量及烤后煙葉外觀質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性狀等。煙葉感官質(zhì)量及外觀質(zhì)量由湖南省煙草（集團(tuán)）公司評吸委員會鑒定?？竞鬅熑~化學(xué)成分含量參考鮑士旦[13]方法測定。通過能耗成本、CO、SO2等排放量及煙葉烘烤效果等方面比較高效助燃除硫劑在烤房中的除硫、助燃效果。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié) 果

2.1 空載試驗(yàn)

2.1.1 爐膛內(nèi)溫度變化 從表2可以看出，烤房空載情況下，裝煙室溫度穩(wěn)定在 40～45 ℃，無論是大火烘烤還是小火烘烤，燃煤中添加高效助燃除硫劑（處理A）的爐膛內(nèi)3個檢測部位溫度均明顯高于未加高效助燃除硫劑（處理B），而中火烘烤時，處理A距離爐頂10 cm處檢測溫度與處理B無明顯差異，而其他2個檢測位置則處理A檢測溫度均高于處理 B。由此可見，燃煤中添加高效助燃除硫劑能改善燃煤的燃燒性能，燃煤燃燒更加充分，助燃效果顯著。

表2 兩種烘烤處理爐膛內(nèi)不同位置溫度 ℃Table 2 Furnace temperature for various positions in two treatments

2.1.2 煙囪排煙煙氣成分 從表3可以看出，烤房空載情況下，裝煙室溫度穩(wěn)定在 40～45 ℃，無論是大火、中火還是小火烘烤，處理A的NO、NO2、CO、SO2排放量均明顯低于處理 B，而處理 A的CO2排放量明顯高于處理B。其中，小火烘烤SO2的排放量降低了1509 mg/m3，降幅為87.63%，中火烘烤 SO2的排放量降低了 1565 mg/m3，降幅為87.53%，大火烘烤 SO2的排放量降低了 1650 mg/m3，降幅高達(dá)90.51%。這表明燃煤中添加高效助燃除硫劑的除硫效果明顯，而CO2的排放量平均增加37.67 mg/m3，升高了5.32%，說明高效助燃除硫劑中含有的氧化劑和燃燒劑能促使燃煤燃燒充分；NO和NO2的排放量分別平均降低79.0 mg/m3、30.0 mg/m3，降幅分別為19.43%、32.03%，說明燃煤中添加高效助燃除硫劑有一定的除硝氮作用。

表3 煙囪排煙煙氣成分 mg/m3Table 3 Chemical components in smoke from chimney

2.1.3 節(jié)能減排效果 添加除硫劑燃煤在燃燒初期排煙明顯，隨后煙氣排放量相對減少，煙氣減排效果相對較好，而對照燃燒初期煙氣較濃烈，排濃煙持續(xù)時間相對較長，減排效果稍差?？梢?，添加助燃除硫劑可提升燃煤燃燒性能，除硫效果明顯，節(jié)能減排效果好。

2.2 烘烤試驗(yàn)

2.2.1 烘烤溫度變化 圖1可以看出，處理A火力控制得當(dāng)，升溫平穩(wěn)，整個烘烤過程中，升溫穩(wěn)溫操作較易于控制，處理B升溫后會保持恒溫一段時間，存在溫度上升平臺，在部分時段，甚至存在不同程度掉溫現(xiàn)象。分析其原因可能為處理A添加了高效助燃除硫劑后，燃煤燃點(diǎn)降低，接火性能提升，燃燒更充分，導(dǎo)致溫度上升平穩(wěn)，而處理B未添加高效助燃除硫劑，燃煤燃點(diǎn)相對較高，接火性能稍差，存在升溫滯后甚至掉溫現(xiàn)象。

圖1 煙葉烘烤過程中干球溫度Fig.1 Temperature of tobacco leaves in curing process

2.2.2 除硫效果 從表4可以看出，42、54、65 ℃烘烤溫度時，處理A煙囪尾氣檢測的SO2均顯著低于處理B。干球溫度42 ℃時，處理A、處理B的煙囪尾氣SO2含量分別為208 mg/m3、699 mg/m3，處理A較處理B的SO2含量降低了70.24%；干球溫度54 ℃時，處理A、處理B的煙囪尾氣中SO2含量分別為230 mg/m3、1340 mg/m3，處理A較處理B的SO2含量降低了82.84%；干球溫度65℃時，處理A、處理B的煙囪尾氣SO2含量分別為146、654 mg/m3，處理 A較處理 B的 SO2含量降低了77.68%；處理A的平均除硫效果為78.31%。由此可見，燃煤中添加高效助燃除硫劑可大幅度降低煙囪尾氣中SO2含量，減少環(huán)境污染和酸雨形成。

表4 各處理烘烤過程中煙囪尾氣SO2含量變化Table 4 SO2 content change of smoke for different treatments during curing process

2.2.3 煙葉烘烤成本對比 從表5看出，無論是上部葉還是中部葉，處理A與處理B的耗電成本均無明顯差異，而處理A煤耗成本均明顯低于處理B。其中，處理A中部葉平均烘烤成本低于處理B，而上部葉平均烘烤成本兩者之間無明顯差異。中部葉千克干煙耗煤量以處理A最低為1.29 kg，比處理B低0.13 kg，烘烤成本降低10.71%，上部葉每千克干煙耗煤量以處理A最低為1.11 kg，比處理B低0.06 kg，烘烤成本降低4.39%?？傮w表明，燃煤中添加適量高效助燃除硫劑可降低煤耗成本。

2.3 煙葉品質(zhì)

2.3.1 烤后煙葉外觀質(zhì)量 從表6知，不同處理各部位烤后煙葉的成熟度、葉片結(jié)構(gòu)、身份、油分、顏色和色度等外觀質(zhì)量指標(biāo)評分沒有差異。說明除硫助燃劑對煙葉外觀質(zhì)量沒有影響。

2.3.2 烤后煙葉等級結(jié)構(gòu) 從表7看出，燃煤中添加除硫助燃劑對上等煙及上中等煙比例無影響。

2.3.3 烤后煙葉感官質(zhì)量 各處理烤后煙葉感官質(zhì)量見表8?？梢钥闯?，兩個處理煙葉香氣特征均顯著，處理A香氣量、刺激性、余味得分高于處理B，而雜氣、勁頭、燃燒性得分低于處理B。處理A總得分比處理B僅高0.1分?？傮w表明，燃煤中加入高效助燃除硫劑對于提升煙葉感官質(zhì)量效果不是很明顯。

表5 煙葉烘烤能耗成本Table 5 Energy consumption cost of tobacco curing

表6 各處理烤后煙葉外觀質(zhì)量評分Table 6 Appearance quality score of cured tobacco leaves

表7 各處理煙葉等級構(gòu)成Table 7 Grade of cured leaves for different treatments

表8 各處理煙葉感官質(zhì)量Table 8 Sensory quality of tobacco leaves for two treatments

2.3.4 烤后煙葉化學(xué)成分 煙葉化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性直接反映出煙葉成熟狀況，也直接影響煙葉感官評級質(zhì)量[14]。從表9可以看出，無論是C3F等級煙葉還是B2F等級煙葉，兩個處理煙葉化學(xué)成分較為協(xié)調(diào)，還原糖、煙堿、總氮、氧化鉀、氯均在適宜的范圍之內(nèi)，說明燃煤中加入高效助燃除硫劑對煙葉內(nèi)在化學(xué)成分無不良影響。

表9 不同處理烤后煙葉的化學(xué)成分Table 9 Chemical composition of cured tobacco leaves with different treatment

3 討 論

本研究通過在燃煤中添加適量高效助燃除硫劑研究其對煙葉烘烤成本、烤后煙葉品質(zhì)及排出煙氣成分的影響?？痉靠蛰d試驗(yàn)條件下，添加高效助燃除硫劑可顯著提升爐膛內(nèi)溫度，降低煙氣中氮氧化物含量，其中，SO2的排放量降幅高達(dá)87%以上，但同時也提高CO2含量，主要是由于助燃除硫劑中含有氧化劑和燃燒劑提高了燃煤的燃燒性能，燃煤燃燒更加充分導(dǎo)致煙氣中CO2的排放量升高。本研究在煙葉烘烤試驗(yàn)中全程監(jiān)測了烤房內(nèi)溫度變化，添加高效助燃除硫劑處理溫度上升平穩(wěn)、易于控制，而對照在溫度上升過程中會間歇性出現(xiàn)恒溫、掉溫現(xiàn)象，因?yàn)樘砑恿酥汲騽济喝键c(diǎn)降低，接火性能提升，溫度上升平穩(wěn)，而對照接火性能稍差，導(dǎo)致升溫滯后甚至掉溫。煙葉烘烤試驗(yàn)中，助燃除硫劑的除硫效果與空載試驗(yàn)除硫效果相當(dāng)，SO2的排放量平均降幅高達(dá)78.31%。然而，煙葉烘烤成本對比分析表明，添加高效助燃除硫劑能降低煤耗成本而對煙葉平均烘烤成本無明顯影響，可能裝煙量不同或試驗(yàn)誤差所致，有待于進(jìn)一步研究。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，添加除硫助燃劑處理對烤后煙葉外觀質(zhì)量、煙葉等級結(jié)構(gòu)及煙葉感官質(zhì)量均無影響，可能是由于烤煙品種、烤后煙葉品質(zhì)影響較大，而與烘烤工藝關(guān)系不大所致，訾瑩瑩等[15]研究認(rèn)為，不同烤煙品種煙葉烘烤過程中因?yàn)樽杂伤c束縛水散失速率、多酚氧化酶活力、葉綠素降解速率等差異變化導(dǎo)致中上等煙葉比例和均價不同。添加助燃除硫劑處理烤后煙葉與對照相似，其化學(xué)成分較為協(xié)調(diào)，各化學(xué)成分均在適宜的范圍之內(nèi)，可見，燃煤中加入助燃除硫劑對煙葉內(nèi)在化學(xué)成分無不良影響。

4 結(jié) 論

燃煤中添加高效助燃除硫劑可改善燃煤燃燒性能，明顯提升爐膛內(nèi)溫度，除SO2效率高達(dá)77%以上，且煙氣排放量少，節(jié)能減排效果好。添加高效助燃除硫劑燃煤燃點(diǎn)降低，接火性能提升，火力易于控制，升溫平穩(wěn)；可降低煤耗成本，且對煙葉外觀、感官質(zhì)量、煙葉等級、化學(xué)成分無明顯影響。

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