祖慶學(xué) 曹本福 李碧寬 母少東 陸引罡

摘要：為了對(duì)煙葉烘烤過(guò)程中排出的煙氣余熱進(jìn)行回收利用，提高熱能利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減耗、降低成本，在貴州省開陽(yáng)縣宅吉鄉(xiāng)潘桐村烤煙烘烤工場(chǎng)對(duì)烤房群中的10座烤房進(jìn)行改進(jìn)，增設(shè)了余熱利用裝置設(shè)施，并與未安裝余熱回收裝置的烤房進(jìn)行效果對(duì)比測(cè)試。結(jié)果表明，烤房群余熱利用可有效地減少燃料用量，平均1 kg干煙葉耗煤1.09 kg，比對(duì)照烤房節(jié)約0.305 kg，節(jié)煤率為21.86%;平均1 kg干煙葉省電0.165 kW·h，省電率為18.44%，節(jié)約率達(dá)20.94%;每炕次可節(jié)約烘烤成本160元?？竞鬅熑~均價(jià)、等級(jí)結(jié)構(gòu)較對(duì)照烤房略有提高，此外，該余熱回收裝置有利于煙葉變黃、干燥、回潮，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：烤煙;密集烤房;余熱共享;再利用

中圖分類號(hào)：S572? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2018）22-0096-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.22.026? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract： In order to recycle and re-used waste heat during curing stage， which could achieve the purpose of energy-saving and reduce the cost of baking， ten barn building were improved at Pantong village， Zhaiji town， Kaiyang county of Guizhou province. The waste heat recycling installation of flue gas in tobacco bulk barn was designed and a contrast experiment was carried out for the baking tobacco leaves between the improved bulk curing barn and the conventional bulk curing barn. The results showed that， the improved bulk curing barn had obvious coal-saving effects of fuel consumption， its average coal consumption for 1 kg dry tobacco leaves was 1.09 kg， being 0.305 kg and 21.86% less than the conventional bulk curing barn. The improved bulk curing barn also could save the cost by 0.4 CNY each kg dry tobacco leaves， average power saving of 0.165 kW·h， the power saving rate of 18.44%， and its cost-saving rate was 20.94%. In total， it could save the cost of 160 CNY in baking every times. The appearance quality， grade structure and average price of flue-cured tobacco leaves of the improved bulk curing barn were slightly improved than those of control-cured barn. In addition，the waste heat recovery device was conducive to yellowing of tobacco leaves dry， resurgence. This recycling installation has a good promoting efficient.

Key words： tobacco; bulk curing barn; surplus heat sharing; reuse

烘烤調(diào)制作為煙葉生產(chǎn)最重要的環(huán)節(jié)，密集烤房更節(jié)能增效的研究已然成為烤煙烘烤設(shè)備更新改革的主要方向[1-4]。密集烤房烘烤是在爐膛中加入燃煤燃燒以產(chǎn)生高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)換熱器加熱裝煙室內(nèi)空氣，促使煙葉發(fā)生一系列物理化學(xué)變化，最終使煙葉脫水、干燥、變黃，以獲得外觀及品質(zhì)理想的干煙葉[5，6]。自密集烤房在中國(guó)各大煙區(qū)興起普及以來(lái)，中國(guó)煙草科研人員圍繞密集型烤房進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究[7-12]。蘭樹斌等[13]、楊世關(guān)等[14]提出以生物質(zhì)能作為能源對(duì)煙葉烘烤進(jìn)行供熱;田效園等[15]、潘建斌等[16]以熱泵替代煤炭作為能源烘烤煙葉的研究;此外，還嘗試了煤油、柴油、太陽(yáng)能、天然氣、醇類等新型供熱物質(zhì)[17-24];但最終都沒(méi)得到推廣普及，煤炭仍是中國(guó)目前烘烤煙葉的主要燃料[25]。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，每1 kg干煙葉的耗煤量在1.5～2.0 kg，按1.5 kg的單位質(zhì)量干煙葉耗煤量計(jì)算，全國(guó)煙葉烘烤的總耗煤量可達(dá)337.5萬(wàn)t[26]，煙葉烘烤耗能巨大，如何實(shí)現(xiàn)密集烘烤過(guò)程中節(jié)能減排，降低成本，成為亟待解決的問(wèn)題。常樂(lè)等[27]采用重力熱管換熱器，通過(guò)多通道數(shù)據(jù)采集儀和溫度傳感器進(jìn)行測(cè)定，在云南省宜良縣九鄉(xiāng)彝族回族鄉(xiāng)進(jìn)行煙葉烘烤試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，煤炭燃燒排入大氣的煙氣均在70～200 ℃，表明密集烘烤過(guò)程中從煙囪中所排出的煙氣仍蘊(yùn)含大量熱量未被充分利用，存在嚴(yán)重的能源浪費(fèi)現(xiàn)象，合理利用這部分余熱，將從很大程度上降低烤煙的生產(chǎn)成本。

筆者根據(jù)貴州省煙區(qū)密集烤房結(jié)構(gòu)特性和煙氣排放類型，按照密集烤房烘烤工藝特點(diǎn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)出連體密集烤房煙氣余熱回收系統(tǒng)，通過(guò)增設(shè)余熱利用裝置設(shè)施（干、濕熱循環(huán)通道）研究煙氣回收利用的效果，以期為降低實(shí)際燃煤用量，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的低碳可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 密集烤房煙氣余熱回收利用系統(tǒng)的原理及建造方法

1.1.1? 密集烤房煙氣余熱回收利用系統(tǒng)的原理? 密集烤房群余熱利用是指各密集烤房通過(guò)余熱利用裝置形成連體烤房，使得各單體烤房排出的煙氣進(jìn)行循環(huán)再利用。即將裝煙室溫度高于50 ℃烤房排出的干熱煙氣送進(jìn)干熱循環(huán)通道，低于50 ℃烤房排出的濕熱煙氣送進(jìn)濕熱循環(huán)通道，然后根據(jù)烤房群的每一座烤房烘烤需要，由循環(huán)風(fēng)機(jī)吸入干熱煙氣或濕熱煙氣;通過(guò)冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入加熱室，避免單體烤房在干筋期烘烤階段中產(chǎn)生的干熱煙氣和排濕期形成的濕熱煙氣直接排向外界造成熱量浪費(fèi)。如當(dāng)吸入的干、濕熱煙氣低于烘烤需要的溫度時(shí)，經(jīng)加熱室爐灶進(jìn)行加熱，再進(jìn)入裝煙室。如吸入的干、濕熱煙氣等于烘烤需要的溫度時(shí)，加熱室爐灶不需進(jìn)行加熱，可直接進(jìn)入裝煙室，確保供熱烤房任何時(shí)候排出的煙氣余熱都能滿足處理烤房的烘烤需求。由于吸入的干、濕熱煙氣是正在進(jìn)行煙葉烘烤的烤房排出的，溫度均高于外界溫度，所以其加熱或不加熱均比外界較低溫度的空氣加熱降低了能耗，從而節(jié)約了成本。

1.1.2? 密集烤房煙氣余熱回收利用系統(tǒng)的建造方法密集烤房煙氣回收利用系統(tǒng)由濕熱煙氣循環(huán)通道、干熱煙氣循環(huán)通道、循環(huán)風(fēng)機(jī)和清灰裝置4個(gè)部分組成。改造的密集烤房送風(fēng)方式為氣流上升式。

密集烤房群余熱利用裝置包含干熱煙氣輸送循環(huán)管道和濕熱煙氣輸送循環(huán)管道，即在原烤房群的基礎(chǔ)上，在煙囪旁邊皆以混凝土澆筑為800 mm×800 mm的地溝式循環(huán)管道。干熱煙氣輸送口設(shè)置在濕熱煙氣輸送口之上，出風(fēng)口布置在干、濕通道外側(cè)。距濕熱出氣口下方1 100 mm處，裝入功率200 W、轉(zhuǎn)速3 600 r/min的循環(huán)風(fēng)機(jī)，并建立風(fēng)機(jī)檢修門。空氣輸送通道轉(zhuǎn)彎處平滑圓弧，管道內(nèi)壁光滑，以減少空氣流通阻力?；炷凉鼙诔鋵?shí)無(wú)間隙，各烤房煙囪均采用標(biāo)準(zhǔn)磚筑砌，再用水泥細(xì)致沙漿粉刷嚴(yán)密。建造結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

1.2? 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2014年7—9月在貴州省開陽(yáng)縣宅吉鄉(xiāng)潘桐村烘烤工場(chǎng)進(jìn)行，12座供試烤房均安裝的烤房設(shè)備包含有遼寧海帝升機(jī)械有限公司生產(chǎn)的溫濕度控制器、k312供熱設(shè)備、烤房專用軸流風(fēng)機(jī)。其中10座安裝了煙氣余熱回收裝置，另2座沒(méi)有安裝煙氣余熱回收裝置的為對(duì)照烤房。供試品種為南江3號(hào)，選取煙葉均為成熟中部葉，各處理烤房重復(fù)2次?？痉垦b竿均為3層2排制，烘烤室大小（長(zhǎng)×寬×高）? 8 000 mm×2 700 mm×3 800 mm，送氣方式為氣流上升式。

1.3? 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)10座余熱利用烤房（T）和2座常規(guī)烤房（CK）每座烤房煙葉裝竿數(shù)均一致。烤房標(biāo)號(hào)由右向左依次編號(hào)，即T1至T10、CK1、CK2;試驗(yàn)烤房皆采用密集烤房自動(dòng)控制儀設(shè)定的三段式烘烤工藝，借鑒遵義市烘烤“七步法”進(jìn)行試驗(yàn)烘烤，并根據(jù)煙葉的變化情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。分別對(duì)耗煤、耗電、干煙葉質(zhì)量、烤后煙葉等級(jí)結(jié)構(gòu)、烘烤用時(shí)、回潮用時(shí)進(jìn)行記錄。

1.4? 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，利用SPSS 12.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 密集烤房群煙氣余熱利用系統(tǒng)的節(jié)能效果

單位干煙葉的耗煤量和需電量如表1所示，安裝余熱利用裝置系統(tǒng)的密集烤房烘烤節(jié)能效果均較明顯。通過(guò)方差分析，各處理間烘烤單位干煙葉成本存在差異，且T與CK成本均值差異顯著。安裝余熱回收裝置的烤房在煤耗、電耗、成本等方面較對(duì)照烤房均有較大程度的改變，烘烤干煙葉成本變幅在1.42～1.65元/kg。與CK相比，每烘烤出1 kg干煙葉T平均節(jié)煤0.305 kg，平均節(jié)煤幅度達(dá)21.86%，節(jié)煤效果明顯;每烘烤出1 kg干煙葉T平均省電0.165 kW·h，平均省電率為18.44%，省電效果較為明顯?？傮w而言，安裝余熱利用裝置的烤房平均節(jié)約成本0.40元/kg，節(jié)約率為20.94%，可有效地降低烘烤成本。

2.2? 烤后煙葉等級(jí)結(jié)構(gòu)比較

煙葉的等級(jí)結(jié)構(gòu)比例在一定程度上反映烘烤的效果，影響最終的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值。在各試驗(yàn)密集烤房烤后煙葉的等級(jí)結(jié)構(gòu)比例如表2所示，安裝余熱利用裝置的烤房烤后煙葉各結(jié)構(gòu)比例有所變動(dòng)，其中中上等煙比例略有提高，下等煙比例略有下調(diào)，且每千克均價(jià)提升0.25元，但指標(biāo)差異均較小，通過(guò)方差分析，T處理間雖存在顯著差異，但T與CK煙葉均價(jià)間沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明密集烤房安裝余熱利用裝置基本沒(méi)有改變煙葉均價(jià)的效果。

2.3? 余熱利用密集烤房煙葉回潮測(cè)定與比較

選取安裝余熱利用裝置的任一烤房與對(duì)照烤房進(jìn)行烘烤后煙葉回潮對(duì)比，裝煙竿數(shù)相同。兩座烤房同時(shí)熄火，對(duì)照烤房用自然通風(fēng)進(jìn)行回潮作對(duì)照，處理烤房用煙葉烘烤變黃后期的濕熱煙氣進(jìn)行回潮處理。對(duì)處理烤房、對(duì)照烤房和外界濕度在雨天和晴天不同天氣進(jìn)行測(cè)量并記錄，見(jiàn)圖2、圖3。由圖2可知，晴天情況下處理烤房的煙葉經(jīng)過(guò)30 h達(dá)到回潮要求，水分含量達(dá)到14.3%，而此時(shí)對(duì)照烤房還未達(dá)到回潮要求，水分含量?jī)H為12.1%，后于55 h達(dá)到回潮要求，水分含量達(dá)到14.4%。由此可見(jiàn)，處理烤房回潮時(shí)間比對(duì)照烤房大致節(jié)約25 h。由圖3可知，雨天情況下，對(duì)照烤房回潮時(shí)間縮短，在回潮計(jì)時(shí)40 h后達(dá)到回潮濕度要求，但對(duì)照烤房回潮耗時(shí)仍長(zhǎng)于處理烤房。由此可以看岀，增設(shè)余熱利用回收裝置的烤房無(wú)論在雨天還是晴天其回潮用時(shí)皆少于對(duì)照烤房，且處理烤房有相對(duì)穩(wěn)定而持續(xù)供濕熱煙氣，受外界環(huán)境的影響較小，而對(duì)照烤房受外界環(huán)境影響較大。特別是溫度較高的晴天中午，對(duì)照烤房還會(huì)因空氣干燥而再次干燥。

2.4? 余熱利用密集烤房煙葉烘烤用時(shí)比較

借鑒貴州省遵義市優(yōu)質(zhì)煙三段式烘烤“七步”法生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行烘烤，T1做為連體烤房群中的供熱第一烘，其余熱輔助T3處理烤房，如表3所示，T3處理烤房在變黃期的1～2步烘烤、定色期3～5步、干筋期6～7步中實(shí)際用時(shí)均有所減少。在回潮用時(shí)基本相等的情況下，T3受熱烤房較T1供熱烤房在變黃、定色、干筋期總縮短了30 h;T3烤房比對(duì)照烤房縮短55 h的烘烤用時(shí)。由此可見(jiàn)，安裝余熱利用系統(tǒng)的烤房通過(guò)利用余熱輔助烘烤均可有效地縮短變黃、定色、干筋期的總烘烤用時(shí)。

3? 小結(jié)與討論

3.1? 討論

從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，密集烤房群煙氣回收利用系統(tǒng)在節(jié)能減耗、降低生產(chǎn)成本、烤后煙葉外觀質(zhì)量、煙葉等級(jí)結(jié)構(gòu)等與楊曄等[28]研究成果相一致。與楊曄等[28]、常樂(lè)等[27]設(shè)計(jì)的密集烤房煙氣余熱加熱新風(fēng)系統(tǒng)相比，密集烤房群余熱回收系統(tǒng)構(gòu)思較合理，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、便捷。利用循環(huán)通道連通密集烤房群的每一座烤房，將裝煙室溫度高于50 ℃烤房排出的干熱煙氣和低于50 ℃烤房排出的濕熱煙氣各自排入相應(yīng)的通道，由循環(huán)風(fēng)機(jī)作用排入加熱室，達(dá)到提高熱能利用率和快速回潮的目的。盡管密集烤房群煙氣余熱回收利用系統(tǒng)烘烤、回潮效果顯著，但節(jié)能效果沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果，其原因估計(jì)是干、濕熱循環(huán)通道采用混凝土澆筑管道和管道空間過(guò)大的問(wèn)題。且即便管道以細(xì)致沙漿粉刷，但管道內(nèi)壁光滑度不夠且保溫性能仍較差，使煙氣在管道流動(dòng)過(guò)程中熱量損失較嚴(yán)重，影響了系統(tǒng)的節(jié)能效果。因此，在密集烤房群煙氣余熱回收系統(tǒng)推廣中可采用暖氣輸送專用PVC管或者鋼制保溫管，合理縮小管道直徑，確?；厥昭b置節(jié)能效果達(dá)到最佳狀態(tài)。

3.2? 小結(jié)

密集烤房群余熱利用系統(tǒng)節(jié)能效果明顯，與傳統(tǒng)密集烤房相比，每烘烤1 kg干煙葉平均節(jié)煤0.305 kg，平均節(jié)煤率為21.86%;每烘烤1 kg干煙葉平均省電率為18.44%，省電效果較明顯。以平均每炕次400 kg干煙葉計(jì)算，每炕次可節(jié)約烘烤成本160元。以每個(gè)烤季可烘烤7炕次計(jì)算，一個(gè)增設(shè)煙氣余熱回收利用裝置的烤房一個(gè)烘烤季可節(jié)約烘烤成本1 120元?？竞鬅熑~外觀質(zhì)量、煙葉等級(jí)結(jié)構(gòu)與對(duì)照烤房相比略有提高但差異不明顯，且安裝余熱利用裝置有利于煙葉變黃、回潮。

采用該裝置能夠?qū)⒏邷睾婵倦A段烤房排出的熱空氣傳送到低溫烘烤階段的烤房，將定色階段烤房排出熱濕空氣傳送到干燥煙葉的烤房進(jìn)行煙葉回潮，同時(shí)也可以在上部煙葉含水量低的條件下增加烤房濕度，達(dá)到密集烤房群余熱利用節(jié)能和烤后煙葉快速回潮的目的。同時(shí)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)的密集烤房群余熱利用裝置設(shè)計(jì)呈“回”字形循環(huán)通道，在烤房群煙葉烘烤中可根據(jù)煙葉烘烤需要，將供熱烤房排出的干、濕空氣進(jìn)行二次利用，從而利用余熱減少了耗煤量，減少了有害氣體和煙塵的排放。

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