安康煙區(qū)烘烤自動化加煤技術(shù)應(yīng)用效果試驗

趙 鵬，薛 峰，柯美福，朱 峰，肖頭杰

（1安康市煙草公司，陜西安康725000；2漢濱煙葉分公司，陜西安康725000）

0 引言

烤煙烘烤環(huán)節(jié)約占烤煙大田生育期的50%，是田間采摘的黃綠色煙葉，在人為加熱控制下有序脫水干燥，同時實現(xiàn)內(nèi)在化學(xué)物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化積累的過程?？緹熀婵具^程中，在溫濕度控制上稍有差錯，就會明顯體現(xiàn)在煙葉的外觀質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量上，例如掛灰、蒸片、糟片、青筋、洇筋、烤紅和糖堿比過低、兩糖比過低、青雜氣過重等，嚴重影響烤煙產(chǎn)值[1-3]。傳統(tǒng)烘烤中因人為加煤過多引起的急升溫、因夜晚疲勞忘記加煤引起的急降溫、因未按時加煤引起的穩(wěn)溫時間不夠等，都是造成煙葉質(zhì)量降低的主要原因。

徐成龍等[4]研究表明，烤房建造先后經(jīng)歷了4個發(fā)展階段，分別為傳統(tǒng)土烤房、標(biāo)準(zhǔn)化普通烤房、熱風(fēng)循環(huán)式烤房和密集式烤房；詹軍等[5]研究表明，密集烤房由于采用了風(fēng)機，溫濕度自動控制等烘烤設(shè)備，煙葉的烘烤質(zhì)量得到明顯提高，烘烤用工減少，烘烤成本顯著降低。中國的專業(yè)化烘烤進程相對緩慢，專業(yè)化烘烤設(shè)備現(xiàn)狀與現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的迫切需要很不適應(yīng)[6-18]；肖鵬等[19]研究表明，采用密集烤房后，烘烤設(shè)備的自動化、智能化程度仍較低，多數(shù)環(huán)節(jié)還需要人工操作。彭剛[20]研究表明，以PLC控制的燃料運輸系統(tǒng)成為時下烤房燃料自動管理的發(fā)展方向。自動加煤和除渣裝置是運用CAD軟件設(shè)計，由角鋼焊接而成，通過三菱PLC實現(xiàn)控制，為密集烤房的加熱室提供燃料，并去除已經(jīng)燃燒完的煤渣[21]。自動加煤技術(shù)是能夠替代人工加煤的一項新技術(shù)，但當(dāng)前在全國煙區(qū)都未大面積推廣，主要是因為每次烘烤的鮮煙葉素質(zhì)都不一樣，使用的煤的標(biāo)準(zhǔn)的也不盡相同，造成每次的烘烤進程不同，進而對自動加煤量和頻次的要求不同，需要對自動加煤機的參數(shù)進行設(shè)置，并且需要與烘烤溫濕度自控儀進行銜接，另外設(shè)備昂貴，需要對技術(shù)的使用效益進行綜合評估。本研究以提高溫濕度控制精準(zhǔn)度為目標(biāo)，從規(guī)范自動化加煤技術(shù)出發(fā)，通過系統(tǒng)比較自動化加煤技術(shù)和人工加煤技術(shù)的應(yīng)用效果，綜合驗證自動化加煤技術(shù)的減工、降本、節(jié)能、提質(zhì)效果，以期為煙區(qū)推廣奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

試驗于2014—2016年在漢濱區(qū)早陽鎮(zhèn)楊灣現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)示范園進行。

1.2 試驗材料

品種為‘云煙97’。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設(shè)計 種植面積6.67 hm2，選取長勢一致煙株進行標(biāo)記，為自動加煤烤房和人工加煤烤房各準(zhǔn)備1爐下部、中部、上部待烤煙葉，試驗按照隨機區(qū)組設(shè)計，處理為2個處理，區(qū)組為下、中、上部位煙葉，烤房采用密集烤房，自動加煤處理在烤房上安裝自動加煤裝置。

1.3.2 自動加煤處理要點（1）使用18900 kJ的原煤，先清除石塊以防損壞機器，然后砸碎原煤控制煤塊直徑在5 cm左右備用。（2）自動加煤裝置的漏斗內(nèi)裝煤量確定為60 kg，每當(dāng)自控儀在控制鼓風(fēng)機開啟時，加煤裝置自動啟動加煤1次，加煤時間設(shè)為1 min。（3）在煙葉變黃期和干筋期，每19 h左右在漏斗內(nèi)加煤一次；在定色期，每15 h左右在漏斗內(nèi)加煤1次。

1.3.3 人工加煤處理要點 每3 h左右加煤1次，晝夜不斷。

1.3.4 測定方法 見公式(1)～(2)。

式中：5元為每次加煤的費用。

烤后原煙按照國家烤煙42級分級標(biāo)準(zhǔn)進行分級并對外觀質(zhì)量進行感官鑒定，然后統(tǒng)計均價、上等煙比例、橘黃煙比例。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理 方差分析采用SAS統(tǒng)計分析軟件進行[23]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同加煤處理的用工和能耗比較

1爐煙烘烤完畢平均需要7天，從表1可見，人工加煤處理需加煤63次，晝夜不停，甚費勞力，自動加煤處理將加煤次數(shù)減少至10次，平均一天不到2次，不影響晚間休息，減工效果明顯，方差分析結(jié)果表明自動加煤處理在加煤次數(shù)和單位干煙耗煤量上極顯著低于人工加煤處理，分別減少84.13%和16.75%，減工節(jié)能效果顯著，在單位干煙耗電量上差異不顯著。

表1 不同加煤處理的用工和能耗比較

2.2 不同加煤處理的原煙產(chǎn)質(zhì)量比較

從表2可見，自動加煤處理烤后原煙鮮干比顯著低于人工加煤處理，減少3.65%，這說明自動加煤處理可使煙葉在烘烤過程中重量損失減少，進而增加產(chǎn)量3.65%，有一定的增產(chǎn)效果。從表2～3可見，自動加煤處理烤后原煙上等煙比例、橘黃煙比例顯著高于人工加煤，分別增加3.15%和4.35%，從外觀質(zhì)量看，自動加煤處理上部煙葉烤后原煙的色度和油分有明顯的改善，色度更為鮮亮，油分增多，自動加煤處理避免了人工加煤操作造成的溫、濕度波動，有利于烘烤工藝的精準(zhǔn)執(zhí)行，進而提高了煙葉質(zhì)量。

表2 不同加煤處理的原煙產(chǎn)質(zhì)量比較

表3 不同加煤處理的原煙外觀質(zhì)量比較

2.3 不同加煤處理的經(jīng)濟效益比較

從表4可見，自動加煤處理烤后原煙均價顯著高于人工加煤處理，增加3.76%，均價減除能耗和加煤用工費用后的綜合效益極顯著增加8.67%。自動加煤處理后的單位面積產(chǎn)值=人工加煤處理單位面積產(chǎn)量×(1+3.65%)×人工加煤處理均價×(1+8.67%)，較人工加煤處理增加12.64%，這就是自動加煤處理的減工、降本、節(jié)能、提質(zhì)的總效益。

表4 不同加煤處理的單位干煙葉效益比較 元/kg

3 結(jié)論與討論

（1）安康煙區(qū)烘烤自動化加煤技術(shù)產(chǎn)生了明顯的減工、降本、節(jié)能、提質(zhì)、增產(chǎn)效果，綜合表現(xiàn)在可提高單位面積產(chǎn)值12.64%，分別表現(xiàn)在加煤次數(shù)、單位干煙耗煤量減少84.13%和16.75%，原煙均價、上等煙比例、橘黃煙比例增加3.76%、3.15%和4.35%，單位面積產(chǎn)量增加3.65%。

（2）烤煙烘烤自動化加煤技術(shù)的推廣，需要成熟的設(shè)備、配套的煤質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、適宜煙葉素質(zhì)的設(shè)備參數(shù)，然后是成本的測算、綜合效益的評估。安康煙區(qū)為推廣此項技術(shù)，在試驗中首先是規(guī)定了煤質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，具體為煤的能量18900 kJ，煤塊直徑5 cm左右，根據(jù)安康煙葉素質(zhì)特點，規(guī)定了漏斗中的加煤量為60 kg，自動加煤時長為1 min，在煙葉變黃期或干筋期19 h左右在漏斗中加煤1次，在煙葉定色期15 h左右在漏斗中加煤1次。曹斌等[21]主要從硬件方面闡述了自動加煤除渣裝置的設(shè)計和制作，彭剛[20]主要從軟件方面闡述了自動加煤設(shè)備的PLC控制系統(tǒng)，本研究所用的設(shè)備是前人研究的成果。肖鵬等[19]主要研究了與自動加煤裝置相配套的煤質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，他認為煙葉烘烤自動加煤機的煤質(zhì)應(yīng)以不結(jié)渣、熱量高、含硫量低、大小均勻（直徑為3～5 cm）并且形狀為偏球形為宜，這與本研究的煤塊標(biāo)準(zhǔn)相類似，本研究更明確了煤的能量標(biāo)準(zhǔn)、漏斗的裝煤量以及適宜本區(qū)域煙葉素質(zhì)的加煤頻率。付安海等[22]主要評估了自動化加煤裝置的使用效果，主要包括成本降低、均價提高，這與本研究的結(jié)論相近，但具體數(shù)值不同，可能與地域、設(shè)備以及試驗背景等有差異有關(guān)。本研究更側(cè)重于評估本地區(qū)使用自動化加煤技術(shù)的生態(tài)效益、社會效益以及綜合經(jīng)濟效益，為下一步推廣、制定扶持引導(dǎo)政策提供參考依據(jù)。

（3）安康煙區(qū)烘烤自動化加煤技術(shù)適宜于在安康地區(qū)和生態(tài)條件相近的秦巴山區(qū)使用，適合在2010年以后建造的國家標(biāo)準(zhǔn)密集烤房上使用。在推廣過程中，一是建議根據(jù)煤的質(zhì)量、鮮煙葉的素質(zhì)（成熟度、含水量等）對設(shè)備參數(shù)進行適當(dāng)調(diào)整；二是按照本研究結(jié)論綜合經(jīng)濟效益12.64%來計算，以當(dāng)前單位面積產(chǎn)值5萬/hm2為標(biāo)準(zhǔn)，每公頃可增收6320元，因而建議1套自動化加煤裝備的價格不超過這個數(shù)；另外該技術(shù)在節(jié)約能源、保護環(huán)境上有明顯效果，因而建議在推廣中能適當(dāng)給予補貼。本研究在自動加煤設(shè)備的啟動時機設(shè)置上，采用與鼓風(fēng)機同步，鼓風(fēng)機本身由溫濕度自控儀控制，因而需通過電子技術(shù)，將自動加煤機連接到溫濕度自控儀上，而當(dāng)前推廣應(yīng)用的密集烤房的溫濕度自控儀并沒有此項功能，因而需做進一步的研究和調(diào)試。