碳纖維紅外線烤房技術(shù)研究與應(yīng)用①

單士睿

（許昌職業(yè)技術(shù)學院 河南許昌 461000）

在烤煙生產(chǎn)中，必須經(jīng)過鮮煙葉的烘烤處理環(huán)節(jié)。而在我國烤煙產(chǎn)區(qū)的煙農(nóng)普遍采用小型烤房對煙葉進行最初烘烤處理。這種小型烤煙房的熱量來源主要依靠燒柴或燒煤，存在加熱不方便、煙農(nóng)烤煙勞動強度大，烤煙受熱不均勻以及烤煙排放的煙塵碳物質(zhì)污染環(huán)境等諸多弊端。因此，設(shè)計一種新的碳纖維紅外線烤煙房是整個煙草行業(yè)中迫切需要解決的技術(shù)問題。全國用于烤煙初加工的烤房約80萬間，隨著煙葉種植戶均面積逐年遞增，預計每年新增5%烤房。目前，烤煙房設(shè)備生產(chǎn)方面存在部分未進入統(tǒng)計口徑的小型生產(chǎn)企業(yè)，其產(chǎn)品檔次較低。

1 傳統(tǒng)烤煙技術(shù)

傳統(tǒng)的煙草烘烤是利用柴煤進行烘烤。柴煤爐設(shè)置在烤房外，通過熱管或鼓風機將熱量輸送到烤房內(nèi)[1]。傳統(tǒng)的柴煤烤煙有5大弊端：①熱能利用率低，只有25%；②烤煙成本很高，烤出500 g黃煙，柴煤成本為0.7元左右；③勞動強度很大，除搬運量大外，烤煙期間，需晝夜看火，加柴添煤，無法安眠；④烤煙質(zhì)量難控，升溫降溫，憑感覺，熱力均勻不好把握；⑤對環(huán)境有污染，有碎渣、煙塵及二氧化碳、硫化物等污染環(huán)境?？緹熎鹣仁菬瘢髞砀挠妹?。目前，烤房雖然整體改進，排濕性能先進的“密集式烤房”也出現(xiàn)了，但是烤煙燒柴、燒煤卻是百年未有改變。近年，隨著技術(shù)革新，出現(xiàn)了酒精、空氣泵、太陽能等烤煙技術(shù)設(shè)備，但由于價格貴、不方便、不適用于現(xiàn)烤房等緣故，這些設(shè)備無法被實踐應(yīng)用[2]。

2 碳纖維紅外線烤房技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

碳纖維（carbon fiber）是含碳量高于90%的無機高分子纖維。碳纖維的軸向強度與模量高，密度低，比性能高，無蠕變，非氧化環(huán)境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導電性能介于非金屬與金屬之間，熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性好，X射線透過性好。碳纖維電熱板，是使用高分子非金屬發(fā)熱材料，即將碳纖維與高強度絕緣材料玻璃纖維及聚氨脂，經(jīng)高溫高壓密閉復合而成。碳纖維電熱板，為非金屬面狀電阻體，通電后電熱板2面同時均勻散熱，是電阻絲散熱面積的百倍，2 min內(nèi)碳纖維電熱板表面即可升到設(shè)定溫度，電熱轉(zhuǎn)換率98%以上，且受熱溫度均勻。碳纖維電熱板在通電運行后，碳原子在電激條件下產(chǎn)生熱反應(yīng)，在面狀電熱板上產(chǎn)生高速布朗運動，相互撞擊摩擦產(chǎn)生熱量，發(fā)送出紅外波，穿透介質(zhì)，均勻散熱。碳纖維電熱板發(fā)出的紅外線，系8～15 m遠紅外光波，被醫(yī)學界稱為“生命之光”，極易被人體和其它生物吸收，激活生物體內(nèi)細胞活性，促進體內(nèi)新陳代謝，提高免疫力。碳纖維電熱板，使用220 V市電。電熱板運行后，面板通過發(fā)出紅外線波，穿透介質(zhì)，均勻生熱散熱。面板本身不產(chǎn)生高溫熱量，用手觸摸只有熱感 ，但不會灼傷。電熱板通電運行后，無靜電、無噪音、無電磁污染，防水防潮耐腐蝕。非電線部位板面具有阻燃性，是最新的科技節(jié)能環(huán)保新產(chǎn)品[3]。

2.2 技術(shù)方案

利用碳纖維電熱板的發(fā)熱原理對烤煙房內(nèi)的煙葉進行烘烤；同時，由于其碳纖維電熱板呈多孔狀且呈相互獨立的多塊，可相互獨立控制，因此可以通過控制每塊碳纖維電熱板的工作溫度，使烤煙房體內(nèi)的各局部區(qū)域相互間可以形成溫差帶，以方便不同煙葉同時烘烤以及特殊烘烤時的要求[4]；另外，其結(jié)構(gòu)中用于構(gòu)建固定架設(shè)碳纖維電熱板的安裝平臺的繩索由于是通過長度可以調(diào)節(jié)（即可以進行松緊）的繩頭鉤組件與烤煙房體的內(nèi)側(cè)壁上的掛鉤相連接，因此繩索的拆裝、松緊非常方便，進而使碳纖維電熱板的安裝與更換方便?？緹煼矿w的一對寬方向上側(cè)壁內(nèi)表面至少均開設(shè)有一排螺紋盲孔，并且兩側(cè)壁內(nèi)表面的螺紋盲孔相互對稱，掛鉤旋接入上述的螺紋盲孔，鉤頭外露。再進一步的技術(shù)優(yōu)選方案中掛鉤與烤煙房體間拆裝方便，當上述烤煙房體的一對寬方向的側(cè)壁內(nèi)表面均開設(shè)有多排螺紋盲孔時，即表示掛鉤在烤煙房體的內(nèi)側(cè)壁上的高度可以進行調(diào)整，使構(gòu)建碳纖維電熱板安裝平臺用的繩索高度同步進行調(diào)整，最終使碳纖維電熱板與烤煙房體內(nèi)掛在吊煙架上的煙葉間的距離可以調(diào)整，滿足不同煙葉的烘烤溫度要求?？緹煼矿w的一側(cè)壁外表面上固定有安裝框架，在該安裝框架上固定有鼓風機，在鼓風機的風口上套設(shè)有分歧管，分歧管的所有輸出管均貫穿烤煙房體的側(cè)壁，并延伸進入烤煙房體內(nèi)。鼓風機能促使烤煙房體內(nèi)的空氣進行流動，使烤煙房體內(nèi)的溫度一致性更好，并且加快烤煙房體內(nèi)氣流流向待烘烤煙葉表面的速率，提升烤煙房體的煙葉烘烤效率?？緹煼矿w設(shè)有上、下底板，其中上底板與下底板間形成密封腔室，上底板為網(wǎng)孔板，并且在該上底板的中心位置開設(shè)安裝通孔，安裝通孔內(nèi)固定抽濕機，該抽濕機的進風口朝向上底板以上的整個烤煙房體內(nèi)室，其出風口朝向上述的密封腔室。抽濕機能抽走烤煙房內(nèi)氣流中的大量水蒸氣，保持烤煙房內(nèi)干燥性，提升烤煙效率；同時由于通過抽濕機除濕后的干燥空氣通過網(wǎng)孔板結(jié)構(gòu)的上底板吹向烤煙房體，使烤煙房內(nèi)的空氣溫度更加均勻。纖維電熱板安裝到烤煙房體內(nèi)，通過電加熱后使烤煙房內(nèi)的空氣迅速升溫，達到理想溫度值，在144 h不等值恒溫下，使煙葉褪去水分，轉(zhuǎn)為色澤金黃、味道香醇的煙草，有效保護森林資源，避免空氣污染；同時還具備快速升溫、均勻發(fā)熱、電熱轉(zhuǎn)換效率高、用電量小、結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備偏移等一系列優(yōu)點[5]。

碳纖維紅外線烤房設(shè)備構(gòu)成，主要由“碳纖維電熱板”與“智能控制箱”2部分組成。電熱板安裝在加熱室，熱探頭安裝在裝煙室，當溫度達到目標后，信號自動傳輸?shù)街悄芸刂葡?，控制箱自動發(fā)出指令，讓電熱板加熱或停止工作。調(diào)節(jié)目標溫度，用遙控器。電熱板由碳纖維材料制成。每板尺寸35 cm×105 cm。電熱板分3組；每組4塊板；每板3 kW，總功率36 kW，額定電壓380 V?？辗繙y試：在環(huán)境溫度25 ℃的情況下，每小時升溫10 ℃，3 h后可升溫至55 ℃。5 d可完成1爐煙葉烘烤，用電量為2 100～3 100 kW·h。為了便于煙農(nóng)在烤房內(nèi)進出工作方便，將電熱板設(shè)置在烤房的天花板上。在天花板上，預先安裝好懸吊架，再用螺絲將電熱板固定在懸吊架上。天花板上的電熱板，與頂層煙葉之間的空隙距離，確保在20 cm以上。由于電熱板的板面溫度只有70 ℃，有20 cm以上的間距，即是安全的。由于烤房容積不大，加上烤房原有的煤爐風機裝在上端，利用原風機的循環(huán)風，即可達到熱量在烤房內(nèi)的流動。碳纖維紅外線烤房構(gòu)成見圖1。

圖1 碳纖維紅外線烤房結(jié)構(gòu)

3 結(jié)語

紅外線烤房技術(shù)改變了中國傳統(tǒng)煙草烤制方式。是置放在烤煙房內(nèi)，然后接通電能，利用電熱板在烤房內(nèi)發(fā)出紅外線熱量進行煙葉烘烤。利用碳纖維材料作為電熱板，用220 V電。碳纖維電熱板在通電后，內(nèi)部碳原子產(chǎn)生高速布朗運動，相互撞擊摩擦，產(chǎn)生遠紅外波，穿透介質(zhì)，均勻散熱。使烤煙房迅速升溫，達到理想溫度值，完成烤煙過程。碳纖維紅外線烤房技術(shù)，利用紅外熱量熱傳播均勻的技術(shù)原理，進行煙葉烘烤加工，烤煙質(zhì)量穩(wěn)定，熱能利用率高，采用此技術(shù)，可提高生產(chǎn)效率，降低人工成本，具有一定的創(chuàng)新性和較好的環(huán)保、節(jié)能效果。碳纖維紅外線烤房技術(shù)最大的優(yōu)勢是該技術(shù)能在農(nóng)民現(xiàn)有的烤房中安裝應(yīng)用，無須再建新烤房，設(shè)備成本不高，電費也可承受，是現(xiàn)有各種煙葉烘烤機械中，最具競爭力、最易普及的設(shè)備。碳纖維紅外線烤房技術(shù)，是現(xiàn)有電熱烘烤設(shè)備中，價格最低廉，安裝使用最便捷的設(shè)備，是未來煙葉烘烤“電代煤”轉(zhuǎn)型中最有希望得到廣泛普及的代替產(chǎn)品。