不同智能型電熱設(shè)備對(duì)烤煙質(zhì)量及能耗成本的影響

董祥洲 高琴 王川 徐健 李世金 程廷明 馬稱心

摘 要：為探索電加熱密集烤房在皖南煙區(qū)的應(yīng)用效果，以云煙97為烘烤材料，對(duì)比分析了4種不同加熱設(shè)備烤房在裝煙量、能耗成本、烤后煙經(jīng)濟(jì)性狀、化學(xué)成分等指標(biāo)的差異。結(jié)果表明：與自動(dòng)加煤烤房比較，不同電熱設(shè)備烤房裝煙量無明顯差異，烤后煙葉化學(xué)成分差異不明顯。能耗成本方面，中部煙燃煤烤房能耗成本為1.42元/kg干煙，T2、T3、T4、T5電熱烤房分別為1.68、1.44、1.83、2.06元/kg干煙。上部煙燃煤烤房能耗成本為1.90元/kg干煙，T2、T3、T4、T5電熱烤房分別為2.51、1.94、2.25、2.48元/kg干煙。皖南煙區(qū)采用純電能烤房烘烤煙葉，供熱、排濕、裝煙量能夠滿足生產(chǎn)需求，特別是無污染物排放，符合節(jié)能減排的環(huán)境要求，以云南鵬來電熱管烘烤設(shè)備控制較為精準(zhǔn)，烤后煙上等煙比例較高。

關(guān)鍵詞：電熱;烤房;能耗;經(jīng)濟(jì)性狀;外觀質(zhì)量

中圖分類號(hào) S572 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2022）02-0116-04

當(dāng)前，密集烤房在建造、使用等方面的研究已取得了較大進(jìn)展[1]，皖南煙區(qū)烤房普遍增設(shè)了燃煤自動(dòng)加料裝置，大大降低了烘烤加煤的用工成本，實(shí)行了烘烤的半動(dòng)化。但隨著國(guó)家環(huán)保要求越來越嚴(yán)厲，傳統(tǒng)燃煤烤房存在勞動(dòng)強(qiáng)度大且烘烤過程中產(chǎn)生大量污染物等弊端，其必將在今后的煙葉烘烤進(jìn)程中被逐步升級(jí)改造[2]。在現(xiàn)代綠色農(nóng)業(yè)的大形勢(shì)下，電熱密集烤房無疑是煙區(qū)煙葉烘烤的發(fā)展方向[3]，電熱密集烤房采用清潔電能，智能化控制系統(tǒng)，控溫精準(zhǔn)，烘烤舒適性高，符合節(jié)能減排省工的要求[5-7]。為此，本試驗(yàn)以燃煤密集烤房為對(duì)照，分析比較了4種電能密集烤房的實(shí)際應(yīng)用效果，旨在為皖南煙區(qū)烤房煤改電提供數(shù)據(jù)參考，探索適合當(dāng)前煙葉烘烤的新能源烤房。

1 材料與方法

1.1 供試材料 試驗(yàn)于2020年在宣城市楊柳鎮(zhèn)滬皖煙草科技園進(jìn)行，供試烤煙品種為皖南煙區(qū)主栽品種云煙97。選取面積為6.67hm2的成熟度一致優(yōu)質(zhì)鮮煙葉，中部煙采收8～11葉位，上部煙集中一次性采收頂部5～6片。烤房均為山東百特機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的可拆卸聚氨酯輕鋼密集烤房，裝煙室8.0m×2.78m×3.6m，烤房風(fēng)機(jī)型號(hào)為7號(hào)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)功率1.5/2.2kW，采用煙夾裝煙。不同烤房裝煙量基本一致，采取相同烘烤工藝進(jìn)行烘烤試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理：T1（自動(dòng)加煤設(shè)備）：控制器為深圳艾為電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)溫濕度自控儀，采用自動(dòng)加煤設(shè)備烘烤。以該自動(dòng)加煤烤房為對(duì)照。T2（電熱片）：該設(shè)備由無錫聚智節(jié)能技術(shù)有限公司生產(chǎn)，控制器為10.2寸觸摸液晶顯示屏控制儀，發(fā)熱體為電熱片，額定功率24kW。電熱片箱體尺寸600mm×500mm×300mm，使用電子電路對(duì)煙葉烘烤工藝進(jìn)行控制。T3（電熱管）：該設(shè)備為云南鵬來新能源科技有限公司生產(chǎn)，控制器為10.1寸高清觸摸屏，分辨率1024×600，1660萬真彩色，觸摸響應(yīng)迅速，LED背光，壽命大于30000h，一體化設(shè)計(jì)，集成密集烤房控器具備的所有功能。發(fā)熱體：為Ni80Cr20發(fā)熱絲。單組發(fā)熱體外形尺寸：1350mm×370mm×220mm。額定功率24kW，使用電子電路對(duì)煙葉烘烤工藝進(jìn)行控制，具備燃煤接入端口，能實(shí)行煤電切換。T4（電熱管）：該設(shè)備為揚(yáng)州景揚(yáng)電氣設(shè)備有限公司生產(chǎn)。機(jī)柜尺寸600mm×500mm×300mm，10.2寸觸摸屏控制儀。額定功率30kW。T5（電熱管）：該設(shè)備為深圳艾為電氣公司在溫濕度自控儀基礎(chǔ)上增設(shè)電路控制元件和發(fā)熱管。采用電熱管供熱，電加熱器功率27kW。通過控制器調(diào)節(jié)電加熱器的輸出功率，分多檔位實(shí)現(xiàn)溫度控制。停電情況下，仍利用控制器控制自動(dòng)加煤設(shè)備燃煤供熱。每座烤房上、中、下棚分別選擇3竿煙葉進(jìn)行標(biāo)記，用于化學(xué)成分檢測(cè)，整炕煙葉烤后進(jìn)行分級(jí)，統(tǒng)計(jì)經(jīng)濟(jì)性狀。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同電熱設(shè)備烤房裝煙量 由表1、2可知，5種烤房裝煙夾數(shù)相同，均為367夾，中部煙裝鮮煙量為4871.21～5066.67kg，烤后干煙重為633.45～678.20kg，上部煙裝鮮煙量為4471.36～4671.24kg，烤后干煙重為552.20～580.07kg，裝煙量和干煙重雖各不相同，但相同部位的鮮干比略有差異，中部煙為6.81∶1～7.88∶1，上部煙為7.85∶1～8.34∶1，鮮干比中部煙以T2較高，T3較低，上部煙以T2較高，T3較低。單葉重均以T3較高，這可能與T3（云南電熱管烤房）控制系統(tǒng)更加精密，故障少有關(guān)。不同能源烤房裝煙量基本一致，這說明除了燃煤，采用電能（純電熱）烘烤設(shè)備也能滿足當(dāng)前煙葉烘烤的供熱需求。

2.2 不同能源烤房煙葉烘烤能耗 由表3可知，不同烤房中部煙耗電量分別為386.4kW·h、1924.4kW·h、1716.2kW·h、2121.1kW·h、2334.8kW·h，kg干煙耗電量分別為0.57kW·h、2.99kW·h、2.57kW·h、3.26kW·h、3.69kW·h，燃煤烤房能耗組成為耗電216.38元和耗煤749.73元，燃煤、不同電熱設(shè)備等5種烤房單炕能耗總成本分別為966.12元、1077.66元、961.07元、1187.82元、1307.49元，對(duì)比燃煤烤房，T2、T4、T5烤房單炕能耗總成本增加111.54元、221.7元、341.37元，T3烤房單炕能耗總成本降低5.05元。5種烤房每kg干煙能耗成本分別為1.42元、1.68元、1.44元、1.83元、2.06元，對(duì)比燃煤烤房，不同電熱設(shè)備烤房均有所增加，分別增加0.24元、0.02元、0.41元、0.64元。

由表4可知，不同能源烤房上部煙耗電量分別為409.4kW·h、2476.6kW·h、1893.6kW·h、2331.7kW·h、2522.2kW·h，kg干煙耗電量分別為0.70kW·h、4.48kW·h、3.47kW·h、4.03kW·h、4.43kW·h，燃煤烤房能耗組成為耗電229.26元和耗煤877.5元，燃煤、不同電熱設(shè)備等5種烤房單炕能耗總成本分別為1106.76元、1386.90元、1060.42元、1307.49元、1411.82元，對(duì)比燃煤烤房，T2、T4、T5烤房單炕能耗總成本增加280.14元、200.73元、305.06元，T3烤房單炕能耗總成本降低46.34元。5種烤房kg干煙能耗成本分別為1.90元、2.51元、1.94元、2.25元、2.48元，對(duì)比燃煤烤房，不同電熱設(shè)備烤房均有所增加，分別增加0.61元、0.04元、0.35元、0.58元。

2.3 不同電熱設(shè)備烤房烤后煙經(jīng)濟(jì)性狀 從表4、5可以看出，自動(dòng)加煤烤房上等煙、中等煙、下低等煙比例分別為44.95%、44.43%、10.62%;T2上等煙、中等煙、下低等煙比例分別為40.69%、45.14%、14.17%;T3烤房上等煙、中等煙、下低等煙比例分別為52.23%、37.04%、10.73%;T4烤房上等煙、中等煙、下低等煙比例分別為49.51%、41.04%、14.17%;T5烤房上等煙、中等煙、下低等煙比例分別為48.64%、42.67%、8.69%。不同能源烤房烤后煙上等煙比例以T3烤房較高，T2烤房房較低。煙葉收入金額上，燃煤烤房烤后煙為12889.01元，T2烤房為11787.76元，T3烤房為12460.19元，T4烤房為13268.2元，T5烤房為13007.51元。

不同電熱設(shè)備烤房比較，自動(dòng)加煤烤房烤后煙均價(jià)為22.13元/kg，T2、T3、T4、T5烤后煙均價(jià)分別為21.34元/kg、22.81元/kg、22.87元/kg、22.83元/kg。

2.4 不同電熱設(shè)備烤后煙化學(xué)成分 各處理烤后煙葉的化學(xué)成分結(jié)果如表7、8所示，各處理上部、中部煙葉的總糖及還原糖含量較高，其中所有樣品的總糖含量均在22%以上，上部煙除T3外，還原糖在19%以上。從處理間差異來看，以T5處理的總糖、還原糖含量較為適宜。中部煙T3處理的總糖、還原糖含量較為適宜。上部煙各處理總氮均高于對(duì)照，以T5處理較高，中部煙以T3較高。上部葉煙堿除T4處理較高外，其余處理明顯偏低。上部烤后煙葉的鉀含量相對(duì)較低，在1.68%～2.73%。中部煙在1.66%～2.12%。各處理煙葉的氯含量均較小，在0.80%以下。上部煙淀粉含量較中部煙淀粉含量偏低，中、上部煙各處理均以T3淀粉含量較為適宜，T2處理含量偏高。上部煙葉的兩糖比T2、T3較低，中部煙兩糖比在0.86～0.91。中部煙葉T1和T3的糖堿比處于較適宜水平，T3處理偏低，為6.64。T2、T5處理偏高。上部煙T3、T4、T5糖堿比處于較適宜水平，T1、T2偏高。各部位煙葉的氮堿比均偏低，中部煙在0.65～0.82，上部煙在0.58～0.94。上部葉鉀氯比為2.90～5.35，中部煙為2.24～4.93。

2.5 不同電熱設(shè)備烤房投入成本 由表9可知，不同電熱烤房投入成本分別為1.8萬元、2萬元、1.5萬元、0.9萬元，單座對(duì)電力的需求分別為24kW、24kW、30kW、27kW。電熱類烤房不需要改變烤房原有結(jié)構(gòu)，裝在出風(fēng)口即可。電能烤房為環(huán)保零排放。燃煤烤房根據(jù)后期烘烤中上部煙測(cè)試結(jié)果，每烘烤500kg干煙，需要無煙煤597.59kg，按每年烘烤5炕估算，采用電能烤房烤煙，單座烤房每年可少燃煤2987.96kg，能減少碳粉塵1915.81kg，減排二氧化碳7083.22kg，減排二氧化硫210.91kg，減排氮氧化物87.88kg。

3 結(jié)論與討論

皖南煙區(qū)采用純電能烤房烘烤煙葉，供熱、排濕、裝煙量能夠滿足生產(chǎn)需求，特別是無污染物排放，符合節(jié)能減排的環(huán)境要求。電熱管與電熱片2種設(shè)備相較，前者具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制系統(tǒng)較為精密，安放簡(jiǎn)易，適應(yīng)氣流上升式烤房。而后者發(fā)熱片具有更耐用的優(yōu)勢(shì)，但如放在氣流上升式烤房進(jìn)風(fēng)口，會(huì)導(dǎo)致烤房前后溫差加大，適應(yīng)安裝在氣流下降式烤房。在降工減本方面，電熱烘烤人工成本為燃煤烤房的1/3。電熱烘烤操作簡(jiǎn)易輕松，解除了高溫環(huán)境下添煤、出煤渣等繁重勞動(dòng)，讓烘烤人員有更多的精力去關(guān)注、監(jiān)管煙葉烘烤工藝的準(zhǔn)確執(zhí)行。

電熱烘烤設(shè)備不破壞烤房原有構(gòu)造，安裝簡(jiǎn)易。結(jié)合皖南實(shí)情，創(chuàng)造性地增設(shè)了煤電轉(zhuǎn)化接入端口，可以自行從電熱狀態(tài)轉(zhuǎn)換為燃煤狀態(tài)，解決了停電需要大功率發(fā)電設(shè)備的困局。在當(dāng)前環(huán)境保護(hù)的強(qiáng)烈需求下，純電熱設(shè)備具有成本相對(duì)適宜、控制系統(tǒng)較為精密、操作輕松、烘烤人力和能耗總成本低的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)。

電熱烘烤的推廣需要以電熱設(shè)備研究為契機(jī)，一是加快智能化觸摸屏自控儀的開發(fā)，替代現(xiàn)有按鍵式、低精度自控儀，實(shí)現(xiàn)自控儀的更新?lián)Q代[4]。二是開展循環(huán)風(fēng)機(jī)的變頻輸風(fēng)研究，智能化控制烤房?jī)?nèi)的通風(fēng)量和溫濕度。三是開展冷風(fēng)門開閉精度研究，實(shí)現(xiàn)高精度保濕。四是實(shí)現(xiàn)純電熱設(shè)備的自主化開發(fā)，掌握相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，開展產(chǎn)品代加工，降低設(shè)備成本。

綜上所述，電熱替換燃煤，核心在控制儀的研發(fā)，需保留原有控制儀的全部功能外，增加變頻供熱、變頻通風(fēng)、冷風(fēng)門精密開閉、溫濕度精度更高的高效。

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（責(zé)編：張宏民）