煙草秸梗氣化替代煤炭烘烤煙葉研究初報

崔志軍，孟慶洪，劉 敏，李仁政，周 建，孫在明，杜傳印

（山東濰坊煙草有限公司，山東 濰坊 261061）

煤炭是目前煙葉烘烤的主要燃料[1]。據粗略統計，2008年山東省煙葉烘烤用煤在煙葉生產總成本中的比重已經超過18%。由于煤炭價格還有持續上漲的趨勢，積極尋求開發可以替代煤炭進行煙葉烘烤的新型廉價能源，已成為烤煙生產中亟待解決的問題。

作物秸稈來源廣、價格低廉、容易獲取[2]，其燃燒值超過標準煤的50%[3]，是一種具有廣闊應用前景的替代能源。以煙草秸稈為例，全國各烤煙產區每年大約產生煙草秸稈3 900 kt左右，其熱值折合標準煤2 200 kt。另外各卷煙和煙葉復烤企業也都產生大量的廢棄煙梗，僅以山東境內的卷煙及復烤企業為例，每年產生的廢棄煙梗大約在10 kt左右。目前的秸稈利用雖然呈多元化發展的趨勢，但總體利用率不高[4]。多數農戶都把秸稈堆放在村頭路邊或露天焚燒，從而帶來一系列嚴重的社會問題，特別是秸稈的露天焚燒，污染空氣、浪費資源，形成新的安全隱患。如能通過科技創新，合理高效地把作物秸稈特別是煙草農業和工業所產生的煙秸及廢棄煙梗代替煤炭進行煙葉烘烤，將極大地促進循環生態煙草農業的發展。

本研究充分利用秸稈氣化技術[5]，使煙草秸稈及卷煙企業廢棄煙梗粉碎后通過專用設備氣化，用于煙葉烘烤，以期為煙草秸稈及卷煙企業廢棄煙梗的合理利用和煙葉烘烤新能源的開發提供理論和實踐依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2008年在山東省諸城、安丘、昌樂、高密、臨朐5個縣的煙葉農場進行。試驗田土質為淋溶褐土，土壤肥力中等。供試品種為中煙 100。田間管理按照優質烤煙栽培技術規范進行[7]，煙葉正常成熟后采收烘烤。

1.1.1 供試烤房 供試烤房為氣流下降式密集烤房，裝煙室規格為8 m×3.3 m×2.8 m，加熱室內置。密集烤房風機為7號風機，電機功率為2.2 kW，安裝在散熱管正上方，垂直安裝，將加熱室熱量從隔墻頂部的進風口吸入裝煙室。試驗時把秸稈氣化供氣管道自加煤口進入爐內燃燒器，燃氣在爐內燃燒，為烘烤提供熱量。

1.1.2 秸稈氣化設備 設備分大型集中供氣和小型供氣。集中供氣設備可同時為 16支密集烤房供氣。主要設備包括：在密集烤房群區域內安裝1臺秸稈氣化發生爐，并建1個80 m3的儲氣罐，可燃氣體經儲氣罐暫存，再經輸氣管網進入各個烤房的燃燒器進行燃燒。其他設備包括自動上料裝置，旋風分離器，發生爐控制器，高溫引風機，燃氣熱風爐，燃氣燃燒器及相關配件。該設備產氣800～1000 m3/h，秸稈消耗量 400～500 kg/h，燃氣熱值 4.6 kJ/m3，氣化效率70%。爐頭產熱量334 400 kJ/h，熱效率大于等于85%，燃氣消耗量約75 m3/h。

小型供氣設備給 1～3支密集烤房供氣，主要由單支供氣氣化發生爐、焦油粗凈化、引風機、爐頭、散熱器、氣化爐余熱回收、輸氣管道及相關配件組成。該設備產氣50 m3/h，秸稈消耗量20 kg/h，氣化效率80%，熱效率大于等于85%。

1.1.3 燃料 因本次試驗開始時，當季秸稈還沒收獲，故本試驗使用山東中煙工業公司青州卷煙廠自2007年以來儲存的廢棄煙梗。本批煙梗部分碳化，熱值有所降低，經檢測，熱值為11.7 kJ（新煙梗熱值為13.8 kJ），略高于煙草秸稈（熱值10.9 kJ）。

1.2 試驗設計

試驗設4個處理：A：使用一套集中供氣秸稈氣化設備烘烤，同時為16支密集烤房提供燃氣。B：使用一套小型供氣秸稈氣化設備烘烤，給1支密集烤房提供燃氣（一拖一）。C：使用一套小型供氣秸稈氣化設備烘烤，給2支密集烤房提供燃氣（一拖二）。D：使用一套小型供氣秸稈氣化設備烘烤，給3支密集烤房提供燃氣（一拖三）。對照為同樣規格的氣流下降式蜂窩煤密集烤房。

1.3 方法

秸稈氣化工作原理如下：將粉碎后的農作物秸稈送入秸稈氣化爐內，經密閉燃燒形成秸稈燃氣，燃氣經過濾并除焦后經管道送入密集烤房燃燒室燃燒，為煙葉烘烤提供熱量。采用三段式烘烤工藝技術進行烘烤[8]，煙葉烘烤進程由溫濕度自控儀中存儲的煙葉烘烤專家曲線系統進行，關鍵環節人工干預進行配合。

干濕球溫度用溫濕度計（ARC溫濕度自控儀）檢測，分別測定空載和烘烤時烤房平面溫差與垂直溫差。記錄烤房裝煙數量及用工、用電、燃料（煙梗和煤炭）消耗情況，對烤后煙葉外觀質量進行評定，對內在化學成分進行測定。

2 結 果

2.1 烤房內溫差比較

2.1.1 空載條件下的烤房平面溫差與垂直溫差對各個處理進行空載升溫比較，由于處理B、C、D烤房內部的技術狀態基本一致，溫差測定取3個處理的平均值。表1結果表明，烤房空載條件下，烤房內38℃、54℃、60℃溫度點的平面溫差，以處理B-D最小，處理A次之，對照最高。

2.1.2 負載條件下的烤房平面溫差與垂直溫差表2表明，在煙葉烘烤過程中，4個處理的平面溫差和垂直溫差均小于對照。說明秸稈氣化爐改裝的密集烤房密封性能良好，受外界環境影響較小，平面溫度基本均勻，垂直溫差較小，整個烤房內溫濕度分布更加趨于均勻，從而有利于整房煙葉變黃和失水趨于更加協調一致，可以有效提高煙葉烘烤整體質量。

2.2 能耗及用工比較

由表3看出，4個處理的千克干煙用工費分別為對照的 145%、105%、105%、64%，千克干煙電費分別為對照的157%、117%、113%、107%，千克干煙燃料消耗費用分別為對照的18%、20%、15%、13%，干煙烘烤成本分別為對照的51%、53%、38%、32%。統計結果顯示，盡管4個處理的費和用電費用較對照明顯增加，但燃料消耗費用普遍在對照的20%以下，千克干煙烘烤成本也大幅度降低。單純對比4個處理的情況，干煙烘烤成本以處理C、D最低，處理B、A較高。

表1 空載條件下3個處理烤房平面溫差與垂直溫差 ℃Table 1 Horizontal and vertical temperature difference between three treatments under non-loading condition

表2 負載條件下3個處理烤房平面溫差與垂直溫差 ℃Table 2 Horizontal and vertical temperature difference between three treatments under loading condition

表3 各個處理的用工及能耗Table 3 Labor and energy consumption

2.3 烤后煙葉質量比較

2.3.1 經濟指標比較 表4表明，4個處理的上等煙比例較對照均有所增加，單爐均價也高于對照。說明采用秸稈氣化加熱方式后，煙葉烘烤質量有一定提高。主要是由于氣化爐烤房的加熱升溫系統受閥門控制，升溫、控溫及時、靈活，所以較少出現烤糟、烤紅現象；而以蜂窩煤為燃料的密集烤房在升溫及控溫操作上都存在一定的延時滯后現象，不如氣化供熱操控靈敏。

2.3.2 烤后煙葉化學成分分析 從表5看出，4個處理煙葉的化學成分指標都在適宜的范圍內，各成分之間比較協調。說明采用秸稈氣化方式后，對煙葉內在化學成分無不良影響。

表4 經濟指標Table 4 Economic indices comparison

表5 煙葉主要化學成分Table 5 Main chemical compositions

3 小 結

（1）采用秸稈氣化方式烘烤，烤房內垂直溫差和平面溫差均較小，在烘烤溫濕度控制上也優于燃煤烘烤，有利于進一步發揮密集烤房技術優勢，保證烘烤工藝的順利實施，滿足優質煙烘烤需要。

（2）采用煙草秸稈和煙葉廢棄物為主的秸稈氣化代替煤炭進行煙葉烘烤，在不降低煙葉烘烤質量的前提下，達到了兩方面的目的：一是通過秸稈替代煤炭，實現能源替代轉換，在節約大量寶貴煤炭資源的同時，也消除了煤炭燃燒帶來的環境污染；二是可以大幅度降低煙葉生產成本，有利于促進煙葉生產的穩定發展。

（3）盡管與燃煤密集烤房對比效果明顯，但從試驗的4種秸稈氣化設備情況看，優缺點相對也比較突出。集中供氣氣化設備能夠同時為 15支以上的密集烤房群提供燃氣，比較適用于大型煙葉烘烤工場。但該設備體積龐大，系統較復雜，對操作人員技術要求較高。而小型氣化爐供氣設備針對一至三支密集烤房配置，對秸稈儲存等要求低，易操作，且一拖三模式明顯要比一拖一和一拖二模式效率更高，更適用于10 hm2左右的中型煙葉農場，因此一拖三模式更受種煙大戶和農場主的歡迎。

[1]中國農業科學院煙草研究所.山東煙草[M].北京：中國農業出版社，1999.

[2]任仲杰，顧孟迪.我國農作物秸稈綜合利用與循環經濟[J].安徽農業科學，2005，33（11）：2105-2106.

[3]濰坊市產品質量監督檢驗所.煙葉秸稈棒檢驗報告[R].2008.

[4]鐘華平，岳燕珍，樊江文.中國作物秸稈資源及其利用[J].資源科學，2003，25（4）：62-67.

[5]翁偉，楊繼濤，趙青玲，等.我國秸稈資源化技術現狀及其發展方向[J].中國資源綜合利用，2004（7）：18-21.