新型無機非金屬材料烤房的研究

楊 威，趙松義，朱列書，汪耀富，李躍平

(1 湖南農業大學農學院，長沙410128；2 中國煙草中南農業試驗站, 湖南長沙410128；3 湖南省煙草公司湘西州公司，吉首416000)

烤房是實現煙葉生產的媒介，是發展現代煙草業必不可少的設備[1]。 近些年來，密集烤房的建造技術和配套技術發展較快，但在我省密集烤房的發展過程中，面臨著農村電網電壓不穩，煤質差異大，煙農種植比較分散，烘烤的勞動強度和技術難度都比較大等問題，專業化烘烤發展的相對緩慢成為了制約某些地區煙草生產的關鍵因素之一[2~4]。新材料密集烤房繼承和發揚了普通密集烤房的優點，并進行了改進和創新，如采用雙制通風結構，更能適應電力供應不穩定的煙區，采用新型無機非金屬材料制成的加熱爐，提高加熱爐的使用年限和供熱的穩定性，采用一次性加煤技術，整個烘烤過程中只加一次煤，大大降低了烘烤的勞動強度等，使得新材料密集烤房其更能適應烤煙生產的需要。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試烤煙品種為K326，部位為中部葉。試驗于2010年在湘西自治州永順縣高坪鄉保坪村現代農業煙草烘烤工廠進行。試驗田土壤質地為棕壤土，土壤肥力中等，田間管理按優質烤煙生產技術規范進行。煙葉采收時要求煙葉成熟度基本一致，按照成熟采收標準進行。

1.2 試驗設計

實驗設兩個處理。A1.新材料密集烤房，A2.普通密集烤房。新材料密集烤房規格為加熱室 2.2 m×2.9 m×2.4 m(長×寬×高)，裝煙室8.2 m×2.9 m×2.4 m(長×寬×高)，裝煙2層2路，容量為鮮煙葉約3 000 kg，采用煙閘裝煙。普通密集烤房規格為加熱室1.2 m×1.5 m×2.4 m(長×寬×高)，裝煙室8 m×2.7 m×3.5 m(長×寬×高)，裝煙3層2路，容量為鮮煙葉約2 800 kg，采用煙竿裝煙。

在兩種烤房垂直和平面方向均勻布置36個溫度測量點，在烤房內溫度達到40℃時，停止對烤房供電1 h，對其溫度場進行測定，以檢測兩種烤房的抗逆性。兩種烤房均采用三段式烘烤工藝進行烘烤。

1.3 測定項目與方法

整個烘烤過程中，由微機每隔1 h自動記錄一次各點的溫度，停電1 h實驗采用手工記載方法，每隔5 min記錄一次各點的溫度。

溫度采集使用烤房多點溫度測定儀(湖南九天科技有限公司)。烘烤結束后，統計各處理耗煤量、耗電量，對烤后煙葉進行分級、稱重，測定其上、中、下等煙比例及均價，并各取C3F等級煙葉2 kg進行化學成分測定。還原糖、淀粉、總氮、氯、鉀等含量均按王瑞新[5]等的方法測定。

2 結果與分析

2.1 烤房性能測試

2.1.1 不同烤房的平面溫差和垂直溫差對比

通過對布置在烤房內的 36個測量點進行平面和垂直方向的分析，得出結果如表1所示。在烘烤過程中，新材料密集烤房和普通密集烤房在38，42，45，48，55，60和 68℃這幾個烘烤的關鍵溫度點處，底層、中層、上層的平面溫差平均值分別為0.73，1.29，0.5℃和1.91，1.64，2.01℃，垂直方向的溫差分別為1.89和2.57℃。新材料密集烤房平面溫差變化幅度為0.1～1.6℃，垂直溫差變化幅度為0.8～2.4℃。可見，新材料密集烤房平面和垂直方向的平均溫差值和變化幅度均小于普通密集烤房，烤房內溫濕度場變化比較穩定，有利于煙葉內物質分解與失水協調一致，從而提高烘烤質量。

表1 不同烤房烘烤過程中的平面溫差與垂直溫差 (℃)

2.1.2 不同烤房停電1 h溫度變化情況對比

由表2的數值可知，在停電1 h內，新材料密集烤房內的36個測量點中，1 h后35個測溫點有

表2 新材料密集烤房停電1 h內溫度場變化情況(℃)

表3 普通密集烤房停電1 h內溫度場變化情況 (℃)

24個點掉溫不超過1℃，11個大于1℃的點，最多掉溫 1.8℃。由于新材料密集烤房設有自然通風的風門，在停電后打開，因此在停電后一段時間內，基本上能夠使烤房內的溫度保持穩定，具備較強的通風排濕能力。由表3可知，在停電1 h內，普通密集烤房內的36個測量點中，有32個測量點的溫度變化范圍大于2℃，僅有4個測量點的溫度變化范圍小于2℃，尤其是3號和11號測量點的溫度變化范圍高達13.7℃和14℃。在這種情況下，極容易將煙葉烤壞。總體而言，普通密集烤房在停電1 h內，不能夠使烤房內的溫度保持穩定，停電后通風排濕能力很弱。

2.2 成本比較

2.2.1 烘烤成本

從表4可以看出，由于新材料密集烤房采用無機非金屬材料制成加熱爐，其結構經過改進，提高了換熱效率，每千克干煙煤耗1.2 kg，比普通密集烤房減少0.4 kg。新材料密集烤房采用氣流下降式結構，風機和通風口都置于加熱室底部，使得風機的風壓和加熱爐的熱力均對烤房內空氣循環流動形成推力，在烤房裝煙量相同的情況下，可以選用功率較小的風機，平均每千克干煙電耗為 0.4 kW·h。新材料密集烤房的能耗平均成本為每千克干煙1.10元，普通密集烤房為1.58元，可降低能耗成本30.4%。

表4 不同類型烤房每千克干煙能耗成本比較

2.2.2 建造成本

新材料密集烤房的建造成本為2.75萬元，普通密集烤房的建造成本為3.5萬元。新材料密集烤房采用無機非金屬材料制成的換熱器，不僅降低了設備成本，更有效提高了設備的使用年限；采用煙閘方式裝煙，相對于傳統的煙竿編煙，裝煙密度提高了30%以上，提高了設備使用效率；改進通風排濕系統，降低了配電設備采購成本。

2.3 烘烤質量

2.3.1 外觀質量

新材料密集烤房所烤的煙葉外觀質量比普通密集烤房的好。由表5可以看出，烤后煙葉顏色以桔黃為主，普通密集烤房烤出的煙葉顏色桔黃和檸檬黃約各占一半；成熟度、組織結構、身份差異不大；新材料密集烤房油分“有”，彈性好，優于普通密集烤房，主要原因可能是新材料密集烤房采用的風機型號較小，在烘烤過程中煙葉表面油分因風力較小，散失較少。

表5 不同類型烤房烤后煙葉外觀質量比較

2.3.2 經濟性狀

從表6可以看出，即使采收的鮮煙葉素質相同，烘烤時由于烤房性能差異或烘烤不當，烤后煙葉的經濟性狀也會有差異。新材料密集烤房烤后煙葉的上等煙比例比普通密集烤房高9.4%，下等煙比例低3.2%，烤后煙葉均價13.04元/kg，每千克干煙產值提高了1.65元。

表6 不同類型烤房烤后煙葉經濟性狀比較

2.3.3 烤后煙葉化學成分

煙葉的化學成分協調與否直接影響煙葉的內在品質和香吃味[6]。表 7為兩種類型烤房烤后煙葉的化學成分分析結果。結果表明，新材料密集烤房烤后煙葉的還原糖比例比普通密集烤房高1.25%，淀粉含量比普通密集烤房低0.97%，總氮含量比普通密集烤房高 0.43%，氯含量比普通密集烤房低0.02%，鉀含量比普通密集烤房低0.35%。總體來看，新材料密集烤房烤后煙葉的化學成分比普通密集烤房協調，且還原糖比例有所提高，淀粉分解更為充分，有利于提高烤后煙葉品質。

表7 不同類型烤房烤后煙葉化學成分比較(%)

3 結論與討論

(1)新材料密集烤房采用新型無機非金屬材料制成換熱器，提高了供熱系統的供熱穩定性、耐用性，在烘烤過程中，其平面溫差和垂直溫差變化幅度均較小，平面溫差變化幅度為 0.1～1.6℃，垂直溫差變化幅度為 0.8～2.4℃。烤房內溫濕度場變化較為均衡。由于烤房專門設計有應對電力故障的自然通風門，提高了烤房的抗逆能力，降低了停電和設備故障對烘烤的影響，停電 1 h，烤房內溫降不超過 2℃，大部分區域溫降不超過 1℃，因此在電力供應不穩定的煙區較為實用，能夠有效地保證烘烤工藝的實施，適應優質煙葉烘烤的需要。

(2)運用熱動力學原理，對烤房內部結構進行優化設計，風機和通風口下置，使得風機的推力和熱空氣的升力形成合力，作用于烤房內空氣循環，降低了通風成本，提高煙葉烘烤質量，降低能耗成本30.4%；設計應用煙閘和裝煙推車，改進裝煙方式，提高了編、裝、缷煙勞動效率，降低了勞動強度。新材料密集烤房烤后煙葉外觀質量較好，煙葉桔黃，油分足，組織結構疏松，化學成分較為協調，淀粉降解較為充分。

(3)盡管新材料密集烤房相對于普通密集烤房已經具備一定優勢，但還有很對細節方面需要改進和完善，如：供熱系統的組裝模塊需細化和完善，耐火板材料配方和粘合材料需要改進，粘合技術需要規范，爐門密封有待加強；煙閘在材料和生產工藝上有待改進，以降低成本，設計細節需要完善，以提高夾煙工效；采用空心磚建成的連體結構烤房之間受穩定影響較為明顯，以后修建烤房時，如果墻壁的建筑材料仍然使用空心磚，不再建成連體結構。建議 2011年在進一步改進和試驗的同時，進行小規模示范。

[1]中國農業科學院煙草研究所.中國煙草栽培學[M].上海：上海科學技術出版社，1987.

[2]宮長榮，潘建斌，宋朝鵬. 我國煙葉烘烤設備的演變與研究進展[J]. 煙草科技，2005，(11):34?36.

[3]蔣篤忠，高春洋，聶新柏，等.普通烤房密集化改造技術的研究[J].作物研究，2008，22(1)：36?38.

[4]陳少賓，宋朝鵬，邱崇浩，等.對烤煙專業化烘烤的幾點思考[J].安徽農業科學，2008，36(33)：14619?14620，14658.

[5]王瑞新，韓富根，楊素勤，等.煙草化學品質分析法[M].鄭州：河南科學技術出版社，1990.

[6]宮長榮.煙草調制學[M].北京：中國農業出版社，2003.