清潔能源部分替代煤炭在密集烤房中應用技術研究

張聰輝，趙 宇，蘇家恩，王德勛，徐成龍

(1．大理州煙草公司祥云縣分公司，云南大理 671000；2. 云南農業大學，云南昆明 650201；3. 云南省煙草公司大理州公司，云南大理 671000)

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清潔能源部分替代煤炭在密集烤房中應用技術研究

張聰輝1，趙 宇2，蘇家恩3*，王德勛3，徐成龍1

(1．大理州煙草公司祥云縣分公司，云南大理 671000；2. 云南農業大學，云南昆明 650201；3. 云南省煙草公司大理州公司，云南大理 671000)

[目的]減少傳統烤煙方式產生的大氣污染，探究清潔能源部分替代煤炭減少大氣污染。[方法]試驗設置5個處理，對不同清潔能源烤后煙的化學成分、外觀質量、感官質量以及烘烤經濟效益進行研究。[結果]試驗表明，不同處理間烤后煙的化學成分、外觀質量與感官質量的基本上差異不顯著，但烘烤的經濟效益差異較大，T4處理成本較低，烤后煙上等煙比例與均價最高。[結論]綜合各清潔能源在烤煙烘烤中的應用分析，利用生物質能源能夠有效降低烘烤成本，提高烘烤效益，減少因烘烤對大氣造成的污染，在替代煤炭成為主要烘烤燃料有比較大的潛力。

烤煙烘烤；清潔能源；部分替代

當前煙葉烘烤過程中使用的能源主要以煤炭為主，由于煤炭具有不可再生的特性，價格逐年上漲，加之煤炭燃料煙氣排放物中污染物含量多，不利于煙區環境保護[1]，因此如何使用清潔能源部分替代煤炭在密集烤房中應用成為烤煙烘烤過程中需要解決的問題。1999年，聶榮邦開展微電熱密集烤房的研究[2]，后來宮長榮等又在烘烤過程中利用熱泵加熱替代燃煤[3]，陳繼峰等對太陽能替代煤炭進行了研究和應用[4]，還有張宗錦等對多種新能源替代煤炭的研究[5-7]。結果表明，多種新能源能夠增加燃燒時放熱量，在一定程度上較少CO2等氣體的排放流量，符合現代煙草農業建社的主旨[8-9]，但在云南大理地區的應用較少。為降低大理煙區的烘烤成本，及有害氣體的排放量，筆者對電能(電熱管和電磁加熱)、太陽能、生物質能3種清潔能源采取輔助供熱部分替代的方式開展研究，探索各種能源替代煤炭的應用效果，為今后逐步減少煤炭使用量增加清潔能源使用量做好準備。

1 材料與方法

1.1 材料選取6座氣流下降式烤房進行試驗，每種替代方式1座，生物質燃料為2012年煙稈壓塊，直徑32 mm，燃值為3 812 K/kg，價格800元/t；燃煤為蜂窩煤，規格直徑16 cm，重量2 kg /個，燃值4 140 K/kg，價格1.6元/個；5 kW電熱管、5 kW電磁加熱線圈、太陽能板面積23 m2(電熱管、電磁加熱棒、太陽能板均從相關類型烤房設備廠家采購)。供試煙葉品種為紅花大金元，裝煙量450竿/爐，每臺150桿。

1.2 試驗方法試驗于2013年8～9月在云南省大理州紅花大金元科研研發基地烘烤工場進行。

1.2.1試驗處理。試驗設置5個處理，1個對照：CK：100%使用蜂窩煤作為燃料。T1：太陽能輔助加熱烤房。在烤房頂部安裝面積23 m2太陽能板，通過太陽能板加熱5 m3的空氣集熱箱，集熱箱通過循環風機和軋板與烤房形成內循環。集熱箱由感溫探頭控制，當箱內空氣溫度高于烤房回風口溫度時，進風，反之繼續儲熱。T2：5 kW電熱管輔助加熱烤房，在烤房風機上方20 cm處加裝2根2.5 kW電熱管，持續供熱。T3：5 kW電磁加熱線圈輔助加熱烤房，在烤房風機上方20 cm處加裝5 kW電磁加熱線圈輔助加熱。T4：干球43～55 ℃時使用生物質燃料，其他階段使用蜂窩煤。T5：100%使用生物質燃料。

1.2.2試驗實施。每次試驗前從一戶農戶家選取252竿煙葉(每間42竿)作為目標煙葉，每間烤房上、中、下3臺距離熱風室墻2、4、6 m處各裝4竿煙葉(左右兩倉各裝2竿)，觀察窗處上、中、下3臺各裝2竿煙。配烤煙葉為當地133.33 hm2核心示范區同一部位、同一時間采收的煙葉。烘烤工藝統一采用用大理州紅花大金元品種煙葉烘烤工藝烘烤，以觀察窗位置煙葉為參照物設置工藝參數，全程保持實測溫濕度與目標溫濕度差值≤2 ℃。烤后對42竿進行質量評定。烤后煙葉質量依據GB2635-1992《烤煙》進行評定；生物質燃料以電子稱進行稱重，稱量每次添加生物質壓塊的重量；蜂窩煤以數量進行統計，統計每次添加蜂窩煤的塊數。

1.3 數據處理試驗數據采用Mathematica 10.0進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理烤后煙質量分析

2.1.1同處理烤后煙化學成分分析。由表1可知，烤后煙總氮、總糖、鉀含量與氯在不同處理間差異不顯著，還原糖不同處理間除T4、T5外差異均不顯著。可能是由于生物質燃料熱值較高、在烘烤過程中烤房內溫度比較穩定，煙葉內部的淀粉向還原糖轉化的生理生化反應在比較穩定的環境條件下進行的比較徹底；再者各處理間烤后煙堿的差異較大，T2、T3兩處理間差異比較顯著，T1處理煙堿的含量最高，由于煙堿在烘烤過程中一般比較穩定，但可以向TSNA等轉化，可能是由于不同燃料在溫度控制的穩定性與有效性差異比較大，結果導致烤后煙煙堿含量差異比較大。

表1 不同處理烤后化學成分含量

注：相同列相同字母間表示0.05水平差異不顯著，不同字母間表示0.05水平差異顯著。

2.1.2不同處理烤后煙外觀質量分析。由表2可以看出，烤后煙的外觀質量顏色、成熟度、葉片結構、油分、色度等指標不同處理指標各處理之間差異不顯著，不同處理間身份表現為CK、T1、T2與T5差異不顯著，但與T3、T4差異較顯著。可能是由于不同燃料的燃燒放熱不同，使得煙葉在烘烤過程中呼吸作用等生理生化反應有所差異，造成煙葉內含物質的消耗有所差異所致。

表2 不同處理烤后煙外觀質量

注：相同列相同字母間表示0.05水平差異不顯著，不同字母間表示0.05水平差異顯著。

2.1.3不同處理烤后煙感官質量分析。由表3可以看出，烤后煙的感官質量不同處理間差異不顯著，綜合評吸得分較高。表明不同的能源烤后煙的吸食質量沒有差異，這主要原因可能是試驗品種統一，烘烤工藝統一，煙葉一致性較好，使得烤后煙的感官質量均較好。

表3 不同處理烤后煙感官質量 分

注：相同列相同字母間表示0.05水平差異不顯著，不同字母間表示0.05水平差異顯著。

2.2 不同處理烤后煙的烘烤效果及經濟效益分析由表4可見，所有的處理都可以降低耗煤量，即在密集式烤房上增加任何輔助供熱設備都能夠降低煤炭消耗量。T4處理均價和上等煙比例最高，即在43～55 ℃使用生物質燃料替代煤炭不僅可以減少煤炭使用量還能增加煙農經濟收入。T1處理雖然降低了煤炭消耗量，但烤后煙葉均價低于對照。使用生物質燃料替代煤炭烘烤時，在43～55 ℃使用要比全部使用更好。

表4 不同處理燃料使用量統計

注：相同列相同字母間表示0.05水平差異不顯著，不同字母間表示0.05水平差異顯著。

3 結論與討論

實現低碳經濟發展的關鍵是能源技術發展的低碳化，使技術的經濟潛能或商業價值與生態價值有機融合[11-13]。新能源產業發展能滿足能源需求，優化能源結構，推動節能減排。實現低碳經濟綠色發展，是在當前傳統資源能源短缺前提下實現地區經濟發展的有效途徑[14-16]。煙草作為國民經濟的主要支柱產業，在每年的生產過程中耗費大量的能源用于烘烤，因此需要尋找其他路徑實現循環農業、高效農業。生物質等新型燃料的產生在煙葉農業的運作過程中實現生產資料的循環利用，有較大的市場前景。

研究表明，不同處理烤后煙的化學成分、外觀質量與感官質量差異較小，可知新能源能夠滿足煙葉烘烤的需要；再者各處理間烤后煙葉均價不同，但差異不顯著，并且多數處理的烘烤成本比使用煤炭要低，因此隨著電力資源的逐步發展，在煙區可以進行一些輔助供熱的改造，進而大大降低煤炭消耗量，減少大氣污染物排放量。在密集烤房上增加輔助供熱設備雖然可以減少煤炭的使用量，對環境保護具有重大的意義，但就煙農而言，要承擔巨大的改造費用，產投比非常不劃算，預計難以推廣和擴大，但是使用生物質燃料替代，不僅不需要任何改造費用，還能提高均價和上中等煙比例，以后可以做進一步的研究和推廣。

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Study on Clean Energy Partly Replace of Coal in Dense Curing Barn

ZHANG Cong-hui1, ZHAO Yu2,SU Jia-en3*et al

(1.Xiangyun Branch of Dali State Tobacco Company, Dali, Yunnan 671000;2.Yunnan Agricultural University, Kunming, Yunnan 650201; 3.Dali Branch of Yunnan Provincial Tobacco Corporation, Dali, Yunnan 671000)

[Objective] To reduce the air pollution caused by traditional way of flue-cured tobacco, probe into clean energy partly replace coal to reduce air pollution. [Method] Five processing tests were set up, chemical composition of flue-cured tobacco cured by different clean energy, appearance, sensory quality and curing economic benefits were studied. [Result] The results showed that the differences of chemical composition, appearance quality and sensory quality of flue-cured tobacco in various treatments are not significant, but the difference of economic benefits is bigger, cost of T4is low, the proportion of superior tobacco andaverage price of flue-cured tobacco are highest. [Conclusion] The use of biomass energy can effectively reduce the curing cost, improve curingefficiency, reduce atmospheric pollution by the curing, and has larger potential in replace of coal as the main curing fuel.

Flue-cured tobacco curing; Clean energy; Partly substitution

云南省煙草公司科技計劃項目(2012YN53)。

張聰輝(1970-)，男，云南大理人，助理農藝師，從事煙葉生產技術指導工作。*通訊作者，農藝師，碩士，從事烘烤技術研究及推廣工作。

2014-12-18

S 572

A

0517-6611(2015)04-304-02