密集烤房不同保溫材料烘烤效能研究

李昊

摘要 為進一步提升密集烤房烘烤性能，分別以泡沫保溫材料和納米涂料對密集烤房裝煙室進行處理，并以普通密集烤房為對照，對比分析各處理烤房烘烤性能和效果。結果表明，鋪設泡沫保溫材料和涂抹納米涂料的烤房較普通密集烤房保溫性有所提升，平面溫差分別降低0.85和1.19 ℃；垂直溫差分別降低0.68 和1.35 ℃；烘烤時長分別縮短13 和18 h；干煙烘烤降低成本0.44和0.57元/kg，烤后煙均價分別提升0.74、1.29元/kg；感官評吸質量略有提升。經保溫處理的烤房在增質提效、節能省工方面均有提升作用，但納米涂料烤房的烘烤性能和效果要優于泡沫保溫材料烤房。

關鍵詞 密集烤房：煙葉烘烤：泡沫保溫材料；納米涂料

中圖分類號 S26 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）13-0185-04

Study on Efficiency of Bulk Curing Barn of Different Insulation Materials

LI Hao

（Xiangcheng Tobacco Company，Xuchang Municipal Tobacco Company，Xiangcheng，Henan 461700）

Abstract In order to further improve the curing performance of bulk curing barn，foam curing material and nano coating were used to treat the smoke chambers of the bulk curing barns respectively.Besides，the baking performance and effect of different curing barns were contrasted and analyzed compared with the ordinary bulk curing barn.The results show that the thermal insulation property of the curing barn with foam insulation material and nano coating is improved compared with the ordinary bulk curing barn.The horizontal temperature differences reduce by 0.85 and 1.19 ℃ respectively，and the vertical temperature differences reduce by 0.68 and 1.35 ℃ respectively.The baking time was shortened by 13 and 18 h respectively.The costs per kilogram of dry tobacco reduce by 0.44 and 0.57 yuan respectively，and the average prices of flue cured tobacco increase by 0.74 and 1.29 yuan /kg respectively.Sensory evaluation quality improves slightly.The heat curing barn has the advantages of increasing quality，improving efficiency，saving energy and saving labor.But the baking performance and effect of nano coating barn are better than that of foam insulation material.

Key words Bulk curing barn；Tobacco fluecuring；Foam insulating material；Nanometer paint

隨著我國科技和經濟的進步以及烤煙的規模化生產，密集烤房逐漸適應了我國烤煙生產可持續發展的新形勢，代表當前烤煙設備的發展方向。從早期自然通風氣流上升式烤房至當前采用的機械強制通風熱循環烤房，烤房發展歷程一直注重在熱風循環系統以及加熱系統方面的改進[1]。當前推廣的密集烤房雖然在裝煙量、煙葉烘烤質量、集約化程度方面體現出巨大優勢，但由于密集烤房墻體建造材質大多選用導熱性較強的紅磚或空心磚[2-3]，烘烤過程中燃料提供的熱量除用于煙葉脫水干燥，還可通過空氣滲漏、墻體的傳導、輻射等方式散失。研究表明，即使是一座封閉良好的全新烤房，其熱能利用率也只能達到60%左右[4]。熱能利用率較低會增加系統能耗，烘烤過程中熱量供給不及時還會造成失水變色不協調，從而增加烤壞煙的發生概率，這些因素都在一定程度上降低了煙葉烘烤的經濟效益。因此，提升烤房熱能利用率，使烘烤過程中煙葉處于均勻溫濕度場，對于降低烘烤成本、提升煙葉質量具有重要意義。

近年來針對提升烤房熱能利用率的技術或材料已有很多研究，Danford[5]設計了一種新型密集型煙葉烘烤和干燥設備，該設備中的逆流余熱回收換熱器可從廢氣中回收熱量，節省大量的能源。宋朝鵬等[4]將納米涂料噴涂于密集烤房裝煙室內壁，和未做處理的烤房進行對比，結果表明，納米涂料處理的烤房用電量和耗煤量均有所降低；整體熱效率提升10.75%，并有效縮短烘烤時長、增加烤后煙上中等比例，1 hm2煙田煙農增收29 643.75元。盧軍等[6]在密集烤房中添加泡沫保溫材料，結果表明，使用泡沫保溫材料處理的烤房在縮短烘烤耗時、能耗以及提升烤后煙葉經濟性狀方面均表現出較大優勢。以往研究均集中在材料的應用效果方面，不同保溫處理之間的對比分析尚未見報道。筆者在密集烤房中分別鋪設泡沫保溫材料和涂抹納米涂料，同時以普通密集烤房為對照，對比分析2種保溫材料在烘烤性能和效果方面的差異，旨在為進一步提升密集烤房烘烤效果、增加煙農收益提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2016—2017年在河南省襄城縣紫云鎮開展，供試品種為中煙100，試驗田土壤肥力中等，前茬作物為芝麻。田間管理按優質烤煙栽培生產技術規范進行，分別選取成熟度、顏色均勻一致的下部葉（5～6位葉）、中部葉（11～12位葉）、上部葉（15～16位葉）進行3次烘烤試驗。

1.2 試驗設計

于試驗點密集烤房群中選擇規格一致的氣流上升式烤房3座（裝煙室模式為2路3層設計，裝煙室規格為8.0 m×2.7 m×3.5 m，烘烤能力1.33 hm2）。以三段式烘烤工藝[7]為基礎，結合當地煙葉烘烤特性對烘烤過程中溫濕度做適當調整。試驗設3個處理：CK，普通密集烤房；T1，密集烤房裝煙室鋪設泡沫保溫材料；T2，密集烤房裝煙室內壁涂抹納米涂料。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 空載試驗保溫性能測試。

關閉3座烤房的裝煙門，添加相同質量的燃煤，循環風機模式調至高速擋，同時點火，每2 h記錄1次溫濕度表盤顯示的溫度，直至烤房中溫度趨于穩定時結束。

1.3.2 平面溫差和垂直溫差。

參照王建安等[8]的方法在烤房中每個層位懸掛9個溫度計，共27個檢測位點（圖1），每2 h記錄1次數據。

垂直溫差△t垂=（|t1′-t1″|+…+|t9′-t9″|）/9 （1）

平面溫差△t平n=（tmax′-tmin′） （2）

式中，t1′～ t9′為頂棚溫度計讀數，t1″～t9″為底棚與其相對應的各溫度計讀數，n（1，2，3）代表烤房棚次。

1.3.3 烘烤耗時及能耗統計。烘烤時長和能耗計算參照《煙葉烘烤原理》[9]進行統計。

1.3.4 經濟性狀。參照YC/T 291—2009進行烤后煙葉等級劃分。

1.3.5 感官評吸質量。聘請河南農業大學煙草學院8位相關專家，參照國家標準YC/T 530—2015烤煙煙葉質量風格特色感官評價方法，按“九分制”評分標準對各處理的各部位煙葉進行打分。

1.4 數據處理 數據統計和作圖用 SPSS 17.0和Microsoft Excel 2010軟件。

2 結果與分析

2.1 空載升溫效果

從圖2可以看出，空載條件下各試驗烤房溫度變化均呈現相同的變化趨勢。0～10 h為燃料燃燒供熱階段，烤房中溫度在此階段不斷上升，但上升速率有所不同，T1、T2、CK 3個處理在此階段平均升溫速率分別為436、3.86、3.43 ℃/h。各處理烤房溫度均在10 h左右達到最高值，其中表現為T1>T2>CK。由于燃料消耗完畢，烤房中溫度和外界溫度差值較大，因此在10～18 h存在快速掉溫階段，18 h之后烤房中溫度經緩慢下降后趨于穩定狀態，在掉溫階段各處理烤房溫度均表現為T1>T2>CK的趨勢。綜合各處理烤房升溫掉溫情況，可以看出保溫材料處理的烤房較普通烤房在升溫速度以及保溫性能方面均有提升，且以納米涂料處理的烤房效果最高。

2.2 烘烤耗時

由圖3可知，對照處理烘烤時長分別高出 T1和 T2 2個處理13和18 h，且差異達到顯著水平（P<005），2個保溫材料處理烤房烘烤時長為T1>T2，二者差異不顯著。烘烤時間長短反映了烘烤勞動強度和能耗高低，如果以對照普通烤房用工強度設定為1，結合T1和T2 2個處理烘烤耗時，用工強度分別節省0.11和0.14個。因此，烤房裝煙室中增設保溫材料在一定程度上可以降低勞動強度和烘烤成本，且納米涂料涂抹烤房在節省烘烤耗時方面的效果優于泡沫保溫材料處理的烤房。

2.3 平面溫差與垂直溫差

從表1可以看出，對照普通烤房平均平面溫差分別高出T1和T2 2個處理0.85和1.19 ℃，且CK處理和T1、T2處理差異均達到極顯著水平，2個保溫材料處理之間差異不顯著；垂直溫差較平面溫差進一步增大，3個處理表現相同趨勢，T1和T2處理分別較CK處理降低16.71%和33.17%，且各處理之間差異均達到極顯著水平。可見，經保溫材料處理的烤房裝煙室的各個位點在烘烤過程中穩溫性較普通烤房均有所提升，從而使烤房內各個位置煙葉所處的溫濕度環境近似相同，促進煙葉失水和變色相協調，對提升煙葉的整體烘烤質量具有重要意義，納米涂料較泡沫保溫材料在減小烤房溫差方面存在一定優勢。

2.4 烘烤能耗

為消除裝煙量對烘烤成本的影響，數據統計后計算出1 kg干煙葉產出所需燃料用量及耗電量。由表2可知，T1和T2處理在耗煤量和耗電量方面較對照均有所降低，其中T1和T2處理在燃料成本方面較CK處理分別減少了0.42、0.52元/kg，耗電成本方面較CK處理分別減少了0.02和0.05元/kg。綜合烘烤成本包括煤炭使用成本和用電成本，T1和T2處理較CK處理降低幅度分別達到17.05%和22.09%。

2.5 烤后煙經濟性狀

煙葉質量的高低決定了煙葉烘烤的經濟效益，和煙農的利益直接相關，同時也可以作為衡量烤房性能的關鍵指標之一。從表3統計的不同處理烤房烤后煙葉各等級可以看出，相對于 CK處理，T1和T2處理上等煙比例較對照處理提高的幅度分別為7.43%和1087%；下等煙比例降低幅度分別為10.92%和15.14%，雖然中等煙比例較對照有所降低，但由于上等煙、下等煙比例的差異最終使均價分別提高0.74和1.29元/kg。 可見，經保溫處理的烤房可以在一定程度上提升上等煙比例，降低烤壞煙比例，且納米涂料處理的烤房提升煙葉質量的效果高于泡沫保溫材料烤房。

2.6 感官質量評價

從表4可以看出，各處理感官評吸質量的各項評價指標得分均比較接近，經保溫材料處理的烤房在香氣量和香氣質2個指標得分方面較對照略有提升，和余金龍等[10]研究結果一致。此外可以看出，T1和T2 2個處理的C3F在燃燒性方面較對照有所提升，可能是由于煙葉部位特性[11]和感官評吸人員的主觀性所致[12]。整體來看，T1和T2 2個處理在感官評吸質量方面得分較為接近，略好于對照。

3 結論與討論

該試驗結果表明，經保溫材料處理的烤房在烘烤性能和效果方面均優于普通密集烤房。在裝煙室內鋪設泡沫保溫材料較普通密集烤房烘烤成本降低0.44元/kg，縮短烘烤耗時13 h左右，烤后煙均價提升0.74元/kg。而裝煙室內壁涂抹納米材料較普通密集烤房烘烤成本可降低0.57元/kg，縮短烘烤耗時18 h左右，烤后煙均價提升1.29元/kg。均表現出明顯的提質增效、省工降本作用。納米涂料在保溫性能、縮短烘烤耗時、節省烘烤能耗、增加烤后煙經濟性狀方面均優于泡沫保溫材料，平面溫差不同保溫處理之間差異不顯著，垂直溫差差異達到極顯著水平，但保溫材料處理對于烤后煙感官評吸質量提升效果并不明顯。

納米涂料在降低烤房溫差方面表現出的明顯優勢主要是由于納米涂料自身電磁學性能、光學性能、流體學性能所致[13]。特別是納米微粒的吸收帶普遍存在“藍移”現象[14]，熱能通過漫射的方式在烤房中各個位置自由流動。而現有泡沫保溫材料大多通過泡沫的密閉性達到物理保溫效果[15]，最終導致泡沫保溫材料和納米涂料在促進烤房中溫度均衡性方面出現較大差異。綜合來看，密集烤房經保溫處理后在煙葉烘烤的省工、降本、提質、增效方面均有一定程度的提升作用，但材料本身的揮發性對煙葉品質以及安全性的影響仍需進一探究。

參考文獻

[1]

王衛峰，陳江華，宋朝鵬，等.密集烤房的研究進展[J].中國煙草科學，2005，26（3）：12-14.

[2] 艾綏龍，李先鋒，牛瑜德，等.漢中市密集烘烤現狀及展望[J].河北農業科學，2009，13（3）：85-86.

[3] 王文超，賀帆，徐成龍，等.煙葉烘烤節能技術研究進展[J].南方農業學報，2011，42（10）：1267-1270.

[4] 宋朝鵬，彭萬師，楊超，等.納米涂料在烤煙密集烘烤中的應用[J].西北農林科技大學學報（自然科學版），2009，37（8）：97-100.

[5] DANFORD T J.Energy efficient bulk tobacco curing and drying structure： US 4263721 A[P].1981-04-28.

[6] 盧軍，袁建君，王勇.泡沫保溫材料在密集烤房中的應用效果分析[J].南方農業學報，2012，43（7）：1033-1036.

[7] 宮長榮.煙草調制學[M].北京：中國農業出版社，2003.

[8] 王建安，武圣江，郭燕，等.納米涂料對密集烤房烘烤性能及煙葉質量的影響[J].云南農業大學學報，2011，26（3）：400-404.

[9] 宮長榮.煙葉烘烤原理[M].北京：科學出版社，1994.

[10] 余金龍，譚方利，鄧世雄.烤房納米功能涂料在煙葉烘烤中的應用效果[J].中國煙草科學，2009，30（5）：29-33，40.

[11] 于海芹，焦芳嬋，肖炳光，等.云南烤煙主產區煙葉化學成分含量特點分析[J].基因組學與應用生物學，2011，30（47）：1305-1310.

[12] 李炎強，冼可法.測試頂空氣相成分評價不同類型煙草質量[J].煙草科技，2001（3）：27-33.

[13] 宋朝鵬，張欽松，楊超，等.納米涂料在煙葉烘烤中的應用前景[J].作物雜志，2009（1）：8-10.

[14] 龐歡.功能性微納米材料的控制合成及其性能研究[D].南京：南京大學，2011.

[15] 沈運文，張彥華，朱麗濱，等.脲醛樹脂泡沫保溫材料的研究與發展[J].化工新型材料，2016，44（1）：25-27.