空氣源熱泵烤房與生物質(zhì)新能源烤房對(duì)烤后煙葉經(jīng)濟(jì)效益的影響

黃 寧， 祖慶學(xué)， 劉紅峰， 周建云， 蔡 武， 黃勇輝， 羅明華

(貴州省煙草公司 貴陽市公司， 貴州 貴陽 550002)

煙葉調(diào)制是煙葉獲得優(yōu)良品質(zhì)和工業(yè)可用性的關(guān)鍵過程，密集烘烤的推廣應(yīng)用有利于降低煙葉的烘烤難度、減少勞動(dòng)強(qiáng)度以及節(jié)約烘烤成本，提高煙葉的烘烤質(zhì)量，為穩(wěn)定產(chǎn)區(qū)規(guī)模、推進(jìn)“卷煙上水平”提供了強(qiáng)有力的支撐，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。煙葉在烘烤過程中需要消耗大量的能量，但現(xiàn)階段密集烤房主要是以煤為燃料，在其燃燒中產(chǎn)生的SO2、粉塵和CO2等是大氣污染和溫室氣體的主要來源，且由于烤房升溫不均勻易導(dǎo)致煙葉烤壞而造成經(jīng)濟(jì)損失[1]。因此，在烤煙適宜產(chǎn)區(qū)進(jìn)行高效減排新能源密集烤房供熱設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用，是順應(yīng)綠色、環(huán)保、節(jié)能、減排的國(guó)家需求和減工降本、提質(zhì)增效的行業(yè)需求。新式烤房通過利用太陽能、電能、生物質(zhì)能等多種新能源應(yīng)用于煙葉的烘烤調(diào)制過程，有助于減少污染氣體的排放，從而克服傳統(tǒng)燃煤式密集烤房存在的碳排放量大、污染環(huán)境等弊端；而且還能夠降低能耗、減少用工，有利于節(jié)能、生態(tài)、降本生產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，并能提高經(jīng)濟(jì)效益和煙葉質(zhì)量，具有良好的應(yīng)用發(fā)展前景[2-7]。空氣源熱泵和新型生物質(zhì)密集烤房在烤煙過程中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，符合國(guó)家能源應(yīng)用方向和大氣污染防治法[8-12]，但是空氣源熱泵及生物質(zhì)能源烤房的使用在貴陽煙區(qū)還未見報(bào)道。因此，以常規(guī)燃煤密集烤房為對(duì)照，研究空氣源熱泵和生物質(zhì)新能源烤房對(duì)貴陽煙區(qū)烤煙烘烤成本及經(jīng)濟(jì)效益的影響，探索適合現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)發(fā)展需要的烘烤設(shè)備，以期為“省工、節(jié)能、環(huán)保、高效、安全”的烤煙烘烤設(shè)備創(chuàng)新提供可靠的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試煙葉

煙葉為云煙87的中部葉，采自開陽縣龍崗鎮(zhèn)同一農(nóng)戶、同一煙地、長(zhǎng)相與成熟一致。

1.2 烤房

1.2.1 空氣源熱泵氣流下降式烤房 為河南佰衡節(jié)能科技有限公司提供，通過空氣與高溫高壓的制冷劑在冷凝器進(jìn)行熱交換，被加熱的空氣經(jīng)送風(fēng)口進(jìn)入烤房與煙葉進(jìn)行熱濕交換，將煙葉內(nèi)的水分汽化蒸發(fā)，完成熱濕交換的熱濕空氣受控制器控制或被排出烤房經(jīng)蒸發(fā)器進(jìn)行熱回收，或再次經(jīng)冷凝器加熱送入烤房的集成系統(tǒng)。電機(jī)、風(fēng)機(jī)及自控設(shè)備均由河南佰衡節(jié)能科技有限公司提供。

1.2.2 生物質(zhì)能源氣流下降式烤房 為遼寧海帝升有限公司提供，以木屑、煙稈和其他農(nóng)作物秸稈等生物質(zhì)材料為原料，采用生物質(zhì)顆粒機(jī)進(jìn)行壓制代替煤炭燃燒。

1.2.3 普通燃煤氣流下降式密集烤房 以燃煤為能源。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在貴陽市開陽縣龍崗煙葉烘烤工場(chǎng)進(jìn)行，共3個(gè)處理。處理1，空氣源熱泵烤房；處理2，生物質(zhì)能源烤房；對(duì)照(CK)，燃煤烤房。每個(gè)處理單獨(dú)烘煙 3次，均采用掛竿裝煙。烘烤煙葉取樣點(diǎn)為距烤房隔熱墻的2.0 m、4.0 m和6.0 m處，取樣各2竿。門及觀察窗位置擺放具有代表性的煙葉各1～2竿，便于烘烤過程觀察。

1.4 經(jīng)濟(jì)性狀及成本統(tǒng)計(jì)

1.4.1 經(jīng)濟(jì)性狀 各處理取標(biāo)記烤后煙葉進(jìn)行統(tǒng)一初分級(jí)、打包。由煙草行業(yè)煙葉專業(yè)評(píng)級(jí)員根據(jù)烤后煙葉顏色、成熟度、葉片結(jié)構(gòu)、身份、油分、色度等分級(jí)因素，參照烤煙國(guó)家分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(GB 2635-92)評(píng)價(jià)烤后煙葉的整體外觀質(zhì)量及等級(jí)結(jié)構(gòu)。由抽樣煙葉樣本推算總體煙葉樣本，記錄每個(gè)處理烤后煙葉的各個(gè)等級(jí)比例及重量，根據(jù)當(dāng)?shù)責(zé)熑~收購價(jià)格，統(tǒng)計(jì)各個(gè)處理烤后煙葉的產(chǎn)值、中上等煙率、橘黃煙率、均價(jià)等指標(biāo)。

1.4.2 用工和能耗成本 統(tǒng)計(jì)各處理用工量和所消耗的煤、電和生物質(zhì)成本。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用Excel和SPSS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同烤房烤后煙葉的等級(jí)

從表1看出，不同烤房烘烤后上等煙率和橘黃煙率均表現(xiàn)為處理1>處理2>CK，中等煙率表現(xiàn)為CK>處理1>處理2，各處理間差異不顯著，下等煙率處理1為0，對(duì)照和處理2相差不大。表明，處理1烤后煙葉經(jīng)濟(jì)性狀明顯優(yōu)于處理2和CK。原因可能是熱泵烤房在烘烤過程中表現(xiàn)出穩(wěn)溫優(yōu)勢(shì)，不易發(fā)生溫度波動(dòng)現(xiàn)象所致。

表1不同處理烤后煙葉的等級(jí)

Table 1 Grade of tobacco leaves cured in three different curing barns %

處理Treatment上等煙First-class tobacco 中等煙Midium-class tobacco下等煙Low-class tobacco橘黃煙Orange tobacco CK76.65 a22.10 a1.25 a88.21 a181.00 a19.00 a0.00 b95.05 a280.23 a18.56 a1.21 a93.13 a

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significance of difference atP<0.05 level. The same below.

2.2 不同烤房的烘烤成本

從表2看出，用工量處理1的最少，分別比處理2和對(duì)照減少用工2.5個(gè)和2個(gè)；1 kg煙葉平均用工成本分別比處理2和對(duì)照減少0.57元和0.83元，降幅為40.14%和58.45%，差異顯著；說明使用空氣源熱泵烤房明顯節(jié)省人工，原因是常規(guī)烤房(CK)平均每炕加煤24次，生物質(zhì)能源烤房平均每炕加料33次，而空氣源熱泵烤房無需加料。1 kg干煙耗電量以處理2最低，處理1最高；1 kg煙葉能耗總成本(耗電量和耗燃料量)以處理1最低，分別比對(duì)照和處理2低40%和76%。1 kg煙葉的用工成本和能耗成本總和處理1最低，分別比對(duì)照和處理2低40%和67%。

表2 不同烤房烘烤煙葉的成本

Table 2 Cost of tobacco leaves cured in three different curing barns

注：用工費(fèi)用按120元/(人·d)；煤價(jià)按1 200.00元/t，電價(jià)按0.465元/(kW·h)，生物質(zhì)燃料按910.00元/t。

Note: The labor cost, coal price, electricity price and biomass fuel are 120 Yuan/ (person·d), 1200.00 Yuan/t, 0.465 Yuan/ (kW ·h) and 910.00 Yuan/t respectively.

2.3 不同烤房烘烤煙葉的經(jīng)濟(jì)效益

從表3看出，1 kg干煙葉的綜合效益以處理1最高，為27.32元，比CK和處理2分別高13.17%和14.16%，差異顯著；處理2的綜合效益比CK略低，差異不顯著。說明熱泵烤房比燃煤密集烤房具有較明顯的增值效應(yīng)，而生物質(zhì)能源則由于用工成本和能耗的增加，經(jīng)濟(jì)收益反而下降。

表3不同烤房烘烤煙葉的綜合效益

Table 3 Comprehensive benefit of tobacco leaves cured in three curing barns

處理Treatment投入/(元/kg)Input產(chǎn)出/(元/kg)Output效益/(元/kg)Benefit較CK±/%Compared with CK±CK3.82 b27.9624.14 b-12.72 c30.0427.32 a13.1724.54 a28.4723.93 b-0.87

注：產(chǎn)出為不同烤房1 kg不同等級(jí)煙葉的平均價(jià)格。

Note: The output is the average price of 1kg tobacco leaves with different grade cured in different curing barns.

3 結(jié)論與討論

不同烤房烤后煙葉的上等煙率、橘黃煙率均是空氣源熱泵烤房的較高，分別達(dá)81%和95.05%，且下等煙率為0。空氣源熱泵烤房比常規(guī)燃煤烤房和生物質(zhì)新能源烤房減少40%左右的人工投入，煙葉能耗總成本(耗電量和耗燃料量)減少40%以上，綜合效益提高13%以上。

空氣能熱泵新能源烤房主要通過消耗電能為烘烤過程提供熱能，平均每炕烘烤需要消耗1 303.3 kW/h，在烘烤過程中對(duì)升溫、穩(wěn)溫的調(diào)控較容易，不需加料從而省去加料等輔助環(huán)節(jié)用工，且烤后煙葉外觀質(zhì)量佳，主要表現(xiàn)為烤后煙葉外觀顏色鮮亮、色度強(qiáng)，橘黃煙比例和均價(jià)較高，幾乎無烤壞煙現(xiàn)象發(fā)生。與傳統(tǒng)密集烤房相比，空氣源熱泵烤房的烘烤用工、能耗成本都明顯低于傳統(tǒng)燃煤密集烤房，而且烤后煙葉外觀質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)性狀均較好，從而有效實(shí)現(xiàn)減工降本，達(dá)到節(jié)能減排、提質(zhì)增效的目的，并且烘烤過程實(shí)現(xiàn)無廢渣、廢氣出現(xiàn)，綠色環(huán)保，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)優(yōu)勢(shì)。

生物質(zhì)能源烤房主要依靠消耗生物質(zhì)燃料為煙葉烘烤調(diào)制過程提供熱能，平均每炕烘烤需要消耗862.98 kg生物質(zhì)能源，而添加1次生物質(zhì)能源可以提供較長(zhǎng)時(shí)間的熱能。與傳統(tǒng)煤炭密集烤房相比，在烘烤調(diào)制過程中對(duì)升溫、穩(wěn)溫的調(diào)控容易，加料等操作使用便捷，能夠滿足正常烘烤需要，且烤后煙葉外觀質(zhì)量較好。但生物質(zhì)能源由于燃燒值低于煤炭，加料次數(shù)多，導(dǎo)致烘烤用工成本和能耗成本均高于傳統(tǒng)燃煤密集烤房，雖然烤后煙葉質(zhì)量?jī)?yōu)于傳統(tǒng)燃煤密集烤房，但差異不大，其減工降本效果不明顯。

煙農(nóng)對(duì)空氣源熱泵烤房及生物質(zhì)能源烤房的接受程度調(diào)查結(jié)果顯示：空氣源熱泵烤房由于改造成本高，煙農(nóng)普遍較難接受，但如果無償提供設(shè)備，則接受積極性很高。煙農(nóng)對(duì)生物質(zhì)新能源烤房選擇意愿較低，原因一是其改造成本高，煙農(nóng)和合作社均不愿意出資；二是生物質(zhì)能燃料供應(yīng)商不穩(wěn)定，難以滿足一次性大量采購，且價(jià)格偏高；三是在相同重量下，生物質(zhì)能源材料體積明顯大于煤炭，其堆放儲(chǔ)存不方便。