升級后的密集式烤房性能特點

張煒， 尹虎成， 張學杰， 冉錦翔， 趙高坤， 楊磊

(1.湖北博智科技服務有限公司，湖北 鶴峰 445800； 2.湖北省煙草公司恩施州公司，湖北 恩施 445000；3.重慶市煙草公司， 重慶 409002； 4.云南省煙草農業科學研究院，云南 昆明 650000；5.山東仁科測控技術有限公司，山東 濟南 250000)

密集烤房是進行煙葉烘烤的主要設備，大量的烘烤煙氣余熱直接排放到大氣中，不僅浪費資源，而且也對周邊環境造成了較為嚴重的污染[1]。當前我國烤房的需熱常數(每排出煙葉中1 kg水所需的熱量)為2 950 kJ·kg-1，美國是我國的95%，而日本是我國的91%[2]，如果在現有水平上降低20%以上將反超日本和美國并大幅度領先。烘烤在45～46 ℃階段煙葉失水未達到50%的水平時，加火不及時會造成溫度降低，烤房內相對濕度大于60%，導致棕色化反應的發生[3-5]，煙葉變黑而失去使用價值，所以在烤煙未失水過半之前快速將濕度降低到60%以下是阻止黃煙變黑的主要手段。王建寧等[6]在對紅花大金元的烘烤中發現，定色期由42 ℃升到46 ℃的升溫速度越快檸色組占比越大，越慢低等煙占比越大，而46 ℃到55 ℃時則以相對較穩的慢升溫實現黃煙等青煙比較好。所以烤房的極限排濕能力和穩溫性能十分重要。同時，我國的密集式烤房主要建于2004—2010年[7]，由于頂板混凝土長期暴露在外，老化和滲漏問題日漸突顯。為了降低烤房的能耗、提升烤房的性能，結合烤房蓋頂維修需要，湖北博智科技服務有限公司在重慶煙草公司的協助下對烤房進行了升級改造示范。在幾乎不改變原有烤房布局和結構的情況下，對現有密集式烤房進行了附加建筑方式的升級工程，對烤房的能量進行了重新規劃利用和綜合管理。明確了升級后烤房的綜合性能，并為進一步的升級作好準備。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種為云煙87，供試烤房類型為氣流下降式標準密集烤房。

1.2 方法

在同一烘烤工廠選取相鄰兩座烤房，升級其中一座進行對比烘烤測試。升級方法為在烤房頂部附加性建設進風緩沖區、出風緩沖區、熱回收設施。

數據收集利用山東仁科測控技術有限公司提供的無線網絡溫濕度檢控儀器，探頭監測到的溫濕度數據通過網絡直接報送到云平臺網站公示，并以每分鐘記錄一組數據的方式存貯。

升級后的烤房的掉溫測試。當干球溫度在45 ℃時，生物質顆粒進料不足的情況下，將自控儀設定溫度調到46 ℃，讓爐內生物質顆粒處于存量燃燒狀態，測試烤房的穩溫時長，當存量燃盡進入自由落體式的掉溫狀態時測量烤房的“掉溫”速度。當溫度降到42.5 ℃以下時重新加料點火，測試烤房的升溫降濕速度。

烘烤以重慶煙草公司的烘烤師根據現場煙葉實際情況判斷和調整自控儀。

進行全烘烤季烘烤，處理和對照不同部位的煙葉各4烤作為重復。每烤處理和對照在代表性位置隨機抽取16桿計產，比較產質量。

空房期間降溫天氣下，根據烤房內溫度隨氣溫下降而下降的速度來測量處理和對照烤房的靜態保溫性能。

2 結果與分析

升級過后的烤房能極顯著縮短烘烤時間，縮短時間長達26 h；顯著降低烤房內的平均濕度(表1)。

表1 烤房內溫濕度情況

升級后的烤房最高進風溫度平均升高18 ℃，最低溫度平均升高10 ℃，整體升高14 ℃，顯著降低進風相對濕度(表2)。

表2 進風門溫濕度情況

升級后的烤房能有效提升排濕窗附近的環境溫度和濕度(平均溫度上升6 ℃，平均濕度上升9百分點)。表明這樣營造出來的高溫高濕環境更有利于熱泵以更高的能效比回收空氣中的熱量(表3)。

表3 排濕窗附近溫濕度情況

升級后的烤房節省生物質顆粒175～225 kg，節能幅度21%～24%，能顯著降低烤房的能耗水平(表4)。

表4 烤房生物質能耗水平

通過對64桿樣品的計產分析，在實際烘烤中升級烤房能夠帶來產量、產值、均價和上等煙比例的提升(表5)。每個烘烤季可增值9 000元左右，如果將升級成本控制在3萬元，3.3 a就能收回投入，在未將政府稅收等列入計算的情況下其實際投入產出比已經相當有吸引力。

表5 烤房對產質量的影響

經過升級的烤房靜態保溫性能明顯提升(表6)。

表6 烤房對靜態保溫性能的影響

當9:50烘烤人員將干球溫度設定為46 ℃，自動加生物質燃料的設備內生物質顆粒已經不能充足供應，達不到需要進料的速度，爐內生物質顆粒處于存量燃燒狀態(圖1)。自控儀檢測到溫度持續偏低。于是自控儀控制進風門由常開狀態變成時開時閉的狀態，試圖升高烤房內的溫度。直到13：21，生物質顆粒完全燃盡，烤房火爐供熱完全停止，烤房內溫度進入存量消耗階段。自控儀將進風門徹底關閉。

圖1 各點位絕對濕度的變化

當爐內生物質顆粒進入存量燃燒階段時，烤房內的相對濕度由59.8%升高到62.1%，并維持了3.5 h。在生物質顆粒完全燃盡之后，烤房內的熱量處于存量消耗階段，在43 min的存量消耗階段，烤房內的相對濕度上升了7.9百分點。進風門附近的相對濕度主要受到進風門開口大小的影響(圖2)。

圖2 各點位相對濕度的變化情況

在長達3.5 h的存量燃燒階段，烤房內的溫度并沒有下降。13:21進入無火階段，43 min內由45.4 ℃降到42.4 ℃。由于同期大環境溫度也是下降的，溫差變化不大，所以呈斜線下降。換算當烤房內外溫差為10.3 ℃時，無火狀態烤房內的溫度下降速度為4.19 ℃·h-1。掉溫測試結束后，恢復火力17 min從42.4 ℃升到47.9 ℃，共升溫5.5 ℃，升溫速度為19 ℃·h-1，濕度由70.2%下降到56.3%，降濕速度為49%·h-1(圖3)。

圖3 各點位溫度的變化情況

升級后的烤房能快速隨著自控儀的指令而走出平直的曲線，而對照烤房則隨著火力和環境溫度的波動而產生較大程度的不確定性波動。升級后的烤房除了在41 ℃后期進行了快速升溫能力測試和45 ℃后期進行了掉溫測試而產生了向上和向下的明顯波動外，均按著自控儀的設置走出了標準和平直的曲線(圖4)。

圖4 烤房內實際溫度的曲線

3 小結與結論

國家煙草專賣局辦公室文件國煙辦綜〔2009〕418號文件對密集式烤房的標準進行了嚴格的規范，為烤房相關設備的標準化生產提供了便利，同時也固化了烤房內部以及烤房大門一側和左右側的空間。如果為了某項技術的應用而打破原有烤房的結構和設備布局會帶來資源浪費和重復建設以及建筑安全性隱患。當然該文件前瞻性的留下了烤房頂部和加熱室一端這2個最大的升級空間。因此，圍繞這兩個空間的升級研究成為無法回避的技術路線。林曦陽等[8]通過在加熱室一側附加和改造的方式將能耗降低了12.12%。程聯雄等[9]則采用了頂部附加建筑的方式綜合利用太陽能和熱回收技術將能耗降低了20%左右。但是，由于改變了烤房的原有氣動布局，在夜晚未排濕情況下，熱交換部分的冷空氣會下降進入裝煙室形成微弱的對流，增加了夜晚烤房通過房頂部流失熱量的速度，在多元化能源時實際上增加了烤房頂部特別是晚上的總散熱面積和速率。

綜上所述，研發小組在將太陽能的利用方式另外考慮的基礎之上，幾乎不改變原有烤房氣動布局的情況下，對單純的熱交換技術進行了優化管理和簡化用材等利于實際推廣的研究，并為后期的太陽能和熱泵利用留下伏筆。

升級后的烤房能平均縮短烘烤時間26 h，意味著完成同樣的烘烤任務，可以少建造和維護15%的烤房，為企業省下大量的資金投入；顯著地降低烤房內的平均濕度。最高進風溫度平均升高18 ℃，最低溫度平均升高10 ℃，整體升高14 ℃。顯著降低進風相對濕度，有效提升排濕窗附近的環境溫度和濕度(平均溫度上升6 ℃，平均濕度上升9百分點)。這樣營造出來的高溫高濕環境更有利于熱泵以更高的能效比回收空氣中的熱量。當爐內生物質顆粒進入存量燃燒階段時，3.5 h內烤房的相對濕度由59.8%升高到62.1%，烤房內的溫度并沒有下降。在生物質顆粒完全燃盡之后，當烤房內外溫差為10.3 ℃時,無火狀態烤房內的溫度下降速度為4.19 ℃·h-1。烤房內的相對濕度僅上升了7.9%,表現出良好的抗掉溫性能。對比烤房內的實際溫度曲線，升級后的烤房能很快響應自控儀的指令，并平穩的維持在指令要求的水平，受火力和環境波動的影響很小。