不同智能型電熱設備對烤煙質量及能耗成本的影響

董祥洲 高琴 王川 徐健 李世金 程廷明 馬稱心

摘 要：為探索電加熱密集烤房在皖南煙區的應用效果，以云煙97為烘烤材料，對比分析了4種不同加熱設備烤房在裝煙量、能耗成本、烤后煙經濟性狀、化學成分等指標的差異。結果表明：與自動加煤烤房比較，不同電熱設備烤房裝煙量無明顯差異，烤后煙葉化學成分差異不明顯。能耗成本方面，中部煙燃煤烤房能耗成本為1.42元/kg干煙，T2、T3、T4、T5電熱烤房分別為1.68、1.44、1.83、2.06元/kg干煙。上部煙燃煤烤房能耗成本為1.90元/kg干煙，T2、T3、T4、T5電熱烤房分別為2.51、1.94、2.25、2.48元/kg干煙。皖南煙區采用純電能烤房烘烤煙葉，供熱、排濕、裝煙量能夠滿足生產需求，特別是無污染物排放，符合節能減排的環境要求，以云南鵬來電熱管烘烤設備控制較為精準，烤后煙上等煙比例較高。

關鍵詞：電熱;烤房;能耗;經濟性狀;外觀質量

中圖分類號 S572 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）02-0116-04

當前，密集烤房在建造、使用等方面的研究已取得了較大進展[1]，皖南煙區烤房普遍增設了燃煤自動加料裝置，大大降低了烘烤加煤的用工成本，實行了烘烤的半動化。但隨著國家環保要求越來越嚴厲，傳統燃煤烤房存在勞動強度大且烘烤過程中產生大量污染物等弊端，其必將在今后的煙葉烘烤進程中被逐步升級改造[2]。在現代綠色農業的大形勢下，電熱密集烤房無疑是煙區煙葉烘烤的發展方向[3]，電熱密集烤房采用清潔電能，智能化控制系統，控溫精準，烘烤舒適性高，符合節能減排省工的要求[5-7]。為此，本試驗以燃煤密集烤房為對照，分析比較了4種電能密集烤房的實際應用效果，旨在為皖南煙區烤房煤改電提供數據參考，探索適合當前煙葉烘烤的新能源烤房。

1 材料與方法

1.1 供試材料 試驗于2020年在宣城市楊柳鎮滬皖煙草科技園進行，供試烤煙品種為皖南煙區主栽品種云煙97。選取面積為6.67hm2的成熟度一致優質鮮煙葉，中部煙采收8～11葉位，上部煙集中一次性采收頂部5～6片。烤房均為山東百特機械設備有限公司生產的可拆卸聚氨酯輕鋼密集烤房，裝煙室8.0m×2.78m×3.6m，烤房風機型號為7號風機，風機功率1.5/2.2kW，采用煙夾裝煙。不同烤房裝煙量基本一致，采取相同烘烤工藝進行烘烤試驗。

1.2 試驗設計 試驗設5個處理：T1（自動加煤設備）：控制器為深圳艾為電氣技術有限公司生產溫濕度自控儀，采用自動加煤設備烘烤。以該自動加煤烤房為對照。T2（電熱片）：該設備由無錫聚智節能技術有限公司生產，控制器為10.2寸觸摸液晶顯示屏控制儀，發熱體為電熱片，額定功率24kW。電熱片箱體尺寸600mm×500mm×300mm，使用電子電路對煙葉烘烤工藝進行控制。T3（電熱管）：該設備為云南鵬來新能源科技有限公司生產，控制器為10.1寸高清觸摸屏，分辨率1024×600，1660萬真彩色，觸摸響應迅速，LED背光，壽命大于30000h，一體化設計，集成密集烤房控器具備的所有功能。發熱體：為Ni80Cr20發熱絲。單組發熱體外形尺寸：1350mm×370mm×220mm。額定功率24kW，使用電子電路對煙葉烘烤工藝進行控制，具備燃煤接入端口，能實行煤電切換。T4（電熱管）：該設備為揚州景揚電氣設備有限公司生產。機柜尺寸600mm×500mm×300mm，10.2寸觸摸屏控制儀。額定功率30kW。T5（電熱管）：該設備為深圳艾為電氣公司在溫濕度自控儀基礎上增設電路控制元件和發熱管。采用電熱管供熱，電加熱器功率27kW。通過控制器調節電加熱器的輸出功率，分多檔位實現溫度控制。停電情況下，仍利用控制器控制自動加煤設備燃煤供熱。每座烤房上、中、下棚分別選擇3竿煙葉進行標記，用于化學成分檢測，整炕煙葉烤后進行分級，統計經濟性狀。

2 結果與分析

2.1 不同電熱設備烤房裝煙量 由表1、2可知，5種烤房裝煙夾數相同，均為367夾，中部煙裝鮮煙量為4871.21～5066.67kg，烤后干煙重為633.45～678.20kg，上部煙裝鮮煙量為4471.36～4671.24kg，烤后干煙重為552.20～580.07kg，裝煙量和干煙重雖各不相同，但相同部位的鮮干比略有差異，中部煙為6.81∶1～7.88∶1，上部煙為7.85∶1～8.34∶1，鮮干比中部煙以T2較高，T3較低，上部煙以T2較高，T3較低。單葉重均以T3較高，這可能與T3（云南電熱管烤房）控制系統更加精密，故障少有關。不同能源烤房裝煙量基本一致，這說明除了燃煤，采用電能（純電熱）烘烤設備也能滿足當前煙葉烘烤的供熱需求。

2.2 不同能源烤房煙葉烘烤能耗 由表3可知，不同烤房中部煙耗電量分別為386.4kW·h、1924.4kW·h、1716.2kW·h、2121.1kW·h、2334.8kW·h，kg干煙耗電量分別為0.57kW·h、2.99kW·h、2.57kW·h、3.26kW·h、3.69kW·h，燃煤烤房能耗組成為耗電216.38元和耗煤749.73元，燃煤、不同電熱設備等5種烤房單炕能耗總成本分別為966.12元、1077.66元、961.07元、1187.82元、1307.49元，對比燃煤烤房，T2、T4、T5烤房單炕能耗總成本增加111.54元、221.7元、341.37元，T3烤房單炕能耗總成本降低5.05元。5種烤房每kg干煙能耗成本分別為1.42元、1.68元、1.44元、1.83元、2.06元，對比燃煤烤房，不同電熱設備烤房均有所增加，分別增加0.24元、0.02元、0.41元、0.64元。

由表4可知，不同能源烤房上部煙耗電量分別為409.4kW·h、2476.6kW·h、1893.6kW·h、2331.7kW·h、2522.2kW·h，kg干煙耗電量分別為0.70kW·h、4.48kW·h、3.47kW·h、4.03kW·h、4.43kW·h，燃煤烤房能耗組成為耗電229.26元和耗煤877.5元，燃煤、不同電熱設備等5種烤房單炕能耗總成本分別為1106.76元、1386.90元、1060.42元、1307.49元、1411.82元，對比燃煤烤房，T2、T4、T5烤房單炕能耗總成本增加280.14元、200.73元、305.06元，T3烤房單炕能耗總成本降低46.34元。5種烤房kg干煙能耗成本分別為1.90元、2.51元、1.94元、2.25元、2.48元，對比燃煤烤房，不同電熱設備烤房均有所增加，分別增加0.61元、0.04元、0.35元、0.58元。

2.3 不同電熱設備烤房烤后煙經濟性狀 從表4、5可以看出，自動加煤烤房上等煙、中等煙、下低等煙比例分別為44.95%、44.43%、10.62%;T2上等煙、中等煙、下低等煙比例分別為40.69%、45.14%、14.17%;T3烤房上等煙、中等煙、下低等煙比例分別為52.23%、37.04%、10.73%;T4烤房上等煙、中等煙、下低等煙比例分別為49.51%、41.04%、14.17%;T5烤房上等煙、中等煙、下低等煙比例分別為48.64%、42.67%、8.69%。不同能源烤房烤后煙上等煙比例以T3烤房較高，T2烤房房較低。煙葉收入金額上，燃煤烤房烤后煙為12889.01元，T2烤房為11787.76元，T3烤房為12460.19元，T4烤房為13268.2元，T5烤房為13007.51元。

不同電熱設備烤房比較，自動加煤烤房烤后煙均價為22.13元/kg，T2、T3、T4、T5烤后煙均價分別為21.34元/kg、22.81元/kg、22.87元/kg、22.83元/kg。

2.4 不同電熱設備烤后煙化學成分 各處理烤后煙葉的化學成分結果如表7、8所示，各處理上部、中部煙葉的總糖及還原糖含量較高，其中所有樣品的總糖含量均在22%以上，上部煙除T3外，還原糖在19%以上。從處理間差異來看，以T5處理的總糖、還原糖含量較為適宜。中部煙T3處理的總糖、還原糖含量較為適宜。上部煙各處理總氮均高于對照，以T5處理較高，中部煙以T3較高。上部葉煙堿除T4處理較高外，其余處理明顯偏低。上部烤后煙葉的鉀含量相對較低，在1.68%～2.73%。中部煙在1.66%～2.12%。各處理煙葉的氯含量均較小，在0.80%以下。上部煙淀粉含量較中部煙淀粉含量偏低，中、上部煙各處理均以T3淀粉含量較為適宜，T2處理含量偏高。上部煙葉的兩糖比T2、T3較低，中部煙兩糖比在0.86～0.91。中部煙葉T1和T3的糖堿比處于較適宜水平，T3處理偏低，為6.64。T2、T5處理偏高。上部煙T3、T4、T5糖堿比處于較適宜水平，T1、T2偏高。各部位煙葉的氮堿比均偏低，中部煙在0.65～0.82，上部煙在0.58～0.94。上部葉鉀氯比為2.90～5.35，中部煙為2.24～4.93。

2.5 不同電熱設備烤房投入成本 由表9可知，不同電熱烤房投入成本分別為1.8萬元、2萬元、1.5萬元、0.9萬元，單座對電力的需求分別為24kW、24kW、30kW、27kW。電熱類烤房不需要改變烤房原有結構，裝在出風口即可。電能烤房為環保零排放。燃煤烤房根據后期烘烤中上部煙測試結果，每烘烤500kg干煙，需要無煙煤597.59kg，按每年烘烤5炕估算，采用電能烤房烤煙，單座烤房每年可少燃煤2987.96kg，能減少碳粉塵1915.81kg，減排二氧化碳7083.22kg，減排二氧化硫210.91kg，減排氮氧化物87.88kg。

3 結論與討論

皖南煙區采用純電能烤房烘烤煙葉，供熱、排濕、裝煙量能夠滿足生產需求，特別是無污染物排放，符合節能減排的環境要求。電熱管與電熱片2種設備相較，前者具有結構簡單，控制系統較為精密，安放簡易，適應氣流上升式烤房。而后者發熱片具有更耐用的優勢，但如放在氣流上升式烤房進風口，會導致烤房前后溫差加大，適應安裝在氣流下降式烤房。在降工減本方面，電熱烘烤人工成本為燃煤烤房的1/3。電熱烘烤操作簡易輕松，解除了高溫環境下添煤、出煤渣等繁重勞動，讓烘烤人員有更多的精力去關注、監管煙葉烘烤工藝的準確執行。

電熱烘烤設備不破壞烤房原有構造，安裝簡易。結合皖南實情，創造性地增設了煤電轉化接入端口，可以自行從電熱狀態轉換為燃煤狀態，解決了停電需要大功率發電設備的困局。在當前環境保護的強烈需求下，純電熱設備具有成本相對適宜、控制系統較為精密、操作輕松、烘烤人力和能耗總成本低的產品優勢。

電熱烘烤的推廣需要以電熱設備研究為契機，一是加快智能化觸摸屏自控儀的開發，替代現有按鍵式、低精度自控儀，實現自控儀的更新換代[4]。二是開展循環風機的變頻輸風研究，智能化控制烤房內的通風量和溫濕度。三是開展冷風門開閉精度研究，實現高精度保濕。四是實現純電熱設備的自主化開發，掌握相關設計參數，開展產品代加工，降低設備成本。

綜上所述，電熱替換燃煤，核心在控制儀的研發，需保留原有控制儀的全部功能外，增加變頻供熱、變頻通風、冷風門精密開閉、溫濕度精度更高的高效。

參考文獻

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（責編：張宏民）