高效助燃除硫剂在密集烤房中的应用研究

2013-07-31余金龙

中国烟草科学 2013年1期

余金龙

（湖南省郴州市烟草公司，湖南郴州 423000）

燃煤助燃剂是一类添加于煤炭中起辅助燃烧作用的添加物，能明显改善燃煤燃烧条件，提高煤的挥发分析出速率，降低着火温度，缩短点火延迟时间，加快煤燃尽速率，提高燃烧效率并相对增加燃烧发热量[1-2]。在钢铁企业及火力发电厂有较广泛的应用[3-4]，而在烟草烘烤应用方面却鲜有报道。随着国内烟叶生产规模化种植越来越集中，烟叶烘烤所需的烤房也逐步集群化[5]，由此带来的环境污染问题也越来越突出，主要体现在煤炭燃烧时所产生的大量粉尘和有害气体（主要是SO2）对烤房群周边农林生产及农民生活环境已造成了较为明显的影响。为解决此类问题，急需开发出适合烟叶烘烤中低温燃烧炉使用的高效助燃除硫剂。除硫剂的机理是在燃煤中加入钙系与镁系化合物，在高温下钙系与镁系化合物与煤中的硫结合生成不挥发的硫酸盐，从而达到去除燃煤燃烧后烟气中的二氧化硫排放的目的[6]。

本研究针对烟叶烘烤燃煤的特点，借鉴前人研究经验[7-12]，专门试验研制出强化助燃的特制除硫剂，它由固硫剂、催化剂、除硝剂、氧化剂、粘合剂、燃烧剂等复配而成，并对其在烟叶烘烤中的实际效果进行了试验研究。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试烤房为2座金属密集烤房、烤房规格为装烟室2.7 m×8 m，装烟3层。供试燃煤为郴州煤，其含全硫量0.91% Slad，各项检测指标见表1。

表1 样品煤的检测结果Table 1 The test result of coal samples

1.2 试验时间和地点

本试验于 2011年在湖南郴州市桂阳县樟市烟叶烘烤工场进行。

1.3 试验设计与方法

试验设2个处理：处理A为燃煤中添加高效助燃除硫剂（添加量为3%），处理B为燃煤中未加高效助燃除硫剂。供试烤房和煤质一致，供试烟叶基本一致。在空载试验中，装烟室温度40～45 ℃时，进行炉膛不同位置（距炉顶10 cm、距炉顶20 cm、炉膛中部）的温度测定和烟囱尾气检测；炉膛温度采用热电偶温度测试仪（量程为-5～1200 ℃）测定，烟囱尾气中 CO、CO2、NO、NO2、SO2采用雷博3040烟气综合测量系统测定。在烟叶烘烤试验中，记录不同处理的耗煤量、耗电量及烤后烟叶外观质量、经济性状等。烟叶感官质量及外观质量由湖南省烟草（集团）公司评吸委员会鉴定。烤后烟叶化学成分含量参考鲍士旦[13]方法测定。通过能耗成本、CO、SO2等排放量及烟叶烘烤效果等方面比较高效助燃除硫剂在烤房中的除硫、助燃效果。

1.4 数据处理

采用SPSS 13.0软件进行统计分析。

2 结果

2.1 空载试验

2.1.1 炉膛内温度变化从表2可以看出，烤房空载情况下，装烟室温度稳定在 40～45 ℃，无论是大火烘烤还是小火烘烤，燃煤中添加高效助燃除硫剂（处理A）的炉膛内3个检测部位温度均明显高于未加高效助燃除硫剂（处理B），而中火烘烤时，处理A距离炉顶10 cm处检测温度与处理B无明显差异，而其他2个检测位置则处理A检测温度均高于处理 B。由此可见，燃煤中添加高效助燃除硫剂能改善燃煤的燃烧性能，燃煤燃烧更加充分，助燃效果显著。

表2 两种烘烤处理炉膛内不同位置温度 ℃Table 2 Furnace temperature for various positions in two treatments

2.1.2 烟囱排烟烟气成分从表3可以看出，烤房空载情况下，装烟室温度稳定在 40～45 ℃，无论是大火、中火还是小火烘烤，处理A的NO、NO2、CO、SO2排放量均明显低于处理 B，而处理 A的CO2排放量明显高于处理B。其中，小火烘烤SO2的排放量降低了1509 mg/m3，降幅为87.63%，中火烘烤 SO2的排放量降低了 1565 mg/m3，降幅为87.53%，大火烘烤 SO2的排放量降低了 1650 mg/m3，降幅高达90.51%。这表明燃煤中添加高效助燃除硫剂的除硫效果明显，而CO2的排放量平均增加37.67 mg/m3，升高了5.32%，说明高效助燃除硫剂中含有的氧化剂和燃烧剂能促使燃煤燃烧充分；NO和NO2的排放量分别平均降低79.0 mg/m3、30.0 mg/m3，降幅分别为19.43%、32.03%，说明燃煤中添加高效助燃除硫剂有一定的除硝氮作用。

表3 烟囱排烟烟气成分 mg/m3Table 3 Chemical components in smoke from chimney

2.1.3 节能减排效果添加除硫剂燃煤在燃烧初期排烟明显，随后烟气排放量相对减少，烟气减排效果相对较好，而对照燃烧初期烟气较浓烈，排浓烟持续时间相对较长，减排效果稍差。可见，添加助燃除硫剂可提升燃煤燃烧性能，除硫效果明显，节能减排效果好。

2.2 烘烤试验

2.2.1 烘烤温度变化图1可以看出，处理A火力控制得当，升温平稳，整个烘烤过程中，升温稳温操作较易于控制，处理B升温后会保持恒温一段时间，存在温度上升平台，在部分时段，甚至存在不同程度掉温现象。分析其原因可能为处理A添加了高效助燃除硫剂后，燃煤燃点降低，接火性能提升，燃烧更充分，导致温度上升平稳，而处理B未添加高效助燃除硫剂，燃煤燃点相对较高，接火性能稍差，存在升温滞后甚至掉温现象。

图1 烟叶烘烤过程中干球温度Fig.1 Temperature of tobacco leaves in curing process

2.2.2 除硫效果从表4可以看出，42、54、65 ℃烘烤温度时，处理A烟囱尾气检测的SO2均显著低于处理B。干球温度42 ℃时，处理A、处理B的烟囱尾气SO2含量分别为208 mg/m3、699 mg/m3，处理A较处理B的SO2含量降低了70.24%；干球温度54 ℃时，处理A、处理B的烟囱尾气中SO2含量分别为230 mg/m3、1340 mg/m3，处理A较处理B的SO2含量降低了82.84%；干球温度65℃时，处理A、处理B的烟囱尾气SO2含量分别为146、654 mg/m3，处理 A较处理 B的 SO2含量降低了77.68%；处理A的平均除硫效果为78.31%。由此可见，燃煤中添加高效助燃除硫剂可大幅度降低烟囱尾气中SO2含量，减少环境污染和酸雨形成。

表4 各处理烘烤过程中烟囱尾气SO2含量变化Table 4 SO2 content change of smoke for different treatments during curing process

2.2.3 烟叶烘烤成本对比从表5看出，无论是上部叶还是中部叶，处理A与处理B的耗电成本均无明显差异，而处理A煤耗成本均明显低于处理B。其中，处理A中部叶平均烘烤成本低于处理B，而上部叶平均烘烤成本两者之间无明显差异。中部叶千克干烟耗煤量以处理A最低为1.29 kg，比处理B低0.13 kg，烘烤成本降低10.71%，上部叶每千克干烟耗煤量以处理A最低为1.11 kg，比处理B低0.06 kg，烘烤成本降低4.39%。总体表明，燃煤中添加适量高效助燃除硫剂可降低煤耗成本。

2.3 烟叶品质

2.3.1 烤后烟叶外观质量从表6知，不同处理各部位烤后烟叶的成熟度、叶片结构、身份、油分、颜色和色度等外观质量指标评分没有差异。说明除硫助燃剂对烟叶外观质量没有影响。

2.3.2 烤后烟叶等级结构从表7看出，燃煤中添加除硫助燃剂对上等烟及上中等烟比例无影响。

2.3.3 烤后烟叶感官质量各处理烤后烟叶感官质量见表8。可以看出，两个处理烟叶香气特征均显著，处理A香气量、刺激性、余味得分高于处理B，而杂气、劲头、燃烧性得分低于处理B。处理A总得分比处理B仅高0.1分。总体表明，燃煤中加入高效助燃除硫剂对于提升烟叶感官质量效果不是很明显。

表5 烟叶烘烤能耗成本Table 5 Energy consumption cost of tobacco curing

表6 各处理烤后烟叶外观质量评分Table 6 Appearance quality score of cured tobacco leaves

表7 各处理烟叶等级构成Table 7 Grade of cured leaves for different treatments

表8 各处理烟叶感官质量Table 8 Sensory quality of tobacco leaves for two treatments

2.3.4 烤后烟叶化学成分烟叶化学成分的协调性直接反映出烟叶成熟状况，也直接影响烟叶感官评级质量[14]。从表9可以看出，无论是C3F等级烟叶还是B2F等级烟叶，两个处理烟叶化学成分较为协调，还原糖、烟碱、总氮、氧化钾、氯均在适宜的范围之内，说明燃煤中加入高效助燃除硫剂对烟叶内在化学成分无不良影响。

表9 不同处理烤后烟叶的化学成分Table 9 Chemical composition of cured tobacco leaves with different treatment

3 讨论

本研究通过在燃煤中添加适量高效助燃除硫剂研究其对烟叶烘烤成本、烤后烟叶品质及排出烟气成分的影响。烤房空载试验条件下，添加高效助燃除硫剂可显著提升炉膛内温度，降低烟气中氮氧化物含量，其中，SO2的排放量降幅高达87%以上，但同时也提高CO2含量，主要是由于助燃除硫剂中含有氧化剂和燃烧剂提高了燃煤的燃烧性能，燃煤燃烧更加充分导致烟气中CO2的排放量升高。本研究在烟叶烘烤试验中全程监测了烤房内温度变化，添加高效助燃除硫剂处理温度上升平稳、易于控制，而对照在温度上升过程中会间歇性出现恒温、掉温现象，因为添加了助燃除硫剂，燃煤燃点降低，接火性能提升，温度上升平稳，而对照接火性能稍差，导致升温滞后甚至掉温。烟叶烘烤试验中，助燃除硫剂的除硫效果与空载试验除硫效果相当，SO2的排放量平均降幅高达78.31%。然而，烟叶烘烤成本对比分析表明，添加高效助燃除硫剂能降低煤耗成本而对烟叶平均烘烤成本无明显影响，可能装烟量不同或试验误差所致，有待于进一步研究。此外，研究还发现，添加除硫助燃剂处理对烤后烟叶外观质量、烟叶等级结构及烟叶感官质量均无影响，可能是由于烤烟品种、烤后烟叶品质影响较大，而与烘烤工艺关系不大所致，訾莹莹等[15]研究认为，不同烤烟品种烟叶烘烤过程中因为自由水与束缚水散失速率、多酚氧化酶活力、叶绿素降解速率等差异变化导致中上等烟叶比例和均价不同。添加助燃除硫剂处理烤后烟叶与对照相似，其化学成分较为协调，各化学成分均在适宜的范围之内，可见，燃煤中加入助燃除硫剂对烟叶内在化学成分无不良影响。