刘 闯，王学龙，豆显武，李统帅，王战义，宫长荣

(1.河南农业大学 烟草学院，河南 郑州 450002;2.湖北省烟草公司 襄樊市公司，湖北 襄樊 441000)

烤房内的适度通风是保证烟叶烘烤能够顺利进行的重要前提条件之一，在烟叶烘烤中强调烟叶水分汽化要与通风排湿同步［1］。宫长荣等［1］研究认为，不同烘烤阶段烟叶中水分的散失速率不同，每1 h变黄阶段为0.3% ～0.5%，定色阶段为0.9%～1.2%，干筋阶段为0.3% ～0.7%。因此，不同烘烤阶段对叶间风速的要求也不一样，需要深入研究烤房内适宜的叶间风速范围。国外曾有研究提出，密集烤房叶间隙风速在 0.2～0.3 m·s-1为宜［2］，但国外烤房与我国在装烟密度上有很大差别。目前关于密集烘烤不同阶段适宜风速的研究很少［3］。变频调速技术已经在工业上得到普遍应用［4-5］，这既能合理调节风机风速，同时有一定节电效果。因此，在密集烘烤中应用变频技术研究烟叶在不同烘烤阶段对风速的需求，使得烟叶在整个烘烤过程中处于适宜流场环境中，对于优化密集烤房烘烤工艺，提高烟叶质量和节约能源具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2009年进行。试验材料来自湖北省襄樊市襄阳区黄渠河现代烟草农业示范区田间长相一致的6.67 hm2连片烟田，选取中部叶 (第11～12叶位)，品种为中烟98，土壤质地为壤土，土壤肥力中等。试验选用5座8 m ×2.7 m×3.3 m的气流上升式卧式密集烤房，烤房有效散热面积 (炉顶和换热器)为12.15 m2。循环风机为7号风机，功率为1.5 kW，最大转速为1 450 r·min-1，最大风量为21 600 m3·h-1。变频器由华中科技大学提供，与循环风机相连。烤房配备独立电表。

1.2 试验设计

烤房的装烟密度为65 kg·m-3。当干球温度在42℃以前，风机频率统一为32 Hz(960 r·min-1)，达到后设5个处理:处理1，干球温度42～54℃ 风机频率为50 Hz(1 450 r·min-1)，54℃ 以后为32 Hz(960 r·min-1);处理2，干球温度42～54℃ 风机频率为50 Hz(1 450 r·min-1)，54℃ 以后为 24 Hz(720 r·min-1);处理3，干球温度42～54℃ 风机频率为 32 Hz(960 r·min-1)，54℃ 以 后 为 32 Hz(960 r·min-1);处理4，干球温度42～54℃ 风机频率为 32 Hz(960 r·min-1)，54℃ 以后为 24 Hz(720 r·min-1);处理5(对照)，风机频率50 Hz(1 450 r·min-1)不变。所有处理均严格按照三段式烘烤工艺烘烤，采用统一购买的同一煤矿同一批次的原煤。

在装烟时，5座烤房各选取10竿素质相同的烟叶，分别挂置在各供试烤房的中间 (4 m处)位置，其中底层、中层、上层各3、4、3竿，用做烤后烟叶外观质量评价和分级。各处理烟叶烘烤后选用中桔三 (C3F)样品进行主要化学成分分析。

1.3 测定项目和方法

平面、垂直温、湿度差检测:采用华中科技大学研制的TUOKE DH系列温、湿度传感器及控制仪测量。温、湿度检测点位于上下两层架烟槽以下50 cm。在两侧墙体打眼，安装内径为3 cm的PVC管，放入温、湿度探头，探头不接触任何杂物，共计12个位点。

垂直温 (湿) 差△t垂=(∣ t′1-t″1∣ + ∣ t′2-t″2∣ + … + ∣ t′6-t″6∣)/6;平面温 (湿) 差△t平=t′max-t′min。

式中:t′1～ t′6为顶棚温湿度计读数，t″1… … t″6为底棚与其相对应的各温湿度计读数;t′max、t′min为底棚对应点的最大、小温、湿度差之绝对值。

风速:采用日本KANOMAX生产的电子风速仪，型号为ALNOR540，测量位点与温、湿度检测点相同。

外观质量评价:按烤烟国家标准 (GB2635—92)对各试验烤房回潮后的标记烟叶，逐片分级，记录各等级及达不到等级烟叶数量，根据全竿叶片总数和各等级叶片数计算供试烟叶各等级比例。

主要化学成分测定。烟碱:采用紫外分光光度法［6］;水溶性总糖:采用乙醇提取，蒽酮比色法［7］;还原糖:采用苦味酸法［7］;总氮:采用浓硫酸-双氧水消化法［6］;淀粉:采用酸解法［8］;钾:采用火焰光度法测定［6］。

1.4 数据处理

用SPSS16.0对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 烘烤温、湿度差

烘烤过程中烤房内温、湿度分布及动态变化，是流场环境的综合反应，也是确定烘烤技术的依据。由表1可知，烤房内平面温差和垂直温差表现出同一处理在变黄阶段，烤房内温差较小;定色阶段升温较快，温差较大;干筋阶段由于叶片已基本干燥，叶间孔隙较大，空气流通顺畅，温差又有所降低的规律。不同处理间在定色阶段差异最大，其中处理3平面温差最大，较对照高0.76℃，处理4垂直温差最大，较对照高1.05℃，较温差最小的处理2高1.08℃。

由表2可知，湿度差表现出了与温差相类似的规律。

同一处理在变黄阶段，烤房内湿度差较小;处理4湿度差最大，定色阶段平面湿度差较对照高0.60个百分点，垂直湿度差较对照高0.61个百分点，较最小的处理2高0.65个百分点。

表1 不同变频条件对烤房内平面温差和垂直温差的影响

表2 不同变频条件对烤房内平面湿度差和垂直湿度差的影响

2.2 烤房内叶间风速

不同变频处理的叶间隙风速见表3，各处理风速在变黄阶段差别不大，在定色及干筋阶段随着风机频率的变化而变化。其中定色阶段处理3、4叶间风速较小，干筋阶段处理2叶间风速较小。在同一频率、同一阶段下的不同处理间的叶间风速差别不大。

2.3 烤后烟叶外观质量

对各处理烤后烟叶外观质量进行评价 (表4)后可知，不同的处理对烤后烟叶的成熟度、油分、组织结构、没有明显的影响，但对身分和色度影响较大。处理2、4的身分适中，其它处理的身分稍薄;处理1、2、5色度强，其它处理为中。从试验的总体情况来说，处理2的烤后烟叶外观质量最好;处理1、5次之;而处理3、4表现相对较差。

表3 不同处理烤房内的叶间隙风速

表4 不同处理对烤后烟叶外观质量的影响

2.4 常规化学成分

表5可知，经变频处理后烟叶主要化学成分含量有很大不同。各处理还原糖含量均比对照高，差异极显著。处理2、1总糖含量，淀粉含量与对照相比，均有极显著差异。说明处理2、1烤房内流场环境可能更容易使淀粉得到降解，增加烟叶中总糖、还原糖含量，提高糖碱比，化学成分更加协调。处理3、4的含氮化合物含量比对照都高，且处理3烟碱含量与对照有极显著差异，表明处理3烤房内流场环境可能不适宜含氮化合物的代谢。钾元素含量除处理4显著性低于对照外，其它处理与对照并无差异。综合比较，处理1、2各项指标较为协调，处理5次之，处理3、4常规化学成分不是很协调。

2.5 经济运行成本

根据对整个烘烤过程中的能耗和烤后烟叶的分级情况的分析可知，在各个处理中，耗煤与对照差异不大，处理3较低 (表6);在耗电量方面，各变频处理差异较小，均低于对照。变频处理的耗电量为0.31～0.33 kW·h·kg-1，而对照的耗电量达到0.62 kW·h·kg-1;上等烟比例以处理1、2、5的比例较大，处理4比例最小;均价以处理2较高;平均成本以处理3最低。综合效益比较，处理2的投入较少，产值最高。按照烟叶产量2 250 kg·hm-2，电价0.8元· (kW·h)-1计算，处理3比对照可节约电费697.5元·hm-2。按综合效益计算，处理2增收效果最多，较对照增收877.5 元·hm-2。

表5 不同处理烤后烟叶常规化学成分的差异 (C3 F)

表6 不同处理的经济运行成本比较

3 小结与讨论

通过比较4个处理之间以及处理与对照间温、湿度和叶间风速的差异，得出各处理与对照在变黄阶段温、湿度差不大，960 r·min-1的风速是可以满足要求的。定色阶段风机转速为1 450 r·min-1时更能缩小烤房内温、湿度差，也即定色阶段叶间风速在0.45 m·s-1左右时更能优化烤房内流场环境。而960 r·min-1时则表现出排湿速度跟不上烟叶蒸发脱水速度，造成烤后烟叶有挂灰和花片现象。干筋阶段720 r·min-1的风机转速是可以满足烘烤要求的。对各处理的外观质量评价、常规化学成分分析结果表明，处理1、2外观质量较好，各项化学成分较协调，而处理3、4则相对较差，这可能与处理3、4在定色阶段叶间风速较小，排湿不畅，造成烤房内高温高湿环境有关。处理2各项指标综合效果最好。

目前变频调速技术在密集烤房中的应用还较少，如果推广应用，能提高烤后烟叶质量，降低烘烤成本，从而产生更大的经济效益。

［1］ 宫长荣，周义和，杨焕文.烤烟三段式烘烤导论 ［M］.北京:科学出版社，2005.

［2］ 茆寅生.日本烟草调制的研究Ⅰ.烤烟烘烤条件与香气吃味的关系 ［J］.中国烟草，1986(2):40-42.

［3］ 王勇军.密集烤房的通风条件对烟叶烘烤环境和烘烤效应的影响 ［D］.郑州:河南农业大学，2009.

［4］ 陈义中.高压变频器在火力发电厂送风机上的应用 ［J］.湖北电力，2009，33(3):48-50.

［5］ 张春和.变频装置在风机中的应用 ［J］.煤炭技术，2009，4(4):35-37.

［6］ 王瑞新，韩富根，杨素琴.烟草化学品质分析法 ［M］.郑州:河南科学技术出版社，1998.

［7］ 李合生，孙群，赵世杰.植物生理生化实验原理和技术［M］.北京:高等教育出版社，2000.

［8］ 王瑞新.烟草化学 ［M］.北京:中国农业出版社，2003.