王军伟 郑志云 赵文军 宛祥 孙蒙猛 杨泽 杨继周 胡保文

摘要：燃煤烘烤存在供热不稳定、有害气体排放量大、成本较高、操作难度和劳动强度大等问题，以清洁能源为燃料替代燃煤开展密集烤房烟叶烘烤是实现烤烟可持续发展的必由之路。本文阐述了电热泵、天然气、生物质燃料等环保清洁能源替代燃煤在密集烤房烟叶烘烤调制上的研究应用，对上述三种清洁能源加热密集烤房的特点、存在的问题和发展前景作进一步分析探讨，提出推进清洁能源用于烤烟烘烤调制的建议，以期为清洁能源替代燃煤在烤烟密集烤房的推广应用提供参考。

Abstract： Many problems are related to unsteadily heat supply， large amount of harmful gas emission， high cost of burning coal， operation difficulty and labor intensity. Therefore， application of clean energy as a fuel instead of using coal in the bulk curing barn for flue-cured tobacco is the only way to achieve sustainable development. Clean energies in the form of electric heating pump， natural gas， biomass fuel are discussed in this study. The characteristic， existing problems and development prospects of the above three clean energy used in the bulk curing barn were further elaborated. Moreover， promoting clean energy application was also proposed to provide and popularize the clean energy in bulk curing barn.

关键词：清洁能源；烤烟；密集烤房；烘烤

Key words： clean energy；flue- cured；intensive roast house；bake

中图分类号：TK6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）03-0188-03

0 引言

随着农业种植结构的调整，烤烟规模化种植、专业化烘烤成为我国烤烟生产发展的新趋势，密集烤房作为专业化烘烤的重要组成部分，近年来已成为我国烟叶烘烤设备的发展方向。然而，目前密集烤房均以燃煤作为主要供热能源，存在较多问题：一是烘烤成本较高。每公斤干烟叶烘烤的燃料成本为2.5元左右，人工成本约为1元，烘烤成本占烟叶生产成本近30%，严重影响烟农的种烟收益；二是操作难度和劳动强度大。煤燃烧具有延迟性、滞后性等特点，很难实现精确升温，且温湿度控制不准确。另外，需要人工加煤，加煤频率高，劳动强度大，稍有不慎，就会造成升温过快、掉温，烤青、烤坏烟叶现象普遍；三是对大气环境污染大。燃煤燃烧后会释放大量的CO2、CO、NOX、SO2和粉尘等污染物，对大气污染及环境恶化存在潜在危险。据测算，一个20座规模的烤房群，整个烘烤季节排放烟尘4～5t，CO2 1.6～2.2 t[1]。燃煤烘烤存在的無效能耗过高、供热不稳定、有害气体大量排放等问题，同时导致的烟叶生产成本难控、烘烤损失较大、大气环境污染严重等这一系列问题，已成为制约烟叶生产绿色长效发展的重要因素，也引起了各级政府及烟草行业的高度重视。

清洁能源是指对生态环境低污染或者无污染的能源，不仅包括能源本身的清洁性，还包含生产能源体系的清洁性。我国清洁能源包括清洁煤技术、太阳能、水能、风能、生物质能、地热能、潮汐能、核能和氢能等[2]。随着人们环保意识的增强，亟待开发新的清洁能源替代燃煤用于密集烤房烟叶烘烤。世界上烤烟生产先进的国家，包括美国、加拿大等，普遍以燃油或天然气为能源进行密集烘烤[3-4]。自20世纪90年代起，我国相继开展了利用生物质燃料、电热泵、天然气等清洁能源进行密集烘烤的试验研究，但绝大多数研究仅仅利用一座或者几座烤房对烟叶一两个部位进行烘烤对比试验，缺少利用密集烤房群对整个烤季的烟叶进行烘烤试验，更鲜有大面积推广应用的报道。从可持续发展的角度来看，发展利用如太阳能、生物质能、电能等清洁可再生新能源替代燃煤将是今后密集烤房实现节能减排目标的重要举措，是今后密集烤房烟叶烘烤的发展趋势。本文总结分析生物质燃料、电热泵、天然气这三种清洁能源加热密集烤房烘烤的特点、存在的问题及应用前景，并从加强烤烟清洁能源研发和完善清洁能源技术服务体系等方面提出推进我国清洁能源发展的建议，以期推进清洁能源在密集烤房烟叶烘烤中推广应用。

1 热泵加热密集烤房

热泵是通过冷凝器内的制冷剂冷凝释放热量供热的一种节能装置，主要由压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器四大部件组成。

根据低温热源不同分为空气源热泵、地源热泵和水源热泵，一般密集烤房利用的是最经济方便的空气源热泵。热泵吸收空气中的热量进入烤房加热室内，热空气通过烟层后返回烤房加热室进行循环，不但可以节约燃料，还可以完全消除污染物的排放。

近年来，国内不少烟叶主产区尝试将热泵节能技术应用于密集烘烤，特别是福建、河南、云南在热泵用于烟叶烘烤中进行了较多研究，且取得了一定成效。潘建斌等[5]对热泵型烟叶自控密集烤房与普通燃煤烤房的性能及所烤烟叶的品质进行了对比试验，结果表明，热泵型烤房可显著降低燃料消耗，提高烟叶烘烤品质，降低烘烤成本。2012年玉溪市烟草公司利用热泵集成供热密集烘烤与燃煤烘烤对比，结果表明每公斤干烟叶耗电3度左右，烘烤成本1.5元，与燃煤烘烤相比成本得到了降低，减少了加煤环节用工，用电控制稳定，烘烤过程中温度波动较少，不会出现燃煤烘烤中因为加煤量多少导致的升温过猛或降温问题，有助于提高和稳定烟叶烘烤质量，得到了烟农、烟草科技人员的普遍认可。

与普通燃煤烘烤相比，热泵密集烤房有以下优点：热泵型烟叶自控密集烤房性能较好，供热性能和风量可满足烟叶烘烤的需求，平面温差和垂直温差较小，风速适宜，通风排湿顺畅，控温的精确度较高，所烤桔黄色烟叶颜色增加且色度均匀，平衡含水率和填充值适宜，出丝率高，化学成分比例协调，香气质好，香气量足，烘烤质量较普通燃煤烤房显著提高；采用微电脑控制，以电为能源，控制温湿度灵敏准确，大幅度降低劳动强度，减少用工，降低烘烤成本；与燃煤烤房相比，热泵密集烤房的热泵蒸发器能回收排湿气体带出的绝大部分热量，有效节约能源降低成本。热泵密集烤房的不足之处在于烤房全部以电能供热，热泵功率太大，每座烤房需要配置功率20 kW，对电力和电网保障的要求较高，目前密集烤房配置的变压器功率太小，变压器必须扩大10倍左右，30座的热泵密集烤房变压器要630 kVA，前期建设或现有烤房改造投入成本较高，给推广应用造成了很大的难度；热泵设备体积过大，不易移动，且热泵外机是带电体，放置在地面存在一定安全隐患。尽管存在着这些问题，但热泵加热密集烤房将是我国烟叶烘烤发展的重点方向，随着政府对环境保护的重视，存在着逐步取代燃煤密集烤房的发展趋势。

2 生物质加热密集烤房

生物质燃料作为可再生能源因其可再生转换、可储存运输等特点成为社会各界关注的焦点，并被广泛应用于各项耗能产业。生物质在密集烤房上的应用主要分为直接燃烧、生物质气化、液化、固化和生物质型煤5种方式，随着生物质压制机的改进完善以及生物质燃烧机与密集烤房兼容性的提升，生物质能作为密集烤房主要能源的前景广阔。因此，深入探讨可再生能源在我国烟叶烘烤中的应用前景，不仅有利于降低烤烟生产成本，缓解能源危机，而且有利于我国烤烟生产的可持续发展。上世纪末，欧洲、美洲、亚洲等一些发达国家已经将生物质致密成型燃料大量应用于人们的日常生活中[6]。在我国生物质能源的开发利用较晚，从20世纪80年代开始，我国先后从韩国、日本、荷兰、比利时等国引进技术设备[7]。

近年来，生物质压块、生物质气化、生物质煤生产技术日趋成熟，在烟叶烘烤中进行了一些探索和研究。20世纪90年代初期，生物质能在烟叶烘烤中的应用主要以气化燃烧为主，生物质气化是将生物质在高温下通过气化装置经热化学反应或生物厌氧发酵反应转换成高效清洁的可燃气体。郑戈等[8]等利用农作物秸秆、玉米芯等农业废弃物为能源开展了生物质燃气节能密集烤房的烟叶烘烤试验，生物质气化炉能确保烟叶烘烤过程中的热量需求并连续供热，热能利用率高、烟叶烘烤时间缩短并提高烟叶烘烤质量，优质烟比例增加，但存在不能自动落料、长时间燃烧焦油含量较高的问题。王喜功等[9]利用生物质气化导热油传导设备为密集烤房加热，结果表明该烘烤体统供热稳定，升温灵敏，控温稳定，但存在加料劳动强度偏大和成本偏高的问题。

生物质固化是将生物质原料在一定压力作用下制成棒状、粒装、块状等成型的燃料，目前，生物质燃料压块直接燃烧在烟叶烘烤上的应用研究还较少。王汉文等[10]率先在烤烟生产中进行了“秸秆压块”替代燃煤烤烟的试验，结果表明，“秸秆压块”点火容易、升温快、火力强、温度调节灵敏度高，可以满足烤烟工艺要求，改善了烟叶的烘烤质量，有益于香气成分的形成和积累，烟叶均价平均净增0.22元/kg，每亩增收40元左右，提高了烟农的经济效益。谭方利等[11]在湖南郴州市對生物质压块燃料及燃煤燃料进行了对比研究，结果表明，生物质压块用于烟叶烘烤可充分调控烟叶烘烤工艺，降低烟叶烘烤成本，节能减耗，提高烟叶质量。主要存在问题是生物质原料压块技术尚需完善，直接建造或改造生物质烤房成本过高，烘烤效率有待提升。

另外，秸秆等生物质原料资源量大，价格便宜，可再生，缺点是生产季节性强，来源分散，含水量高，体积大，需要一个完整的服务体系来完成原料的收集、运输、贮存和生产等一系列工作。

生物质型煤指将秸秆碎屑、木屑等生物质碎屑和碎煤压制成的型煤。现阶段密集烤房烟叶烘烤的主要燃料是燃煤，而生物质型煤的优点是能减少CO2、SO2和烟尘等的排放，经济性能更高，是高效利用生物质能的有效途径。徐成龙等[12]在云南曲靖进行了生物质型煤与无烟散煤的对比研究，发现生物质型煤升温均衡，稳温效果好，但总体耗煤量大、加煤频繁，燃料燃烧效率比无烟散煤高，烤后烟叶油分足、色度好，中上等烟比例提高。利用生物质与煤的互补燃烧，具有高效的燃烧特性。

近年来，我国烟叶行业提出发展可持续、社会友好型烟草农业，利用生物质能源逐步替代燃煤成为解决烟叶烘烤环节能耗问题的有效途径。但是目前我国各大烟区存在生物质燃料价格偏高，导致在烟叶烘烤中大范围推广应用的研究并不多见，因此探索与密集型烤房相配套的生物质燃料烘烤工艺及降低生物质燃料价格显得十分必要。

3 天然气加热密集烤房

天然气燃烧产生的明火供热，热值高，火力旺，便于通过调节气流大小来调节火势，易升温和稳温，同时作为一种清洁能源，能显著减少燃烧过程中SO2、烟尘和CO等大气污染物的排放[13]。因此，一些发达国家如加拿大和美国的烟叶烘烤主要使用以天然气为能源进行供热的密集烤房（群）[14]。任杰等[15]利用天然气水暖集中供热密集烤房和燃煤密集烤房进行烘烤对比试验，对两类烤房用工能耗及烤后烟叶等级结构、外观质量、化学成分和感官质量进行了研究，与燃煤烤房相比，天然气水暖集中供热密集烤房能耗成本有所增加，但烤后烟叶橘黄烟比例增加，柠檬黄烟比例下降，上等烟比例和均价提高，烟叶外观质量改善，化学成分更加协调，感官质量评价档次更高。天燃气加热密集烤房烘烤虽然在烘烤操作技术简单、节省用工、能保证烟叶烘烤质量等方面表现出较大优势，但由于目前市场天然气价格远高于燃煤价格，运输不便，存在安全隐患，导致天然气使用较少。但综合环保方面优势和集约化专业化烘烤的要求，天然气加热密集烤房烘烤具有一定的推广价值。

4 推进清洁能源替代燃煤用于烤烟调制的建议

党的十九大报告提出，要加快建立绿色生产和消费的法律制度和政策导向，建立健全绿色低碳循环发展的经济体系。这就需要在节能环保产业、清洁能源产业、生态环境等方面实施生态科技项目，推动资源利用方式的根本转变，推进能源生产和消费革命，控制能源消费总量，节能降耗，支持节能低碳产业和新能源、可再生资源的发展。因而清洁能源替代燃煤用于烟叶烘烤是保证烟草产业能源与环境可持续发展的关键，需要烟草行业积极关注，提供政策、标准和法规上的支持，增加清洁能源生产和消费的补贴。

加大烤烟清洁能源的深入研究是烤烟实现清洁生产的基础，是进一步实现清洁能源用于密集烤房推广生产的前提。开发适用于清洁能源应用的配套技术，调试清洁能源与密集烤房的适应性，解决新型清洁能源热源的分配、流动以及与密集烤房调控器的兼容问题，加强小型制燃料机的开发等[16]。摸清不同烟区清洁能源的来源、类型，因时因地制宜。综合考虑气候、环境等因素，针对不同能源种类采用适合于当地生产生活条件的发展方式，在全年平均日照指数高的地方推广太阳能密集烤房，在秸秆资源丰富的地区推广生物质能源烤房。

完善清洁能源的技术服务体系，使清洁能源不仅仅局限于试验研究和示范，而是真正的推广应用于烟叶烘烤的生产一线，实现烤烟清洁能源的可持续性发展。烘烤作为烟叶生产链条上的关键环节，决定烟叶最终质量和可用性，而烘烤燃料则是决定其成本和节能减排的重要因素。燃煤烘烤存在的供热不稳、无效能效高、环境污染等问题已成为制约烟叶生产提质增效、烟农增收和绿色长效发展的瓶颈和短板。因此，开展以生物质燃料、电热泵、天然气等清洁能源为燃料加热密集烤房烘烤试验研究及示范推广，有利于减少主要污染物的排放，改善环境质量，推动烟叶生产向绿色生态、提质增效、农民增收转型升级，实现烤烟可持续发展。

参考文献：

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