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不同智能型电热设备对烤烟质量及能耗成本的影响

2022-02-21董祥洲高琴王川徐健李世金程廷明马称心

安徽农学通报 2022年2期
关键词:外观质量经济性状烤房

董祥洲 高琴 王川 徐健 李世金 程廷明 马称心

摘 要:为探索电加热密集烤房在皖南烟区的应用效果,以云烟97为烘烤材料,对比分析了4种不同加热设备烤房在装烟量、能耗成本、烤后烟经济性状、化学成分等指标的差异。结果表明:与自动加煤烤房比较,不同电热设备烤房装烟量无明显差异,烤后烟叶化学成分差异不明显。能耗成本方面,中部烟燃煤烤房能耗成本为1.42元/kg干烟,T2、T3、T4、T5电热烤房分别为1.68、1.44、1.83、2.06元/kg干烟。上部烟燃煤烤房能耗成本为1.90元/kg干烟,T2、T3、T4、T5电热烤房分别为2.51、1.94、2.25、2.48元/kg干烟。皖南烟区采用纯电能烤房烘烤烟叶,供热、排湿、装烟量能够满足生产需求,特别是无污染物排放,符合节能减排的环境要求,以云南鹏来电热管烘烤设备控制较为精准,烤后烟上等烟比例较高。

关键词:电热;烤房;能耗;经济性状;外观质量

中图分类号 S572 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2022)02-0116-04

当前,密集烤房在建造、使用等方面的研究已取得了较大进展[1],皖南烟区烤房普遍增设了燃煤自动加料装置,大大降低了烘烤加煤的用工成本,实行了烘烤的半动化。但随着国家环保要求越来越严厉,传统燃煤烤房存在劳动强度大且烘烤过程中产生大量污染物等弊端,其必将在今后的烟叶烘烤进程中被逐步升级改造[2]。在现代绿色农业的大形势下,电热密集烤房无疑是烟区烟叶烘烤的发展方向[3],电热密集烤房采用清洁电能,智能化控制系统,控温精准,烘烤舒适性高,符合节能减排省工的要求[5-7]。为此,本试验以燃煤密集烤房为对照,分析比较了4种电能密集烤房的实际应用效果,旨在为皖南烟区烤房煤改电提供数据参考,探索适合当前烟叶烘烤的新能源烤房。

1 材料与方法

1.1 供试材料 试验于2020年在宣城市杨柳镇沪皖烟草科技园进行,供试烤烟品种为皖南烟区主栽品种云烟97。选取面积为6.67hm2的成熟度一致优质鲜烟叶,中部烟采收8~11叶位,上部烟集中一次性采收顶部5~6片。烤房均为山东百特机械设备有限公司生产的可拆卸聚氨酯轻钢密集烤房,装烟室8.0m×2.78m×3.6m,烤房风机型号为7号风机,风机功率1.5/2.2kW,采用烟夹装烟。不同烤房装烟量基本一致,采取相同烘烤工艺进行烘烤试验。

1.2 试验设计 试验设5个处理:T1(自动加煤设备):控制器为深圳艾为电气技术有限公司生产温湿度自控仪,采用自动加煤设备烘烤。以该自动加煤烤房为对照。T2(电热片):该设备由无锡聚智节能技术有限公司生产,控制器为10.2寸触摸液晶显示屏控制仪,发热体为电热片,额定功率24kW。电热片箱体尺寸600mm×500mm×300mm,使用电子电路对烟叶烘烤工艺进行控制。T3(电热管):该设备为云南鹏来新能源科技有限公司生产,控制器为10.1寸高清触摸屏,分辨率1024×600,1660万真彩色,触摸响应迅速,LED背光,寿命大于30000h,一体化设计,集成密集烤房控器具备的所有功能。发热体:为Ni80Cr20发热丝。单组发热体外形尺寸:1350mm×370mm×220mm。额定功率24kW,使用电子电路对烟叶烘烤工艺进行控制,具备燃煤接入端口,能实行煤电切换。T4(电热管):该设备为扬州景扬电气设备有限公司生产。机柜尺寸600mm×500mm×300mm,10.2寸触摸屏控制仪。额定功率30kW。T5(电热管):该设备为深圳艾为电气公司在温湿度自控仪基础上增设电路控制元件和发热管。采用电热管供热,电加热器功率27kW。通过控制器调节电加热器的输出功率,分多档位实现温度控制。停电情况下,仍利用控制器控制自动加煤设备燃煤供热。每座烤房上、中、下棚分别选择3竿烟叶进行标记,用于化学成分检测,整炕烟叶烤后进行分级,统计经济性状。

2 结果与分析

2.1 不同电热设备烤房装烟量 由表1、2可知,5种烤房装烟夹数相同,均为367夾,中部烟装鲜烟量为4871.21~5066.67kg,烤后干烟重为633.45~678.20kg,上部烟装鲜烟量为4471.36~4671.24kg,烤后干烟重为552.20~580.07kg,装烟量和干烟重虽各不相同,但相同部位的鲜干比略有差异,中部烟为6.81∶1~7.88∶1,上部烟为7.85∶1~8.34∶1,鲜干比中部烟以T2较高,T3较低,上部烟以T2较高,T3较低。单叶重均以T3较高,这可能与T3(云南电热管烤房)控制系统更加精密,故障少有关。不同能源烤房装烟量基本一致,这说明除了燃煤,采用电能(纯电热)烘烤设备也能满足当前烟叶烘烤的供热需求。

2.2 不同能源烤房烟叶烘烤能耗 由表3可知,不同烤房中部烟耗电量分别为386.4kW·h、1924.4kW·h、1716.2kW·h、2121.1kW·h、2334.8kW·h,kg干烟耗电量分别为0.57kW·h、2.99kW·h、2.57kW·h、3.26kW·h、3.69kW·h,燃煤烤房能耗组成为耗电216.38元和耗煤749.73元,燃煤、不同电热设备等5种烤房单炕能耗总成本分别为966.12元、1077.66元、961.07元、1187.82元、1307.49元,对比燃煤烤房,T2、T4、T5烤房单炕能耗总成本增加111.54元、221.7元、341.37元,T3烤房单炕能耗总成本降低5.05元。5种烤房每kg干烟能耗成本分别为1.42元、1.68元、1.44元、1.83元、2.06元,对比燃煤烤房,不同电热设备烤房均有所增加,分别增加0.24元、0.02元、0.41元、0.64元。

由表4可知,不同能源烤房上部烟耗电量分别为409.4kW·h、2476.6kW·h、1893.6kW·h、2331.7kW·h、2522.2kW·h,kg干烟耗电量分别为0.70kW·h、4.48kW·h、3.47kW·h、4.03kW·h、4.43kW·h,燃煤烤房能耗组成为耗电229.26元和耗煤877.5元,燃煤、不同电热设备等5种烤房单炕能耗总成本分别为1106.76元、1386.90元、1060.42元、1307.49元、1411.82元,对比燃煤烤房,T2、T4、T5烤房单炕能耗总成本增加280.14元、200.73元、305.06元,T3烤房单炕能耗总成本降低46.34元。5种烤房kg干烟能耗成本分别为1.90元、2.51元、1.94元、2.25元、2.48元,对比燃煤烤房,不同电热设备烤房均有所增加,分别增加0.61元、0.04元、0.35元、0.58元。

2.3 不同电热设备烤房烤后烟经济性状 从表4、5可以看出,自动加煤烤房上等烟、中等烟、下低等烟比例分别为44.95%、44.43%、10.62%;T2上等烟、中等烟、下低等烟比例分别为40.69%、45.14%、14.17%;T3烤房上等烟、中等烟、下低等烟比例分别为52.23%、37.04%、10.73%;T4烤房上等烟、中等烟、下低等烟比例分别为49.51%、41.04%、14.17%;T5烤房上等烟、中等烟、下低等烟比例分别为48.64%、42.67%、8.69%。不同能源烤房烤后烟上等烟比例以T3烤房较高,T2烤房房较低。烟叶收入金额上,燃煤烤房烤后烟为12889.01元,T2烤房为11787.76元,T3烤房为12460.19元,T4烤房为13268.2元,T5烤房为13007.51元。

不同电热设备烤房比较,自动加煤烤房烤后烟均价为22.13元/kg,T2、T3、T4、T5烤后烟均价分别为21.34元/kg、22.81元/kg、22.87元/kg、22.83元/kg。

2.4 不同电热设备烤后烟化学成分 各处理烤后烟叶的化学成分结果如表7、8所示,各处理上部、中部烟叶的总糖及还原糖含量较高,其中所有样品的总糖含量均在22%以上,上部烟除T3外,还原糖在19%以上。从处理间差异来看,以T5处理的总糖、还原糖含量较为适宜。中部烟T3处理的总糖、还原糖含量较为适宜。上部烟各处理总氮均高于对照,以T5处理较高,中部烟以T3较高。上部叶烟碱除T4处理较高外,其余处理明显偏低。上部烤后烟叶的钾含量相对较低,在1.68%~2.73%。中部烟在1.66%~2.12%。各处理烟叶的氯含量均较小,在0.80%以下。上部烟淀粉含量较中部烟淀粉含量偏低,中、上部烟各处理均以T3淀粉含量较为适宜,T2处理含量偏高。上部烟叶的两糖比T2、T3较低,中部烟两糖比在0.86~0.91。中部烟叶T1和T3的糖碱比处于较适宜水平,T3处理偏低,为6.64。T2、T5处理偏高。上部烟T3、T4、T5糖碱比处于较适宜水平,T1、T2偏高。各部位烟叶的氮碱比均偏低,中部烟在0.65~0.82,上部烟在0.58~0.94。上部叶钾氯比为2.90~5.35,中部烟为2.24~4.93。

2.5 不同电热设备烤房投入成本 由表9可知,不同电热烤房投入成本分别为1.8万元、2万元、1.5万元、0.9万元,单座对电力的需求分别为24kW、24kW、30kW、27kW。电热类烤房不需要改变烤房原有结构,装在出风口即可。电能烤房为环保零排放。燃煤烤房根据后期烘烤中上部烟测试结果,每烘烤500kg干烟,需要无烟煤597.59kg,按每年烘烤5炕估算,采用电能烤房烤烟,单座烤房每年可少燃煤2987.96kg,能减少碳粉尘1915.81kg,减排二氧化碳7083.22kg,减排二氧化硫210.91kg,减排氮氧化物87.88kg。

3 结论与讨论

皖南烟区采用纯电能烤房烘烤烟叶,供热、排湿、装烟量能够满足生产需求,特别是无污染物排放,符合节能减排的环境要求。电热管与电热片2种设备相较,前者具有结构简单,控制系统较为精密,安放简易,适应气流上升式烤房。而后者发热片具有更耐用的优势,但如放在气流上升式烤房进风口,会导致烤房前后温差加大,适应安装在气流下降式烤房。在降工减本方面,电热烘烤人工成本为燃煤烤房的1/3。电热烘烤操作简易轻松,解除了高温环境下添煤、出煤渣等繁重劳动,让烘烤人员有更多的精力去关注、监管烟叶烘烤工艺的准确执行。

电热烘烤设备不破坏烤房原有构造,安装简易。结合皖南实情,创造性地增设了煤电转化接入端口,可以自行从电热状态转换为燃煤状态,解决了停电需要大功率发电设备的困局。在当前环境保护的强烈需求下,纯电热设备具有成本相对适宜、控制系统较为精密、操作轻松、烘烤人力和能耗总成本低的产品优势。

电热烘烤的推广需要以电热设备研究为契机,一是加快智能化触摸屏自控仪的开发,替代现有按键式、低精度自控仪,实现自控仪的更新换代[4]。二是开展循环风机的变频输风研究,智能化控制烤房内的通风量和温湿度。三是开展冷风门开闭精度研究,实现高精度保湿。四是实现纯电热设备的自主化开发,掌握相关设计参数,开展产品代加工,降低设备成本。

综上所述,电热替换燃煤,核心在控制仪的研发,需保留原有控制仪的全部功能外,增加变频供热、变频通风、冷风门精密开闭、温湿度精度更高的高效。

参考文献

[1]王卫峰,陈江华,宋朝鹏,等.密集烤房的研究进展[J].中国烟草科学,2005(3):12-14.

[2]晏蓉,康忠汉.煤燃烧排放有机污染物的试验研究[J].华中理工大学学报,1996,24(1):4-7.

[3]杨金亮.中国能源发展进入提质增效新阶段[J].中国招标,2017(19):13-14.

[4]朱名强.过程控制系统中温度控制系统设计分析[J].轻工科技,2020,36(2):73-74.

[5]汤若云,段美珍.电热式密集烤房与燃煤式密集烤房比较试验初探[J].湖南农业科学,2012(21):96-99.

[6]徐云,何德意,杨正权,等.节能型智能电热密集烤烟房将推动中国烟草低碳快速发展步伐[M].2013中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷).

[7]焦永生,李春暉.绿色电烤出“黄金叶”-国网许昌供电公司服务电烤烟工作侧记[J].河南电力,2020(08):32-33.

(责编:张宏民)

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