智能生物质燃烧机在烟叶烘烤中的大规模应用效果
2018-07-13 10:02 ·摘 要：为了实现烟叶烘烤环节减工降本，利用生物质颗粒燃料代替煤炭作燃料，采用智能生物质燃料燃烧机，对密集式烤房进行简单改造，与普通密集式烤房做烟叶烘烤对比试验。试验点选取了同一地区、相同品种、田间长势正常、叶片着生部位相同且成熟度一致的鲜烟进行对比，同时选择同一烘烤工艺；以烘烤时间、能耗成本、烟叶外观质量为研究指标，评价烟叶烘烤效果。结果表明：采用智能生物质燃烧机供热烤房在烘烤管理时间上节省 33.8h，燃料成本比煤节省93元/炉，耗电成本多出了6元/炉，人工成本节省216元/炉，上中等烟比例提高了 3.01个百分点，均价提高了1.54元/kg。智能生物质燃烧机供热点火简单，自动进燃料，燃烧完全彻底，省去了烘烤加煤、出渣等繁琐费力劳动，管理方便，易清理维护，一定程度上提高烟叶外观质量和内在品质，同时降低了对环境的污染。
关键词：生物质燃烧机；颗粒燃料；烟叶；烘烤
生物质燃烧机烤烟基地
一、引言
生物质颗粒燃料是利用稻壳、秸秆、木屑、花生壳、玉米芯等农林废弃物，经过加工压制而成的块状环保新能源。生物质颗粒燃料本身发热量大，发热量能够达到 3900~4800 kcal/kg左右，而且本身纯度较高，不含有其他杂物，燃烧后灰渣极少，降低了除渣的费用，其灰烬是含量极高的有机钾肥，可回收创利。生物质颗粒燃料不含硫、磷，不会产生 SO2等有害气体，对大气和环境不产生破坏。生物颗粒燃料相对于传统能源更加卫生清洁，投料操作也更加方便，会有效地减少人工劳动强度，更符合减工降本的实际需要。因此，生物质颗粒燃料具有较多的优势，是未来能源领域的一颗新星。
目前，在烟叶烘烤环节，国内通常采用燃烧煤炭作为主要能源。据统计，烘烤1 kg干烟需要耗煤3.77 kg，如果全国每年生产烟叶2亿kg的话就需要煤炭754万t原煤。所以，探索在烟叶烘烤环节当中的替代原料意义重大。同时，烤烟期间需要多次加煤，操作中每次加煤量不固定，导致烤房内温度忽高忽低，很难与烘烤工艺曲线靠近，造成了部分烤坏烟，为烟农带来了非常大的损失。
中得能源智能生物生物质燃烧机已经在广西百色市连续试验推广了4年，投入量超过500台，其第三代产品，安全稳定、燃烧充分、自动除渣、抗结焦效果好，并且与烤房控制器对接，可以智能控制加料多少与加料速度，且能与手机对接，完全解放了烘烤期间人员的蹲守，对烟叶烘烤环节降低劳动强度意义重大，是实现烟叶精益生产，以保持烟叶生产健康平稳发展的重要突破口。
二、试验地点、设备与方法
1、试验地点
试验于 2017 年 5—7 月于广西壮族自治区百色市的靖西、德保县多个烤烟种植基地开展。
采摘标准：同一田块，第3烤次烟叶，同一部位，成熟度基本一致。用于分析烘烤时间和烘烤成本。
设置烘烤方式标准：A烘烤方式和B烘烤方式每个烤房取样60 kg鲜烟叶，绑 7夹分别装至不同烤房的同一位置进行烘烤。对比分析烤后质量。
2、试验设备
广西壮族自治区南宁市广西中得能源科技有限公司子公司广西节得乐生物质能源科技有限公司根据生物颗粒燃料的特性而设计的自动加料生物质燃烧机设备（以下称“智能生物质燃烧机”）。工作原理：在烤烟开始时，制动智能生物质燃烧机，将智能生物质燃烧机的数控系统同密集式烤房电控箱数据连接，根据烤房电控箱传输数据反馈，智能生物质燃烧机自动添加生物颗粒燃料，在烘烤过程中，根据温度变化自动添加燃料的输送量。型号JDL-KY-10，重量125 kg，长×宽×高为 1728 mm×578 mm×1500 mm，料容量 89 kg，带自动除渣功能。
3、试验设计
试验地点设在靖西市、德保县密集烤房群，选取 16座常规烤房作为 A烘烤方式，选择 16座使用智能生物质燃烧机的烤房作为试验对象 B 烘烤方式。烘烤工艺统一使用《2015年百色市标准化烟叶烘烤技术方案》执行。
4、测定项目及方法
4.1 烤前准备
（1）每一次上烤之前，应该提前预热烤房，以检查烤房运行是否正常，检查陶火管及耐火材料散热炉管的密封性并做好记录。在确定烤房供热设备、温湿度自动控制设备、循环风机运转正常后进行装烟，采用的烘烤技术方案严格按照三段式烘烤方法执行。
（2）保持采摘鲜烟叶素质尽量一致，在装烤前随机抽出有代表性烟叶7夹，称量鲜重并作好标记，摆放在烤房第2层中间位置，烤后称量干重。
4.2 操作记录
设置 2 个烘烤方式组，A 组为普通燃煤供热密集式烤房，B组为生物质燃烧机烤房，同时装烟、点火烘烤。记录烘烤过程中每个温湿度的变化时间点、填料时间以及管理操作用时，记录每座烤房的装烟量、耗煤量、耗电量、用工量。出烤后的烟叶分别按要求堆放保管，按国标 42 级进行分级, 计算均价、收益、上中等烟比例等。
4.3 烘烤曲线记录
详细记录每座烤房每烤次烘烤温湿度点，并绘制曲线进行对比。
4.4 烤后烟叶外观评价
烤后原烟外观质量评价采用目测打分，对各烘烤方式成熟度、颜色、叶片结构、部位、身份、油分、色度（包括饱满程度、均匀性和光泽强度）等指标进行综合评价。评分标准参考烤烟国标 GB2635—1992 以及广西中烟原烟外观质量鉴定评价标准执行，采取百分制进行打分，各档次间按照实际表现进行评分，最小单位精确到1分。
4.5 烤后烟叶干鲜比
每烤次烟叶进烤前，每层取10夹称鲜烟叶重量，烤后再对这 10夹烟叶进行称重，得到干烟叶重量。
4.6 烘烤成本
对比煤耗、电耗及颗粒燃料使用成本，再结合烘烤期间人工成本进行对比。
三、结果与分析
1、不同烘烤方式烘烤时间
表1 不同烘烤方式烘烤时间（单位：h）
烘烤方式
总时间
变黄期
定色期
干筋期
点火用时
A
168
64
48
54
2
B
134.2
50
42
42
0.2
A-B(yancaoye.comyancaoye.com)
33.8
14
6
12
1.8
由表1可以看出，整个烘烤工艺过程，从点火到停火，使用生物质燃烧机烘烤总时间减少了33.8h。同时，三段式烘烤中，变黄期、定色期和干筋期，B烘烤方式组分别比A组节省了 14、6、12 h，这说明了由于生物质燃烧机烤烟温度更加均匀、稳定，烟叶前期变黄时间得到有效缩短。点火用时用时，B组节省了 1.8 h。这说明使用生物质燃烧机确实能够有效减少烘烤环节工作量、工作频次。
2、烟叶烘烤人工成本对比
表2 不同烘烤方式人工成本
烘烤方式
添加燃料、除灰渣操作时间/h
添加燃料、除渣次数/次
单炉耗时/h
用工成本/元
A
27.8
56
168
276
B
6
16
134.2
60
A-B
21.8
40
14
216
热源与发热量和烘烤过程中烤房的升温速度及稳温性能有关，这直接影响着烘烤过程中向烤炉内添加热源物质量和热源燃烧灰渣的多少，进而影响烘烤用工的投入。生物质燃烧机烤房烘烤仅需添加热源物质而无需除灰，升温较快且稳定，管理热源时间仅为 0.31 h/次，普通密集式烤房管理热源时间为 2 h/次，同样能力条件下，管理照看单座普通密集式烤房同时，一位烟农可对8-9座生物质燃烧机烤房进行管理；在烘烤用工费按 120元/天、12 h/天的同等劳动条件下，单炉烟 A烘烤方式的人工用工成本比B烘烤方式高出216元/烤（见表2）。
3、烟叶烘烤燃料、用电成本对比
表3 不同烘烤方式燃料、用电成本
烘烤方式
燃料成本
用电成本
综合成本/元
燃料量/kg
单价/元
燃料成本/元
电量/（KW·h）
单价/元
电费成本/元
A
1100
0.78
858
312
0.6
187.2
1045.2
B
850
0.9
765(yancaoye.comyancaoye.com)
322
0.6
193.2
958.2
A-B
250
-0.12
93
-10
0
-6
87
由表 3 对比可以看出，B 烘烤方式在每炉烟用电量上比 A烘烤方式多出 6元，B烘烤方式在每炉烟用燃料上比 A烘烤方式节省 93元。综合成本上，B烘烤方式在综合成本上比A烘烤方式节省87元。
4、烤后烟单叶重比较
表4 不同烘烤方式烟叶单叶重（g）
烘烤方式
下部叶X2F
中部叶C3F
上部叶B2F
A
5.73
11.13
7.25
B
6.47
12.32
8.16
由表 4可知，各部位单叶重表现为下部叶 B＞A，A与 B之间差异极显著；中部叶 B＞A，A与 B之间差异极显著；上部叶 B＞A，A与 B之间差异极显著。说明由于 B烘烤方式采用智能控温系统，烤后烟叶单叶重明显提高，烤出的烟叶身份较好。
5、烤后烟叶外观质量对比
表5 不同烘烤方式烟叶外观质量
等级
方式
成熟度
颜色
油分
身份
结构
色度
X2F
A
93
90
76
74
94
82
B
95
93
79
75
94
85(yancaoye.comyancaoye.com)
C3F
A
93
92
83
88
95
92
B
95
94
87
91
95
91
B2F
A
93
95
81
84
90
86
B
95
95
83
83
91
87
由表 5可知，烤后原烟颜色均以橘黄色为主，成熟度均较好，身份较适宜；油分表现为中部叶最多；2个烘烤方式结构均较疏松，其中B烘烤方式组上部叶结构尚疏松。中部叶各烘烤方式间无差异，下、上部叶各烘烤方式间差异不显著。表明从烤后烟叶外观质量上看，B烘烤方式烤后烟叶更疏松、油分、身份均略好于A烘烤方式，总体外观质量较高。
6、烤后烟叶经济性状比较
在得出 2个烘烤方式组的烤后烟叶等级结构和数量的基础上，结合 2017年百色市烤烟收购价格，进行经济性状分析，如表6。
表6 不同烘烤方式烟叶经济状况
烘烤方式
C2F金额/元
C3F金额/元
C4F金额/元
杂色烟金额/元
总金额/元
单炉金额/元
A
111.6
138.1
122
4.1
375.8
17682.4
B
147.4
177.5
89.1
1.9(yancaoye.comyancaoye.com)
415.9
19595.2
B-A
35.8
39.4
-32.9
-2.2
40.1
1912.8
从表 6 可以看出，B 烘烤方式组的均价比 A 烘烤方式组提高了 1.54元/kg，2个烘烤方式组对比 7夹烟的总金额，B烘烤方式比A烘烤方式组高出40.22元；按照330夹/烤来算，A烘烤方式组单炉金额17682.4元，B烘烤方式组单炉出烟19595.2元，因此单炉总金额上，B 烘烤方式组较 A 烘烤方式组提高了1912.8元。
四、结论
1、能耗及用工成本分析
（1）人力成本上，生物质燃烧机烤房点火用时少、升温快、易管理，3个烘烤工艺阶段都节省了一定的时间，尤其是在人工管理添加燃料及除灰渣时间上，较常规密集式烤房节省了33.8 h。
（2）电费燃料成本上，A烘烤方式电费成本为187.2元，B烘烤方式电费成本为193.2元；A烘烤方式燃料成本为858元，B烘烤方式燃料成本为765元。
2、烤后烟叶质量及效益比较
（1）烟叶等级结构上，2个烘烤方式组各 7夹烟，生物质燃烧机烤房出烤的烟叶虽然在 C4F等级上的数量较常规密集式烤房出烤的烟叶少了 32.9元，但是在C2F和 C3F 2个等级上，分别提高了 35.8、39.4元，同时杂色烟减少了2.18元，因此在整个上中等烟比例上，生物质燃烧机烤房出烤的烟叶上中等烟比例为97.63%，比常规密集式烤房的 94.62%高出 3.01 个百分点。
（2）烟叶质量效益上，2个烘烤方式组各 7夹烟，A烘烤方式的总金额为 375.8元，B烘烤方式的总金额为 415.9元。A烘烤方式组 7夹烟重量为 11.15 kg，B烘烤方式 7夹烟重量为11.8 kg，折算成单炉 330夹烟叶来算，A烘烤方式单炉烟叶总金额为 17682.4 元，B 烘烤方式单炉烟叶总金额为19595.2元。
3、综合比较分析
表7 不同烘烤方式综合效益比较（元/炉）
烘烤方式
总成本
收入
效益
A
1321.2
17682.4
16361.2
B
1018.2
19595.2
18577
A-B
303
-1912.8
2215.8
将上述分析得出的2个烘烤方式的成本和效益综合比较，得出不同烘烤方式组的单炉烟叶综合效益（表7）。B烘烤方式组的综合效益比A烘烤方式的综合效益提高了2215.8元/烤。
五、讨论
目前，在烟叶烘烤中使用的燃料主要还是煤炭，将颗粒燃料应用于烟叶烘烤还是一个新鲜的领域。然而，把颗粒燃料同智能燃烧机进行结合，再将其与现有
烤房的温湿度自控设备进行对接，实现温湿度自动控制，对烟叶烘烤期间减工降本意义重大。当然，颗粒燃料烤房与现有常规动力烤房相比各有优缺点，但是新
能源的探索还是对当下烟叶生产可持续发展有重要的作用。
4.1 常规密集烤房烘烤优缺点
优点：（1）煤炭燃料取材采购方便；（2）密集式烘烤配套工艺技术成熟，烟农对现有的烘烤设备认可度高，烘烤操作技术简单。
缺点：（1）烘烤期间照看烟叶频率次数多，烘烤劳动强度相对较大；（2）煤炭无法完全燃烧，易产生炉灰和有害气体。
4.2 密集烤房生物质燃烧机烘烤优缺点
优点：（1）填料简单易操作，自动控制燃料进料大小，能精准控制“三段式”烘烤各阶段温度点要求，且燃料燃烧充分，升温速度快、火力强、温度调节灵敏度高；（2）基本上不产生炉灰，排气量较为纯净，污染程度得到很大的降低；（3）烘烤劳动强度和总成本降低，经济效益、烟叶等级结构和上中等烟比例提升。
缺点：（1）燃料成本差异不明显，市场价格因素影响程度较大；（2）使用该技术，烟农需添置烟叶专用燃烧机和控制仪，增加了机械成本投入。
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