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盧雨1，古力2，詹吉平1，吳永茂1，邱志丹1，王鑫1，陳鈺1，陳鄭盟1
(1.福建省煙草公司龍巖市公司，福建龍巖364000；2.福建農林大學，福建福州350002)
[摘要]為生物質供熱爐在煙葉烘烤過程中溫度的精準控制提供理論依據和技術參考，選擇常規燃煤、內置式生物質供熱爐和外置式生物質供熱爐3種烘烤方式，研究其對煙葉烘烤工藝吻合度、能耗成本、烘烤操作耗時、烤后煙葉質量和經濟效益等方面的差異。結果表明：生物質供熱爐對烘烤工藝溫度的控制效果較好，變黃期和干筋期煙葉烘烤工藝的吻合度高，生物質供熱爐可顯著縮短烘烤操作耗時，提升烤后煙葉質量與內在化學成分協調性，有效提升烤后煙葉經濟效益。以內置式智能化單螺旋加坡送料生物質供熱爐的烘烤效果最好，其烘烤工藝的吻合度、能耗成本、烘烤操作耗時、上等煙比例、均價、烤后煙葉化學成分協調性方面效果最優，適宜在煙葉產區示范推廣。
烤煙是我國重要的經濟作物，煙葉烘烤調制是決定煙葉最終質量和可用性的一個重要環節[1]。隨著烤房技改的推進，烤房在溫控能力、裝煙容量、自動化水平等方面均得到大幅提高，對我國的煙葉生產起到了很大的推動作用[2-5]。目前，烤房溫濕度的控制雖然已經實現智能可控，但在溫濕度轉換階段很大程度上仍受人工操作差異的影響，火大溫度降不下來、火小溫度升不上去的情況時有發生，導致煙葉的風格特色弱化和黃而不香等問題[6-8]。同時，烘烤過程中加煤、掏渣等環節還存在工作量大、人工成本高、遭受危害和危險系數較高等問題。隨著全球能源危機以及溫室效應的加劇，能源應用向著經濟、可再生循環利用的新能源方向發展，密集烤房研究也逐步轉向新能源烤房[9-10]。生物質供熱爐作為新能源烤房研究的熱點之一，在實踐過程中不斷完善，已實現自動點火、單粒供料和自動清渣等功能[11-13]。
關于生物質供熱爐在煙葉烘烤中的研究多集中在自動化程度和熱量供應等方面，鮮有其在煙葉質量提升及能耗等方面的系統研究[14-16]。為此，研究內置式生物質供熱爐、外置式生物質供熱爐和常規烤房優質燃煤爐(CK)對煙葉烘烤中的溫度曲線擬合度、能耗成本、烤后煙葉質量和經濟效益的影響，以期為生物質供熱爐在煙葉烘烤過程中對溫度的精準控制提供理論依據和技術參考。
1材料與方法
1.1材料
1.1.1煙葉供試 鮮煙葉為當地主栽品種云煙87，由龍巖市煙草公司連城分公司提供。均取自同一田塊、施肥水平一致、中等肥力、生長整齊一致的植株。
1.1.2儀器與設備 近紅外光譜測試儀，美國賽默飛AntarisⅡ；內置式智能化單螺旋加坡送料生物質供熱爐，龍巖市三佳冶金爐料有限公司生產；外置式手動雙螺旋送料生物質供熱爐，龍巖市聚光新能源科技有限公司生產。
1.2方法
1.2.1試驗設計
試驗于2017年5月19日至6月25日在福建省龍巖市連城縣羅坊鄉上羅村烤房群進行，所用密集烤房設施設備符合《密集烤房技術規范(試行)修訂版》的要求。試驗共設3個處理：處理1(A1)，內置式智能化單螺旋加坡送料生物質供熱爐；處理2(A2)，外置式手動雙螺旋送料生物質供熱爐；處理3(CK)，常規烤房優質燃煤爐(對照)。
各處理烘烤煙葉葉位相同，鮮煙素質一致，裝煙數量相同，3次重復。烘烤結束后，對烤后煙葉進行質量及經濟效益分析。
1.2.2項目測定
1)耗能與耗時。對不同置式供熱爐在每烤(各烤次)煙葉烘烤過程中的平均能耗與操作耗時進行測定。試驗用煤炭價格為0.75元/kg，農業用電價格為0.72元/度，生物質顆粒燃料價格為0.9元/kg，烘烤用工價格為120元/d。采用電子稱測定煙葉和燃料的重量、采用數顯溫濕度計測定裝煙室的溫度和濕度(溫濕度計感溫探頭懸掛位置在裝煙室中間層，距離隔熱墻4m)、采用數顯計時器測定操作耗時。
2)化學成分。煙堿、總氮、總糖、還原糖、總氯和總鉀等內在化學成分采用近紅外光譜測試儀測定。
1.3烘烤工藝的吻合度
選擇第3~5烤次煙葉進行烘烤試驗，烘烤工藝均采用《龍巖市三長兩短保濕烘烤工藝》執行，整個烘烤過程中每4h記錄1次烤房的溫度、濕度、煙葉變化、操作情況和煙窗尾氣溫度等考察烘烤工藝的吻合度，烘烤工藝中的目標溫度與實際溫度均為干球溫度。
1.5經濟效益
選擇對不同置式生物質供熱爐的第3烤煙葉，根據烤后煙葉的外觀顏色、成熟度、葉片結構、身份、油分、色度等質量指標，由分級技師參照GB 2635-1992《烤煙》評定烤煙等級后對其進行計算。
1.6數據處理
采用Excel2007處理數據，SPSS16.0進行統計與分析。
2結果與分析
2.1烘烤工藝的吻合度
從圖1看出，常規燃煤烤房在不同烤次烘烤過程中實際溫度與目標溫度均存在偏離現象。其中，第3烤的變黃期/干筋期存在實際烘烤溫度偏低運行情況，第4烤的定色期/干筋期和第5烤的干筋期實際烘烤溫度運行不穩。內置式供熱爐在不同烤次烘烤過程中實際烘烤溫度與目標溫度吻合度均較高。外置式供熱爐在第3烤和第5烤的干筋期實際烘烤溫度與目標溫度均存在偏離現象，在第4烤的定色期擬合程度較高。總體上看，外置式生物質供熱爐和內置式生物質供熱爐在烘烤過程中的實際烘烤溫度與目標溫度的吻合程度均明顯優于常規烤房優質燃煤爐(CK)。
從表1可知，在不同置式生物質供熱爐烘烤過程中，內置式生物質供熱爐每烤消耗的燃料量顯著低于外置式生物質供熱爐和CK，而外置式生物質供熱爐與CK間無顯著差異；每烤消耗電量以外置式生物質供熱爐最高，內置式生物質供熱爐次之，CK最低，三者間均存在顯著性差異。不同處理間每烤鮮/干煙重量無顯著性差異，干鮮比較為一致。干煙能耗成本以外置式生物質供熱爐最高，內置式生物質供熱爐次之，CK最低。其中，外置式生物質供熱爐每1kg干煙能耗成本較CK增加21.82%，內置式生物質供熱爐較CK增加12.12%。
2.2每烤次耗時
從表2可知，不同置式生物質供熱爐烘烤煙葉所耗時長均顯著低于常規烤房優質燃煤爐(CK)。其中，操作耗時，內置式生物質供熱爐和外置式生物質供熱爐較CK分別降低74.98%和56.92%；設備維護耗時，內置式生物質供熱爐顯著優于外置式生物質供熱爐和CK；加料耗時，內置式生物質供熱爐和外置式生物質供熱爐均顯著低于CK，分別降低71.97%和66.95%；清渣耗時，內置式生物質供熱爐和外置式生物質供熱爐也顯著優于CK，分別降低36.67%和24.67%。綜合來看，在每烤耗時方面，內置式生物質供熱爐烘烤煙葉的耗時最短，其次是外置式生物質供熱爐，CK耗時最長，且各處理間差異性顯著(P<0.05)。
2.3經濟效益
從表3看出，單葉重，內置式生物質供熱爐烘烤煙葉的單葉重最高，為9.04g；其次是外置式生物質供熱爐，為為8.92g；常規烤房優質燃煤爐(CK)最低，為8.88g；內置式生物質供熱爐與CK間差異顯著(P<0.05)。上等煙比例，內置式生物質供熱爐最高，外置式生物質供熱爐次之，CK最低，三者間差異顯著(P<0.05)。均價，內置式生物質供熱爐和外置式生物質供熱爐均高于CK，每1kg煙葉分別較CK高5.14%和1.95%。
2.4煙葉內在化學成分的含量
從表4可知，內置式生物質供熱爐烘烤的上部葉和中部葉煙堿含量均低于常規烤房優質燃煤爐(CK)，中部葉煙堿含量與CK差異顯著，但上部葉和中部葉煙堿含量均在優質煙標準范圍內。內置式生物質燃料爐能夠顯著提高中部葉的總糖含量。3個處理的總氮、氯和鉀含量均在適宜范圍，以內置式生物質燃料爐效果較好。
3結論與討論
隨著科學技術的發展及環保意識的提升，生物質顆粒燃料作為清潔能源，已經逐步走入人們的生產和生活中。大量研究表明，使用生物質顆粒燃料能夠有效改善烤后煙葉的質量，提高煙葉可用性[17-21]。研究結果表明，內置式生物質供熱爐更加符合目標工藝溫度，在煙葉烘烤過程中的變黃期和干筋期其效果尤為明顯，避免了常規烤房優質燃煤爐變黃期因溫度波動導致的烤青煙、變黃不充分或硬變黃的現象，定色期溫度波動導致掛灰現象，以及干筋期溫度過高或過低導致的烤紅煙或洇筋煙現象[22-25]。由于生物質供熱爐比常規烤房優質燃煤爐用電量高以及生物質作為新興燃料，尚未實現規模化生產造成價格偏高等原因，目前生物質供熱爐在煙葉烘烤過程中能耗較常規烤房優質燃煤爐高。然而，生物質供熱爐在烘烤耗時上充分體現其自身優勢，內置式生物質供熱爐和外置式生物質供熱爐較常規烤房優質燃煤爐分別降低69.71%和43.51%，大大縮短了操作耗時。同時，更重要的是降低了燃料添加的頻度，徹底解決了烘烤過程中頻繁加煤的工序，使煙農在烘烤過程中節省了大量時間從事其他農事操作。此外，采用生物質燃料爐還可提高煙葉的品質和經濟效益。
綜合來看，使用生物質供熱爐能夠確保烘烤工藝的溫度要求，顯著縮短烘烤操作時長，提升烤后煙葉質量與內在化學成分的協調性，有效提高烤后煙葉經濟效益，以內置式智能化單螺旋加坡送料生物質供熱爐烘烤效果最好。
致謝：感謝福建農林大學布素紅老師在數據統計分析過程中的指導！
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