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范沿沿1，李建華1，林智宗2，王京1
（1.河南省煙草公司許昌市公司，河南許昌461000；2.許昌同興現代農業科技有限公司，河南許昌461000）
摘要：通過生物質代替燃煤為煙葉烤房提供熱源，探討煙葉密集烤房生物質技術改造方案。根據密集烤房的供熱設備結構，主要分析了內置式和外置式兩類改造方案。生物質改造密集烤房替代燃煤能達到節能減排和綠色烘烤的目的，具有可行性。
煙葉烘烤非常重要，其結果好壞直接決定著煙農的經濟收入[1]。密集烤房是目前技術比較成熟的煙葉烘烤烤房之一，可靠性高，使用成本相對較低，在中國的應用范圍比較廣[2]。然而隨著國家將生態環境的重要性提升到政策高度后，節能減排和綠色環保的執行力度越來越大[3]。密集烤房作為低技術含量的基礎設施，能源來源非常單一，嚴重依賴于傳統燃煤。國內嘗試將天然氣、電能等清潔能源利用到煙葉烘烤中，但由于天然氣需要鋪設專用管道和嚴格儲存條件，成本太高[4]，另一方面利用電能的熱泵密集烤房，需要重新設計烤房的供熱和結構，而且后期使用成本較高。生物質燃料作為新型能源近幾年得益于政策的影響，發展速度比較快，生物質致密成型技術也慢慢成熟[5]。生物質燃料主要是利用農作物廢棄物，如作物秸稈、木屑殘枝、果實外殼等加工制作而成[6－8]，燃料來源比較便捷。生物質燃料燃燒后排放物對環境污染較小。使用生物質顆粒燃料替代燃煤值得研究。
1密集烤房的主要結構
密集烤房是烘烤加工煙葉的專用設備，是主要的烘烤設施[9，10]，其主要結構由裝煙室和加熱室組成，內部主要設備包括供熱設備、通風排濕設備、溫濕度控制設備等[11]，結構見圖1。密集烤房的主要優勢是裝煙密度超過普通烤房的2倍以上，并帶有強制通風，熱風循環，溫濕度自動控制。裝煙室主要作用是掛放煙葉，其內部空間設有裝煙架等裝置，在隔熱墻上部和下部開設通風口與加熱室連通。加熱室主要作用是安裝供熱設備、產生熱空氣，內部安裝有循環風機[12，13]。循環風機運行時，通過裝煙室隔熱墻上開設的通風口，向裝煙室輸送熱空氣[14]。
2密集烤房的生物質改造設計
根據密集烤房的供熱結構，要利用生物質替代燃煤，需要生物質燃料專用燃燒機或生物質燃燒爐。現在密集烤房常用兩種燃煤爐，小型圓柱形煤爐和國標煤爐，這兩種煤爐和換熱器的結構比較獨立，方便維護，也比較容易實現小成本改造。考慮到烘烤工廠的實際需求，可以按照兩種思路進行改造。一是保留所有密集烤房的供熱設備不動，在燃煤爐上安裝生物質燃燒機對烤房進行供熱，這種方式稱為外置式；二是將密集烤房的燃煤爐從烤房內拆卸下來，重新設計一種生物質燃燒爐安裝到燃煤爐的安裝位置，生物質燃燒爐直接對烤房進行供熱，這種方式稱為內置式。
2.1外置式生物質改造設計
外置式生物質改造方案，就是直接將生物質燃燒機的噴火口與密集烤房的燃煤爐進料口安裝在一起，利用生物質燃燒機直接向燃煤爐爐膛內供熱，熱能再通過換熱器對烤房內部進行合理供熱。圖2中左側為生物質燃燒機，右側為密集烤房國標煤爐。生物質燃燒機的噴火口與燃煤爐的進料口安裝在一起。圖3左側為密集烤房小型煤爐以及換熱器，右側為生物質燃燒機，其安裝連接方式與圖2中的安裝方式一致。
生物質燃燒機的主要工作原理：將生物質顆粒燃料加入燃燒機上部的料斗中，生物質顆粒燃料通過料斗底部的螺旋絞龍進入燃燒器中，燃燒器中裝有電動推桿，生物質顆粒料落在由電動推桿帶動的推料板頂部，電動推桿帶動推料板向后運動，生物質顆粒料落在推料板前方，電動推桿向前運動，將生物質顆粒料推入爐膽中燃燒。其主要技術參數見表1。
2.2內置式生物質改造設計
內置式生物質改造方案，是直接將密集烤房中的燃煤爐從供熱設備中拆卸掉，把生物質燃燒爐安裝到密集烤房燃煤爐的位置。通過生物質燃燒爐直接向換熱器供熱，替代燃煤為煙葉烘烤提供熱源。
圖4中左邊下側為生物質燃燒爐，左邊上側為密集烤房換熱器，右邊為生物質顆粒燃料上料機。生物質燃燒爐的噴火口與密集烤房供熱設備的換熱器，通過S型集塵沉降煙箱安裝在一起，生物質顆粒燃料上料機可以通過電機帶動螺旋絞龍直接將顆粒燃料送到生物質燃燒爐內。圖5上側為密集烤房小型煤爐的換熱器，下側為生物質燃燒爐，燃燒爐外接生物質顆粒燃料料斗。內置式生物質燃燒供熱系統的主要技術參數見表2。生物質燃燒爐采用生物質致密成型顆粒為燃料，燃燒后產生的高溫煙氣，經過沉降煙箱和散熱器將熱量供給烤房使用。內置式生物質設計包括上料機構、生物質爐體、換熱器等幾個部分。
3兩種改造設計與燃煤烤房的對比
兩種生物質改造方案結構上差別比較大，但是主要的供熱原理是一樣的。無論如何改造密集烤房的供熱設備，改造的目的都是為了更好地為煙葉調制服務，提供煙葉的工業可用性。針對這兩種改造設計方案的情況，有必要通過實際的煙葉對照烘烤試驗，讓燃煤密集烤房與生物質改造烤房作一下對比[15，16]。通過煙葉的烘烤結果，來比較兩種改造設計與普通燃煤烤房的效果。
3.1外置式改造方案與燃煤的對比情況
在中上部煙葉成熟采烤期，共進行3次烘烤對比試驗，對照烤房為氣流下降式燃煤密集烤房。試驗烤房原有供熱系統不變，外置式生物質燃燒機與燃煤爐的加煤口簡單對接，生物質燃燒機向原燃爐進行供熱。每一炕次對比試驗，處理烤房與對照烤房的煙葉部位、鮮煙質量、裝煙竿數、鮮煙裝煙重量、干煙重量盡量一致，以保證試驗結果客觀。
由表3可知，外置式生物質烤房烘烤后的煙葉平均價格為29.0元／kg，燃煤密集烤房烘烤后的煙葉平均價格為27.1元／kg。外置式生物質烤房要比燃煤密集烤房烘烤后的煙葉平均價格高出1.9元／kg，增幅為7％。外置式生物質烤房比燃煤密集烤房平均每炕上等煙比例提高5％，煙葉烘烤質量有所提高。
3.2內置式改造方案與燃煤的對比情況
在中部煙葉成熟采烤期，同樣進行3次烘烤對比試驗，對照烤房為氣流上升式燃煤密集烤房。試驗烤房主要供熱系統不動，拆去燃煤爐，內置式生物質燃燒機與原有供熱系統的換熱器進行對接，生物質燃燒機向換熱器直接供熱。每一炕次對比試驗，處理烤房與對照烤房的煙葉部位、鮮煙質量、裝煙竿數、鮮煙裝煙重量、干煙重量盡量一致，以保證試驗結果客觀。
由表4可知，內置式生物質烤房烘烤后的煙葉平均價格為28.66元／kg，燃煤密集烤房烘烤后的煙葉平均價格為27.70元／kg。外置式生物質烤房要比燃煤密集烤房烘烤后的煙葉平均價格高出0.96元／kg，增幅為3.5％。外置式生物質烤房比燃煤密集烤房平均每炕上等煙比例提高3.7％，煙葉烘烤質量提高。
根據外置式生物質烤房和內置式生物質烤房分別與燃煤密集烤房的試驗結果來看，生物質改造后的密集烤房，沒有降低密集烤房的烘烤性能。從煙葉烘烤結果來看，生物質改造的烤房的烘烤性能甚至有所提升。
4討論
生物質致密成型技術已經漸漸成熟，作為生物質燃料的應用主體———生物質燃燒機的設計研究今后將會有更大的進步。目前，生物質能源利用成本還比較高，主要是因為生物質顆粒燃料受市場行情和需求影響太大，使用成本較高。就地建立完整的生物質顆粒燃料加工，能解決燃料成本問題，生物質的推廣優勢將進一步擴大。
通過試驗結果分析，生物質改造密集烤房替代燃煤能達到節能減排和綠色烘烤的目的，具有可行性，更為煙葉烤房的改造提供了新的思路。
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