升级后的密集式烤房性能特点

张炜， 尹虎成， 张学杰， 冉锦翔， 赵高坤， 杨磊

(1.湖北博智科技服务有限公司，湖北 鹤峰 445800； 2.湖北省烟草公司恩施州公司，湖北 恩施 445000；3.重庆市烟草公司， 重庆 409002； 4.云南省烟草农业科学研究院，云南 昆明 650000；5.山东仁科测控技术有限公司，山东 济南 250000)

密集烤房是进行烟叶烘烤的主要设备，大量的烘烤烟气余热直接排放到大气中，不仅浪费资源，而且也对周边环境造成了较为严重的污染[1]。当前我国烤房的需热常数(每排出烟叶中1 kg水所需的热量)为2 950 kJ·kg-1，美国是我国的95%，而日本是我国的91%[2]，如果在现有水平上降低20%以上将反超日本和美国并大幅度领先。烘烤在45～46 ℃阶段烟叶失水未达到50%的水平时，加火不及时会造成温度降低，烤房内相对湿度大于60%，导致棕色化反应的发生[3-5]，烟叶变黑而失去使用价值，所以在烤烟未失水过半之前快速将湿度降低到60%以下是阻止黄烟变黑的主要手段。王建宁等[6]在对红花大金元的烘烤中发现，定色期由42 ℃升到46 ℃的升温速度越快柠色组占比越大，越慢低等烟占比越大，而46 ℃到55 ℃时则以相对较稳的慢升温实现黄烟等青烟比较好。所以烤房的极限排湿能力和稳温性能十分重要。同时，我国的密集式烤房主要建于2004—2010年[7]，由于顶板混凝土长期暴露在外，老化和渗漏问题日渐突显。为了降低烤房的能耗、提升烤房的性能，结合烤房盖顶维修需要，湖北博智科技服务有限公司在重庆烟草公司的协助下对烤房进行了升级改造示范。在几乎不改变原有烤房布局和结构的情况下，对现有密集式烤房进行了附加建筑方式的升级工程，对烤房的能量进行了重新规划利用和综合管理。明确了升级后烤房的综合性能，并为进一步的升级作好准备。

1 材料与方法

1.1 材料

供试品种为云烟87，供试烤房类型为气流下降式标准密集烤房。

1.2 方法

在同一烘烤工厂选取相邻两座烤房，升级其中一座进行对比烘烤测试。升级方法为在烤房顶部附加性建设进风缓冲区、出风缓冲区、热回收设施。

数据收集利用山东仁科测控技术有限公司提供的无线网络温湿度检控仪器，探头监测到的温湿度数据通过网络直接报送到云平台网站公示，并以每分钟记录一组数据的方式存贮。

升级后的烤房的掉温测试。当干球温度在45 ℃时，生物质颗粒进料不足的情况下，将自控仪设定温度调到46 ℃，让炉内生物质颗粒处于存量燃烧状态，测试烤房的稳温时长，当存量燃尽进入自由落体式的掉温状态时测量烤房的“掉温”速度。当温度降到42.5 ℃以下时重新加料点火，测试烤房的升温降湿速度。

烘烤以重庆烟草公司的烘烤师根据现场烟叶实际情况判断和调整自控仪。

进行全烘烤季烘烤，处理和对照不同部位的烟叶各4烤作为重复。每烤处理和对照在代表性位置随机抽取16杆计产，比较产质量。

空房期间降温天气下，根据烤房内温度随气温下降而下降的速度来测量处理和对照烤房的静态保温性能。

2 结果与分析

升级过后的烤房能极显著缩短烘烤时间，缩短时间长达26 h；显著降低烤房内的平均湿度(表1)。

表1 烤房内温湿度情况

升级后的烤房最高进风温度平均升高18 ℃，最低温度平均升高10 ℃，整体升高14 ℃，显著降低进风相对湿度(表2)。

表2 进风门温湿度情况

升级后的烤房能有效提升排湿窗附近的环境温度和湿度(平均温度上升6 ℃，平均湿度上升9百分点)。表明这样营造出来的高温高湿环境更有利于热泵以更高的能效比回收空气中的热量(表3)。

表3 排湿窗附近温湿度情况

升级后的烤房节省生物质颗粒175～225 kg，节能幅度21%～24%，能显著降低烤房的能耗水平(表4)。

表4 烤房生物质能耗水平

通过对64杆样品的计产分析，在实际烘烤中升级烤房能够带来产量、产值、均价和上等烟比例的提升(表5)。每个烘烤季可增值9 000元左右，如果将升级成本控制在3万元，3.3 a就能收回投入，在未将政府税收等列入计算的情况下其实际投入产出比已经相当有吸引力。

表5 烤房对产质量的影响

经过升级的烤房静态保温性能明显提升(表6)。

表6 烤房对静态保温性能的影响

当9:50烘烤人员将干球温度设定为46 ℃，自动加生物质燃料的设备内生物质颗粒已经不能充足供应，达不到需要进料的速度，炉内生物质颗粒处于存量燃烧状态(图1)。自控仪检测到温度持续偏低。于是自控仪控制进风门由常开状态变成时开时闭的状态，试图升高烤房内的温度。直到13：21，生物质颗粒完全燃尽，烤房火炉供热完全停止，烤房内温度进入存量消耗阶段。自控仪将进风门彻底关闭。

图1 各点位绝对湿度的变化

当炉内生物质颗粒进入存量燃烧阶段时，烤房内的相对湿度由59.8%升高到62.1%，并维持了3.5 h。在生物质颗粒完全燃尽之后，烤房内的热量处于存量消耗阶段，在43 min的存量消耗阶段，烤房内的相对湿度上升了7.9百分点。进风门附近的相对湿度主要受到进风门开口大小的影响(图2)。

图2 各点位相对湿度的变化情况

在长达3.5 h的存量燃烧阶段，烤房内的温度并没有下降。13:21进入无火阶段，43 min内由45.4 ℃降到42.4 ℃。由于同期大环境温度也是下降的，温差变化不大，所以呈斜线下降。换算当烤房内外温差为10.3 ℃时，无火状态烤房内的温度下降速度为4.19 ℃·h-1。掉温测试结束后，恢复火力17 min从42.4 ℃升到47.9 ℃，共升温5.5 ℃，升温速度为19 ℃·h-1，湿度由70.2%下降到56.3%，降湿速度为49%·h-1(图3)。

图3 各点位温度的变化情况

升级后的烤房能快速随着自控仪的指令而走出平直的曲线，而对照烤房则随着火力和环境温度的波动而产生较大程度的不确定性波动。升级后的烤房除了在41 ℃后期进行了快速升温能力测试和45 ℃后期进行了掉温测试而产生了向上和向下的明显波动外，均按着自控仪的设置走出了标准和平直的曲线(图4)。

图4 烤房内实际温度的曲线

3 小结与结论

国家烟草专卖局办公室文件国烟办综〔2009〕418号文件对密集式烤房的标准进行了严格的规范，为烤房相关设备的标准化生产提供了便利，同时也固化了烤房内部以及烤房大门一侧和左右侧的空间。如果为了某项技术的应用而打破原有烤房的结构和设备布局会带来资源浪费和重复建设以及建筑安全性隐患。当然该文件前瞻性的留下了烤房顶部和加热室一端这2个最大的升级空间。因此，围绕这两个空间的升级研究成为无法回避的技术路线。林曦阳等[8]通过在加热室一侧附加和改造的方式将能耗降低了12.12%。程联雄等[9]则采用了顶部附加建筑的方式综合利用太阳能和热回收技术将能耗降低了20%左右。但是，由于改变了烤房的原有气动布局，在夜晚未排湿情况下，热交换部分的冷空气会下降进入装烟室形成微弱的对流，增加了夜晚烤房通过房顶部流失热量的速度，在多元化能源时实际上增加了烤房顶部特别是晚上的总散热面积和速率。

综上所述，研发小组在将太阳能的利用方式另外考虑的基础之上，几乎不改变原有烤房气动布局的情况下，对单纯的热交换技术进行了优化管理和简化用材等利于实际推广的研究，并为后期的太阳能和热泵利用留下伏笔。

升级后的烤房能平均缩短烘烤时间26 h，意味着完成同样的烘烤任务，可以少建造和维护15%的烤房，为企业省下大量的资金投入；显著地降低烤房内的平均湿度。最高进风温度平均升高18 ℃，最低温度平均升高10 ℃，整体升高14 ℃。显著降低进风相对湿度，有效提升排湿窗附近的环境温度和湿度(平均温度上升6 ℃，平均湿度上升9百分点)。这样营造出来的高温高湿环境更有利于热泵以更高的能效比回收空气中的热量。当炉内生物质颗粒进入存量燃烧阶段时，3.5 h内烤房的相对湿度由59.8%升高到62.1%，烤房内的温度并没有下降。在生物质颗粒完全燃尽之后，当烤房内外温差为10.3 ℃时,无火状态烤房内的温度下降速度为4.19 ℃·h-1。烤房内的相对湿度仅上升了7.9%,表现出良好的抗掉温性能。对比烤房内的实际温度曲线，升级后的烤房能很快响应自控仪的指令，并平稳的维持在指令要求的水平，受火力和环境波动的影响很小。