煙葉密集烤房供熱設(shè)備分析比較及發(fā)展方向

摘 要

摘要：綜述了國內(nèi)密集烤房煙葉烘烤能耗現(xiàn)狀，對密集烤房供熱設(shè)備進(jìn)行了分析比較，探討了供熱設(shè)備的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：密集烤房；煙葉烘烤；供熱設(shè)備Analytical Comparison and Developm
摘要：綜述了國內(nèi)密集烤房煙葉烘烤能耗現(xiàn)狀，對密集烤房供熱設(shè)備進(jìn)行了分析比較，探討了供熱設(shè)備的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：密集烤房；煙葉烘烤；供熱設(shè)備
Analytical Comparison and Development Trend of Heating Equipment in Tobacco Bulk Curing Barn
LI Zhimin，LUO Huilong，ZHONG Hao，CUI Guomin
Abstract：The present status of energy consumption of tobacco bulk curing barn in China is reviewed.The heating equipment in tobacco bulk curing barn is analyzed and compared.The development trend of heating equipment are discussed.
Key words：bulk curing barn；tobacco curing；heating equipment
1 概述
    與傳統(tǒng)的煙葉烤房相比，密集烤房采取強(qiáng)制通風(fēng)、熱風(fēng)循環(huán)，具有裝煙量大、省工、省時(shí)、烤后煙葉質(zhì)量優(yōu)良等特點(diǎn)，在國內(nèi)外烤煙生產(chǎn)中均得到了一定的推廣應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)后，密集烤房已成為我國煙葉烘烤設(shè)備的發(fā)展方向[1]。然而，目前密集烤房供熱設(shè)備的能源利用率普遍較低。此外，煙葉烘烤作業(yè)中煤炭、生物質(zhì)能源等燃燒釋放的粉塵、碳氧化合物、硫化物和多環(huán)芳烴等也給周圍環(huán)境帶來較大的污染[2～4]。
    我國人均能源擁有量相對較低，能源問題一直是關(guān)系我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的一個(gè)重要戰(zhàn)略問題。在能源危機(jī)和環(huán)境污染的雙重壓力下，太陽能利用、空氣源熱泵、余熱回收利用等各種節(jié)能技術(shù)日益成熟[5～11]。在這種背景下，尋求技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的密集烤房供熱設(shè)備，對降低煙葉烘烤的能耗及減輕環(huán)境污染具有重要的意義。
2 密集烤房煙葉烘烤能耗現(xiàn)狀
    目前，國內(nèi)各煙區(qū)的密集烤房供熱設(shè)備以燃煤熱風(fēng)爐為主。燃煤熱風(fēng)爐主要由加熱爐、煙氣-空氣換熱器、煙囪組成，置于與裝煙室相鄰的加熱室內(nèi)。來自裝煙室的空氣經(jīng)換熱器加熱后，通過循環(huán)風(fēng)機(jī)送入裝煙室內(nèi)，以干燥裝煙室內(nèi)的煙葉?，F(xiàn)階段，國內(nèi)密集烤房供熱設(shè)備的有效能耗普遍較低，僅占燃料低位發(fā)熱量的20%～35%[3～4]。
    在煙葉烘烤過程中，每排除1kg水分所需要的理論耗熱量為2559.5～2580.3kJ。我國各主要煙區(qū)的新鮮煙葉含水量大多為80%～90%。以煙煤的低位發(fā)熱量為20809kJ/kg計(jì)算，每1kg干煙葉的理論耗煤量約為0.423～0.952kg[12]。因此，密集烤房供熱設(shè)備的無效耗熱量過高，存在巨大的節(jié)能潛力[3]。
    為有效提高燃料的利用率，一方面可在回收煙氣及排濕氣流余熱、提高燃燒效率、降低熱風(fēng)滲漏及減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失等方面對密集烤房加以改進(jìn)；另一方面，可研究開發(fā)以太陽能、高溫空氣源熱泵等為熱源的新型密集烤房供熱設(shè)備。
3 密集烤房供熱設(shè)備對比分析
    密集烤房供熱設(shè)備設(shè)置合理與否，直接影響裝煙室內(nèi)的供熱量及溫濕度場、速度場分布的均勻性，并在很大程度上決定了煙葉烘烤的質(zhì)量及能耗。目前，密集烤房供熱設(shè)備包括燃煤熱風(fēng)爐、生物質(zhì)氣化爐、熱泵及太陽能供熱設(shè)備。
   ① 燃煤熱風(fēng)爐
   燃煤熱風(fēng)爐屬于間接加熱式熱風(fēng)爐，它由爐體和換熱器兩部分組成[13]。固體燃料鋪在爐排上，與通過爐排縫隙送入燃料層的空氣接觸后發(fā)生燃燒。固體燃料產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠趽Q熱器管道內(nèi)迂迥流動，經(jīng)換熱器管壁與來自裝煙室的空氣發(fā)生對流傳熱。煙氣與空氣分別在換熱器管道內(nèi)側(cè)及外側(cè)流動，二者互不接觸，不會污染裝煙室的空氣。傳統(tǒng)的燃煤、燃油熱風(fēng)爐的熱能利用率普遍較低，煙葉烘烤的能耗高，并且在煙葉烘烤作業(yè)中燃料燃燒釋放的粉塵、碳氧化合物、硫化物和多環(huán)芳烴等給周圍環(huán)境帶來較大的污染。
   ② 生物質(zhì)氣化爐
   生物質(zhì)氣化爐供熱設(shè)備由生物質(zhì)氣化爐、燃?xì)鈨艋鋮s系統(tǒng)、燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)、循環(huán)風(fēng)機(jī)等主要部件組成[14]。根據(jù)集中烘烤的規(guī)模，生物質(zhì)氣化爐可采用固定床氣化爐或流化床氣化爐。生物質(zhì)能源是一種理想的可再生能源，來源廣泛，在國內(nèi)各產(chǎn)煙區(qū)，廢棄煙桿、煙梗等生物質(zhì)資源供應(yīng)充足。此外，還有大量的農(nóng)作物秸稈、林業(yè)廢棄物可以利用。從生物質(zhì)氣化爐出來的燃?xì)庵泻幸欢康幕覊m及焦油蒸氣，需設(shè)置水洗塔及電捕焦油器以收集灰塵及焦油。因此，與其他供熱設(shè)備相比，生物質(zhì)氣化爐供熱設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，操作較繁瑣。
   ③ 熱泵
   熱泵供熱設(shè)備由空氣源熱泵室外機(jī)(蒸發(fā)器)、冷凝器、循環(huán)風(fēng)機(jī)等主要部件構(gòu)成[15]。采用高溫制冷劑，空氣源熱泵的送風(fēng)溫度完全能夠滿足煙葉烘烤的溫度要求[4]。此外，在煙葉烘烤季節(jié)，環(huán)境溫度較高，使得空氣源熱泵的供熱系數(shù)較高，節(jié)能效果更加明顯。因此，采用空氣源熱泵進(jìn)行煙葉烘烤可有效降低煙葉烘烤能耗。但由于密集烤房的熱負(fù)荷較大，密集烤房空氣源熱泵供熱系統(tǒng)仍需消耗大量的高品位電能。此外，與燃煤熱風(fēng)爐相比，空氣源熱泵的造價(jià)較高。
   ④ 太陽能供熱設(shè)備
   太陽能供熱設(shè)備由太陽能集熱裝置、空氣-水換熱器及循環(huán)風(fēng)機(jī)等構(gòu)成[16]。太陽能集熱裝置收集的太陽輻射能，以熱水的形式儲存于蓄熱水箱中。空氣-水換熱器利用蓄熱水箱中的熱水，加熱來自裝煙室的空氣。密集烤房煙葉烘烤所需要的最高熱風(fēng)溫度范圍為67～70℃，目前高效的太陽能集熱器能很好地滿足煙葉烘烤對溫度的要求。在煙葉烘烤季節(jié)，國內(nèi)各主要產(chǎn)煙區(qū)的太陽輻射能均較豐富。在太陽能熱利用領(lǐng)域中，太陽能光熱利用技術(shù)已較成熟，并在國內(nèi)大部分地區(qū)得到了推廣與應(yīng)用。這為太陽能在密集烤房中的開發(fā)利用提供了很好的應(yīng)用基礎(chǔ)。但受氣候的影響，太陽能供熱設(shè)備不能全天候運(yùn)行，因此密集烤房太陽能供熱設(shè)備需設(shè)置輔助熱源。
4 密集烤房供熱設(shè)備發(fā)展方向
    ① 余熱回收型供熱設(shè)備
    密集烤房燃煤熱風(fēng)爐受換熱器換熱性能的限制，煙氣的排放溫度通常均在150℃以上。煙氣攜帶大量的余熱，排煙熱損失較高。煙氣熱損失約為燃料低位發(fā)熱量的15%～25%。在煙囪設(shè)置不當(dāng)?shù)那闆r下，煙氣熱損失可高達(dá)30%以上。此外，在煙葉烘烤過程中，需適時(shí)地進(jìn)行排濕。排濕氣流不但相對濕度大，而且其溫度高于環(huán)境空氣溫度，攜帶有大量低溫余熱。烤房排濕氣流熱損失通常為燃料低位發(fā)熱量的10%～20%，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)25%以上[4]。因此，在密集烤房供熱設(shè)備中增設(shè)合理的煙氣及排濕氣流余熱回收裝置可有效降低煙葉烘烤的能耗。
    ② 燃煤輔助的太陽能供熱設(shè)備
    在太陽能資源豐富的產(chǎn)煙區(qū)，密集烤房采用太陽能供熱設(shè)備具有較大的節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效益。為克服太陽能利用易受氣候條件的影響，不能全天候運(yùn)行的缺陷，國內(nèi)部分產(chǎn)煙區(qū)開發(fā)了燃煤輔助的太陽能供熱設(shè)備。通過優(yōu)化配置太陽能集熱面積及燃煤熱風(fēng)爐容量，可實(shí)現(xiàn)燃煤輔助的太陽能供熱密集烤房供熱設(shè)備高效、穩(wěn)定運(yùn)行。
    ③ 太陽能與空氣源熱泵耦合
    受氣候條件的影響，太陽能集熱供熱系統(tǒng)不能全天候運(yùn)行。空氣源熱泵供熱系統(tǒng)雖然具有較大的節(jié)能優(yōu)勢，但由于密集烤房的熱負(fù)荷大，單純采用空氣源熱泵耗電量仍然較高。因此，在太陽能集熱供熱系統(tǒng)中配置合適的空氣源熱泵輔助供熱裝置，不僅可以滿足煙葉烘烤要求，還可以有效降低煙葉烘烤的耗電量。
5 結(jié)語
    傳統(tǒng)的煙葉烘烤是一項(xiàng)高能耗作業(yè)，不僅消耗大量的常規(guī)能源，而且煙葉烘烤作業(yè)中煤炭、生物質(zhì)能源等燃燒釋放的粉塵、碳氧化合物、硫化物和多環(huán)芳烴等給周圍環(huán)境帶來較大的污染。在能源短缺和環(huán)境污染的雙重壓力下，從節(jié)能、減排和經(jīng)濟(jì)性3方面綜合考慮，研究、開發(fā)、推廣新型的密集烤房供熱設(shè)備，不僅是煙葉烘烤清潔生產(chǎn)及節(jié)能減排的發(fā)展方向，也是煙葉烘烤清潔生產(chǎn)的必然選擇。
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(本文作者：李志民1 羅會龍2 鐘浩1 崔國民3 1.云南師范大學(xué)太陽能研究所 云南昆明 650091；2.昆明理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院 云南昆明 650224；3.云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 云南玉溪 653100)