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烟叶密集烤房的研究应用进展与改进设计

范文

段绍米罗会龙刘海鹏

摘要：对目前国内外密集烤房的研究进展进行了综述，接着从密集烤房供热系统及散热材料、装烟方式及经济效益、温湿度建模及控制等不同方面的研究进行了总结。针对目前使用的密集烤房采用开放式排湿方式，造成烟叶香气成分的流失和大量排湿气流余热的损失问题，设计了一种采用全闭式热风循环的密集烤房。该设计提高了烟叶烘烤质量且避免了密集烤房排湿气流余热的损失。

关键词：烟叶;密集烤房;研究进展;全闭式热风循环;除湿设备

中图分类号： TS43 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2019）01-0202-05

烘烤决定烟叶品质和可用性;先进的烘烤设备，是准确实现科学的烘烤工艺、提高烟叶品质、降低劳动强度和生产成本的基础。烤房是烟叶烘烤的专用设备，随着生产力的发展，烤房也在不断地更新换代，自烤烟生产以来，经历了明火烤房、自然通风式普通烤房、热风循环烤房、普改密烤房、密集烤房等形式。然而，目前的密集烤房也存在着许多不足，笔者在总结目前国内外密集烤房研究进展的基础上，设计了一种采用全闭式热风循环的密集烤房。

1 烟叶密集型烤房的国内外研究及应用进展

1.1 国外研究及应用进展

密集烤房的研究始于20世纪50年代中期，美国北卡罗莱纳州立大学以减少烟叶烘烤人工投入、提高烤烟质量为目的，进行了密集烘烤（bulk-curing）試验研究，引发了一场烟叶烘烤技术革命。1960年，Johnson发表了“烟叶密集供烤”的实验报告，引起了世界各国烟草界的重视[1]。1963年，Long出于釆收、编烟和装烟用工多的考虑，研制了鲜烟叶田间采收机械以及烟叶夹持设备[2]。1966年，Wilson研制出适宜于密集烤房的烟夹，解决节省编烟装坑等环节用工的问题[3]。同年，Hassler研制出适于2层装烟的密集烤房梳式烟夹并提出了适于该设备的密集供烤工艺，极大减少了编烟装坑环节的用工量，使烤房的制造成本得到大幅降低[4]。1972年，Wilsion对密集供烤的送风装置进行了改进，不仅使烟叶物质充分转化，还有效防止了烟叶香气物质在干筋期散失过多[5]。1974年，Taylor等对烟夹进行了改进，使烟夹不但具备将烟叶从烟田运输到烤房的功能，而且使烟叶装卸更加方便[6]。同年，Long研制出一种田间成熟鲜烟叶采收机械并配备相应的大箱式装烟设备[7]。1976年，鲍威尔（Powell）公司成功研制了大箱式堆积供烤成套设备，实现了机械化和自动化[8]。同年，Azumano研制出一种温湿度自动控制系统用于密集烘烤，使密集烘烤的自动化水平提升到一个新台阶[9]。1977年，Edwards等改进了大箱式装烟的固定方式，避免了烟叶在烘烤过程中倒伏、干燥不均匀等现象[10]。同年，Griffin等先后对装烟设备进行了改造，使装烟更简便快捷[11]。1978年，Fowler研制出一种废气循环利用和太阳能预热空气装置，有效减少了烘烤耗能[12]。1979年，Wilson制造出一种便于组合的密集烤房[13]。

实践证明，密集型烤房具有装烟多、效率高、易操作、省工、省时等优势，普通烤房无法比拟，其经济效益尤为显著，代表了现代烟草农业发展的方向。

1.2 国内研究及应用进展

我国最早是在20世纪60年代开始进行密集烤房研究。1963年，河南省烟草甜菜工业科学研究所进行了密集烤房试验研究，并于1973—1974年设计出了第1代以煤为燃料、土木结构的密集烤房。20世纪60年代中期，密集型烤房普遍采用地面安装进风管，顶部设置回风管的结构形式，燃料采用石油和天然气。循环风机设在烤房外面的循环风管中，热源在风机下面，在循环风机的牵引下实现热风循环[14]。90年代初期，河南、云南等省分别从国外引进了多种密集烤房。进入21世纪后，随着烤烟规模化生产的发展，密集烤房的研究又一次形成热潮。2003年，安徽省成功研制出了使用悬浮式蜂窝煤炉的密集烤房，成为我国烟叶烘烤设备发展史上的一次革命。2004年，贵州省遵义市又成功地引进和研究了散叶烤房。随后，河南农业大学成功地研究开发出了高效电热式温湿度自控密集烤房，到2004年底，全国共建造和应用的密集烤房达到1.4万多座。

2003—2005年，是我国密集型烤房成功发展关键性阶段。安徽省研制和推广了AH系列烤烟密集型烤房。云南省推出了QJ-I型、QJ-II型和QJ-III型密集型烤房。湖南省研制成了长浏2号烤烟密集型烤房。贵州省依次推出了 GZ-1型烤烟散叶堆积烤房及GZSM-06-02型气流下降式和GZSM-06-03型气流上升式2种定型散叶密集型烤房。2005年，我国主要烟区进行了密集型烤房的试验、示范，并获得初步成功。2007年，李晓燕等研制了热风循环烤房[15];2008年，蒋笃忠等结合密集烤房的烘烤原理及我国烤房与烟叶生产现状进行了改造，这些成果对由普通烤房向密集烤房过渡发挥了承上启下的重要作用[16]。

我国在不断加强烟叶生产基础设施建设的同时，全面推进烟叶生产的规模化、集约化、专业化和信息化，密集烤房也得到极大的发展，具体研究进展见表1。

2 烟叶密集烤房专项研究

目前，密集烤房在供热系统和散热材料、装烟方式和经济效益、温湿度控制等多方面已经取得重大突破和创新，并在一些地区得到推广[25]。

2.1 供热系统和散热材料研究

具体供热系统和散热材料方面的研究成果见表2。

2.2 装烟方式和经济效益

具体装烟方式和经济效益方面的研究成果见表3。

2.3 温湿度、建模及控制

具体温湿度及控制方面的研究成果见表4。

3 烟叶密集型烤房的比较与改进

尽管密集烤房在许多方面已经取得重大突破和创新，并在一些地区得到推广，但目前密集烤房仍然有许多的不足，例如节能环保、温湿度精准控制、烟叶香气保留等，还有许多方面有待改进。本研究根据密集烤房的原理及结构，针对其节能环保及烟叶香气保留方面设计了一种采用全闭式热风循环的密集烤房。

3.1 传统烟叶密集型烤房的原理和结构

（1）密集烤房基本结构和形式。密集烤房分为加热室和装烟室2个部分，由隔墙隔开，因为装烟室内气流方向不同分为气流上升（图1-a）和气流下降2种形式（图1-b）。气流上升式密集烤房的装烟室内空气在风机作用下由下向上运动，而加热室空气运动方向是由上向下。气流下降式密集烤房的装烟室内空气由上向下运动，加热室空气运动方向是由下向上。（2）密集烘烤的原理。装烟后点燃燃烧器，加热热交换器，利用风机把热风强制通过装烟室下面的多孔板，热风均匀地被压入密集隔热的装烟室内，通过烟叶层，加热烟叶带走水分，向上流动。湿热气流一部分从排气口排出，大部分与进气口的新鲜空气混合，再被热交换器加热，送入装烟室。如此使热气流通道和烟叶间循环，带走烟叶排出的水分，直到烟叶被烤干为止[69]。

3.2 烟叶密集型烤房的改进

目前使用的密集烤房采用开放式排湿方式，在烟叶烘烤的排湿阶段，大量排湿气流直接排向室外。云南省烟草农业科学研究院崔国民等的研究结果表明，这些排湿气流中携带有大量的烟叶香气成分及其他十余种有益于提高烟叶烘烤品质的气体成分[70]。因而，目前使用的密集烤房烤后的烟叶容易出现颜色浅淡、光滑等现象，致使油分、香气量等降低等，影响烟叶质量。此外，在烘烤耗能方面，目前使用的密集烤房采用開放式排湿方式，不仅造成大量的烟叶香气成分的流失，同时也导致大量排湿气流余热的损失。因此，现阶段的密集烤房的能量利用率普遍较低，使得烟叶烘烤的能耗居高不下，1 kg 干烟叶的耗煤量为1.5～2.0 kg。因此，针对以上问题，设计了一种采用全闭式热风循环的密集烤房，不仅可提高烟叶烘烤质量，而且可避免密集烤房排湿气流余热的损失。全闭式热风循环密集烤房见图1-c。

图2为全闭式热风循环密集烤房，由装烟室、加热室、热风送风口、烤房热风循环风机、燃煤热风炉、热风回风口、温度传感器、湿度传感器、控制器组成;在全闭式热风循环密集烤房中增设间壁式风冷除湿器、除湿气流出风管、新风出风管、除湿气流风机、新风进风管、排水管、新风风机、新风风机进风口接头、新风风机出风口接头、除湿气流风机进风口接头、除湿气流风机出风口接头;同时并取消排湿口。间壁式风冷除湿器由保温壳体、除湿气流出口、间壁式换热组件、新风入口、支架、水封、排水口、冷凝水集水盘、新风出口、除湿气流入口构成;间壁式风冷除湿器为全自动控制的间壁式风冷除湿器，间壁式风冷除湿器结构连接示意见图3。在全闭式热风循环密集烤房中增设间壁式风冷除湿器、除湿气流出风管、新风出风管、除湿气流风机、新风进风管、排水管、新风风机;同时并取消排湿口。

全闭式热风循环密集烤房工作原理：需要排湿时，其中一部分从装烟室下部的热风回风口返回的热湿气流，在除湿气流风机的牵引下从除湿气流出口进入并流经间壁式风冷除湿器;室外新风在新风风机的牵引下从新风进风管进入并流经间壁式风冷除湿器;在间壁式风冷除湿器的间壁式换热组件内，热湿气流经过来自室外的新风冷却后形成冷凝水，冷凝水通过冷凝水集水盘收集后由排水管排至室外;被除湿后的热湿气流进入加热室2，经燃煤热风炉5加热后再次进入装烟室1，以减少常规密集烤房排湿气流余热损失及烟叶香气成分等有益成分损失。

此设计将烟叶烘烤过程中挥发出的烟叶香气成分及其他有益于提高烟叶烘烤品质的气体成分固定在密集烤房内，从而提高烟叶烘烤质量;并避免现行密集烤房排湿气流余热的损失，以实现烟叶烘烤的节能减排。此密集烤房的设计改进已经实现，已做出大量试验数据，将会在今后的相关论文中发表。

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