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(1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128； 2 貴州省煙草科學(xué)研究所，貴陽(yáng) 550081)

2012-06-10

姜 均(1982—)，男，貴州遵義人，碩士研究生，主要從事煙草調(diào)制等研究，Email:nesser555@vip.qq.com。*通信作者，Email: yishuxie@sina.corn。

貴州省煙草公司資助項(xiàng)目(黔科合農(nóng)G字(2009)4012)。

密集烘烤中遠(yuǎn)紅外碳纖維電熱加熱技術(shù)研究進(jìn)展

姜均1,2，謝已書(shū)2*，李國(guó)彬2，盧賢仁2

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128； 2 貴州省煙草科學(xué)研究所，貴陽(yáng) 550081)

概述了烤煙烘烤加熱方式的研究現(xiàn)狀, 介紹了遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù)的特點(diǎn)及工作原理，展望了烤煙烘烤加熱方式的發(fā)展趨勢(shì)。

烤煙；密集烘烤；遠(yuǎn)紅外碳纖維；電熱加熱技術(shù)

烤煙的烘烤調(diào)制是確定煙葉最終質(zhì)量和可用性的一個(gè)重要組成部分。經(jīng)多年的研究，烤煙的烘烤調(diào)制基本已形成了一套完整的技術(shù)體系?？緹熀婵驹O(shè)備已從傳統(tǒng)的自然通風(fēng)烤房發(fā)展到目前全面推廣應(yīng)用的密集烤房[1]。與傳統(tǒng)烤房相比，密集烤房采用強(qiáng)制通風(fēng)熱風(fēng)循環(huán)，并配有溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)，具有提高裝煙容量、減工降本、節(jié)約能源、烤后煙葉質(zhì)量較好等優(yōu)點(diǎn)[2～5]，已在生產(chǎn)中發(fā)揮出重要的作用。然而，目前我國(guó)的煙葉烘烤設(shè)備的加熱方式依然是建立在傳統(tǒng)燃料直接供熱的基礎(chǔ)之上，不但消耗了大量的不可再生能源，而且生產(chǎn)過(guò)程中勞動(dòng)強(qiáng)度大，優(yōu)質(zhì)煙葉烘烤工藝要求的溫濕度不易控制，并且煤燃燒產(chǎn)生大量的二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳等氣體容易對(duì)加熱設(shè)備造成腐蝕，且污染環(huán)境。因此，開(kāi)發(fā)低碳排放、高效利用的清潔環(huán)保加熱技術(shù)成了一個(gè)熱門課題。

1 國(guó)內(nèi)外烤房遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù)研究現(xiàn)狀

紅外輻射一般稱為紅外線或紅外，也叫熱輻射。遠(yuǎn)紅外輻射技術(shù)具有如下特點(diǎn)：1)輻射率高，黑度大，接近黑體黑度。2)具有與多種物質(zhì)吸收紅外線光譜相匹配的輻射能譜的分布。只要輻射器發(fā)射的輻射能全部或大部分集中在物料的吸收峰帶，輻射能就會(huì)大部分被吸收，實(shí)現(xiàn)良好的匹配，達(dá)到節(jié)能的效果。3)由于物料表層和表層以下同時(shí)吸收遠(yuǎn)紅外線，因此加熱較均勻，制品的物理性能較好。4)遠(yuǎn)紅外輻射沒(méi)有熱慣性，在很短時(shí)間內(nèi)可以開(kāi)始工作，也可以在很短時(shí)間內(nèi)就停止工作，易于實(shí)現(xiàn)智能控制。另外，遠(yuǎn)紅外還具有設(shè)備規(guī)模小、投資少、操作維修方便等優(yōu)點(diǎn)。

紅外線光波和輻射技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)療衛(wèi)生等諸多部門和領(lǐng)域[9～22]。美國(guó)早在70年代將遠(yuǎn)紅外技術(shù)應(yīng)用于烤煙的烘烤工藝，改善了煙葉外觀和內(nèi)在質(zhì)量，提高了煙葉的香氣味，節(jié)省了能源[23]。

20世紀(jì)90年代，針對(duì)傳統(tǒng)烘烤加熱方式速度慢，煙葉受熱不均勻，熱效率低等問(wèn)題，我國(guó)煙草行業(yè)利用遠(yuǎn)紅外的光波和輻射能力，先后研制了一系列的遠(yuǎn)紅外烤煙涂料[24～30]。使用遠(yuǎn)紅外涂料烤煙，其各個(gè)烘烤階段溫度均比未涂遠(yuǎn)紅外涂料的烤房低 3～5℃。因此，烤出的煙葉油分、香氣質(zhì)好，香氣量相應(yīng)增加，顏色多呈枯黃色，煙葉的經(jīng)濟(jì)效益得到了提高[31～33]。但是由于涂料使用期只有一年，次年烤煙時(shí)需重新涂刷，所以烤煙烘烤仍然以傳統(tǒng)能源(煤)作燃料。因此，發(fā)展高效、節(jié)能的烤煙烘烤加熱技術(shù)仍是我國(guó)煙草行業(yè)面臨的一個(gè)技術(shù)瓶頸。

2 烤房遠(yuǎn)紅外電熱加熱技術(shù)的應(yīng)用

在煙葉的烘烤調(diào)制中，將烤房原有的加熱設(shè)備去除，保留循環(huán)風(fēng)機(jī)，在加熱室和裝煙室內(nèi)安裝多組遠(yuǎn)紅外線碳纖維電熱管，組成遠(yuǎn)紅外電熱加熱體系，用溫濕度自動(dòng)控制器和電源控制器進(jìn)行控制。遠(yuǎn)紅外碳纖維電熱管通電發(fā)出熱量，由風(fēng)機(jī)將熱量送入烤房裝煙室，從而達(dá)到烘烤的目的。

2.1 遠(yuǎn)紅外碳纖維電熱加熱技術(shù)工作原理

根據(jù)烘烤程序的控制，烤房?jī)?nèi)需要升到某個(gè)溫度段時(shí)，通過(guò)溫濕度自動(dòng)控制器控制的遠(yuǎn)紅外線碳纖維電熱管加熱程序開(kāi)關(guān)自動(dòng)打開(kāi)進(jìn)行加熱；當(dāng)達(dá)到所需溫度時(shí)，通過(guò)溫濕度自動(dòng)控制器控制的遠(yuǎn)紅外線碳纖維電熱管加熱程序開(kāi)關(guān)自動(dòng)關(guān)閉，立即停止加熱。在變黃期只啟用加熱室內(nèi)的遠(yuǎn)紅外線碳纖維電熱管加熱，進(jìn)入排濕階段后同時(shí)啟用裝煙室和熱風(fēng)循環(huán)道內(nèi)的遠(yuǎn)紅外線碳纖維電熱管加熱。該技術(shù)適用于氣流上升式密集烤房和氣流下降式密集烤房，其差異為裝煙室遠(yuǎn)紅外線碳纖維電熱管安裝的位置不同。氣流上升式密集烤房遠(yuǎn)紅外線碳纖維電熱管安裝在裝煙室四周的墻腳，氣流下降式密集烤房遠(yuǎn)紅外線碳纖維電熱管安裝在裝煙室四周頂部。

2.2 遠(yuǎn)紅外碳纖維電熱管在烤煙中的應(yīng)用

遠(yuǎn)紅外碳纖維電熱管主要有以下優(yōu)點(diǎn)：1)升溫速度快；2)遠(yuǎn)紅外輻射效果好，具有顯著的保健功能[34，35]；3)使用壽命長(zhǎng)，其壽命(連續(xù)工作)≥6 000 h以上；4)有極高的熱穩(wěn)定性；

當(dāng)遠(yuǎn)紅外線輻射到煙葉后，一部分能量被煙葉吸收產(chǎn)生熱能，一部分穿透煙葉而輻射到其他煙葉。因此利用遠(yuǎn)紅外線烤煙傳熱速度快，溫度均勻，保溫性能好，具有縮短烘烤時(shí)間，節(jié)約燃料的優(yōu)點(diǎn)。在煙葉變黃期和定型期，遠(yuǎn)紅外線能增強(qiáng)煙葉酶類活性，葉綠素活性酶提高，從而促進(jìn)葉綠素的分解，使煙葉實(shí)現(xiàn)光學(xué)催黃，可大幅度減少青煙的產(chǎn)生，而且能有效防止煙葉的棕色化反應(yīng)。煙葉的油份和香氣保存較好，提高了煙葉的烘烤質(zhì)量。再加上溫濕度、時(shí)間由自控儀自動(dòng)控制，這樣即省時(shí)、省力、省心，又能提高烘烤質(zhì)量。整個(gè)烘烤過(guò)程不用燒煤，達(dá)到了節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境、省工降本的目的，促進(jìn)了烤煙生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

2010年，貴州省煙草科學(xué)研究所應(yīng)用遠(yuǎn)紅外碳纖維電熱加熱技術(shù)在烤煙密集烘烤中進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明該技術(shù)完全能夠滿足烤煙密集烘烤，且具有顯著的省工和烘烤溫濕度精準(zhǔn)控制的效果。

2.2.1 不同加熱方式烘烤過(guò)程溫濕度控制的有效性

由表1、2、3的結(jié)果可見(jiàn)，以煤炭作燃料加熱烘烤，干球溫度，在變黃階段和定色階段，實(shí)測(cè)溫度與目標(biāo)溫度的偏差值為0.8～2.1℃，干筋階段實(shí)測(cè)溫度與目標(biāo)溫度偏差相對(duì)較小0～0.8℃；濕球溫度，變黃階段和定色階段，實(shí)測(cè)溫度與目標(biāo)溫度的偏差值為0.2～0.9℃，干筋階段實(shí)測(cè)溫度與目標(biāo)溫度相對(duì)較小0.1～0.3℃。

采用遠(yuǎn)紅外碳纖維電熱加熱烘烤：干球溫度，在變黃階段，實(shí)測(cè)溫度與目標(biāo)溫度的偏差值為0～0.6℃；定色階段，實(shí)測(cè)溫度與目標(biāo)溫度的偏差值為0～0.3℃；干筋階段實(shí)測(cè)溫度偏差較小，為0～0.2℃，控制精度比較準(zhǔn)確。濕球溫度，在變黃階段和定色階段，實(shí)測(cè)溫度與目標(biāo)溫度的偏差值為0～0.2℃，干筋階段實(shí)測(cè)濕球溫度與目標(biāo)溫度一樣沒(méi)有偏差，控制精度準(zhǔn)確。

表1 不同加熱方式烘烤變黃階段的溫濕度狀態(tài)(控制偏差)

表2 不同加熱方式烘烤定色階段的溫濕度狀態(tài)

表 3 不同加熱方式烘烤干筋階段的溫濕度狀態(tài)(控制偏差)

2.2.2 不同加熱方式烘烤的成本比較

由表4可見(jiàn)，相同烤房采用不同加熱方式烘烤對(duì)比，超導(dǎo)熱管電熱加熱和遠(yuǎn)紅外碳纖維電熱加熱烘烤煙葉的耗電成本是高于以煤炭加熱的成本的，但由于無(wú)烘烤操作用工，因而運(yùn)行成本明顯低于煤炭加熱烘烤，降低了煙葉烘烤的勞動(dòng)強(qiáng)度。

表4 不同加熱方式烘烤的成本比較

*注：當(dāng)?shù)仉妰r(jià)0.5元/度、煤價(jià)1 200元/噸(無(wú)煙煤)。表中超導(dǎo)熱管電熱加熱和遠(yuǎn)紅外碳纖維電熱加熱耗電量包括循環(huán)風(fēng)機(jī)不間斷的耗電量(2.2kW)。用工成本60元/工。

3 結(jié)語(yǔ)

煙葉的烘烤調(diào)制過(guò)程需要消耗大量的熱能，以煤碳為加熱能源的密集烤房熱量利用率低，能耗高，通常每千克干煙葉的耗煤量為1.5～2.5 kg，熱能利用率僅為15%～20%[36，37]，并且產(chǎn)生大量的廢氣，對(duì)環(huán)境的污染比較嚴(yán)重。遠(yuǎn)紅外碳纖維電熱加熱烘烤煙葉所需能源是電能，隨著我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，電力資源已越來(lái)越充裕，這項(xiàng)煙葉烘烤調(diào)制的技術(shù)革新和推廣將能給國(guó)家和煙農(nóng)帶來(lái)巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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S572.092

A

1001-5280(2012)07-0167-04

10.3969/j.issn.1001-5280.2012.07.48

責(zé)任編輯：黃燕妮