吳航 王政委 秦霞

(1.陜西漢中職業(yè)技術(shù)學(xué)院 723000；2.南鄭縣蠶茶果技術(shù)推廣中心 723100)

漢中茶葉殺青機(jī)能源利用現(xiàn)狀及改進(jìn)措施

吳航1王政委2秦霞2

(1.陜西漢中職業(yè)技術(shù)學(xué)院 723000；2.南鄭縣蠶茶果技術(shù)推廣中心 723100)

茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展越快，在生產(chǎn)過(guò)程中所消耗的能源也越多，傳統(tǒng)制茶過(guò)程中殺青需要大量木柴、煤炭等能源。在能源緊缺、生態(tài)環(huán)境日益惡化的今天，高效利用現(xiàn)有能源，加大清潔新能源開(kāi)發(fā)利用，傳統(tǒng)動(dòng)能轉(zhuǎn)型升級(jí)勢(shì)在必行。闡述了漢中地區(qū)制茶能源的利用現(xiàn)狀，并提出了相關(guān)建議。

漢中；茶葉；能源

漢中屬我國(guó)茶區(qū)最北緣，具有與茶葉內(nèi)質(zhì)正相關(guān)的緯度高、海拔高、云霧幾率高的先天優(yōu)勢(shì)，自古產(chǎn)茶，以綠茶生產(chǎn)為主，紅茶、白茶、黑茶皆有生產(chǎn)。漢中是陜西，乃至整個(gè)西北最大的茶葉生產(chǎn)基地，2015年全市茶園面積達(dá)7.1萬(wàn)hm2，其中投產(chǎn)茶園4.5萬(wàn)hm2，無(wú)性系良種茶園2.6萬(wàn)hm2。全市加工企業(yè)917家，其中省級(jí)龍頭企業(yè)11家，市級(jí)龍頭企業(yè)29家，建有清潔連續(xù)化生產(chǎn)企業(yè)33家，生產(chǎn)線68條。

1 漢中殺青機(jī)能源利用現(xiàn)狀

1.1 殺青機(jī)大多以木柴、煤炭作為燃料

據(jù)統(tǒng)計(jì)，漢中茶葉加工企業(yè)有917家，建有清潔連續(xù)化生產(chǎn)企業(yè)33家，占總數(shù)3.6%。許多小型茶葉加工企業(yè)主要分布在山區(qū)，這些地方往往地勢(shì)偏僻，交通不便，茶葉生產(chǎn)過(guò)程中，能源利用最初是選用木柴，以綠茶生產(chǎn)為例，消耗木柴量最大的是殺青環(huán)節(jié)。據(jù)湖北十堰市竹山縣張永波試驗(yàn)，每消耗15kg木柴生產(chǎn)1kg干茶，投入與產(chǎn)出比例達(dá)6.6%，消耗量很大[1]。隨著加工技術(shù)不斷發(fā)展，能源開(kāi)發(fā)利用，煤炭能源又被廣泛應(yīng)用到茶葉生產(chǎn)的過(guò)程中。據(jù)試驗(yàn)，加工1kg干茶需消耗2kg煤炭，大大提高了能源利用率，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。

但是從現(xiàn)在能源利用角度來(lái)看，第一，木柴、煤炭燃燒利用率低，嚴(yán)重破環(huán)生態(tài)環(huán)境。第二，殺青時(shí)使用木柴、煤炭作為燃料，易對(duì)茶葉品質(zhì)帶來(lái)不良影響。第三，茶業(yè)為綠色朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，使用木柴、煤炭作為燃料，污染大，與初衷背道而馳。由此可見(jiàn)，新能源利用勢(shì)在必行。

1.2 電能成為新型殺青機(jī)的首選能源

電能是一種應(yīng)用最廣泛、使用最方便、最清潔的能源。隨著茶葉殺青機(jī)的不斷更新，電能已被廣泛使用。例如陜西綠嬌子農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司采用電能進(jìn)行漢中仙毫的殺青處理，每加工1kg干茶，消耗6度電。電能在茶葉生產(chǎn)上的應(yīng)用，很大地提高了殺青葉的品質(zhì)和茶葉的產(chǎn)量，很好地應(yīng)對(duì)了當(dāng)前人工短缺和生產(chǎn)過(guò)程中污染大等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了茶葉生產(chǎn)規(guī)模化和清潔化生產(chǎn)。

1.3 液化氣、天然氣新能源的應(yīng)用

茶葉清潔化生產(chǎn)是未來(lái)茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，液化氣和天然氣具有燃燒完全、運(yùn)輸方便、溫度穩(wěn)定以及能滿足長(zhǎng)時(shí)間加工作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，是茶葉生產(chǎn)過(guò)程中的熱門能源。

例如，陜西綠嬌子農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司近年引進(jìn)的炒青生產(chǎn)線就是采用液化氣為能源，生產(chǎn)1kg干茶，只需消耗0.5kg液化氣。但是在使用液化氣的過(guò)程中需要有安全設(shè)施的投入，費(fèi)用較燃煤高，一些茶企難以承擔(dān)。

2 能源利用存在問(wèn)題

2.1 能源浪費(fèi)率高

全市茶葉加工企業(yè)917家，其中96.4%的茶企仍然在使用煤炭作為制茶能源。在殺青的實(shí)際操作過(guò)程中存在煤炭燃燒不充分、熱效率低的問(wèn)題，未完全燃燒的煤炭隨爐灰排放掉，無(wú)形中增加了煤炭使用量，從而增加加工成本。

2.2 污染嚴(yán)重

制茶基本能源為煤炭，傳統(tǒng)茶葉殺青機(jī)并無(wú)燃煤廢氣脫硫除塵裝置，所產(chǎn)生的二氧化硫、灰塵、氮氧化物等有害物質(zhì)完全排放到大氣中，污染嚴(yán)重;其次，傳統(tǒng)殺青機(jī)械設(shè)備集中在一個(gè)車間，老化的或排煙不暢的機(jī)械易將煙塵帶進(jìn)加工車間，直接污染茶葉，嚴(yán)重影響茶葉品質(zhì)。

2.3 新能源利用成本高

據(jù)試驗(yàn)，生產(chǎn)1kg干茶消耗2kg燃煤，燃煤時(shí)價(jià)按400元/t計(jì)算，則需燃料費(fèi)用0.8元；生產(chǎn)1kg干茶消耗0.5kg液化氣，液化氣時(shí)價(jià)按10元/kg計(jì)算，燃料費(fèi)用4元;生產(chǎn)1kg干茶消耗7度電，電價(jià)按0.9元/度計(jì)算，電費(fèi)6.3元。由此可見(jiàn)，使用煤炭成本低，清潔化能源成本高，推廣比較困難。

3 改進(jìn)措施

由于推廣新能源所面臨的現(xiàn)實(shí)難度，除了需要相關(guān)部門加大宣傳，采取切實(shí)可行的幫扶措施鼓勵(lì)和支持茶企積極引入清潔化生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)外，怎樣能夠?qū)ΜF(xiàn)正投入使用的茶葉殺青機(jī)進(jìn)行改造，以降低污染，提高熱效率就成了迫在眉睫的事情。

3.1 改造爐灶結(jié)構(gòu)

王世斌[2]以80型殺青機(jī)為對(duì)象，將兩個(gè)爐灶結(jié)構(gòu)相同但燃燒室不同的殺青爐灶進(jìn)行測(cè)試。研究指出爐柵大小、長(zhǎng)寬比、爐條數(shù)、條間隙、爐膛深寬、吊火高度及爐門規(guī)格等都與煤是否完全燃燒有著很大關(guān)系，燃燒室結(jié)構(gòu)與燃料的充分燃燒、熱能的利用率關(guān)系密切。合理的燃燒室結(jié)構(gòu)既能節(jié)約能源，又能保證殺青所要求的溫度。

圓爐膛比方爐膛的傳熱效果更均勻，可有效減小爐壁表面積，以達(dá)到降低散熱損失的效果。[3]可借鑒黃漢云[4]對(duì)于一般大型爐灶構(gòu)造的技術(shù)，將爐柵以一定角度傾斜，使?fàn)t柵的垂直切面呈倒梯形，由此增大了燃料接觸氧氣的面積。同時(shí)加設(shè)二次通風(fēng)口，使可燃?xì)怏w在灶膛內(nèi)充分燃燒，增加可燃物的燃燒時(shí)間，提高熱效率。

3.2 燃料的處理與選擇

鑒于我國(guó)大部分的茶葉加工生產(chǎn)過(guò)程中的燃料還是以煤為主，煤不能最大限度地完全燃燒便成了制約殺青機(jī)熱功效的因素之一。

煤是極復(fù)雜的有機(jī)巖，除了不燃的無(wú)機(jī)部分，比如水分和礦物質(zhì)，還含有可燃的有機(jī)部分，比如固定碳。煤的發(fā)熱量與其中水分、灰分含量成反比。選擇合適的煤直接關(guān)系到能源成本和殺青溫度。

以燃燒煤為熱源的殺青機(jī)最常見(jiàn)的熱損耗即是固體不完全燃燒熱損，且所占比重較大，這就同燃煤的顆粒大小相關(guān)。對(duì)于一般殺青機(jī)而言，空氣都是從爐灶下端通過(guò)爐條間隙進(jìn)入?yún)⑴c燃燒。若燃煤粒徑過(guò)大，燃燒產(chǎn)生的灰殼附在煤球表面阻隔了燃質(zhì)與氧氣有效接觸；若燃煤的粒徑過(guò)小，盡管煤表面積變大，利于快速充分燃燒，但在燃燒室的時(shí)間變短，來(lái)不及完全燃盡，便落入儲(chǔ)灰室。故而，為節(jié)約燃料制備系統(tǒng)的能耗，高灰燃料宜用細(xì)小顆粒尺寸；低灰燃料，粒徑可適當(dāng)選取的大一些。[5]

此外，適當(dāng)?shù)臐穸葘?duì)燃煤的粒度[6]和燃煤產(chǎn)生熱量的提高有影響。因?yàn)楹线m的濕度，首先可使碎煤抱團(tuán)增加燃煤粒度，降低爐渣碳含量，減少機(jī)械不完全燃燒損失；其次可降低飛灰損失，減少飛灰含碳量；最后，高溫下，水可與碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一氧化碳和氫氣，兩種燃?xì)饪衫^續(xù)燃燒產(chǎn)熱。

使用天然氣為熱源的殺青機(jī)，為使燃?xì)獬浞秩紵诟脑烊紵鞯慕Y(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)注意使燃?xì)庀扰c空氣充分混合，然后再被點(diǎn)燃。

3.3 隔熱保溫

通過(guò)殺青機(jī)外壁散失也是熱量損耗的一種方式，對(duì)殺青機(jī)外壁進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋卮胧7]，也可有效節(jié)約熱能。吳衛(wèi)國(guó)、謝昌瑜[8]為了進(jìn)一步提高茶葉電熱滾筒殺青機(jī)的熱功效，在緊貼電熱管的外環(huán)層增設(shè)由石棉及其它高分子材料組成的保溫層，把電熱管全封閉在內(nèi)。為加強(qiáng)爐壁的絕熱，黃漢云[7]用含50%耐火細(xì)粉、43%硅溶膠、3.5%短纖維和3%水制成的高溫粘結(jié)劑將兩層厚為20mm/層的陶瓷纖維氈粘在耐火磚外圍，再填充上價(jià)廉、導(dǎo)熱系數(shù)比較小、厚約50mm的膨脹珍珠巖，從而大大降低爐壁熱量散失。

通過(guò)使用保溫隔熱涂料也可以達(dá)到節(jié)能的目的。在我國(guó)，高溫遠(yuǎn)紅外涂料是現(xiàn)已在油田被較廣泛推廣使用的節(jié)能產(chǎn)品[9]。該涂料含有強(qiáng)輻射材料，在高溫環(huán)境下，可輻射出遠(yuǎn)紅外波，提高被加熱介質(zhì)的吸熱效率。將其涂于爐內(nèi)耐火材料內(nèi)壁之上，可增大爐體黑度，大幅增強(qiáng)吸熱能力。在100～1 800℃內(nèi)，其輻射熱能遵循斯蒂芬-玻爾茲曼定律：隨著爐膛內(nèi)壁溫度的升高，爐膛內(nèi)壁的熱輻射能力就以溫度的四次方倍數(shù)躍增，極大提高輻射傳熱強(qiáng)度，促使燃料更加充分燃燒，過(guò)?？諝庀禂?shù)也被相對(duì)減少，從而達(dá)到節(jié)能目的。

3.4 余熱回收利用

在殺青過(guò)程中隨煙塵的排出也會(huì)損失一部分的熱量，若這些熱量被回收利用，就能節(jié)約不少的能源。浙江泰順縣山樣坪茶場(chǎng)設(shè)計(jì)的滾筒殺青和烘二青兩灶聯(lián)用結(jié)構(gòu)，將殺青浪費(fèi)的高位熱能用于烘二青，既達(dá)到充分燃燒燃料的目的，又很好地利用了熱能，熱效率達(dá)到49%。[10]倪德江等[11]研制的進(jìn)風(fēng)式滾筒連續(xù)殺青，于傳統(tǒng)滾筒連續(xù)殺青機(jī)的基礎(chǔ)上，在進(jìn)葉口添置了熱進(jìn)風(fēng)管，利用熱風(fēng)帶走殺青葉產(chǎn)生的熱蒸汽，殺青結(jié)束時(shí)利用熱空氣迅速吹走筒內(nèi)茶葉，避免了焦茶現(xiàn)象發(fā)生。這套殺青機(jī)，就是在保溫層鋪設(shè)管道，利用余熱來(lái)加熱空氣，再由風(fēng)機(jī)送入滾筒。

3.5 新技術(shù)、清潔能源的利用

在改進(jìn)殺青機(jī)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，用新的清潔能源代替木柴、煤炭，科學(xué)合理地使用能源，提高能源利用率。吳衛(wèi)國(guó)[8]介紹了一種利用電熱管供熱的滾筒殺青機(jī)，實(shí)現(xiàn)了清潔化能源供熱生產(chǎn)，其供熱裝置處封閉狀態(tài)，設(shè)有保溫層，熱效率可達(dá)35%以上，能耗低于傳統(tǒng)殺青機(jī)的40%以上。宋志禹[12]改進(jìn)了傳統(tǒng)的加熱方式，采用加熱圈與滾筒同步旋轉(zhuǎn)的面接觸熱傳導(dǎo)方式加熱，同時(shí)為進(jìn)一步降低熱能損失，在滾筒外側(cè)輔以石棉層隔熱，由自動(dòng)化系統(tǒng)調(diào)節(jié)殺青環(huán)境的溫濕度，降低了能耗，提高了殺青質(zhì)量，適用于茶葉連續(xù)化、清潔化加工。邱望標(biāo)[13]通過(guò)PID溫控系統(tǒng)控制煤爐加熱殺青，不僅有效節(jié)約了能源成本，還提高了綠茶的加工質(zhì)量。

在設(shè)備更新方面還應(yīng)注意引進(jìn)新的技術(shù)，比如熱泵和熱管[14]。熱泵技術(shù)是根據(jù)熱力學(xué)中制冷原理，消耗少部分機(jī)械能或電能這樣的高質(zhì)能對(duì)熱泵做功(W)，使熱量Q1從低溫(T1)熱庫(kù)被泵到高溫(T2)熱庫(kù)，在理想情況下，高溫?zé)釒?kù)就獲得熱量Q2=Q1+W>W。除上述“物理熱泵”外，還可利用“化學(xué)熱泵”，其工作原理是利用某些化學(xué)物質(zhì)的可逆反應(yīng)存在吸放熱性質(zhì)，它能利用太陽(yáng)能、工業(yè)余熱等，在循環(huán)中同時(shí)提供冷、熱空氣。而熱管是一種效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)的傳熱元件。在兩端封閉的圓柱殼內(nèi)壁，襯一層多微孔的吸液“管芯”。管內(nèi)一端受熱另一端被冷卻時(shí)，工質(zhì)在受熱端吸熱氣化，流向另一端就放熱凝結(jié)，凝結(jié)的液態(tài)工質(zhì)借毛細(xì)作用沿管芯又滲回受熱端，如此循環(huán)傳熱。熱管廣泛用于電子工業(yè)、工業(yè)熱回收中。

3.6 其他注意方面

經(jīng)常檢查維護(hù)爐體，確保爐體的完整密封。爐體內(nèi)部有漏洞，就會(huì)鉆入冷風(fēng)，影響爐膛燃燒溫度。提高司爐工的燒火技巧，加煤要做到“少量多次，勤加薄加”，使?fàn)t膛內(nèi)的火焰既旺又燃燒充分。

4 小結(jié)

在當(dāng)前大力推行節(jié)約、環(huán)保的生產(chǎn)方式下，要讓節(jié)約資源、提高效益的理念深入各茶廠茶企的生產(chǎn)、建設(shè)等領(lǐng)域，以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和社會(huì)發(fā)展，切實(shí)保護(hù)、合理利用資源，提高資源利用率。就茶葉生產(chǎn)加工而言，就是要在茶葉生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，合理利用能源，提高能源利用率，大力發(fā)展或引進(jìn)節(jié)能技術(shù)，不斷完善茶機(jī)性能，改善綜合配套措施，在全市廣泛推行清潔化生產(chǎn)，保障茶葉生產(chǎn)中節(jié)能理念的不斷深入。因此，茶廠能源特別是熱能的節(jié)約，不僅具有重大的經(jīng)濟(jì)效益，而且具有重大的社會(huì)效益。

[1]張永波.以“煤”代“柴”加工茶葉,促進(jìn)山區(qū)和諧發(fā)展[J].蠶桑茶葉通訊，2007(3):37.

[2]王世斌.淺析殺青爐灶的燃燒室結(jié)構(gòu)[J].茶葉通報(bào),1995(3):61～62.

[3]王連勇,蔡九菊.火焰爐節(jié)能技術(shù)分析[J].工業(yè)加熱,2006,35(3):1～3.

[4]黃漢云.大型省能爐灶的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].節(jié)能技術(shù),2002,20(3):29,32.

[5]郭亮.入爐煤粒徑對(duì)鍋爐燃燒的影響[J].水利電力機(jī)械,2007,9(9):13～15.

[6]肖洪慶,袁文武.淺談燃煤粒度對(duì)鍋爐熱效率的影響[J].化工進(jìn)展,2009(1): 13～15.

[7]曹正芳.干燥過(guò)程的節(jié)能途徑[J].節(jié)能技術(shù)，2000,18(1):21～22

[8]吳衛(wèi)國(guó),謝昌瑜.茶葉電熱滾筒殺青機(jī)的研究[J].中國(guó)茶葉加工，2009(1):30～31

[9]馬景樹.稠油熱采注汽鍋爐遠(yuǎn)紅外隔熱涂料噴涂技術(shù)應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2011(8):29～30.

[10]曾民秀.滾筒殺青機(jī)與烘干機(jī)聯(lián)用灶的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)茶葉，1992(1):28～29.

[11]倪德江,陳玉瓊,周繼榮，等.進(jìn)風(fēng)式滾筒連續(xù)殺青機(jī)的研究[J].中國(guó)茶葉，2007,29(3):30.

[12]宋志禹,李尚慶.節(jié)能型自動(dòng)化控制茶葉滾筒殺青機(jī)的介紹[J].茶業(yè)通報(bào), 2010，32(3):137～140.

[13]邱望標(biāo),李超,陳亞,等.PID 控制煤爐加熱式殺青機(jī)的溫控系統(tǒng)研究[J].糧油加工, 2009(9):169～171.

[14]李家炯.論節(jié)能生產(chǎn)與節(jié)能新技術(shù)[J].地質(zhì)勘探安全,2001(1):30,33～34.