吳恩彪　傅林　蔡衛(wèi)偉　陳詩瑤　林永華　陳龔　許梁

摘 要：煙葉烘烤過程中，裝煙室大量的高溫濕氣隨氣流交換被排放到密集烤房之外，造成熱量的大量流失?；诳諝庠礋岜脽崃哭D(zhuǎn)運(yùn)的特點(diǎn)，在原有生物質(zhì)燃料供熱設(shè)備的基礎(chǔ)上，添加一套空氣源熱泵余熱回收裝置，在煙葉烘烤原有生物質(zhì)燃料供熱方式下進(jìn)行輔助供熱。結(jié)果表明：雙制式烤煙供熱系統(tǒng)烘烤下部葉干煙成本降低18.1%;烘烤中部葉干煙成本降低22.9%;烘烤上部葉干煙成本降低19%，節(jié)能效果明顯。本設(shè)備每年使用成本為500元，每年可節(jié)約烘烤成本1 470元。該系統(tǒng)在不改變?cè)泻婵竟に嚨幕A(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了烤房余熱回收，對(duì)于多途徑豐富烤煙供熱的方式具有參考意義。

關(guān)鍵詞：密集烤房;供熱方式;空氣源熱泵;余熱回收;輔助供熱

中圖分類號(hào)：S 572 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：0253-2301（2021）10-0039-04

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2021.10.008

Effect of Waste Heat Recovery Device of Air Source Heat Pump onthe Energy Consumption of Tobacco Leaf Curing

WU En-Biao， FU Lin， CAI Wei-wei， CHEN Shi-yao， LIN Yong-hua， CHEN Gong， XU Liang

（Yongding Branch of Longyan Tobacco Company， Longyan， Fujian 364100， China）

Abstract： In the process of tobacco leaf curing， a large amount of high temperature moisture in the tobacco leaf loading chamber was discharged out of the bulk curing barn with the exchange of airflow， resulting in a large amount of heat loss. Based on the characteristics of heat transfer with the air source heat pump， a set of waste heat recovery device of air source heat pump was added on the basis of the original biomass fuel heating equipment， and then the auxiliary heating was carried out under the heating mode of curing the original biomass fuel with tobacco leaves. The results showed that by using the double-system flue-cured tobacco heating supply system， the cost of curing the lower leaf dry tobacco was reduced by 18.1%， and the cost of curing the middle leaf dry tobacco was reduced by 22.9%， while the cost of curing the upper leaf dry tobacco was reduced by 19%， showing obvious energy-saving effect. The usage cost of this equipment was 500 yuan per year， and the cost of curing could be saved 1 470 yuan per year. The system realized the waste heat recovery of the curing barn without changing the original curing technology， which had reference significance to enrich the heat supply of flue-cured tobacco in multiple ways.

Key words： Bulk curing barn; Heating mode; Air source heat pump; Waste heat recovery; Auxiliary heating

煙葉烘烤是烤煙生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。密集烤房有裝煙量大，溫濕度控制自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)煙葉烘烤使用的主要烤房類型。國(guó)內(nèi)大部分的密集烤房是按照國(guó)煙辦綜（2009）418號(hào)文件的技術(shù)規(guī)范建造的[1]。目前，我國(guó)密集式烤房仍以煤炭為主要燃料，生物質(zhì)燃料、空氣源熱泵、天然氣等能源為輔[2]。

近年來，隨著新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)對(duì)新能源密集烤房也開展了廣泛的研究[3-5]。研究表明[6-9]，在煙葉烘烤成本上，空氣源熱泵烤房<生物質(zhì)燃料烤房<燃煤烤房，并初步形成了空氣源熱泵和生物質(zhì)燃料替代燃煤的趨勢(shì)。在烤后煙葉質(zhì)量上，熱泵烤房烘烤的煙葉顏色鮮亮、成熟度好、組織結(jié)構(gòu)疏松，內(nèi)在品質(zhì)有所改善，上等煙及產(chǎn)值均有所提高[10]。宮長(zhǎng)榮等[11]將熱泵和冷凝除濕原理應(yīng)用于煙葉烘烤，結(jié)果表明空氣源熱泵烤房可以有效提高烤后煙葉質(zhì)量。空氣源熱泵烤房在節(jié)能、減排、增效方面有良好的應(yīng)用效果[12-13]。但是，關(guān)于空氣源熱泵與生物質(zhì)燃料雙熱源供熱系統(tǒng)組合在密集烤房上應(yīng)用鮮見報(bào)道。

為探索空氣源熱泵與生物質(zhì)燃料雙熱源供熱系統(tǒng)對(duì)密集烤房煙葉烘烤的節(jié)能效果，本試驗(yàn)在原有生物質(zhì)燃料供熱設(shè)備的基礎(chǔ)上，加裝小功率空氣源熱泵余熱回收輔助供熱裝備，通過改變?cè)锌痉颗艥穹绞?，把濕熱氣體通過排濕通道集中，并在排濕通道外端對(duì)接空氣源熱泵蒸發(fā)器，通過熱泵蒸發(fā)器把排濕過程帶出的熱能回收利用，以達(dá)到提高熱能利用率，減少能耗，節(jié)約成本的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試設(shè)備為2座相同的氣流下降式密集烤房，裝煙室長(zhǎng)8.0 m，寬2.7 m，高3.5 m，裝煙4層;加熱室長(zhǎng)2 m，寬2.7 m。供試材料為龍巖市永定縣烤煙主栽品種云煙87，在煙葉成熟的不同階段，分別采收同一田塊的下二棚、腰葉和上二棚煙葉進(jìn)行排濕余熱回收試驗(yàn)。熱源燃料為同一廠家、同一批次的生物質(zhì)燃料，熱值為18 417 J·g-1。

1.2 分體式空氣源熱泵余熱回收機(jī)組的安裝

將原烤房排濕窗全部關(guān)閉。在密集烤房前墻正中位置離地250 mm處，鉆一直徑為260 mm的穿墻洞，用PVC圓管穿過加熱室，一端延伸至裝煙室吸收濕熱氣體，另一端通過法蘭與余熱回收器主機(jī)相連，將濕熱氣體集中對(duì)準(zhǔn)熱泵蒸發(fā)器。用密封膠將PVC管與穿墻洞的間隙密封。在加熱室風(fēng)機(jī)臺(tái)板上距風(fēng)機(jī)400 mm處放置余熱回收機(jī)組冷凝器并固定。

本研究中空氣源熱泵余熱回收機(jī)組由龍巖市煙草公司永定分公司和深圳雷帕科技開發(fā)有限公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制作，采用三相電源，壓縮機(jī)功率為980 W，冷媒選用R134 a，蒸發(fā)器面積13.2 m2，冷凝器面積13.8 m2，空氣源熱泵余熱回收機(jī)組安裝如圖1所示。

1.3 試驗(yàn)方法

本研究于2020年4月20日至6月20日期間，在龍巖市永定區(qū)大溪鄉(xiāng)萬石烤房群開展。本研究設(shè)置兩個(gè)處理，即加裝雙制式空氣源熱泵余熱回收機(jī)組烤房（簡(jiǎn)稱余熱回收烤房T）、普通生物質(zhì)燃料密集烤房（簡(jiǎn)稱對(duì)照烤房CK）。在煙葉成熟后，分別用同一田塊的下二棚、腰葉和上二棚煙葉進(jìn)行烘烤試驗(yàn)。

1.4 檢測(cè)項(xiàng)目及方法

烘烤能耗：統(tǒng)計(jì)各處理各烤次的耗電量、生物質(zhì)燃料用量。鮮煙重量：每烤次裝煙上烤時(shí)隨機(jī)抽取15竿稱重，取平均重量，折算整烤鮮煙重量。干煙重量：各烤次下烤后，待回潮至含水量約16%左右，取15竿稱重，取平均重量，折算整烤干煙重量。

2 結(jié)果與分析

2.1 下部葉烘烤能耗分析

由表1可知，下部葉烘烤中，余熱回收烤房的平均干煙消耗燃料量為1.83 kg·kg-1，對(duì)照烤房的干煙耗燃料量為2.49 kg·kg-1;余熱回收烤房的干煙耗電量為0.68 kW·h，對(duì)照烤房的干煙耗電量為0.40 kW·h。由此可見，余熱回收烤房的平均干煙烘烤成本為2.08元·kg-1，對(duì)照烤房的平均干煙烘烤成本為2.54元·kg-1，余熱回收烤房相比對(duì)照烘烤成本降低了18.1%。

2.2 中部葉烘烤能耗分析

由表2可知，中部葉烘烤中余熱回收烤房的干煙耗燃料量為1.19 kg·kg-1，對(duì)照烤房的干煙耗燃料量為1.70 kg·kg-1;余熱回收烤房的干煙耗電量為0.42 kW·h，對(duì)照烤房的干煙耗電量為0.29 kW·h。由此可見，余熱回收烤房的平均干煙烘烤成本為1.35元·kg-1，對(duì)照烤房的平均干煙烘烤成本為1.75元·kg-1，相比對(duì)照而言余熱回收烤房烘烤成本節(jié)約22.9%。

2.3 上部葉烘烤能耗分析

由表3可知，上部葉烘烤中余熱回收烤房的干煙耗燃料量為1.41 kg·kg-1，對(duì)照烤房的干煙耗燃料量為1.85 kg·kg-1;余熱回收烤房的干煙耗電量為0.56 kW·h，對(duì)照烤房的干煙耗電量為0.31 kW·h。由此可見，余熱回收烤房的平均干煙烘烤成本為1.54元·kg-1，對(duì)照烤房的平均干煙烘烤成本為1.9元·kg-1，相比對(duì)照而言余熱回收烤房烘烤成本節(jié)約19%。

2.4 總體改造的經(jīng)濟(jì)效益

本研究中空氣源熱泵輔助供熱系統(tǒng)投資成本4 500元，按10年使用壽命計(jì)算，每年使用成本為450元，年維護(hù)費(fèi)用50元。按每烤季烘烤煙葉7烤次，可烤干煙3 500 kg，在現(xiàn)階段燃料及電費(fèi)價(jià)格條件下，平均煙葉可節(jié)約烘烤成本0.42元·kg-1，一烤季可節(jié)約烘烤成本1 470元。以目前烤房用電及燃料成本計(jì)算，3年內(nèi)便可收回成本。

3 結(jié)論與討論

熱泵技術(shù)是一種有效的節(jié)能措施，具有廣闊的發(fā)展前景。隨著熱泵技術(shù)的發(fā)展，熱泵的能效比在4以上。將熱泵技術(shù)用于煙葉烘烤，可帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[14]。但是，15匹的熱泵烤房單套設(shè)備在7萬余元，高建設(shè)成本導(dǎo)致熱泵烤房在當(dāng)前無法全面推廣。因此，探索小型熱泵回收余熱設(shè)備參與輔助供熱，有效降低煙葉烘烤能耗勢(shì)在必行。

本試驗(yàn)將空氣源熱泵與生物質(zhì)燃料雙熱源供熱系統(tǒng)組合進(jìn)行節(jié)能效果研究，結(jié)果表明，空氣源熱泵輔助供熱系統(tǒng)可以在不影響煙葉正常烘烤的前提下，充分進(jìn)行排濕余熱回收，實(shí)現(xiàn)節(jié)約燃料的作用，節(jié)能效率達(dá)18%以上，效果良好，有較大的推廣價(jià)值。同時(shí)，本研究發(fā)現(xiàn)空氣源熱泵輔助供熱設(shè)備在排濕時(shí)可作為余熱回收裝置，回收排濕散失的熱量;在未排濕時(shí)，可當(dāng)作供熱設(shè)備運(yùn)行，吸收環(huán)境中的熱量為烤房供熱。

此外，本研究發(fā)現(xiàn)在氣溫較高的時(shí)段，空氣源熱泵所產(chǎn)生的熱量足以在變黃期穩(wěn)溫。為達(dá)到更好的節(jié)能效果，可構(gòu)建生物質(zhì)燃燒機(jī)與熱泵耦合供熱的自動(dòng)控制系統(tǒng)[15]，在升溫及大排濕等熱負(fù)荷較大時(shí)段，啟動(dòng)生物質(zhì)燃機(jī)與熱泵聯(lián)合供熱;在穩(wěn)定階段或高溫天氣中午時(shí)段，僅啟動(dòng)熱泵，關(guān)閉生物質(zhì)燃燒機(jī)，以減少燃料消耗，達(dá)到節(jié)能減耗的目的。

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（責(zé)任編輯：柯文輝）

收稿日期：2021-03-02

作者簡(jiǎn)介：吳恩彪，男，1983年生，助理農(nóng)藝師，主要從事煙葉栽培與調(diào)制研究。