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安康烟区烘烤自动化加煤技术应用效果试验
0 引言
烤烟烘烤环节约占烤烟大田生育期的50%,是田间采摘的黄绿色烟叶,在人为加热控制下有序脱水干燥,同时实现内在化学物质降解转化积累的过程.烤烟烘烤过程中,在温湿度控制上稍有差错,就会明显体现在烟叶的外观质量和内在质量上,例如挂灰、蒸片、糟片、青筋、洇筋、烤红和糖碱比过低、两糖比过低、青杂气过重等,严重影响烤烟产值[1-3].传统烘烤中因人为加煤过多引起的急升温、因夜晚疲劳忘记加煤引起的急降温、因未按时加煤引起的稳温时间不够等,都是造成烟叶质量降低的主要原因.
徐成龙等[4]研究表明,烤房建造先后经历了4 个发展阶段,分别为传统土烤房、标准化普通烤房、热风循环式烤房和密集式烤房；詹军等[5]研究表明,密集烤房由于采用了风机,温湿度自动控制等烘烤设备,烟叶的烘烤质量得到明显提高,烘烤用工减少,烘烤成本显著降低.中国的专业化烘烤进程相对缓慢,专业化烘烤设备现状与现代烟草农业的迫切需要很不适应[6-18]；肖鹏等[19]研究表明,采用密集烤房后,烘烤设备的自动化、智能化程度仍较低,多数环节还需要人工操作.彭刚[20]研究表明,以PLC控制的燃料运输系统成为时下烤房燃料自动管理的发展方向.自动加煤和除渣装置是运用CAD 软件设计,由角钢焊接而成,通过三菱PLC实现控制,为密集烤房的加热室提供燃料,并去除已经燃烧完的煤渣[21].自动加煤技术是能够替代人工加煤的一项新技术,但当前在全国烟区都未大面积推广,主要是因为每次烘烤的鲜烟叶素质都不一样,使用的煤的标准的也不尽相同,造成每次的烘烤进程不同,进而对自动加煤量和频次的要求不同,需要对自动加煤机的参数进行设置,并且需要与烘烤温湿度自控仪进行衔接,另外设备昂贵,需要对技术的使用效益进行综合评估.本研究以提高温湿度控制精准度为目标,从规范自动化加煤技术出发,通过系统比较自动化加煤技术和人工加煤技术的应用效果,综合验证自动化加煤技术的减工、降本、节能、提质效果,以期为烟区推广奠定技术基础.
1 材料与方法
1.1 试验时间、地点
试验于2014—2016 年在汉滨区早阳镇杨湾现代烟草农业示范园进行.
1.2 试验材料
品种为‘云烟97’.
1.3 试验方法
1.3.1 试验设计种植面积6.67 hm2,选取长势一致烟株进行标记,为自动加煤烤房和人工加煤烤房各准备1 炉下部、中部、上部待烤烟叶,试验按照随机区组设计,处理为2 个处理,区组为下、中、上部位烟叶,烤房采用密集烤房,自动加煤处理在烤房上安装自动加煤装置.
1.3.2 自动加煤处理要点（1）使用18900 kJ 的原煤,先清除石块以防损坏机器,然后砸碎原煤控制煤块直径在5 cm 左右备用.（2）自动加煤装置的漏斗内装煤量确定为60 kg,每当自控仪在控制鼓风机开启时,加煤装置自动启动加煤1 次,加煤时间设为1 min.（3）在烟叶变黄期和干筋期,每19 h左右在漏斗内加煤一次；在定色期,每15 h左右在漏斗内加煤1次.
1.3.3 人工加煤处理要点每3 h 左右加煤1 次,昼夜不断.
1.3.4 测定方法见公式(1)~(2).
式中：5元为每次加煤的费用.
烤后原烟按照国家烤烟42 级分级标准进行分级并对外观质量进行感官鉴定,然后统计均价、上等烟比例、橘黄烟比例.
1.3.5 数据处理方差分析采用SAS统计分析软件进行[23].2 结果与分析
2.1 不同加煤处理的用工和能耗比较
1 炉烟烘烤完毕平均需要7 天,从表1 可见,人工加煤处理需加煤63 次,昼夜不停,甚费劳力,自动加煤处理将加煤次数减少至10次,平均一天不到2次,不影响晚间休息,减工效果明显,方差分析结果表明自动加煤处理在加煤次数和单位干烟耗煤量上极显著低于人工加煤处理,分别减少84.13%和16.75%,减工节能效果显著,在单位干烟耗电量上差异不显著.
2.2 不同加煤处理的原烟产质量比较
从表2 可见,自动加煤处理烤后原烟鲜干比显著低于人工加煤处理,减少3.65%,这说明自动加煤处理可使烟叶在烘烤过程中重量损失减少,进而增加产量3.65%,有一定的增产效果.从表2~3 可见,自动加煤处理烤后原烟上等烟比例、橘黄烟比例显著高于人工加煤,分别增加3.15%和4.35%,从外观质量看,自动加煤处理上部烟叶烤后原烟的色度和油分有明显的改善,色度更为鲜亮,油分增多,自动加煤处理避免了人工加煤操作造成的温、湿度波动,有利于烘烤工艺的精准执行,进而提高了烟叶质量.
2.3 不同加煤处理的经济效益比较
从表4 可见,自动加煤处理烤后原烟均价显著高于人工加煤处理,增加3.76%,均价减除能耗和加煤用工费用后的综合效益极显著增加8.67%.自动加煤处理后的单位面积产值等于人工加煤处理单位面积产量×(1+3.65%)×人工加煤处理均价×(1+8.67%),较人工加煤处理增加12.64%,这就是自动加煤处理的减工、降本、节能、提质的总效益.
3 结论与讨论
（1）安康烟区烘烤自动化加煤技术产生了明显的减工、降本、节能、提质、增产效果,综合表现在可提高单位面积产值12.64%,分别表现在加煤次数、单位干烟耗煤量减少84.13%和16.75%,原烟均价、上等烟比例、橘黄烟比例增加3.76%、3.15%和4.35%,单位面积产量增加3.65%.
（2）烤烟烘烤自动化加煤技术的推广,需要成熟的设备、配套的煤质标准、适宜烟叶素质的设备参数,然后是成本的测算、综合效益的评估.安康烟区为推广此项技术,在试验中首先是规定了煤质的标准,具体为煤的能量18900 kJ,煤块直径5 cm左右,根据安康烟叶素质特点,规定了漏斗中的加煤量为60 kg,自动加煤时长为1 min,在烟叶变黄期或干筋期19 h 左右在漏斗中加煤1 次,在烟叶定色期15 h 左右在漏斗中加煤1次.曹斌等[21]主要从硬件方面阐述了自动加煤除渣装置的设计和制作,彭刚[20]主要从软件方面阐述了自动加煤设备的PLC控制系统,本研究所用的设备是前人研究的成果.肖鹏等[19]主要研究了与自动加煤装置相配套的煤质标准,他认为烟叶烘烤自动加煤机的煤质应以不结渣、热量高、含硫量低、大小均匀（直径为3~5cm）并且形状为偏球形为宜,这与本研究的煤块标准相类似,本研究更明确了煤的能量标准、漏斗的装煤量以及适宜本区域烟叶素质的加煤频率.付安海等[22]主要评估了自动化加煤装置的使用效果,主要包括成本降低、均价提高,这与本研究的结论相近,但具体数值不同,可能与地域、设备以及试验背景等有差异有关.本研究更侧重于评估本地区使用自动化加煤技术的生态效益、社会效益以及综合经济效益,为下一步推广、制定扶持引导政策提供参考依据.
（3）安康烟区烘烤自动化加煤技术适宜于在安康地区和生态条件相近的秦巴山区使用,适合在2010 年以后建造的国家标准密集烤房上使用.在推广过程中,一是建议根据煤的质量、鲜烟叶的素质（成熟度、含水量等）对设备参数进行适当调整；二是按照本研究结论综合经济效益12.64%来计算,以当前单位面积产值5 万/hm2为标准,每公顷可增收6320 元,因而建议1 套自动化加煤装备的不超过这个数；另外该技术在节约能源、保护环境上有明显效果,因而建议在推广中能适当给予补贴.本研究在自动加煤设备的启动时机设置上,采用与鼓风机同步,鼓风机本身由温湿度自控仪控制,因而需通过电子技术,将自动加煤机连接到温湿度自控仪上,而当前推广应用的密集烤房的温湿度自控仪并没有此项功能,因而需做进一步的研究和调试.
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