密集烤房內置式生物質燃燒爐設計應用

　　摘要:本文通過設計內置式生物質燃燒爐替換燃煤煤爐,用于密集烤房供熱設備的改造,從而達到利用生物質燃料替換燃煤,降低污染排放的目的。針對現(xiàn)有國標密集烤房和小型密集烤房兩種烤房,分析了其供熱設備結構特點,分別設計了兩種內置式生物質燃燒爐,替換燃煤煤爐為烤房供熱。為了解內置式生物燃燒爐基本性能,與燃煤密集烤房進行烘烤對比試驗。通過3炕次分部位的煙葉烘烤試驗,得出經(jīng)過內置式生物質烤房的烤后煙葉質量對比未改造密集烤房有稍微提高,為相關改造優(yōu)化提供了參考。

　　關鍵詞:煙葉,烤房,生物質

　　煙葉烘烤是烤煙用于工業(yè)原料前的必要處理環(huán)節(jié),煙葉烘烤對煙葉的品質影響非常大[1]。煙葉烘烤過程中，其內在物質轉變比較復雜[2–4],不同地區(qū)煙葉吸食風格各不相同[5–7]。目前,煙葉烘烤的主要烘烤設備是密集烤房[8–9],因為其烘烤效率要比普通的烤房效率要高,在國內種煙地區(qū)分布比較廣泛。密集烤房供熱嚴重依賴燃煤[10],消耗量比較大。燃煤過去一直是經(jīng)濟生活中的主要能源,但是其污染排放對環(huán)境危害比較大。隨著國家對自然生態(tài)環(huán)境的重視,并把生態(tài)環(huán)境寫入“五位一體”的總體布局后[11],環(huán)保執(zhí)行力度要來越大,燃煤的市場漸漸開始萎縮。如何利用其他新能源代替燃煤應用到密集烤房上,急切需要開展相關研究。密集烤房分布主要是種煙地區(qū),相對偏遠,其使用周期比較短[12]。天然氣作為新的能源替換燃煤用于改造密集烤房,面臨著需要鋪設專用管道、儲存和安全設施,投入使用成本比較大[13]。

　　生物質作為新型能源,近些年燃料致密成型技術也慢慢比較成熟[14–15],生物質能源材料來源主要是農作物廢棄物,木屑,秸稈等農作物廢棄物,在農村非常容易獲取,依靠原材料來源優(yōu)勢,密集烤房利用生物質能源非常值得研究。

　　1密集烤房內置式生物質燃燒爐設計

　　煙葉烤房的供熱設備主要結構是燃煤爐和換熱器,國標密集烤房和我國南方的小型密集烤房在供熱設備基本上大同小異。這兩種密集烤房的主要原理都是通過燃煤煤爐向換熱器供熱,從而為烤房內的煙葉調制進行服務。國標密集烤房的煤爐爐體的結構主要有半球形的爐頂、圓柱形爐壁和圓形爐底,其換熱器主要包括橫向換熱管、火箱和金屬煙囪等部分。小型密集烤房的燃煤煤爐爐體的結構主要由圓形爐頂、圓柱形爐壁和圓形爐底,其換熱器主要包括垂直方向換熱管、金屬煙囪等部分。

　　本文內置式生物質燃燒爐設計的主要方案是通過設計生物質燃燒爐對這兩種烤房的供熱設備進行改造,保留了原有供熱系統(tǒng)的換熱器,利用生物質燃燒爐替換燃煤煤爐,達到對烤房進行供熱的目的。目前,國標密集烤房和小型密集烤房作為煙葉烘烤的主要設備,在植煙區(qū)分布非常廣泛,非常具有改造意義。

　　1.1國標密集烤房內置式生物質燃燒爐設計

　　國標密集烤房的生物質燃燒爐主要結構有進料口、爐體、點火裝置、風管和除渣裝置等幾個部分,替換燃煤煤爐后,上端與沉降管直接相連接,下端通過進料口與上料機相連接。國標密集烤房生物質燃燒爐燃燒過程中,生物質燃料上料機為國標密集烤房的生物質燃燒爐提供燃料,保證生物質燃燒爐的連續(xù)正常工作。生物質燃料上料機主要結構為移動機構、機架、料斗、上料機構等部分。

　　1.2小型密集烤房內置式生物質燃燒爐設計

　　小型密集烤房利用生物質燃燒爐替換燃煤煤爐后,生物質燃燒爐直接與換熱器相連接,其余結構保持不變。小型密集烤房的生物質燃燒爐主要結構有進料口、爐體、點火裝置、鼓風機和除渣裝置等幾個部分。小型密集烤房和密集烤房工作原理基本一致。

　　生物質燃燒爐燃燒過程中,生物質燃料上料機為小型密集烤房的生物質燃燒爐源源不斷提供燃料,保證生物質燃燒爐的正常工作。小型密集烤房的生物質燃料上料機結構簡單,主要結構為料斗、上料機構兩部分。

　　1.3兩種內置式生物質燃燒爐的設計特點

　　兩種內置式生物質燃燒爐改造設計的特點都是采用生物質成型顆粒為燃料,燃燒后產(chǎn)生的高溫,經(jīng)過換熱器將熱量輸入到烤房內部。兩種改造方案的機構基本相同,主要包括自動上料機構、爐體、點火裝置、鼓風機和除渣裝置,便于人員操作使用。兩種改造方案可實現(xiàn)自動控制,由控制系統(tǒng)控制進料量的多少和間隔時間,以及鼓風機的轉速,進而來控制火力的大小和烤房溫度的升降。國標密集烤房生物質燃燒爐設計方案和小型密集烤房生物質燃燒爐設計方案因為結構不同,其主要技術參數(shù)也存在一定差別,國標密集烤房的生物質燃燒爐的功率要大于小型密集烤房的生物質燃燒爐的功率,這是因為國標密集烤房和小型密集烤房的建造規(guī)格不同,所以在改造設計時沒有用同一種生物質燃燒爐,國標密集烤房的生物質燃改造方案的鼓風機比較大,料斗裝載量也大。

　　2內置式生物質燃燒爐和燃煤煤爐的對比試驗

　　立足于北方種煙大區(qū),為了解國標密集烤房內置式生物質燃燒爐設計方案的工作情況,以及內置式生物質燃燒爐與燃煤煤爐的經(jīng)濟效益情況和考后煙占比情況,組織開展了烘烤對比試驗。

　　2.1對比試驗結果分析

　　在煙葉成熟采烤期,組織實施3次烘烤對比試驗,對照密集烤房為氣流下降式燃煤密集烤房。每一炕次進行對比試驗,生物質燃煤煤爐烤房和對照傳統(tǒng)燃煤烤房的煙葉部位、鮮煙質量、裝煙竿數(shù)、鮮煙裝煙量、干煙重量均基本一致,以確保試驗結果具有客觀性,內置式生物質烤房烘烤后的煙葉平均公斤價格為37.7元,對照燃煤密集烤房烘烤后的煙葉平均公斤價格為36.5元。內置式生物質烤房要比對照燃煤密集烤房烘烤后的煙葉平均公斤價格高出1.2元,增幅為3%。內置式生物質烤房比對照燃煤密集烤房平均每炕中等煙比例提高5%,煙葉烘烤質量稍微提高。

　　2.2對比試驗成本分析

　　煙葉烘烤的成本主要由2部分組成,分別是燃料成本和人工成本。燃煤密集烤房每炕煙的平均燃煤使用量930kg左右,平均價格每炕次為1155元,內置式生物質改造烤房的每炕煙生物質燃料使用量為1050kg左右,平均價格每炕次為1242元,內置式生物質改造烤房對比燃煤密集烤房每炕次節(jié)省約87元。內置式生物質改造烤房的每炕的平均用電度數(shù)為146度,平均價格每炕次為68元,燃煤密集烤房每炕煙的平均用電度數(shù)為125度,平均價格每炕次為59元,燃煤密集烤房對比內置式生物質改造烤房每炕次節(jié)省約9元。

　　內置式生物質改造烤房對比密集烤房燃料成本每炕次平均節(jié)省約78元。另外,密集烤房的正常工作時,要人工加料和除渣,根據(jù)記錄平均每炕煙的平均人工為1個。內置式生物質改造密集烤房具有自動加料和自動處渣功能,根據(jù)記錄平均每炕煙平均人工為0.5個。按照一個人工每天120元的價格,生物質改造后的密集烤房可以節(jié)省60元。綜上可知,內置式生物質烤房生物質相比標準密集烤房每炕次節(jié)約成本約138元。

　　3結語

　　煙葉密集烤房內置式生物質改造方案,將燃煤煤爐替換為生物質燃燒爐,合理利用了現(xiàn)有烤房供熱設備,綜合降低了密集烤房的改造成本。今后隨著環(huán)保政策越來越完善,執(zhí)法力度越來越嚴格,將會加速燃煤密集烤房尋找替代能源進行改造升級。而生物質在使用成本和環(huán)境保護上的優(yōu)勢,將會在密集烤房升級發(fā)展中占據(jù)重要一席。生物質主要是利用農村的農作物的廢棄物,如果能進一步建立生物質致密成型燃料生產(chǎn)線,降低生物質燃料成本,從而降低煙農的烘烤成本,生物質改造密集烤房將更具有更廣闊的市場運用前景。

　　燃料論文投稿刊物：《燃料化學學報》(月刊)創(chuàng)刊于1956年，由中國科學院主管，中國化學會、中國科學院山西煤炭化學研究所主辦,科學出版社出版。獲獎情況：獲國家優(yōu)秀期刊三等獎;中科院優(yōu)秀期刊二等獎;華北優(yōu)秀期刊獎和山西省一級期刊;《中國學術期刊(光盤版)檢索與評價資料規(guī)范》優(yōu)秀獎;2001年獲新聞出版總署授予的“中國期刊方陣“雙效”期刊;連續(xù)十五年獲山東省一級期刊。

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