烟草烘干方案（PDF35页）

超低温补气增焓专业专注∙烟草烘干133062179751第1章绪论1.1烟叶烘烤的演变与技术进步烤烟是在暗色烟熏烟基础上形成的一个类型，它起始于19世纪前半叶。烤烟最显著的特点和风格特征是颜色黄亮，光泽鲜明，燃吸香气浓郁，吃味醇和，劲头适中。而要反映特定条件下形成的烤烟的品质特征，必须有相应的烘烤工艺和烘烤设备，而且烘烤设备要满足和服务于烘烤工艺要求，两者都要科学实用。世界上最早的烟叶烘烤设备十分简陋，直到20世纪50年代后期至60年代初美国、加拿大、日本等国成功地试验密集烤房后，多种能源和形式的密集烤房在各国普遍得到发展，烘烤工艺也随之变得简化，都将烟叶烘烤全过程划分为变黄、定色、干筋三个阶段，并根据各阶段烟叶变化要求，规定温湿度指标，进行适当的供热和通风，实现了温湿度程序化自动控制，烟叶品质得到有效保证，而且显著地节省烘烤环节用工量。现代烤烟的烤制加热方式均使用热交换器，烟叶以无燃烧物烟气成分的热空气为介质实现干制，和烟熏烟及明火烤烟有着本质的差异。我国种植和生产烤烟比较晚，起始于1910-1915年。近100年来，烤房设备由低级到高级，由简单到复杂，逐渐形成了与我国农村经济技术状况相适应的结构形式。到20世纪50年代以前，我国一直沿用简陋的土烤房，直接在烤房内烧火加热，先烧小火使烟叶变黄，然后烧大火将烟叶烤干，没有明确的烘烤工艺。20世纪60年代烤烟干湿温度计的推广使用，烘烤技术才有所改进，逐步形成了适应当时烟叶生产水平的烘烤工艺，但整体上是以经验性的成分为主。超低温补气增焓专业专注∙烟草烘干133062179752进入70年代后，我国烤烟生产策略是大水肥、大群体、多留叶，盲目追求高产量，烘烤工艺以追求黄、鲜、净为目标，采取“高温快烤”的操作技术。80年代中后期到90年代初，随着我国的改革开放和中外合作，全面推行烤烟“三化”生产，烟叶种植水平和烟叶素质逐年提高，为有效地解决了烟叶蒸片、糟片和挂灰等问题，关于烤房的设备和烘烤工艺的研究很活跃。一是适应于农村经济体制改革和生产组织形式的变化需要，研究并推广了容量150竿左右的小型烤房，适合种烟3-5亩的需要。二是对通风系统改造，以确保烤房通风排湿顺畅。增大地洞和天窗面积，改冷风洞为各种形式的热风洞，改“老虎大张嘴”式的天窗为高天窗，后来又发展为通脊长天窗。烘烤工艺方面，各地相继研究提出了五段式、七段式和六段式的“双低”烘烤工艺等。每种烘烤工艺都将烟叶烘烤全过程划分为变黄期、定色期、干筋期，对各时期都规定有明确的温湿度指标，但是，由于烘烤过程段落划分多而细，尤其是对烟叶变化划分层次多而模糊、不定量，没有简单明确的关键点，技术复杂、不容易掌握。所以，事实上仍然停留在凭经验看烟、凭感觉烧火的低水平上。20世纪90年代，我国烘烤技术和烤房设备有明显的技术进步和创新。首先是随着对烤烟烘烤本质的揭示，提出并在全国全面推广的烤烟三段式烘烤工艺，能够和国际通用的烘烤先进水平接轨。其次，全国各地普通烤房的标准化技术改造，包括加热设备将传统的卧式火炉改为立式火炉或蜂窝煤火炉，使烧火供热变得容易调控；以普通烤房为基础，借鉴密集烤房热风循环、强制通风的技术特点，增添风机和空气循环管道，实现部分热风循环。特别是随着烤烟生产规模化、标准化、产超低温补气增焓专业专注∙烟草烘干133062179753业化、专业化的发展，适度规模、烧型煤和散煤的密集烤房（包括砖混结构和板块组装形式）快速发展。并根据煤的燃烧供热过程特点，初步实现了密集烤房和普通烤房的温湿度自动控制，应用于烤烟生产实际，而且研究了烘烤技术的远程联网控制，这又使我国烤房设备产生了一次质的跨越。1.2高温热泵烟草烘干项目概述针对我国烟叶烘烤质量及烘烤设施缺陷等问题，由苏净集团研究院熊博士带队和河南农业大学教授、烟草烘烤专家宫长荣教授领导的科研小组历近十年，研制了热泵加热烘烤烟叶的自控设备，已在烟草、食用菌、农作物烘烤领域已经获得规模化的生产应用。该设备首次应用已获国家发明专利的热泵加热和冷凝除湿技术，经检测设备热效比达1∶4～5，安全、环保；率先使用已获国家实用新型专利的烟叶烘烤监控仪，采用数字式温度传感器，精度达0.1℃，内置多种烘烤“专家系统”，并具备在线调节功能，可实现不同生态条件下烟叶烘烤的温湿度自动控制。1.3烤烟三段式烘烤理论烟叶烘烤是一个与物理变化相伴随的复杂的生理生化过程。其中物理变化是指烟叶内的水分不断地汽化排出组织，使烟叶逐渐干燥；生理生化变化则是最基本、最重要的变化，而且是极其复杂的，它包括新鲜烟叶组织细胞在呼吸酶类、水解酶类、氧化一还原酶类等的作用下，使烟叶内含物质分解、转化和消耗的全过程。烘烤原理就是要研究这个过程的基本规律，从而制定人为调控措施，使烟叶的各种变化向着最有超低温补气增焓专业专注∙烟草烘干133062179754利于工业可用性的方向发展，即达到烤熟、烤黄、烤香。可以将烟叶烘烤的基本理论归纳为图1－3：1.4烟草三段式烘烤的技术指标及一般过程烘烤是烤烟生产至关重要的技术环节。烤烟三段式烘烤工艺是以烟叶烘烤基本原理为基础，根据烟叶的实际素质特点和烘烤设备状况，将国内传统烘烤技术的精华融入国外典型的简化烘烤工艺框架中，优化和简化对烘烤环境温度、湿度、持续时间与烟叶变化的对应指标控制，确保烟叶烘烤过程外观变化与内在变化协调，内部水分动态与物质转化协调，充分显露在农艺过程中形成和积累的质量潜势，最终把烟叶烤熟、烤黄、烤香，实现内在品质与外观质量的统一。烤烟三段式烘烤技术简图1－4所示。图1－4三段式烟叶烘烤的技术指标及一般过程超低温补气增焓专业专注∙烟草烘干133062179755烤烟三段式烘烤的基本思路是注重烟叶内在品质及其与外观质量的一致性，力争技术简化量化，可操作性强。技术核心是为烟叶在烘烤期间明显可见的外观变化与内在变化进程协调发展提供最适宜的温湿度条件，而且特别强调充分变黄，特别强调烘烤各阶段环境湿度（湿球温度）对烟叶品质的意义。在针对不同素质烟叶进行烘烤应用中，必须把握几个关键点：一、烟叶主要变黄温度要控制在35~38℃，干湿球温度差保持在2~3℃，使烟叶达到7~8成黄，叶片发软。二、完成变黄温度控制在40~42℃以下，保持湿球温度35~37℃，达到烟叶基本全黄，充分凋萎塌架，主脉发软，确保烟叶转化充分，形成更多的香气基础物质。所以，在41~42℃要适当延长时间，使烟叶达到黄片青筋微带青，叶片充分凋萎塌架，主脉发软。三、定色阶段要根据烟叶素质以适宜的速度升温，并掌握适宜的湿度，确保烟叶彻底变黄和顺利定色；在干球温度46~48℃、湿球温度超低温补气增焓专业专注∙烟草烘干13306217975637~38℃，使烟叶烟筋变黄，达到黄片黄筋小卷筒。四、在干球温度540左右保持湿球温度38~39℃，适当拉长时间，达到烟叶大卷筒，促使形成更多的致香物质。五、烟叶干筋阶段最高温度要控制在65~68℃，湿球温度控制在40~43℃，以增进烟叶颜色和色度，同时减少烟叶香气物质的挥发散失。1.5烟草三段式烘烤技术的先进性烤烟三段式烘烤工艺是代表和反映当今最先进、最典型、最能体现烟草内在品质和外观质量一致性的烘烤工艺，被美国、加拿大、巴西、津巴布韦等烟草生产大国和先进国家广泛采用，具有普遍的适应性和指导意义。烤烟三段式烘烤工艺是一个完整的技术体系，是多项技术的优化整合和集成的结果。从烤房设备建设，烟叶田间管理和采收，烟叶整理及编杆装坑，烟叶素质判断，到确定烘烤技术及工艺，烘烤过程控制，温湿度及通风排湿系统的控制，烟叶回潮等，相互连贯而形成了烟草烘烤的成熟的技术体系。第2章高温热泵烘干技术的先进性分析2.1成果简述本项目自1998年开始，从更深层次研究了影响烟叶烘烤过程最主要的生理生化变化规律及其与烘烤环境条件的关系，揭示了烟叶烘烤质量形成的本质；研究开发了适合我国国情的烤烟适度规模种植的热泵供超低温补气增焓专业专注∙烟草烘干133062179757热，冷凝排湿的密集烤房及其自控设备，其综合能效比（COP）达到4－5左右，烘烤性能稳定，能有效准确地实现烘烤工艺要求的各项指标，确保烟叶内在和外观品质，烤干1kg干烟叶耗电量仅有1kW×h。而且，烘烤过程污染达到零排放，能够一机多用，随着我国电力供应逐渐达到富裕程度，该技术具有广阔的应用前景。2.2技术原理2.2.1热泵供热设计原理目前，世界各国对烟叶质量的要求越来越高，为提高烤烟质量，降低劳动生产率，国外已普遍推广燃油、燃气、燃煤密集烘烤技术，并正向电脑程序化控制方向发展。我国烟叶普遍采用传统的土烤房进行烘烤，容量小、能耗高、环境污染严重、操作程序多、不易控制，受环境因素影响较大，烘烤质量很难提高。随着我国电力产业的快速发展，特别是长江三峡水电站投入使用后，电力资源会越来越富裕，电能作为一种安全、高效、清洁的能源，具有传输方便，控制容易，无污染等优点，但使用成本较高。为此，我们采用热泵原理研制了电热增效温湿度自控烟叶烘烤设备，1kW电能可产生的热量相当于正常条件下4kW的电能产生的热量，可大大降低使用成本，同时具有正常条件下使用电能的一切优点。为提高热效，我们采用热泵供热原理。热泵加热系统由压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀组成。热泵的工作原理遵循”逆卡诺循环”，通过流动媒体在蒸发器、压缩机，冷凝器和膨胀阀等部件中的气相变化的循环来将低温物体的热量传递到高温物体中去。具体工作过程如下：①过热液体媒体在蒸发器内吸收低温物体的热量，蒸发成气体媒体。超低温补气增焓专业专注∙烟草烘干133062179758②蒸发器出来的气体媒体液压缩机的压缩，变为高温高压的气体媒体。③高温高压的气体媒体在冷凝器中将热能释放给高温物体、同时自身变为高压液体媒体。④高压液体媒体在膨胀阀中减压，再变为过热液体媒体，进入蒸发器，循环最初的过程。运行原理如图2－1所示。图2－1热泵加热原理示意图其工作原理为：根据热力学第二定律，设备从低温热源T2吸热Q2，外界对系统做功A，向高温热源放热Q1，如图2－2所示。超低温补气增焓专业专注∙烟草烘干133062179759图2－2热力学第二定律原理示意图制热系数为：εh=Q1/A=Q1/（Q1-Q2）=T1/（T1-T2）高温热源温度t1=38～68℃，低温热源温度t2=30℃。即：T1=t1+273=311～341K，T2=t2+273=303K，εh=T1/（T1-T2）=9～39考虑各项损失，实际制热系数为：εh=5～8制热循环压焓图如图2－3所示。其中：PK≤2MPa；PO≥0.16MPa。图2－3制热循环压焓图2.2.2冷凝除湿系统设计为最大可能的利用热能，避免排湿时将大量热量排放出去，我们采用冷凝排湿系统代替进风口、排湿口进行除湿。冷凝排湿系统由冷凝器、超低温补气增焓专业专注∙烟草烘干1330621797510接水盘、排水管组成，起到以冷凝水形式排湿作用，如图2－4所示。湿空气在风机吸引下从除湿机进口进入，首先与蒸发器接触，进行热交换。由于蒸发器的温度低于空气的露点温度，所以在冷却空气的过程中，空气中所含的水分将被冷凝出来，从蒸发器下部的接水盘排出。空气再流经冷凝器吸热，使温度升到高于进蒸发器的空气温度，使相对湿度大大降低。图2－4冷凝排湿系统空气在除湿机中的处理过程如图9所示，图中点1表示蒸发前待处理的空气，点x表示蒸发器后，冷凝器前空气的状态。直线1—x表示空气通过蒸发器时的热湿交换过程，此过程中，空气的焓值与含湿量均下降。点2表示空气流经冷凝器后的空气状态。1—x线延长后与饱和线的交点表示与蒸发器外表面平均温度tw0相对应的饱和湿空气的状态。2.2.3自控系统设计传感器选型。传感器采用DS18B20，它是美国DALLAS半导体公司生产的可组网数字式温度传感器。它的测量范围为-50至+125摄氏超低温补气增焓专业专注∙烟草烘干1330621797511度，精度可达0.1摄氏度,不需A/D转换电路，直接将温度值转换成数字量。DS18B20遵循严格的单线串行通信协议，每一个DS18B20在出厂时都用激光进行了调较，并具有唯一的64位序列号。全部传感元件