不同材质换热器密集烤房能效试验研究

[摘要]对耐火材料、陶火管、金属材料等3种换热器密集烤房的能效进行对比试验。结果表明,三者的干烟能耗综合成本并无明显差别。其中,陶火管换热器烤房的温度均衡性较好,金属换热器密集烤房的烟囱尾气温度较高,能量损耗较大。

[关键词]烟叶密集烤房 换热器能效

近几年来,随着密集烤房技术日趋成熟,不同类型的密集烤房在全国各烟区得到迅速推广[1],由于全国密集烤房换热系统材料基本都是采用金属材料制作,散热系统易腐蚀,使用寿命短。为解决这个问题,福建烟区研制出了陶火管、耐火材料换热器密集烤房,并与目前生产上推广数量较多的海帝升的金属材料换热器密集烤房进行对比试验研究。

1材料和方法

1.1 试验材料

试验设3个处理,A处理为耐火材料换热器密集烤房;B处理为陶火管换热器密集烤房;C处理为海帝升金属换热器密集烤房。烤房装烟室规格均为8m×2.7m。

试验烟叶品种为k326。试验烤房使用的煤炭从永安槐南煤矿购买,同一批次同一煤质,在同一煤球加工厂加工成煤球后运到各个试验点

1.2 测试仪器

1.2.1 数字电子温度计采用福州衡之宝生产的数字电子温度计测定烤房温湿度,使用前进行校正。

1.2.2 红外线测温仪用于测定烟囱尾气温度。

1.3 测定项目和方法

1.3.1 温湿度测定

分别在顶棚、中棚和底棚的中间和四角挂置温湿度传感器,每棚5支, 共15支,如图1。当第二层中间位置的温度计(干球温度)读数为38℃、42℃、46℃、50℃、55℃、60℃、68℃时记录其它各点温度计的温湿度值。每只温度计放置于每层烟叶距叶尖1/3处,温度计探头不能接触烟叶。

注:图中“”为检测点所在位置。

1.3.1.1 平面温度差测定

t平=(t1 + t2 + ……+ t5) *1/5;各层的平面温(湿)度差t中为: t中=(t1-t平+t2-t平+ ……+t5-t平) *1/5。其中t1～t5为各层各点温湿度计读数。

1.3.1.2 垂直温度差测定

各层垂直温湿度差为各层平均温湿度之差。

1.3.1.3 烟囱尾气温度测定

在烟囱高出屋面5cm处打孔,当第二层中间位置的温度计(干球温度)读数为38℃、42℃、46℃、50℃、55℃、60℃、68℃并处于稳温阶段时测定烟囱尾气温度。

1.3.2 耗煤量和热能利用效率

烘烤时记录试验烤房每烤次用煤量。然后根据煤球的化验结果,将各烤次耗煤量计算出总发热量后折算成标准耗煤量,再根据各烤次回潮后干烟叶总量计算单位重量烟叶的标准耗煤量。

热能利用效率是蒸发烟叶水分所需的理论热量与实际耗煤量的热量比值,反映不同材料的实际能效。

1.3.3 耗电量

对试验烤房分别安装电度表,记录烟叶开始烘烤前和烘烤结束后电度表读数,记录每烤次用电量。

1.3.4 烤后烟叶处理

每烤次烟叶回潮解竿后按烤次隔开单独存放,妥善保管。烘烤试验结束后分别称量每烤次烟叶重量,并立即从中随机取20片以上烟样送至各市烟科所测定烟叶含水量。根据化验结果将每烤次烟叶重量统一折算成含水量为12%的重量。

2结果

2.1 不同处理烟叶鲜干比

烟叶的鲜干比是指鲜烟叶的总重量与干烟叶的总重量的比值,反映鲜烟含水量的大小。鲜烟叶含水量与烤房的耗煤量有关,含水量高,则烤干相同重量的烟叶所需的用于蒸发水分的热量多,耗煤量大;含水量低,则耗煤量小。表1数据显示,试验点各处理的烟叶鲜干比较为一致,烟叶含水量基本相同,对煤耗的影响相同。

表1不同处理烟叶鲜干比

2.2 不同处理能耗对比

从表2的数据得知,不同换热材料烤房的每公斤干烟标准煤耗从大到小依次是:C处理>B处理>A处理,A、B处理能耗相差较小。

烤房的电耗是综合影响的结果,与电机功率、安装运行方式有关,同时也受热交换和升温能力、烘烤操作的影响。在本次试验中每公斤干烟实际耗电量是B处理>A处理>C处理,但综合能耗成本是C处理>B处理>A处理,数值间也差异不大(见表3)。

2.3 不同处理的能效值

从理论总需能量和实际耗煤能量的比值来看(见表4),各处理能效分别为50.58%、49.64%、46.50%,A、B处理能效值比C处理的高,说明耐火材料、陶火管换热器的热交换性能比C处理金属换热器的好。三者能效值与武汉华中科技大学测定的能效值相接近。

2.4 各处理烟囱尾气温度

烟囱出口排烟温度一般在130℃左右为宜[3]。一般情况下,排烟温度每升高10℃,排烟损失增加0.5%～0.8%。保持同等的烤房内温度,烟囱的尾气温度越高,排烟的热量损失增大,从而导致煤耗升高。烟囱尾气比较直接地反映了不同换热器材料的热交换效率。从表5数据可以看出,B处理的烟囱尾气温度相对比较低,换热器热交换效率较高,而C处理的烟囱尾气温度则相对较高,热量损失较大。

从表6得知,A、B处理换热器的散热表面积比C处理的分别大了9.58 m2、11.78 m2,提高了散热效率。同时铸铁材料的炉盖是供热系统中表面温度最高的散热部件,且铸铁是热的良导体,弥补了陶火管、耐火材料散热速度慢的缺陷,因此总的热交换效率比较高。

2.6 不同类型烤房的温度差

烤房内温度是否均衡是评判烤房性能的重要指标。温湿度均衡是烤好烟的基础。密集烤房的平面和层间温差,反映了烤房内温湿度的均衡性。根据各类型烤房4个烤次烤房内各温度点数据的综合统计,各参试烤房温湿度均衡性对比情况如下:

2.6.1 平面温度差

B处理烤房的平面温度差要小于A、C(见表7),说明前者烤房的平面温度更均衡。在46℃~55℃温度段,各处理各层的平面温度差要大于其它温度段。

从本次试验数据可以得知,A处理烤房的二、三层和一、三层的层间温度差明显比B、C大(表8),在烤房温度为42℃时就出现较大的层间温度差。总体上B、C处理的各层间温度相对较均衡。

2.7 各处理采购成本分析

根据2007年福建省的采购情况,自控设备按照每套1350元计算,A、B处理采购总价分别为每套9020元、8325元,采购成本比C处理的13800元分别降低了36%、40%(见表9)。

3.1 能耗和能效

从试验结果得知,耐火材料换热器、陶火管换热器、海帝升金属材料换热器密集烤房每公斤干烟煤耗分别为1.12kg、1.16kg、1.25kg,电耗分别为0.47 kw•h-1、0.55 kw•h-1、0.45 kw•h-1。按照原煤价格700元/吨,电价0.50元/ kw•h-1计算,每kg干烟直接能耗的综合成本分别为:海帝升1.10元>陶火管1.09元>耐火材料1.02元,三者之间并无明显差别。

根据武汉华中科技大学的能效测定结果,三种类型烤房的能效是基本一致的,也就是说理论上三种烤房的耗煤量是接近的。在实际烘烤中,陶火管换热器与耐火材料换热器的密集烤房能耗也基本一致,而海帝升金属换热器烤房的能耗略高,这主要是因为海帝升金属换热器烤房炉膛为烧散煤的立式结构,煤的燃透率比烧型煤的隧道式炉膛低,同时用鼓风机强制助燃,加快了烟气在热交换器内的排出速度,增加了热能损失。

3.2 烤房的温湿度均衡性

相同规格的密集烤房,烤房温湿度的均衡性与风机的风压、风量,风机摆放方式等关系密切。试验中,总体上陶火管换热器密集烤房温度相对较均衡,耐火材料换热器密集烤房层间温度差相对较大。但在烘烤实践中,烤房内温湿度是否均衡与装烟疏密、均匀程度密切相关,解决烤房内的温湿度均衡问题并不能单单通过提高风机的风量、风压来解决。

3.3 换热器材质与能效

不同换热器的热交换效率大小与换热器的材质、散热表面积有关。铸铁、钢板的导热系数要比陶土、耐火材料大得多,相同的散热面积下,前者热交换效率高。但陶火管、耐火材料换热器通过增加散热表面积和采用导热率较高的铸铁材料做炉盖,总体散热面积分别比海帝升金属换热器高出9.58m2、11.78 m2,弥补了其散热系数低的缺陷,综合能效较高。

4结束语

使用陶土、耐火材料等非金属材料制作密集烤房换热器,技术上是成熟可靠的,有效解决了金属材料易腐蚀、使用年限短的问题,在确保烤房性能的同时,可以显著降低密集烤房的建设和维护成本,大大延长了设备的使用寿命,具有良好的推广应用前景。

参考文献:

[1] 陈江华, 周义和 宫长荣.我国烟叶烘烤设备的历史演变与发展创新[N].东方烟草报, 2004-11-05(6).

[2] 宫长荣. 烟草调制学[M]. 北京: 中国农业出版社,2003.

[3] 宫长荣,等. 烟叶烘烤原理[M]. 北京: 科学出版社,1995.