不同材质散热器对密集烤房烘烤效益的影响

摘要 为研究不同材质散热器对密集烤房烘烤效益的影响，进行了无机复合材料散热系统与钢制材料散热系统的烘烤对比试验。结果表明，无机复合材料散热系统比钢制材料散热系统烤房升温快、散热性能好，设备成本降低3 400元/座，并且复合材料炉具能就地加工，减少设备运输，拆卸和安装方便。因此，无机复合材料散热系统在密集烤房烘烤方面具有良好的推广应用前景。

关键词 密集烤房；无机复合材料；散热器；烘烤性能；经济效益

中图分类号 S572 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）19-0226-03

Effects of Different Material Radiation System of Bulk Curing Barn on Flue-Curing Benefit

WAN Jun XIA Zhi-lin * MA Guo-yong LIAO Zong-yu TIAN Liang

（Tobacco Company of Zunyi City in Guizhou Province，Wuchuan County Branch，Wuchuan Guizhou 564300）

Abstract To study the influence of different material radiator on bulk curing barn baking efficiency，the curing comparison experiment was conducted between the radiation system composed of inorganic composite material and steel material.The result showed that，compared with the radiation system composed of steel material，the radiation system composed of inorganic composite material had higher temperature rising speed，better radiating property，equipment cost reduced by 3 400 Yuan per set，and composite furnace can reduce the local processing，transportation equipment；easy removal and installation，the radiation system composed of inorganic composite material has promising promotion and application in the future.

Key words bulk curing barn；inorganic composite material；radiation system；curing property；economic benefit

密集烤房相比较于普通烤房具有其特有的优势，普通烤房在发达国家目前已基本淘汰，密集烤房在这些国家使用较为普遍[1-3]，历史上最早的烘烤设备改革始于20世纪50年代，美国北卡罗莱纳州立大学的约翰逊（Johnson WH）等人[4]进行了密集烤房试验研究。而密集烤房在我国的研究于20世纪60年代开始[5]，但由于密集烤房设备使用成本较高，在我国一直未得到广泛应用[6]，直到21世纪后不同类型的密集烤房才在全国得到迅速推广[7]。目前我国对密集烤房的散热系统材料研究主要在钢材方面，其易腐蚀，使用寿命短，更换成本高造成烟农收入低，降低了烘烤经济效益。因此，为寻求适合的散热系统材料，有效解决密集烤房散热系统的耐腐蚀性差和更新换代成本高的问题，降低密集烘烤烟叶成本，增加农民收入，延长散热器设备使用寿命，通过改进散热器的材质和散热面积，采用耐火材料添加高温水泥以及传导介质如金属粉之类的材料浇铸成无机复合材料散热系统[8]。本试验研究在目前密集烤房推广应用的基础上，通过钢制材料散热器系统和无机复合材料散热器系统烘烤对比试验，积极完善密集烤房及其配套设备，提高设备性能，为烟叶的规模种植和集约化烘烤创造良好的条件。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验地点选在贵州省务川县柏村科技示范园，供试烟草品种为k326。装烟室规格为2.7 m×8.0 m×3.2 m，气流上升式3层密集烤房2座，直立式4、6级变速三相同步电动机2台，电机综合保护装置2台。仪器：电子温度计、便携式电子测风仪、热电偶、量程为400 ℃的水银温度计。

1.2 试验设计

试验设2个处理：无机复合材料散热器，散热器面积11.63 m2（A）；以江苏科地现代农业有限责任公司生产的JNS型钢管散热器，散热器面积7.92 m2为对照（CK）。2个处理其他烤房参数相同，风机均为七号风机（1.1/1.5 kW），气流方向均为上升式。

1.3 试验方法

选择品性一致的烟叶作为供试烟叶。严格成熟采收，以第2烤次（4～6位叶）、第4烤次（10～12位叶）、第6烤次（15～17位叶）分别代表下部、中部和上部叶，各部位的烟叶分别编竿；各处理烤房分别挂牌标记18竿，烤房内上、中、下3棚中间分别装6竿，作为烘烤观测项目代表烟叶。严格按照密集烘烤技术规程进行操作。烘烤所用燃料统一购买，保证燃煤质量一致。

1.4 测定项目

1.4.1 烘烤过程中排湿性能测定。为分析散热器材质对烘烤过程中排湿性能的影响，在烤房内温度分别为38、48、54、68 ℃时测定装烟室进风口与回风口风速，以1 min内出现的风速最大值为记录数据。

1.4.2 烤房空载升温速度测定。各处理分别加入等量等质燃煤，同时点燃，并将烟囱调节板全部打开，以最高速运转风机，测定不同材质散热器烤房空载升温速度。

1.4.3 烤房空载升温降温时的平面温差、垂直温差测定。密集烤房的温度检测点位于烤房各层前部、中部、后部的左、中、右位置，每层5支，共计15支。各层平面温差t平=（四角温度分别于中心的差值）×1/4。垂直温差为各层各对应点温差绝对值的平均值，垂直温差t垂=（| t1′-t1″ | +| t2′- t2″ |+…+| t5′-t5″ |）×1/5。其中t1′～t5′为其中一层温度计读数，t1″、…、t5″为另一层与其相对应的各温度计读数。

1.4.4 烤房烟囱出烟口温度测定。为比较不同材质散热器的热交换效果，利用便携式热电偶配合400 ℃的水银温度计测量烤房烟囱出烟口温度。

1.4.5 效益分析。对烤后烟叶外观质量、设备成本及烟叶烘烤总能耗成本进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同材质散热器对烘烤过程中排湿性能的影响

由表1可知，在烤房温度为38、48、54、68 ℃时，与CK相比，处理A装烟室进风口风速分别降低2.3、3.2、2.5、4.1 m/s，回风口风速分别降低4.8、3.9、3.7、0.7 m/s。说明以无机复合材料为散热器材质的烤房在烘烤过程中排湿性能比以钢制材料为散热器材质的烤房差，可能是由于无机复合材料散热器散热面积较大，阻碍了空气流通，从而降低了装烟室进回口风速。同时，可以看出处理A与CK的装烟室进、回风口风速均随着烘烤房内温度的升高而增加，主要由于随着烘烤房温度的升高，烟叶不断失水，加速凋萎，叶间隙不断增加，从而使得风速增加。

2.2 不同材质散热器对烤房空载升温速度的影响

不同处理烤房空载升温变化情况见图1。由图1可知，烤房升温0.5 h内，处理A与CK烤房温度变化相同，均从30.5 ℃升高到35 ℃，平均升温9.0 ℃/h；而在烤房升温0.5～4.5 h内，处理A的升温速度明显比CK快，温度从35 ℃升高到68 ℃，最快升温速度为9.7 ℃/h，平均升温速度为8.25 ℃/h，此阶段CK的平均升温速度为8.11 ℃/h，比处理A降低了0.14 ℃/h。由此可知，以无机复合材料为散热器材质的烤房比以钢制材料为散热器材质的烤房升温性能更优，可能与无机复合材料散热器散热面积更大有关。

2.3 不同材质散热器对空载时平面温差、垂直温差的影响

由表2和表3可知，在烟叶的变黄阶段（点火至38 ℃），处理A与CK烤房内平面温差和垂直温差都在1.0 ℃以内，处理A烤房内上层平面温差比CK大，垂直温差比CK稍大；在烤房温度43～54 ℃时，烟叶定色阶段CK的平面温差和垂直温差都在1.0 ℃以内，处理A的各层平面温差在1.7 ℃以内，垂直温差在1.0 ℃以内，处理A的平面温差比CK的稍大。在烤房温度55～68 ℃时，CK的平面温差在1.0 ℃以内，垂直温差在1.3 ℃以内，处理A的平面温差在3.0 ℃以内，垂直温差在1.0 ℃以内。CK的垂直温差稍高于处理A；而处理A的平面温差明显高于CK。随着烤房温度的升高，处理A的平面温差有增大的趋势，但是2座烤房能够满足平面温度基本均匀，垂直温差较小的烘烤条件。

2.4 不同材质散热器对烤房烟囱出烟口温度的影响

在一定温度范围内，烟囱出烟口的温度高低与反应散热器的散热效果成反比，即出烟口烟气温度越低，说明散热器的散热效果越好，热能利用率越高，反之则越低[5]。由表4可知，在烤房内温度一定的情况下，无机复合材料散热器的散热效果更好，金属钢管散热器的散热效果较差。

2.5 不同材质散热器对烤后烟叶质量的影响

从表5可看出，对于下部叶，CK的中等烟率略高于处理A，而处理A的烟叶均价高于CK；对于中部叶，处理A的上等烟率明显高于CK，下等烟率略低于CK，烟叶均价也高于CK；而对于上部叶，CK上等烟率高于处理A，下等烟率低于处理A，但处理A烟叶均价略高于CK。

但从统计学的角度看：不同材质散热器对烤房烤后烟叶均价无显著差异影响（表6）。采用统计假设检验中的成对数据检验，假设2种材质散热器对烤后烟叶无不同效果，即H0：ud=0；对HA：ud≠0。显著水平α=0.05；α=0.01，| t |0.05推断接受H0，即是2种材质散热器烤房对烤后烟叶均价无显著差异影响。

2.6 不同材质散热器对设备成本与总能耗成本的影响

从表7可以看出，如果按炉具使用年限为7年，每年烘烤8炕烟，每炕干烟平均重300 kg计算，CK下部叶和上部叶效益都略高于处理A，而中部叶则是处理A高于CK。此外，对于下、中、上部叶，处理A耗煤与耗电费用均高于CK。

3 结论与讨论

试验研究结果表明，无机复合材料散热器由于散热面积较大，因而降低了烤房的排湿性能，但是随着烟叶烘烤的进行，烟叶中的水分不断散失，叶间隙增加，风速逐渐加大，烤房排湿性能逐渐满足烟叶烘烤的要求。无机复合材料散热器的烤房空载升温速度明显高于金属散热器的烤房升温速度，控温保温性能优于金属散热器烤房，烤房内平面温差在3.0 ℃以内，略高于金属散热器烤房，但无机复合材料散热器烤房垂直温差在1.0 ℃以内，优于金属材质散热器[9]。无机复合材料散热器烤房的烟囱出烟口温度低于金属散热器烤房，散热效果优于金属材料，热能利用率更高。无机复合材料散热器烤房提高了烤后烟叶的上等烟叶比例，降低了下等烟叶比例。无机复合材料散热管比钢管散热器降低烘烤设备成本3 400元/座左右，降低了烘烤设备散热器更换成本，提高了密集烤房散热性能，降低了设备更新换代成本[10]。

综上所述，采用无机复合材作为密集烤房散热器，能够加快烤房的升温速度，维持良好的升温控温性能，散热效果优于金属材料散热系统，且提高了烤后烟叶的外观质量和经济效益，复合材料炉具能就地加工，拆卸和安装方便，可减少设备运输，显著降低我国密集烤房建造成本和散热设备的更换成本，在我国烟叶密集约化烘烤的生产模式中具有良好的推广应用前景。

4 参考文献

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