不同类型密集烤房烘烤性能分析

0 引言

密集烤房烟叶烘烤是决定烟草产业能耗水平与产品品质的关键工序，其过程需要连续、稳定的热量与湿度控制[1]。密集烤房因具有装烟量大、热效率高等优势，已成为烤烟生产的主流设施，其性能优劣不仅决定了烘烤过程中温湿度控制的精确性和稳定性，还关系到能耗成本与环境排放水平[2-3]。近年来，随着“双碳”战略目标的提出及绿色低碳农业的推进，开发节能、高效、清洁的密集烤房技术已成为烟草产业绿色发展的必然要求。

生物质和空气源等清洁能源逐步引入烘烤系统，成为提高能源利用效率、减少环境污染和提高烟叶品质的有效手段[4]。薛国辉等[5]构建了一种生物质碎片燃料烤房，提高燃料热效率，有效降低烟气污染物排放。武圣江等[6]表明内置式生物质密集烤房有较好的温湿控制精度。潘建斌等[7]的研究显示，热泵型密集烤房能耗低且温差小，工业应用潜力大。上述研究表明，不同类型密集烤房在技术路径和应用效果上各具优势，为烟叶绿色烘烤提供了有力支撑。然而，不同形式的密集烤房在稳温性能、烟气污染物和烘烤能耗方面差异明显，尚缺乏系统性对比研究。

基于此，对不同类型密集烤房开展系统化性能对比分析，有助于揭示各类烤房烘烤性能的优劣势，对于推动烟叶产业节能减排、绿色发展和高质量生产具有重要理论与实践意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2024 年在云南省大理市某烘烤工厂进行，选择结构参数相同的4 座气流下降式密集烤房作为试验烤房和对照烤房，烤房规格为 8000×2700×3500mm。

供试烟叶品种为云烟 87 选取规范化连片烟田中成熟度一致的中部叶，在相同时间内完成采收、夹烟和装烟，并同时点火烘烤。

1.2 试验设计

本试验共设计4 个处理，即 T1：外置式生物质密集烤房、T2：内置式生物质密集烤房、T3：空气源热泵密集烤房、CK：燃煤烤房。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 烘烤稳温性能测定

在密集烤房内部安装温湿度传感器，分别在38℃、48℃和 54℃时，每隔30min 记录烤房设定温湿度和实测温湿度的差值，连续测定6 次，计算烤房内部温湿度偏差绝对值的均值。

1.3.2 烟气污染物测定

在不同类型烤房烘烤过程中，42℃、54℃和67℃稳温2h 后，选取烟囱中部平面进行检测，每点测3 次，取污染物实测浓度的平均值。

1.3.3 烘烤能耗测定

为直观比较不同类型烤房的能耗情况，将燃料消耗量和耗电量折算为标煤量，计算公式下所示：

式中，Mb 为折标煤量，kg；k 为燃料或电能的标煤折算系数，燃煤折算系数取 0.714kgce/kg，电力折算系数取 0.404kgce/（kW·h），生物质燃料折算系数取 0.525kgce/kg；md 为燃料消耗量或耗电量（kg 或 kW·h）。

1.4 数据统计与分析

本研究利用Excel 2024 对数据进行统计处理；采用 SPSS 24.0 对数据进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 稳温性能

由表 1 可知，38℃阶段各处理间干湿球温度偏差差异不显著，均控制在±0.05℃以内。42℃阶段，CK 干球温度偏差为 .0.76^∘C ，显著低于 T1、T2 和 T3（ P<0.05 ），而三者均保持在0.1℃左右，其中 T3 最优。54℃阶段，CK 偏差增至 0.92^∘C ，明显高于 T1、T2 和 T3，其余处理均控制在0.3℃以内。湿球温度偏差各处理间无显著差异。综合结果表明，稳温性能排序为 T3>T2>T1>CK ，其中空气源热泵密集烤房在各阶段均表现出最佳稳定性。

表1 不同类型密集烤房稳温性能

注：同列小写字母不同表示处理间差异显著 （∇P<0.05） ），下同。

2.2 烟气污染物排放量

为探究不同类型密集烤房在烟叶烘烤过程中对环境影响，本研究对不同类型密集烤房在 42^∘C 、54℃与 67^∘C 三个典型温度阶段的烟气污染物排放进行了测定与比较。结果如表2 所示，燃煤烤房（CK）各阶段排放量显著高于生物质烤房（T1、T2）（ p≈0.05Ω） 。在42℃时，T1 较 CK 减少排放量 1972.91mg/m³ ，下降 36.18% ，CK 总排放量是 T1 的 1.57 倍；T2 较 CK 减少排放量 4011.77mg/m³ ，下降 73.58% ，CK 总排放量是 T2 的 3.79 倍。54℃时，T1 较 CK 减少 10524.02mg/m³ ，下降 81.68% ，CK 总排放量是 T1 的 5.46 倍；T2 较 CK 减少 1192 ：04mg/m³ ，下降 92.53% ，CK 总排放量是 T2 的 13.38 倍。67℃时，T1 较 CK 减少 10972.30mg/m³ ，下降 87.97% ，CK 总排放量是 T1 的 8.31 倍；T2 较 CK 减少 11853.3mg/m³ ，下降 95.04% ，CK 总排放量是 T2 的20.15 倍。此外，空气源热泵密集烤房无明火燃烧，以电能和周围环境空气作为热源，污染物排放量忽略不计。

表2 不同类型密集烤房烟气污染物排放量（mg/m3）

2.3 能耗对比

从表 3 可知，各类型烤房的鲜烟入炉量在 3800～3850kg 之间，干烟产量均在 470～490kg 之间，无显著性差异。燃料消耗方面，T1 燃料用量最高，达到1292.65kg，显著高于 T2 和 CK（ p<0.05 ），T2 与 CK 差异不显著；T3 电能消耗显著高于其他处理（ _p<0.05） 折标煤量比较显示，T1、T2、T3 分别比CK 减少 15.55% 、23.17%和25.48% ，单位干烟耗标煤量分别为1.65、1.51 和 1.42kg/kg ，较CK 降低 14.51% 、 21.76% 和 26.42%c 。结果表明，燃煤烤房能耗最高，外置式生物质密集烤房能耗次之，内置式生物质密集烤房能耗较低，空气源热泵密集烤房最低。

表3 不同类型密集烤房能耗对比

3 讨论

本研究表明，T3 在各温度阶段的干湿球温度偏差最小，稳温性优于CK 和生物质密集烤房，这与Ye Zhang等[8]关于空气源热泵密集烤房烘烤过程中温度分布均匀性的研究结论相一致。T1和T2虽采用生物质清洁能源，稳温性能略低于 T3，但明显优于燃煤烤房，尤其在高温阶段偏差控制较好，符合罗贞宝等[9]对内置生物质密集烤房温湿控制精度高的研究结论。

在烟气排放方面，T3 无有害气体排放，明显优于燃煤与生物质方式。T2 相较 T1 排放量下降70%以上，表明内置燃烧结构更有利于燃料充分燃烧与烟气处理，与文献报道结论一致[9]。能耗分析显示，尽管 T3 耗电量较高，但折标煤量最低，单位干烟能耗显著低于 CK 和 T1，表明热泵烘烤系统在能源利用效率和绿色环保方面具有优势，与 Haipeng Liu[10]关于空气源热泵密集烤房烘烤能效的研究结论吻合。研究证明，随着电价合理化和能源结构转型，空气源热泵密集烤房具备较强的成本竞争力[11，12]。

综合来看，T3 在稳温性能、环境友好性及能耗效率上均表现优异，适合现代化高品质烘烤生产。然而，其初期投资和运行成本较高，对小规模生产者存在一定经济压力。因此，未来研究可重点关注降低系统成本、优化规模化应用策略。

4 结论

本研究表明，不同类型密集烤房在稳温性能、烟气排放和能耗方面存在显著差异。空气源热泵密集烤房（T3）稳温性最佳，干湿球温度偏差最小，烟气污染物排放可忽略，单位干烟能耗最低，综合性能优于燃煤（CK）及生物质密集烤房（T1、T2）。综上，生物质密集烤房作为成本与环保兼顾的备选方案亦具推广价值，空气源电热泵密集烤房在环保性、能效性方面具有明显综合优势，为烟叶烘烤工艺优化及低碳加工技术提供了重要参考。

参考文献

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[4].胡小东，晏飞，邹聪明，等. 清洁能源在烤烟密集烤房中的应用研究进展 [J]. 贵州农业科学， 2017， 45 （05）：132-138.

[5].薛国辉. 生物质碎片燃料密集烤房烟叶烘烤系统性能研究[D]，昆明理工大学，2023.

[6].武圣江，杨双剑，黄翔，等. 不同能源类型密集烤房烘烤性能与应用效果分析 [J]. 南方农业学报， 2022， 53（06）： 1586-1594.

[7].潘建斌， 王卫峰， 宋朝鹏， 等.热泵型烟叶自控密集烤房的应用研究[J].西北农林科技大学学报（自然科学版）， 2006， （01）：25-29.

[8].Ye Zhang，Bin Li，Zhenfeng He， et al. Temperature Field Simulation and Energy Analysis of a Heat Pump obacco Bulk Curing Barn. Energies. 2022;：undefined-undefined.

[9].罗贞宝， 李德仑， 黄宁， 等. 新型内置一体式生物质密集烤房烘烤效果研究 中国烟草科学[J]. 2021，42（05）： 75-80.

[10].Haipeng Liu，Shaomi Duan，Huilong Luo. Design and Temperature Modeling Simulation of the Full Closed Ho Air Circulation Tobacco Bulk Curing Barn. Symmetry-Basel. 2022;：undefined-undefined.

[11].文勇，姜永雷，陈颐，等. 空气源热泵密集烤房降碳减排性能研究 [J]. 工业安全与环保， 2025， 51 （09）：104-107.

[12].王建申. 热泵烤房烘烤过程数值模拟分析及烘烤工艺研究[D].昆明： 昆明理工大学， 2023.

本文由科技计划一般项目：云南省新能源烤房系列标准预研及制定（DLYC2025002）资助。