烟叶烘烤设备自动化水平与能源利用效率研究

引言

烟叶烘烤影响成品烟草的色泽、香味和物理指标，当前“双碳”背景下，如何提升烘烤设备的自动化水平与能源利用效率，成为行业亟需突破的技术瓶颈，传统烘烤方式普遍存在控制依赖人工经验、能量损耗大、热效率低等问题，不仅加重了运营成本，也制约了品质稳定性与规模化发展。近年来，随着传感器网络、温湿度自控、智能算法及热能管理等技术的集成应用，烟叶烘烤设备逐步向“自动化+节能化”方向演进。

1 烟叶烘烤设备自动化控制系统分析

随着现代烟草加工技术的不断进步，烟叶烘烤设备的自动化控制系统在提升烘烤质量稳定性、降低能耗与人工成本方面发挥着核心作用，当前主流自动化系统多采用“中央控制 + 分布执行”的架构，以 PLC 为核心，集成温湿度传感器、压力传感器、可燃气体检测模块及智能执行机构等硬件单元，结合嵌入式软件平台实现对烘烤全过程的精细化管理。在温湿度控制方面，系统可基于不同阶段的烘烤曲线预设目标值，实时采集烘房内空气与烟叶表面温度、相对湿度数据，通过 PID 算法自动调节燃烧器火力、风门开度与加湿量，实现动态闭环调控；在烘烤程序控制方面，系统支持设定“预热—上色—定色—干筋”四段工艺流程的时长、斜率及转段条件，具备手动、半自动与全自动切换能力；同时配套远程监控模块，可通过以太网或 GPRS 模块实现工艺参数远程上传、故障报警与远程运维。部分高端系统还引入模糊控制、专家决策与神经网络预测模型，提升在复杂工况下的自适应调控能力。此外，为实现精益管理，自动化系统与烘烤数据记录仪、能耗监测模块、生产执行系统（MES）对接，形成“数据采集—过程优化—能效评估”的闭环管理链条。整体而言，自动化控制系统已从“工艺可控”向“过程优化”迈进，为提升烘烤设备运行的智能化水平、保障烟叶质量一致性与能源利用效率提供了坚实基础。

2 烘烤设备自动化与节能技术的融合路径

2.1 烘烤过程中的主要能耗构成与分布

烟叶烘烤过程是典型的高能耗热加工环节，其能耗构成主要集中在燃料消耗、送风系统、电气控制与水汽调节四个方面。其中以燃料热能供给为主，占总能耗的 70% 以上，主要用于维持烘房内升温与恒温阶段所需的热负荷。送风系统中的鼓风机与排湿风机工作频繁，电机功率大，是烘烤过程中的次级能耗源，占比约 10%～15% 。电气控制部分能耗虽小，但稳定运行对于自动化系统至关重要。此外，湿度调节所需的加湿泵与蒸汽发生器会在定色、干筋等阶段间歇性工作，增加间接能耗。在空间分布上，热能损失主要集中在炉膛散热、烘房围护结构热传导、排湿风道未利用的显热以及废气带出的潜热等方面，尤其是高温气体未经热回收直接排放，导致显著能源浪费。同时，不合理的温湿调控策略也会引发燃烧器频繁启停、风量失衡等问题，进一步提高单位烘烤耗能。准确识别能耗构成与分布特征，有助于在自动化系统基础上开展针对性节能优化，包括热能回收、结构保温、智能供热与分时控制策略，为后续节能技术的集成与应用奠定数据基础和目标导向。

2.2 热能回收装置与循环利用技术分析

在提高烟叶烘烤设备能源利用效率的过程中，热能回收与循环利用技术发挥着至关重要的作用。当前应用较为成熟的热回收装置包括废气—进气热交换器、热水循环系统与相变蓄热模块等。其中，废气热交换器通常安装于排湿管道与进气口之间，可将高温废气中的显热传导至新鲜进气中，回收效率可达 30% 以上；该系统通过板式或翅片式换热器实现高温低压差下的稳定换热，有效降低燃烧器负荷。热水循环系统则多用于多烘房联动模式，通过热媒将富余热量转移至其他待烘烤房间，实现在不同工艺阶段间的热量时空再分配。部分高效设备还引入相变蓄热材料，在高温阶段储热，低温阶段释放，优化供热节奏，降低波动频率。为实现回收效率最大化，系统普遍采用智能温控算法动态调整换热器启停与开度，并与自动化控制模块协同运行。实践表明，热回收技术的引入不仅能降低单位热耗10%～20% ，还能提高温控精度与系统响应速度，是推进节能降碳与智能化融合的关键环节。

2.3 烘烤炉结构热工性能优化路径

结构热工性能的优化是提升烟叶烘烤设备能源利用效率的基础保障。在炉体设计方面，现阶段优化路径主要集中在围护结构的保温性能提升、炉膛气流组织优化与热桥断绝三大方面。首先，传统砖砌或混凝土围护结构在热导率和热惰性方面存在明显短板，易造成热量外泄与温控波动，优化措施包括引入真空绝热板（VIP）、聚氨酯发泡层或复合纳米气凝胶材料，有效将单位面积热损耗降低 30% 以上。其次，在炉内气流组织方面，通过对送风方向、风速梯度和排湿节奏进行数值模拟，优化风道布置与导流挡板结构，使热风均匀穿透烟叶层，提升传热效率和叶片色泽一致性。再次，热桥部位如门缝、管道穿墙口等区域通过使用隔热胶条、耐高温密封套管及分段断热设计，降低局部传热与冷凝风险。先进结构中还集成红外成像模块，可对炉体表面温度场进行扫描诊断，快速发现热损薄弱点并修正设计。此外，优化结构还需配合智能控制系统，实时调整风门启闭与热源投切策略，实现热量的按需分配与节拍运行，达到“结构节能 + 智能控温”的协同效果。

结束语

烟叶烘烤作为烟草生产过程中的关键工序，其设备自动化水平与能源利用效率直接影响产品质量、生产成本与绿色发展水平。随着智能控制技术与节能装备的不断进步，现代化烘烤系统正逐步向高精度温湿调控、能源循环利用与多工艺协同控制方向发展。烟叶烘烤设备应进一步引入物联网、大数据分析与边缘智能等先进技术，建立多维参数感知、决策与执行一体化平台，推动传统烘烤作业向智慧化、精益化、绿色化全面转型。

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