正文 密集烘烤的熱量衡算(1 / 3)

一、煙葉烘烤的熱量來源

煙葉烘烤的熱量來源有:燃料燃燒放熱、太陽輻射以及煙葉自身呼吸放熱等,中燃料燃燒放熱是最主要的熱源。密集式烤房與普通烤房的特殊之處在於這三部分熱都能夠在熱風循環過程中部分得到重複利用。

(一)燃料燃燒供熱

由於烤煙調製時間短,要求升溫速度快,供熱集中,因此主要依靠燃料燃燒供熱。烤煙所用的燃料有固體燃料(煤、木柴等)、液體燃料(煤油、柴油等)、氣體燃料(天然氣等)三種。我國目前以固體燃料煤和柴草為主。煙葉烘烤時,燃料(煤)在爐膛內燃燒產生高溫燃氣流,通過輻射、對流把熱能傳遞到火管(火壟)內壁,而後由火管內壁通過傳導傳遞到火管外壁,然後從火管外壁再通過對流、輻射的方式把熱能傳至煙葉、烤房內壁和其它物體,從而加熱煙葉,促使煙葉自身的生化反應和物理變化。

(二)太陽能利用

太陽能是曬煙和晾煙調製的主要熱源。在多數煙區,煙葉采收和調製期間,太陽能的可用性通常是很高的,而且作為一種環保型能源,越來越引起人們研究和應用的興趣。美國北卡羅來納州牛津煙草試驗站1978年設計建成了二室型太陽能調製係統,這種係統所儲的太陽熱能,在煙葉變黃階段及基本上能滿足其32~40℃溫度範圍的需要。在變黃後期及煙葉幹燥期中,將經太陽能加熱的空氣送入爐灶以減少燃料消耗。據報道,經回收熱量和日光熱對空氣預熱,空氣溫度增高20℃,降低能耗47%左右。我國於20世紀70年代初進行利用太陽能烤煙試驗,並取行了一定的效果。據河南省農業科學院煙草研究所測試,在整個烘烤過程中太陽能集熱器向烤房提供的有效熱量為1440550kJ,相當於低位發熱值20809kJ的煤69.23kg。據中國科學院力學研究所測定,太陽能集熱器采光麵在烘烤間的最佳傾角平均為20℃左右。菲律賓及我國的台灣省均有采用太陽能烤房烘烤煙葉的試驗報道。據台灣屏東試驗,太陽能烤房比同容積日本的密集式烤房節約燃料達40%。菲律賓應用台灣式太陽能烤房比當地普通烤房節省熱能達60.46%。

太陽能作為熱源之一影響烤房內的熱量供應。由於太陽能是易變的,取決於多種因素,諸如地理緯度、氣候的年變化、日變化和當時天氣情況等。太陽輻射影響大氣的溫濕度,大氣溫濕度影響烤房內的濕度和排濕狀況,所以其熱量供應極不穩定,對烘烤作業有較大的影響。例如陰晴雲雨的天氣變化和晝夜溫差等,要求燒火及排濕等烘烤操作必須靈活,以免烤房內出現猛升溫、降溫或者濕度過小、過大等對煙葉質量造成不良影響。

(三)煙葉呼吸放熱

新采收的鮮煙葉,離開了煙株母體,呼吸作用繼續進行。呼吸過程是調製過程煙葉變黃的主要因素。通常呼吸作用是糖類物質氧化,生成二氧化碳和水,並放出熱量的過程,每摩爾葡萄糖可放出熱量2871.64kJ。雖然這種能以熱量表示,但不是全部都以熱的形式顯示,有相當部分經過複雜的過程轉化為叫做三磷酸腺苷的特殊化學能,在煙葉烘烤過程中主要用來維持細胞的生命活動。

呼吸作用的最終產物CO2,在呼吸作用最適宜的溫度範圍內,隨著呼吸作用加強,其釋放量不斷增加,當溫度從27℃升到43℃時,CO2的釋放量增加了1.88倍研究結果表明,烘烤過程的初期,煙葉幹物質含量急劇減少,以後減少量逐漸下降。培根等研究結果顯示,煙葉在烘烤調製期間幹物質損失量為12%~16%,其中變黃階段損失量占54%,定色階段占29%,幹筋階段占17%。可以認為,變黃階段和定色前期幹物質損失量的多少,說明了煙葉呼吸代謝和物質轉化程度的高低。因為變黃階段的溫度影響煙葉呼吸代謝作用,因此也影響幹物質損失的量。變黃階段的溫度越高,時間越長,幹物質的損失量也就越多。

二、煙葉在烘烤過程的耗熱分析

(一)煙葉烘烤的耗熱項目

煙葉烘烤過程中,熱力消耗至少包括:

①煙葉在烘烤過程中溫度的升高和水分汽化耗熱。

②通風排濕時外界進入烤房的冷空氣加熱後從排氣口排出濕空氣的耗熱。烘烤實踐和測試研究認為,煙葉水分蒸發耗熱和通風時空氣加熱並攜帶水汽的物理熱是最主要的。包括煙葉水分汽化耗熱,約占煙葉烘烤全部耗熱量的60%。

③煙囪排煙的物理熱和化學熱若包括排煙帶出物理熱、燃料化學不完全燃燒造成的熱損失、機械不完全燃燒熱損失和爐渣帶出物理熱等在內,占15%左右。