烟叶密集烤房排湿余热回收利用技术实验研究

徐鸿飞，王春林，任洪波，普恩平，冀新威，唐世祥

（1. 云南省烟草公司烟草处，云南省昆明市 650011；2. 中国船舶重工集团公司七五〇试验场，云南省昆明市 650051；3.云南省烟草公司红河州公司，云南省红河州 654400）

烟叶密集烤房排湿余热回收利用技术实验研究

徐鸿飞1，王春林2，任洪波2，普恩平3，冀新威3，唐世祥2

（1. 云南省烟草公司烟草处，云南省昆明市 650011；2. 中国船舶重工集团公司七五〇试验场，云南省昆明市 650051；3.云南省烟草公司红河州公司，云南省红河州 654400）

针对自主研制的某型两种规格的密集烤房排湿余热回收利用装置的余热回收利用效果进行实验研究，经过对实测数据进行分析处理，对两种规格的排湿余热回收利用装置的排湿能力和余热回收效果、节煤进行了计算分析，结果表明，两种规格的排湿余热回收利用装置的排湿能力均能够满足烤房要求，其余热回收效果较好，节能减排效果显著。

控制理论与控制工程；烟叶密集烤房；排湿余热；余热回收。

0 引言

板式热交换器是以进风和排风完全分开的两股空气交叉进入板式换热器，进风和排风的能量通过平板进行热交换，其基本原理为当两股气流存在温度差时，就会发生热传递，通过回收排风中的能量预热进风，从而达到余热回收的目的[1]，参见图1。

实验针对安装两种规格的余热回收装置的四层装烟密集烤房在实际烘烤过程中的排湿进风风速、余热回收装置的换热效率等进行实际测试，目的是通过实验对排湿余热回收利用装置在实际烘烤过程中的排湿能力和余热回收效果进行研究。

1 材料与方法

以分别安装不同规格排湿余热回收装置的两座密集烤房为处理1和处理2，以不安装排湿余热回收装置的密集烤房为对照，不改变烘烤工艺方法，采用同素质、同部位鲜烟叶为素材、同一时间起火烘烤，分别测试排湿口进风风速/进风量、排湿入口/出口温度、进风入口/出口温度，以帮助对安装排湿余热回收装置的烤房的排湿能力、余热回收换热效率等进行分析，从理论上对排湿余热回收装置的实际烘烤节煤率进行测算[2]。

实验地点安排在红河州泸西县午街铺绿蛾烤房群，处理1和处理2安装排湿余热回收利用装置，处理1为15号烤房，处理2为16号烤房，对照为18号烤房。其中处理1和处理2的差别仅在于余热回收装置的换热器片间距略有不同，处理1的为6mm，处理2的为10mm。使用的主要测试设备包括笔记本电脑1台、热线式在线记录风速温度仪1套、四通道温度采集记录仪2台以及其他辅助设备。

测试于2013年9月4日9时开始，至9月10日14时结束。测试开始时间为烘烤起火时间，测试结束时间处于干筋期的稳温段，处理1的烤房设定干湿球温度为55/36℃，处理2的烤房设定干湿球温度为54/37℃，对照处烤房的设定干湿球温度为55/37℃。

测试布置参见图2，将热线式在线记录风速温度传感器布放于进风入口处，以测量进风量；将四通道温度采集记录仪的温度传感器分别布放于排湿入口、出口和进风入口、出口，以测量出风温度差和进风温度差。

图1 板式热交换器工作原理图Fig.1 Schematic diagram of plate heat exchanger

图2 余热回收利用装置排湿进风示意图Fig.2 Schematic diagram of waste heat recycling device

2 结果与分析

2.1 进风面积计算

对照烤房[3]进风门尺寸：80cm×30cm，面积：2400cm2。

处理1和处理2在原烤房的左右两个前排湿口安装余热回收装置，通过该装置实现进风和排湿，其进风/出风尺寸：40cm×40cm，面积按照进风、出风各占一半计算：800cm2×2=1600cm2。

2.2 排湿口进风风速测试及进风量计算

进风风速测试结果如表1所示。单位时间进风量如表2所示。

表1 不同处理在循环风机不同工况下的进风风速Tab.1 different processing in circulation fan into the wind speed under different working conditions

表2 不同处理在循环风机不同工况下的单位时间进风量Tab.2 different processing in circulation fan into the wind quantity during one second under different working conditions

2.3 余热回收装置排湿入口/出口温度、进风入口/出口温度测试

2.3.1 不同处理的排湿入口/出口温度、进风入口/出口温度测试

结果分别见图3及图4。

图3 实测的处理1（换热器间距6mm）的排湿余热回收温度曲线图Fig.3 the experiment one（Heat exchanger spacing 6mm） about the temperature curves of waste heat of humid air recycle

图4 实测的处理2（换热器间距10mm）的排湿余热回收温度曲线图Fig.4 the experiment one（Heat exchanger spacing 10mm） about the temperature curves of waste heat of humid air recycle

2.3.2 变黄期不同处理的排湿及进风温度

测试工况如下：

烘烤设定温湿度：35/32℃

循环风机：高速

进风门：全开

后辅助排湿窗：关闭

不同处理的测试结果如表3所示。

表3 变黄期不同处理的排湿及进风温度Tab.3 the temperature of different experiments during the yellowing stage

2.3.3 定色期不同处理的排湿及进风温度

烘烤设定温湿度：42/33℃

循环风机：高速

进风门：全开

后辅助排湿窗：关闭

不同处理的测试结果如表4所示。

表4 定色期不同处理的排湿及进风温度Tab.4 the temperature of different experiments during the leaf-drying stage

2.3.4 干筋期不同处理的排湿及进风温度

烘烤设定温湿度：55/36℃

循环风机：高速

进风门：全开

后辅助排湿窗：关闭

不同处理的测试结果如表5所示。

表5 干筋期不同处理的排湿及进风温度Tab.5 the temperature of different experiments during the stem-drying stage

2.4 理论回收热量测算以及节煤率估算

忽略进风含湿量，理论回收热量按下式计算（其实际回收热量大于该式的计算值）：

式中：Q—热量，m—进风量，ρ—空气密度，c—空气定压比热，T1、T2—进风入口、出口温度。设空气密度ρ=1.2kg/m3（16～26℃），空气比热c=1013J/kg·℃，1Kcal=4.185KJ。

由于对排湿气体在热交换过程中焓的变化测量十分困难，这里仅对干筋期进行换热效率计算，这是由于干筋期烤房内相对湿度低（＜20%）、含湿量低，忽略含湿量对热量的贡献。理论上变黄期和定色期由于焓值均高于干筋期，其换热效率也必然大于干筋期的换热效率。

干筋期的换热效率按下式计算：

式中：η—换热效率，T1、T2—进风入口、出口温度，Tr—排湿入口温度。

1）处理1

进风升温平均值：（9.727+9.9+9.954）÷3=9.86℃

则回收热量为：Q=m·ρ·c （T1-T2）= 0.5104×1.2×1013×9.86=6117.56J/S=6.2 kJ/s

换算成每小时：Q=6.2×60×60=22320kJ/h

换算成大卡：Q=22320÷4.185=5333kcal/h

设标准煤热值为7000Kcal/kg，则回收热量相当于标准煤为：

5333 ÷7000 =0.762 kg/h

即每小时回收热量换算成标准煤为0.762kg，换算成每天为18.3kg。

若按照烘烤7天、排湿6天且排湿时间占70%计算，则回收热量相对于标准煤约为：

18.3×6×0.7=76.86kg

若按照烤房实际用煤燃值5000kcal/kg、水分25%、热转换率50%[5][6]计算，测算的实际可节煤为：

76.86 ×（7000÷5000）÷0.75÷0.5=287kg

按照对照烤房的总耗煤1100kg计算，节煤率可达26%。

干筋期的换热效率为：η（干筋期）=（T2-T1）÷（Tr-T1）=9.954÷（35.863-23.327）=79%

2）处理2

进风升温平均值：（9.963+9.757+7.055）÷3=8.592

回收热量：8.591×0.688×1.2×1013=7185J/s=7.2kJ/s换算成每小时：7.2×60×60=25920kJ/h换算成大卡：25920÷4.185=6194kcal/h

每小时回收热量换算成标准煤0.885kg，每天为21.24kg。

同样，若按照烘烤7天、排湿6天且排湿时间占70%计算，回收热量相对于标准煤约为：

21.24 ×6 ×0.7=89.21kg

同样，若按照烤房实际用煤燃值5000kcal/kg、水分25%、热转换率50%计算，估算的实际可节煤为：

89.21 ×（7000÷5000）÷0.75÷0.5=333kg，按照对照烤房的总耗煤1100kg计算，节煤率可达30%。

干筋期的换热效率为：η（干筋期）=（T2-T1）÷（Tr-T1）=7.055÷（39.791-30.382）=75%

2.5 主要污染物减排计算

污染物减排按每燃烧一吨标煤排放二氧化碳约2.6吨/二氧化硫约24公斤/氮氧化物约7公斤计算[7]，处理1可减排二氧化碳约200kg、二氧化硫约1.85kg、氮氧化物约0.54kg；处理2可减排二氧化碳约约231.95kg、二氧化硫约2.14kg、氮氧化物约0.63kg。

3 结论

通过测试、计算和分析，可以初步得出以下结论：

1）处理1和处理2均能有效实现节能减排的目的，其理论换热效率均在70%以上，理论节煤率均在25%以上。

2）在循环风机高速情况下，处理1和处理2的单位时间进风量均大于对照烤房的进风量（“国烟办综[2009]418号”所规定的进风量）。在循环风机低速情况下，处理1的单位时间进风量略低于对照烤房的进风量，处理2的单位时间进风量大于对照烤房的进风量。处理2的单位时间进风量大于处理1的单位时间进风量。

3）处理1和处理2均能有效利用余热对进风进行加热，其中理论单位时间热回收量处理2大于处理1、理论换热效率处理1大于处理2，估算的理论有效节煤率处理2大于处理1。

4）处理1和处理2的排湿余热回收利用装置在不改变原烤房及其设备结构、不影响烘烤的前提下，具有较好的余热回收效果，可以广泛应用于密集烤房，实现节能减排目的。

[1] 徐鸿飞.密集烤房排湿余热回收利用技术研究（中国烟草总公司云南省公司科技计划项目申请书）.2010. XU Hong-fei. Research on the waste heat of humid air’s recycle technology of bulk curing barn （YunNan tobacco company of science and technology plan projects application）.2010.

[2] 王玉明，徐鸿飞，李宏光，等.密集烤房排湿余热回收利用装置. 中国专利CN202618248U. WANG Yu-ming，XU Hong-fei，LI Hong-guang et al. The device of waste heat of humid air’s recycle technology of bulk curing barn. Chinese patent CN202618248U.

[3] 国烟办综[2009]418号.密集烤房技术规范[M].国家烟草专卖局.2009. The state tobacco monopoly administration office files[2009] Number 418. The technical specification of bulk curing barn[M]. STATE TOBACCO MONOPOLY ADMINISTRATION.2009.

[4] 杨世铭.传热学（第二版）[M].北京：高等教育出版社.1989. YANG Shi-ming.Heat Transfer（The second edition）[M].Beijing：Higher Education Press.1989.

[5] 宋朝鹏，贺帆，王占仪，等.提高烤房热能利用率的途径初探[J]. 安徽农业科学. 2008，36（ 18） ：7743- 7744，7751. SONG Chao-peng，HE Fan，WANG Zhan-yo，et al. Ways to improve the curing barn heat energy utilization[J]. Anhui agricultural science. 2008，36（18）：7743-7744，7751.

[6] 宫长荣，潘建斌，宋朝鹏，等.我国烟叶烘烤设备的演变与研究进展[J].烟草科技，2005（11）：34-36. GONG Chang-rong，PAN Jian-bin，SONG Chao-peng，et al. The evolution and the research progress of domestic tobacco baking equipment[J]. The technology of tobacco，2005（11）：34-36.

[7] 国家计委能源所.能源基础数据汇编[M].1999.P16. The Research institute of state planning commission energy. Energy base data assembly[M].1999. P16.

Research on Recycling Technology of Humid Air's Waste Heat Experiment of Bulk Curing Barn's Heating System

XU Hong-fei1, WANG Chun-lin2, RENG Hong-bo2, PU En-ping3, JI Xin-wei3, TANG Shi-xiang2
(1.YunNan Tobacco Company , Kun Ming 650011, China; 2. China Ship Heavy Industry Group Company (CSIC) 750 Test Range, Kun Ming 650051, China; 3.YunNan Tobacco Company in HongHe , HongHe 665000, China)

For the independent development of a certain type of two specifications device, do a research on recycling technology of humid air’s wast heat experiment of bulk curing barn’s heating system. After the analysis of the measured data, do the calculation and analysis of the two kinds of device’s ability of eliminate moisture, recycle the waste heat and save coal , we find these two kinds of device can satisfy the requirements of a barn.

Control theory and control engineering; Bulk curing barn; Waste heat of humid air; Waste heat recycling

徐鸿飞，王春林，任洪波，等，烟叶密集烤房排湿余热回收利用技术实验研究[J]. 新型工业化，2016，6（11）：81-86.

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.11.011

: XU Hong-fei, WANG Chun-lin, RENG Hong-bo, et al. Research on Recycling Technology of Humid Air's Waste Heat Experiment of Bulk Curing Barn's Heating System[J]. The Journal of New Industrialization, 2016, 6(11) : 81-86.

徐鸿飞，男，农艺师；王春林，男，高级工程师，主要从事信息及自动化应用技术研究；任洪波，男，工程硕士，主要从事测控技术研究；普恩平，男，农艺师；冀新威，男，助理农艺师；唐世祥，男，工程硕士，主要从事控制技术研究