太陽能資訊：工程技術| 太陽能+空氣源熱泵煙葉密閉式烘烤技術分析

1項目概述

1.1 項目背景

目前，烤煙種植面積達2000萬餘畝，收購量5000萬擔，是全球煙葉生產大國。煙葉烘烤是一個大量耗熱的過程，而當前煙葉烘烤的主要熱量來源仍以煤炭為主。據測算和相關研究指出，按烘烤房規模220 座、烘烤季節烤房運行效率80%以上、每座烤房每烤季烘烤7 次計算，一個烤季保守估算共消耗約960t 煤，向大氣排放約44~58t 煙塵，約3300tCO2。因此，建設環境友好型煙葉烘烤技術是實現可持續發展不可或缺的技術。

2技術定義

太陽能+空氣源熱泵技術是利用新能源（太陽能+ 電能）替代煤、柴草的供熱方式，採用密集型密閉式烤房的循環加熱與除濕工藝，改進傳統烤房烘烤過程。

該系統包含太陽能空氣集熱器、高溫空氣源熱泵、智能化控制系統、循環加熱與除濕等技術。

3密閉式烤房

烤房為磚混結構，規格為8m×2.7m×3.5m，裝煙室規格為2.7m×6m，其內部結構與氣流下降式卧式密集型烤房相同，共2排分3層，每炕可裝煙葉約360竿，即5000kg鮮煙葉。

加熱室規格為2.7m×2m，裝置2.2kW大型風機，通過高溫熱泵主機，向烤房提供主要熱源，輔助熱源由太陽能加熱室提供，太陽能加熱室採用6m2平板太陽能空氣集熱器作為吸熱設備，循環管道採用2.4cm 厚玻璃保溫棉作為保溫隔熱材料，370W耐高溫風機作為太陽能加熱室循環風機，普通百葉窗作為太陽能加熱室進風口。採用烤煙烘烤自動控制系統及溫差控制系統對烘烤過程及太陽能的利用進行自動或手動控制。烤房牆體內部採用2cm厚橡塑保溫棉鋪粘，提高烤房內部保溫效果。

4主要組件信息

4.1空氣源熱泵（如圖1所示）

4.2平板太陽能空氣集熱器（如圖2所示）

圖2平板太陽能空氣集熱器

5烤房工藝及工作原理

5.1密閉式烤房

密閉式烤房包含密閉式循環加熱和除濕工藝兩部分。烤房由太陽能+ 電供熱，利用低溫冷凝排濕技術，解決煙葉脫水乾燥問題，確保烘烤排濕生產過程中氣體熱量能充分回收利用。

如圖3所示，密閉式烤房由裝煙室、熱風室、供熱系統設備、通風排濕和熱風循環系統設備、溫濕度控制系統設備等部分組成。

5.2 系統運行原理

系統使用時啟動熱泵，熱泵吸收空氣中的熱量進入烤房加熱室內。太陽能加熱室通過集熱器吸熱膜吸收陽光，將光能轉化為熱能，加熱吸熱板及空氣。開啟太陽能加熱室循環風機，太陽能加熱室進風門自動開啟，形成小循環，將加熱的空氣送入烤房加熱室。通過烤房循環風機將熱空氣送入裝煙室內，熱空氣通過煙層後向下，由底層返回烤房加熱室進行循環。排濕窗，熱泵餘熱回收裝置對排濕熱氣進行吸收循環利用。

系統運行原理如圖4所示。

5.3 烘烤工藝（如圖5所示）

6系統特點

（1）節能環保，烘烤過程無廢水、廢氣、廢渣排放；

（2）烘乾過程全自動化，溫濕度精確控制，節省勞動力；

（3）烘乾過程穩定可靠，煙葉品質好，等級高；

（4）烤房結構科學，耗電省，綜合運行費用低；

（5）安裝簡單、操作便捷、使用壽命長。

7試點地區案例展示與試驗數據

圖6重慶市彭水縣潤溪鄉中煙雙喜工廠

7.1數據分析

（1）2015年5月9日現場測試數據：

如圖7所示，在太陽能結合熱泵，環境溫度為19.1℃的情況下，實際幹球溫度達到67.5℃用時3.5 小時，耗電量為44.85kW·h，測試達到預期目標。

（2）2015 年5 月10 日現場測試數據：

如圖8所示，在單獨使用空氣源熱泵，環境溫度為16.5℃的情況下，實際幹球溫度達到65℃用時4.5小時，耗電量為63kW·h，測試達到預期目標。

經過烘烤現場實測能耗數據得出：太陽能+ 空氣源熱泵每棚煙平均耗電量為1025kW·h；單獨使用空氣源熱泵每棚煙平均耗電量為1370kW·h。由此可見，在日照充足的條件下，太陽能設備所供能源佔比可達30%。

8項目效益

8.1節能環保效益

按每千克干煙耗煤2.0kg 且煤炭含硫率為1%計算，採用新能源烘烤方式1kg 干煙可減排二氧化硫0.032kg、廢氣203、煙塵0.4kg。按每座烤房產干煙500kg、耗煤1t 計算，單座烤房減排二氧化硫16kg、廢氣100003、煙塵200kg。

以重慶市彭水縣為例，彭水縣潤溪鄉共有密集型烤房700座，烘烤季使用率達80%即560座，每座烤房每年烘烤7 棚左右，則彭水縣潤溪鄉每年因新能源烘烤設備的投入減排二氧化硫62720kg、廢氣3920萬立方、煙塵784000kg、煤耗3920t。

8.2經濟效益

（1）能耗成本

由傳統的1.43元/kg，下降為1.06元/kg，降幅達到25.9%。1kg 干煙葉烘烤一次費用對比如表3所示。

（2）人工成本

現有的傳統燃煤密集型烤房每棚的烘烤成本為500 元/棚；宏希太陽能空氣能烤房按照技術員10000 元/ 月，每月烘烤3~4 次，每次監管50座烤棚烘烤過程計算，宏希太陽能烤房每棚的烘烤人工成本為50~67元/ 棚。

按照每棚500kg干煙葉計算，如表4所示，傳統的1元/kg，下降為0.1~0.134元/kg，取均值0.117，則降幅達88.3%。如表5所示，太陽能空氣能烤房相較於傳統烤房和純空氣能烤房綜合能耗分別下降了54.3%、26.9%。

（3）成本回收周期及凈增效益（如表6所示）

9結語

隨著現代煙草農業的發展，烤房的改進和能源的開展成為煙葉生產急需解決的問題。宏希太陽能研發出一項將空氣源熱泵與平板太陽能空氣集熱器及其配套烘烤工藝技術應用到煙葉烘烤中，達到節能減排、提質增效的效果。

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