首页分享丽江烟区生物质烤房燃料颗粒配方的筛选

丽江烟区生物质烤房燃料颗粒配方的筛选

来源：花匠小妙招时间：2025-08-04 23:26

摘要为探索生物质颗粒燃料在丽江烟区的高效应用，利用区域内产量较大且稳定、便于收集的低成本烟秆作为主料，设计不同辅料的丽江烟区生物质颗粒燃料配方，对烤烟品种K326进行烘烤，通过比较不同燃料的成本与经济效益、燃烧性能、污染物排放以及烟叶烘烤的外观品质和烘烤曲线，旨在筛选出优质的生物质燃料配方。结果表明，生物质燃料烤房在节约成本、经济效益增收、燃烧性能、烟叶外观品质和烘烤曲线时间上，均优于传统燃煤烤房；其中“75%烤烟秆+25%锯末”和“50%烤烟秆+50%锯末”配比的综合效果较好，有利于烟叶风味物质积累；此外，生物质燃料排放的SO2和颗粒污染物低于传统燃煤，排放的NO"n较高于传统燃煤。初步筛选出适合生物质烤房的燃料配方，并进一步证明生物质烤房优于传统燃煤烤房，对后续改进生物质烤房和优化生物质燃料配方提供了积极的参考意义。

关键词生物质燃料；经济效益；燃烧性能；污染物排放；烘烤曲线

中图分类号TS44"文献标识码A"文章编号0517-6611（2025）01-0168-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.01.035

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

ScreeningofFuelPelletFormulationsinBiomassGrillsinLijiangTobacco-growingArea

HEBiao，HEXue-jia，HEQiangetal

（YunnanTobaccoCompanyLijiangCityCompany，Lijiang，Yunnan674100）

AbstractToexploretheefficientapplicationofbiomasspelletfuelinLijiangtobaccogrowingareas，usinglow-costtobaccostickswithlargeandstableyieldandeasycollectioninthisregionasthemainmaterial，designingdifferentauxiliarymaterialsforbiomasspelletfuelformulasinLiji，theaimistoscreenouthigh-qualitybiomassfuelformulas.Theresultsshowedthatthebiomassfueledbarnhadbettercostsaving，economicbenefits，combustionperformance，appearancequalityoftobaccoleavesandbakingcurvetimethanthetraditionalcoal-fueledbarn.Amongthem，the“75%tobaccostickand25%sawdust”and“50%tobaccostickand50%sawdust”hadbettercomprehensiveeffects，whichwasbeneficialfortheaccumulationofflavorsubstancesintobaccoleaves.Inaddition，theemissionsofSO2andparticulatepollutantsfrombiomassfuelwerelowerthanthoseoftraditionalcoal，whiletheemissionsofNO"n"werehigherthanthoseoftraditionalcoal.Thisstudypreliminarilyscreenedoutsuitablefuelformulasforbiomass-fueledbarn，andfurtherprovedthatbiomass-fueledbarnwassuperiortotraditionalcoal-fueledbarn.Thisprovidespositivereferenceforfurtherimprovingbiomass-fueledbarnandoptimizingbiomassfuelformulas.

AbstractBiomassfuel;Economicbenefits;Combustionperformance;Pollutantemissions;Bakingcurve

作者简介贺彪（1975—），男，云南丽江人，农艺师，从事烟草栽培技术研究。*通信作者，农艺师，从事烟草栽培技术研究。

烟叶烘烤是烤烟生产的重要环节，该过程需要投入大量劳动力和燃料。在美国，烤烟生产燃料费用大概占生产烤烟成本的25%，我国需要投入大致相当的燃料费用。当前能源日趋紧张，燃料价格长期不断上涨，燃料成本的升高进一步制约了烟草的产量［1］。2009年11月，国家烟草局印发了国烟办综〔2009〕 418号文件，确定了密集型烤房连排建设方式，使我国密集型烤房建设水平和烟叶烘烤应用技术水平大幅度提高［2］。密集型烤房作为现代烟草农业发展的重要基础设施和烟叶生产基础设施建设的重要内容，成为全国各烟区烟叶烘烤的应用主体。当前，新型标准密集烤房已成为烤烟加工主要设备，且以烤房群的形式规划建设，供热还以燃煤为主，烟叶烘烤季节煤炭燃烧集中释放的烟尘、碳氧化合物、硫化物和氢氧化物造成烤房群周围环境较大污染，随着国家环境保护“十三五”规划对煤炭使用逐步限制，改变烟叶烘烤以煤炭做燃料供热的方式也势在必行［3］。

生物质能作为绿色低碳清洁可再生能源已得到广泛认可，替代县域及农村燃煤供热具有得天独厚的优势［4］。利用生物质能源烘烤烟叶，达到减少污染、保证烟叶烘烤质量，降本增效，是近年来烟叶烘烤能源替代应用的主要探索方向［5］。生物质颗粒是一种在常温条件下利用压棍和环模对粉碎后的生物质秸秆、林业废弃物等原料进行冷态致密成型加工的可再生能源，原料的密度一般为0.10～0.13 t/m3，成型后的颗粒密度1.1～1.3 t/m3，方便储存、运输，而且大大改善了生物质的燃烧性能［6］。与煤炭相比，生物质燃料可循环利用，属可再生能源、易得且来源广泛，可减少SO 2、CO 2、NO "X 等的排放，减少污染［7］。我国是烤烟生产大国，又是能源匮乏的国家，但我国的生物质能源储备十分丰富，因此调整能源结构，利用生物质颗粒能源是必然选择。生物质颗粒能源的开发利用不仅有利于降低烤烟生产投入，增加烟农收入，而且充分响应国家倡导的走可持续发展道路政策，降低环境污染，为低碳环保的现代烟草农业建设提供保障。但目前，生物质配方各有不同，各地气候环境以及生物质性能不一致，限制了生物质燃料的推广，不同的配方往往会产生较大的差异，其在烤烟烘烤过程中能发挥的作用也长短不接，因此，因地制宜，探究适宜各大烟区的优质生物质燃料配方将为烟区烤烟生产提质增效做出重大贡献。

丽江作为特色优质烟区，密集型烤房众多，2019年以后持续开展生物质燃料颗粒烘烤设备推广，加大生物质燃料颗粒烘烤设备的改造建设力度，目前全市已经建设改造820多台生物质燃料颗粒烘烤设备，年推广超过800hm2烤烟生物质烘烤，累计推广超过3333hm2的生物质燃料颗粒烘烤面积，覆盖全市四县一区，该研究通过分析多个生物质燃料配方，结合丽江市自身实际情况，筛选出经济适用、节能环保的生物质燃料配方，以期为下一步大范围推广应用生物质燃料提供理论依据，进而推动烘烤向清洁可持续健康发展。

1材料与方法

供试材料为统一管理、烟叶成熟落黄一致、鲜烟叶素质相同的烤烟品种K326的上、中、下３个部位的烟叶；供试能源以烤烟秆、麦秆和锯末作为主要原料，设计不同燃料配方，加工出不同的生物质颗粒燃料。

1.1试验地点及设备

烤房和生物质原料主要选取试验地点在云南省丽江市玉龙县黎明乡（27°07′N，90°50′E），位于玉龙县金沙江河谷特色优质烟叶产区中心地带，属于亚热带高原河谷气候，主要有河谷区、半山区、高寒山区3类地形，海拔1800～4513m。采用由云南佳叶工贸有限公司生产的气流下降式卧式密集型烤房专用全自动生物质燃料颗粒燃烧机，具有自动精准控温功能，受外界气温变化因素的影响小；可自动进料，并与烤房控制箱连接，按照控制器所设定的温度曲线自动进行火力控制，实现烟叶烘烤的自动烧火目标。

1.2试验设计

试验处理分别为100%用烤烟秆加工（T1）、75%烤烟秆+25%麦秆（T2）、50%烤烟秆+50%麦秆（T3）、75%烟秆+25%锯末（T4）、50%烟秆+50%锯末（T5）、密集型燃煤（CK）。选取长势均匀一致的烟田，待烟叶正常成熟落黄后采收，并全部采用烟夹编烟。各烤房装烟秆数基本相同，并都按K326烟叶烘烤技术标准进行烘烤。每个处理的烤房选取等级为C3F的烤后烟叶各2kg，用于效果指标的测定。另选取15夹具有位置代表性的烟夹进行标记，用于经济性状统计分析。

1.3成本及经济效益调查

工人成本、燃料成本、烤房数量、烟叶种植面积、烤烟秆回收价格等通过走访、网络查询等方式获得。

1.4外观品质感官评价

烟叶烘烤后，通过肉眼观察叶面色泽、纹理，嗅闻叶片味道，以及触摸叶片质感的方式进行评定。

1.5燃烧性能测定

燃料燃烧性能委托云南省佳叶工贸有限公司送至云南省煤炭产品质量监督检验站进行专业检测，参照国标GB/T212—2008《煤的工业分析方法》，采用SDTGA—2000型工业分析仪测定生物质燃料和燃煤的空气干燥基水分（Mad）、挥发分（Vdaf）、空气干燥基氢元素（Had）、全水分（Mt）、全硫（Stad）、结焦率（Ad+Fcd）和燃烧值（AVG），每个样品测量3次取平均值。

1.6污染物排放检测

委托云南省能源技术中心，依据GB/T15316—2009《节能监测技术通则》、GB/T3486—1993《评价企业合理用热技术导则》、GB/T15371—2009《燃煤工业锅炉节能监测》，分别对不同能源密集烤房整个烘烤过程的排放进行监测。

1.7烘烤曲线设定烘烤曲线设定参见表1。

1.8数据分析试验数据处理、方差分析和作图采用MicrosoftExcel和SPSS21.0软件完成。

2结果与分析

2.1成本与经济效益

截至2023年9月，燃煤销售价格约为900元/t，而生物质燃料销售价格为850元/t，参考以煤代柴的政策补贴200元/t，燃料成本降低50元/t；传统燃煤烤房的用工量是生物质烤房的2.5倍，按工人工资以100元/d计算，生物质烤房工人成本降低了60%（表2）。虽然生物质烤房的中等及上中等烟叶质量比传统燃煤烤房略高，但烘烤后的整体烟叶质量高于传统燃煤烤房，故而均价也比传统燃煤烤房高0.49元/kg（表3）。

2.2烤烟外观品质分析

由图1～3可知，从外观质量来看，生物质燃料烘烤的烟叶外观质量接近，且整体外观质量比传统燃料烘烤的烟叶较清爽干净，烤坏的烟叶较少，上等烟比例也较高。

2.3燃烧性能分析

由图4、5可知，空气干燥基水分（Mad）、挥发分（Vdaf）和空气干燥基氢元素（Had）含量处理之间均相差不大。CK全水分（Mt）含量最低（3.2%），T1、T2和T5较高。全硫（Stad）含量T3最高（1.21%），其余都很低且较接近。结焦率（Ad+Fcd）CK＞T3＞T4＞T2＞T1＞T5。燃烧值（AVG）CK＞T3＞T4＞T1＞T5＞TT2燃烧值过低，建议弃用。

2.4污染物排放量与浓度差异

由图6a可知，在6%～22%的含氧量下，传统燃煤的SO2排放量明显比生物质燃料高出4倍，生物质燃料的SO2排放量≤0.01kg/h；随着O2含量的不断增加，传统燃煤SO2排放量下降幅度较大，生物质燃料依旧保持着趋近零的较低SO2排放量。由图6b可知，生物质燃料产生的SO2浓度变化随O2含量增加而前期平缓发展、后期逐渐缓慢上升；传统燃煤的SO2浓度集中在1239～2797mg/m3，并且整体比生物质燃料多485～2789mg/m3。

由图6c、6d可知，生物质燃料产生的氮氧化物（NO"n）（n=2）排放量（≥0.02kg/h）和浓度（≥300mg/m3）都高于传统燃煤；但是随着O2含量的增加，生物质燃料产生的NO"n趋近于传统燃煤较低的排放量，生物质燃料处理的NO"n浓度在526～1188mg/m3无序变化，传统燃煤处理的NO"n浓度则在300mg/m3以下较平稳的缓慢变化。

由图6e、6f可知，生物质燃料和传统燃煤各自产生的颗粒污染物排放量均随O2浓度增加呈现明显下降趋势，而颗粒污染物浓度则是出现明显上升趋势。并且传统燃煤产生的颗粒污染物排放量和浓度分别比生物质燃料高1.60倍和1.96倍。

综上所述，生物质燃料产生的SO2和颗粒污染物排放量和浓度均比传统燃煤低，产生的NO"n排放量和浓度比传统燃煤高。SO2、NO"n和颗粒污染物的排放量随O2含量的增加而明显地下降；另外，即使是SO2、NO"n浓度变化无序，也和颗粒污染物的浓度变化一样，随O2含量的增加，存在不同程度的上升趋势。

2.5烘烤曲线差异

除了38.0/54.0℃、40.0/68.0℃外，其余干/湿球关键温度点的烘烤时间为上部叶（U）＞中部叶（M）＞下部叶（L），与不同叶片位置的烘烤总时间变化相同；38.0/54.0℃的烘烤时间基本为10h（除了T3处理的上部叶）；40.0/68.0℃的烘烤时间为上部叶＞下部叶＞中部叶。不同处理在37.0/48.0℃、38.0/54.0℃、40.0/68.0℃时的烘烤时间变化较小；T4和T5处理在34.0/35.0℃时的中部叶、下部叶烘烤时间较短，仅8h；T3和T5处理在36.0/38.0℃时的不同叶片位置的烘烤时间均比其他处理用时短；在35.5/42.0℃时，不同叶片位置的烘烤时间为CK＞T1＞T2＞T4＞T3=T5（图7a）。

从烟叶的位置看，总烘烤时间为上部叶＞中部叶＞下部叶；从不同处理看，总烘烤时间为CK＞T1＞T2＞T3＞T4＞T5，即“50%烤烟秆+50%锯末”处理的烤房用时最短，传统燃煤烤房用时最长（图7b）。

3讨论

3.1烘烤燃料与经济效益的联结效应

玉龙县黎明乡上游有玉龙县巨甸镇、鲁甸乡、塔城乡等传统老烟区，隔江对望的有香格里拉市五境乡、拖顶乡、上江乡、金江镇等优质烟区，下游有石鼓镇、石头乡、九河乡、龙蟠乡等优秀烟叶产区，这些地区属于金沙江河谷特色优质烟叶产区中心地带，气候适宜，土壤肥沃，烟草贸易交通便利，在丽江烟区的主要植烟区中具有很高的代表性，在该中心地段种植和运输烟草的成本较低。

生物质燃料烘烤烟叶有4个方面的经济效益。一是燃料成本，在不可再生能源开采量日益减少的情况下，煤价逐年上涨，即使在2023年海外能源供需趋于宽松和供给增加等影响下有所下降［8］，也不可避免煤价的长期增长趋势，反而生物质燃料展现出了不断扩大发展的优势。黎明乡现有超过1 266.7 hm2烤烟和约1 300座的密集型烤房，使用生物质燃料的烤房每年燃料成本的降本优势为1 500元/座，每年降本约达195万元。二是烤烟秆回收的经济效益，烤烟秆回收价格为300元/t，以往毫无价值丢弃的废物，按实测的2 250 kg/hm2回收，黎明乡1 266.7 hm2烤烟产出的烤烟秆回收带来全区域约85.5万元的经济收入。三是优质烟叶的市场均价效益，因为传统燃料火势比较难掌握，火势时大时小，烤坏的烟叶自然较多，而生物质燃料机送料速度和火势可控，送料平稳，对烟叶造成损坏较小，所以上等、中等和上中等烟比例自然要稍微高一些，烘烤的烟叶由于质量普遍优于传统燃煤烘烤，均价也比传统燃煤烤房高0.49元/kg，与王亮［9］的研究一致。四是人工成本，传统烘烤用工是生物质燃料烘烤用工的2.5倍，且工作量完全不是一个档次，量化下来能够节约烘烤用工约90%，仅原先10%的用工和工作量就能完成烘烤工作，对农户的节工增收具有巨大的意义。综合可知，生物质燃料是基本可以取代燃煤燃料的。

3.2燃料配比与燃烧性能的关系

燃料中的水分过低、燃烧值过高，烟叶容易烤焦，影响风味物质积累；水分过高、燃烧值过低，容易增加污染物的排放，也不利于烟叶的品质形成。因此就全水分含量和燃烧值而言，“75%烤烟秆+25%锯末”的燃料配比对烟叶风味的形成较适合。

烤烟燃烧性会随着硫含量的增加而变差，硫对烟叶的燃烧起阻碍作用［10］；而结焦率越高，说明燃烧越不充分［11］。所以就全硫含量和结焦率而言，“50%烤烟秆+50%锯末”配比的生物质燃料更适合烟叶风味的形成。

3.3传统燃煤与生物质燃料的污染物排放对比

研究结果显示，生物质燃料产生的SO 2和颗粒污染物的排放量和浓度均比传统燃煤低，这说明生物质自身含矿物质含量丰富，更多的组成成分是被燃烧形成固体灰渣，所以产生的气体硫化物和气溶性小颗粒污染物较少。Tang等［12］发现，较低的燃烧温度可以减少SO 2的实际排放量和转化率，这与笔者研究中生物质燃料的燃烧值普遍比传统燃煤低的现象相同，较低的燃烧温度即可对生物质燃料进行燃烧转化。此外，Tang等［12］还发现，一定范围的反应压力可以抑制实际的SO 2排放，促进硫向CaSO 4和K 2SO 4固体形式的硫化物转化，这对后续改进生物质燃料烤房的烘炉具有一定的借鉴价值。

生物质燃料NO "n 排放量和浓度比传统燃煤高，是由于生物质本身由蛋白质构成基本骨架，而蛋白质的基本组成元素之一就是N，加之生物质燃料的含氮量较高，而燃煤的主要组成物质为C和H，所以燃烧产生的氮氧化物自然比传统燃煤产生的高［13］。另外，在吴正余等［14］的研究中，燃料中增加H "不仅烘炉燃烧温度会提高，烟囱口NO "n 的排放也会增加，所以生物质燃料的配料中，也应注意减少生物质的水分，避免高温分解产生较多的H 2。

SO2、NO"n、颗粒污染物的排放量和浓度随O2含量的增加，分别出现不同幅度的降低和上升，这说明O2含量越高，越有利于抑制污染物的排放；值得注意的是，污染物的排放量与浓度变化，在O2的影响下存在不同程度的相关性，这可能对以后污染物的排放监测起到一定的帮助。

3.4烘烤时间的影响因素

试验结果表明，生物质烤房在烘烤过程中具有升温速度均衡、稳温性能好的特点，燃料供给及时，烘烤工艺及烘烤设控温控湿性能好，便于烟农操作与控制烤房温湿度，所以生物质燃料烤房的烘烤曲线温度变化和总烘烤时间均低于传统燃煤烤房，与高强等［15］研究一致。“50%烤烟杆+50%锯末”处理的生物质烤房用时最短，可能与锯末燃烧的热值低，挥发分高有关。研究中，烟叶不同位置的烘烤时间呈上部叶＞中部叶＞下部叶位的特点，符合烟叶叶片的生理特性：上部叶最厚、水分较多，不容易烤，下部叶最薄、水分较少。至于在最后40/68 ℃时出现的上部叶＞下部叶＞中部叶的烘烤时间，可能是下部叶烟筋较老，韧性较大，故而烤干下部叶的烟筋就会比中部叶花费更多的时间。

4结论

该研究以玉龙县黎明乡生产的烤烟品种K326为对象，以烤烟秆、麦秆和锯末作为主要烘烤原料，燃煤为对照（CK），设计不同生物质燃料配方，对燃料的成本与经济效益、燃烧性能、污染物排放以及烟叶烘烤的外观品质和烘烤曲线进行了分析研究，结论如下：

（1）生物质燃料烤房的燃烧成本、人工成本均低于传统燃煤烤房，烤烟秆的回收效益、市场均价也均高于传统燃煤烤房。

（2）生物质燃料的燃烧性能方面，从全水分含量、燃烧值来看，“75%烤烟杆+25%锯末”处理较适合烟叶风味物质形成；从全硫含量和结焦率来看，“50%烤烟杆+50%锯末”处理更利于烟叶风味物质形成。

（3）生物质燃料排放的SO2和颗粒污染物低于传统燃煤，而排放的NOn较高于传统燃煤，且在一定范围内，随O2含量的增加，排放量呈逐渐下降的趋势。

（4）“50%烤烟秆+50%锯末”处理的生物质烤房用时最短，在最后40/68℃阶段，下部叶的烟筋比中部叶需要花更多时间烘烤。

（5）综上所述，生物质燃料烤房在节约成本、经济效益增收、燃烧性能、烟叶外观品质和烘烤曲线时间上，均优于传统燃煤烤房。

参考文献

［1］GIVANW，MOOREJM，迟立鹏，等.燃料成本性影响烤烟生产［J］.中国烟草学报，2008（3）：55.

［2］朱先洲，伍德洋，吴福如，等.密集型燃煤烤房烟气净化系统设计及实验研究［J］.当代化工研究，2023（6）：169-172.

［3］国务院.国务院印发“十三五”生态环境保护规划的通知：国发〔2016〕65号［EB/OL］.（2016-12-05）［2023-05-27］.https：//www.gov.on/zhengce/content/2016-12/05/content_5143290.htm.

［4］ZENGXY，MAYT，MALR.UtilizationofstrawinbiomassenergyinChina［J］.Rene-wableandsustainableenergyreviews，2007，11（5）：976-987.

［5］孔永平，陈荣霞，张环平.醇基燃料密集烤房烟叶烘烤研究［J］.安徽农业科学，20250（8）：163-165，201.

［6］ASIFALISIYAL.生物质成型与烘焙：不同生物质来源的颗粒特性和分析［D］.北京：北京化工大学，2020.

［7］SANDALCIT，KARAGZY.Experimentalinvestigationofthecombustioncharacteristics，emissionsandperformanceofhydrogenportfuelinjectioninadieselengine［J］.Internationaljournalofhydrogenenergy，2014，39（32）：18480-18489.

［8］李廷.煤炭价格在涨势中回调［J］.中国石油和化工产业观察，2023（5）：67-68.

［9］王亮.不同原料类型的生物质颗粒燃料在烟叶烘烤过程中结渣特性分析［D］.郑州：河南农业大学，2023.

［10］孙敬国，孙学成，张允政，等.矿质养分对雪茄燃烧性的影响研究进展［J］.中南农业科技，20243（1）：157-159.

［11］李芳芹，沈海燕，王冠军，等.电站锅炉燃用高碱煤对燃烧特性影响研究［J］.上海电力大学学报，20238（6）：539-545.

［12］TANGR，LIUQW，ZHONGWQ，etal.ExperimentalstudyofSO2emissionandsulfurconversioncharacteristicsofpressurizedoxy-fuelco-combustionofcoalandbiomass［J］.Energyamp;fuels，2020，34（12）：16693-16704.

［13］王鑫磊，袁湘汝，张潇潇，等.基于Kjeldahl与Dumas方法的农作物秸秆总氮含量分析［J］.农业工程学报，2020，36（6）：206-214.

［14］吴正余，华永明，段伦博.烟叶烘烤系统多燃料预混燃烧的污染物排放特性［J］.东南大学学报（自然科学版），20252（3）：446-454.

［15］高强，龚远翔，周遵寿，等.生物质能源烤房对烟叶烘烤质量的影响［J］.现代农业科技，2017（3）：23234.