碳纖維紅外線烤房技術研究與應用①

單士睿

（許昌職業技術學院 河南許昌 461000）

在烤煙生產中，必須經過鮮煙葉的烘烤處理環節。而在我國烤煙產區的煙農普遍采用小型烤房對煙葉進行最初烘烤處理。這種小型烤煙房的熱量來源主要依靠燒柴或燒煤，存在加熱不方便、煙農烤煙勞動強度大，烤煙受熱不均勻以及烤煙排放的煙塵碳物質污染環境等諸多弊端。因此，設計一種新的碳纖維紅外線烤煙房是整個煙草行業中迫切需要解決的技術問題。全國用于烤煙初加工的烤房約80萬間，隨著煙葉種植戶均面積逐年遞增，預計每年新增5%烤房。目前，烤煙房設備生產方面存在部分未進入統計口徑的小型生產企業，其產品檔次較低。

1 傳統烤煙技術

傳統的煙草烘烤是利用柴煤進行烘烤。柴煤爐設置在烤房外，通過熱管或鼓風機將熱量輸送到烤房內[1]。傳統的柴煤烤煙有5大弊端：①熱能利用率低，只有25%；②烤煙成本很高，烤出500 g黃煙，柴煤成本為0.7元左右；③勞動強度很大，除搬運量大外，烤煙期間，需晝夜看火，加柴添煤，無法安眠；④烤煙質量難控，升溫降溫，憑感覺，熱力均勻不好把握；⑤對環境有污染，有碎渣、煙塵及二氧化碳、硫化物等污染環境?？緹熎鹣仁菬?，后來改用煤。目前，烤房雖然整體改進，排濕性能先進的“密集式烤房”也出現了，但是烤煙燒柴、燒煤卻是百年未有改變。近年，隨著技術革新，出現了酒精、空氣泵、太陽能等烤煙技術設備，但由于價格貴、不方便、不適用于現烤房等緣故，這些設備無法被實踐應用[2]。

2 碳纖維紅外線烤房技術

2.1 技術原理

碳纖維（carbon fiber）是含碳量高于90%的無機高分子纖維。碳纖維的軸向強度與模量高，密度低，比性能高，無蠕變，非氧化環境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導電性能介于非金屬與金屬之間，熱膨脹系數小，耐腐蝕性好，X射線透過性好。碳纖維電熱板，是使用高分子非金屬發熱材料，即將碳纖維與高強度絕緣材料玻璃纖維及聚氨脂，經高溫高壓密閉復合而成。碳纖維電熱板，為非金屬面狀電阻體，通電后電熱板2面同時均勻散熱，是電阻絲散熱面積的百倍，2 min內碳纖維電熱板表面即可升到設定溫度，電熱轉換率98%以上，且受熱溫度均勻。碳纖維電熱板在通電運行后，碳原子在電激條件下產生熱反應，在面狀電熱板上產生高速布朗運動，相互撞擊摩擦產生熱量，發送出紅外波，穿透介質，均勻散熱。碳纖維電熱板發出的紅外線，系8～15 m遠紅外光波，被醫學界稱為“生命之光”，極易被人體和其它生物吸收，激活生物體內細胞活性，促進體內新陳代謝，提高免疫力。碳纖維電熱板，使用220 V市電。電熱板運行后，面板通過發出紅外線波，穿透介質，均勻生熱散熱。面板本身不產生高溫熱量，用手觸摸只有熱感 ，但不會灼傷。電熱板通電運行后，無靜電、無噪音、無電磁污染，防水防潮耐腐蝕。非電線部位板面具有阻燃性，是最新的科技節能環保新產品[3]。

2.2 技術方案

利用碳纖維電熱板的發熱原理對烤煙房內的煙葉進行烘烤；同時，由于其碳纖維電熱板呈多孔狀且呈相互獨立的多塊，可相互獨立控制，因此可以通過控制每塊碳纖維電熱板的工作溫度，使烤煙房體內的各局部區域相互間可以形成溫差帶，以方便不同煙葉同時烘烤以及特殊烘烤時的要求[4]；另外，其結構中用于構建固定架設碳纖維電熱板的安裝平臺的繩索由于是通過長度可以調節（即可以進行松緊）的繩頭鉤組件與烤煙房體的內側壁上的掛鉤相連接，因此繩索的拆裝、松緊非常方便，進而使碳纖維電熱板的安裝與更換方便?？緹煼矿w的一對寬方向上側壁內表面至少均開設有一排螺紋盲孔，并且兩側壁內表面的螺紋盲孔相互對稱，掛鉤旋接入上述的螺紋盲孔，鉤頭外露。再進一步的技術優選方案中掛鉤與烤煙房體間拆裝方便，當上述烤煙房體的一對寬方向的側壁內表面均開設有多排螺紋盲孔時，即表示掛鉤在烤煙房體的內側壁上的高度可以進行調整，使構建碳纖維電熱板安裝平臺用的繩索高度同步進行調整，最終使碳纖維電熱板與烤煙房體內掛在吊煙架上的煙葉間的距離可以調整，滿足不同煙葉的烘烤溫度要求?？緹煼矿w的一側壁外表面上固定有安裝框架，在該安裝框架上固定有鼓風機，在鼓風機的風口上套設有分歧管，分歧管的所有輸出管均貫穿烤煙房體的側壁，并延伸進入烤煙房體內。鼓風機能促使烤煙房體內的空氣進行流動，使烤煙房體內的溫度一致性更好，并且加快烤煙房體內氣流流向待烘烤煙葉表面的速率，提升烤煙房體的煙葉烘烤效率?？緹煼矿w設有上、下底板，其中上底板與下底板間形成密封腔室，上底板為網孔板，并且在該上底板的中心位置開設安裝通孔，安裝通孔內固定抽濕機，該抽濕機的進風口朝向上底板以上的整個烤煙房體內室，其出風口朝向上述的密封腔室。抽濕機能抽走烤煙房內氣流中的大量水蒸氣，保持烤煙房內干燥性，提升烤煙效率；同時由于通過抽濕機除濕后的干燥空氣通過網孔板結構的上底板吹向烤煙房體，使烤煙房內的空氣溫度更加均勻。纖維電熱板安裝到烤煙房體內，通過電加熱后使烤煙房內的空氣迅速升溫，達到理想溫度值，在144 h不等值恒溫下，使煙葉褪去水分，轉為色澤金黃、味道香醇的煙草，有效保護森林資源，避免空氣污染；同時還具備快速升溫、均勻發熱、電熱轉換效率高、用電量小、結構簡單、設備偏移等一系列優點[5]。

碳纖維紅外線烤房設備構成，主要由“碳纖維電熱板”與“智能控制箱”2部分組成。電熱板安裝在加熱室，熱探頭安裝在裝煙室，當溫度達到目標后，信號自動傳輸到智能控制箱，控制箱自動發出指令，讓電熱板加熱或停止工作。調節目標溫度，用遙控器。電熱板由碳纖維材料制成。每板尺寸35 cm×105 cm。電熱板分3組；每組4塊板；每板3 kW，總功率36 kW，額定電壓380 V?？辗繙y試：在環境溫度25 ℃的情況下，每小時升溫10 ℃，3 h后可升溫至55 ℃。5 d可完成1爐煙葉烘烤，用電量為2 100～3 100 kW·h。為了便于煙農在烤房內進出工作方便，將電熱板設置在烤房的天花板上。在天花板上，預先安裝好懸吊架，再用螺絲將電熱板固定在懸吊架上。天花板上的電熱板，與頂層煙葉之間的空隙距離，確保在20 cm以上。由于電熱板的板面溫度只有70 ℃，有20 cm以上的間距，即是安全的。由于烤房容積不大，加上烤房原有的煤爐風機裝在上端，利用原風機的循環風，即可達到熱量在烤房內的流動。碳纖維紅外線烤房構成見圖1。

圖1 碳纖維紅外線烤房結構

3 結語

紅外線烤房技術改變了中國傳統煙草烤制方式。是置放在烤煙房內，然后接通電能，利用電熱板在烤房內發出紅外線熱量進行煙葉烘烤。利用碳纖維材料作為電熱板，用220 V電。碳纖維電熱板在通電后，內部碳原子產生高速布朗運動，相互撞擊摩擦，產生遠紅外波，穿透介質，均勻散熱。使烤煙房迅速升溫，達到理想溫度值，完成烤煙過程。碳纖維紅外線烤房技術，利用紅外熱量熱傳播均勻的技術原理，進行煙葉烘烤加工，烤煙質量穩定，熱能利用率高，采用此技術，可提高生產效率，降低人工成本，具有一定的創新性和較好的環保、節能效果。碳纖維紅外線烤房技術最大的優勢是該技術能在農民現有的烤房中安裝應用，無須再建新烤房，設備成本不高，電費也可承受，是現有各種煙葉烘烤機械中，最具競爭力、最易普及的設備。碳纖維紅外線烤房技術，是現有電熱烘烤設備中，價格最低廉，安裝使用最便捷的設備，是未來煙葉烘烤“電代煤”轉型中最有希望得到廣泛普及的代替產品。