作为烤烟生产中的一个重要环节，烘烤是对鲜烟叶的质量进行固定和再提升的过程。目前，烤房主要用煤炭和薪柴作为主要燃料，这类燃料的能效较低、污染较重，不利于烟区的可持续发展。为解决上述问题，近年来，相关学者对烤房新能源燃料进行了大量研究[1]。实际生产中，常用的新能源燃料包括空气源热泵、天然气燃料、生物质、太阳能和醇基燃料等[2-5]。热泵型烤房可显著降低燃料损耗，控温控湿较精确，从而提高烟叶烘烤质量，降低烘烤成本；但热泵功率大，对电力和电网保障的要求较高，前期建设或现有烤房改造投入成本较高，不易移动，外机是带电体，放置在地面存在一定安全隐患，推广应用受限[2，6]。天然气作为烤烟燃料时，热值高、火力旺、易升温和稳温，操作简单、节省用工，在保证烟叶烘烤质量等方面表现出较大优势，同时其作为一种清洁能源，能减少燃烧过程中SO2、烟尘和CO等大气污染物的排放[7]。然而，天然气价格较高、运输不便，部分烟区不通天然气管道，同时存在一定安全隐患，导致其应用受限。生物质燃料作为可再生能源，具有再生转换快、再生资源多、可储存运输等特点，被广泛应用于各项耗能产业、生物质烘烤系统供热稳定，升温灵敏、控温精准，一次加料使用时间长；但其存在加料劳动强度偏大和设备成本偏高等问题[8]。秸秆等生物质原料资源量大、价格便宜，但生产季节性强、来源分散、含水量高、体积大，需要一个完整的服务体系来完成原料的收集、运输、贮存和生产等工作。随着生物质压制机的不断改进以及生物质燃烧机与密集烤房兼容性的提升（可实现快捷加装燃烧炉），生物质能源作为密集烤房的主要能源，在各大烟区得到了快速推广，极大地提高了烤后烟叶的经济效益[9-10]。
1 材料与方法
1.1 试验材料
烟叶选择当地主栽烤烟品种云烟99的中部叶。供试薪柴来源于当地烟农常用薪柴，煤炭为当地烟农自主购买，生物质颗粒由汉中市烟草公司小规模生产。传统烤房为气流下降式密集烤房，生物质烤房由加装外置式燃烧炉的传统烤房改造而成。
1.2 试验设计
2023年和2024年，分别在汉中的南郑区、西乡县、宁强县、洋县、勉县和略阳县开展传统能源（薪柴、煤炭）烤房及生物质燃料烤房烘烤试验，选用云烟99的中部叶为试验材料，按当地烘烤流程进行烘烤。
1.3 测定项目及方法
1.3.1 烘烤成本
统计6个产烟地烘烤试验所消耗的煤、电、生物质成本及用工量。记录每炕干烟重量、耗煤量、耗电量、生物质用量，最后取平均值进行数据分析。
1.3.2 烤房烘烤性能
查看烘烤过程中3种燃料的加料情况，记录烘烤过程中实际温度与设定温度之间的差异，统计稳温及升降温情况。烟叶出炕后，统计烤坏烟叶的比例，查看烤后烟叶的质量状况。
1.3.3 烤后烟叶的经济性状
出炕后，对3种燃料类型烘烤的烟叶进行称重，按照烟叶分级标准，对烤后烟叶进行分级，统计各等级烟叶的重量，计算上等烟、中等烟和下等烟比例，根据烘烤成本及产量，计算平均成本和净产值。
1.3.4 污染物排放量
1.4 数据处理
采用Excel 2019软件整理及分析数据，使用SPSS 20.0软件对数据进行方差分析（Duncan新复极差法）。
2 结果与分析
2.1 不同类型烤房单炕烟平均烘烤成本比较
由表1可知，在燃料成本上，薪柴的用量大、但单价低，最终费用最低，为760元；煤的用量少，但单价贵，最终费用最高，为960元；生物质燃料的用量、单价均适中，最终费用为900元。在用电成本上，薪柴燃料烤房的用电量最少，为180 kW·h，煤燃料烤房的用电量较高，为210 kW·h，生物质燃料烤房的用电量最高，为420 kW·h，分别是前两种烤房的2.33倍和2.00倍。在管理成本上，薪柴燃料烤房和煤燃料烤房较高，均为1 050元，比生物质燃料烤房高400元。综合来看，薪柴燃料烤房和煤燃料烤房烘烤总成本较高，分别为1 898.20和2 112.90元，以生物质燃料烤房总成本最低，为1 755.80元。
表1 不同类型烤房单炕烟烘烤成本 |
| 烤房燃料 | 燃料成本 | 用电成本 | 管理成 本/元 | 烘烤总 成本/元 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 单炕用量/kg | 单价/（元/kg） | 燃料费用/元 | 用电量/（kW·h） | 单价/[元/（kW·h）] | 电费/元 | |||
| 薪柴 | 1 900 | 0.40 | 760 | 180 | 0.49 | 88.20 | 1 050 | 1 898.20 |
| 煤 | 800 | 1.20 | 960 | 210 | 0.49 | 102.90 | 1 050 | 2 112.90 |
| 生物质 | 1 000 | 0.90 | 900 | 420 | 0.49 | 205.80 | 650 | 1 755.80 |
2.2 不同类型烤房的烘烤性能比较
不同燃料类型烤房的烘烤性能比较如表2所示。在加料方面，生物质燃料需早、晚各加1次料，操作简单，而薪柴燃料和煤炭燃料每隔1~2 h需看1次火，根据烟叶烘烤情况确定燃料的添加量。在稳温情况方面，生物质燃料烤房的温度较稳定，正负温差在0.5 ℃左右，而薪柴燃料和煤炭燃料烤房的稳温效果较差。在升降温方面，生物质燃料烤房的升降温效果较好，在每个烘烤阶段能按设置的程序精准地升到所需的温度；薪柴燃料烤房较难实现精准控温，火大时升温快，火小时降温快，易出现温度过高或过低的情况；煤炭燃料烤房的升降温基本能达到烘烤过程中各阶段温度变化的目标要求，但干筋期温度易升高。在烤坏烟比例方面，生物质燃料烤房烤坏烟比例最低，约2%，而薪柴燃料烤房和煤炭燃料烤房的烤坏烟比例较高，分别在5%和4%左右。烟叶质量方面，生物质燃料烤房的烟叶上等烟比例高，橘黄烟比例高；薪柴燃料烤房的烟叶易烤青、烤坏，柔软性差；煤炭燃料烤房的烤青烟较少、柔软性较好，橘黄烟比例增加。综合来看，生物质燃料烤房的烘烤性能较好、控温精准，烤后烟叶的质量最佳。
表2 不同类型烤房的烘烤性能 |
| 燃料类型 | 加料情况 | 稳温情况 | 升降温情况 | 烤坏烟比例 | 烟叶质量 |
|---|---|---|---|---|---|
| 薪柴 | 每隔1 h看1次火，根据烟叶变化的要求，不同阶段确定添柴 | 温度不稳定，时高时低，需要24 h看管 | 火大时升温快，火小时降温快，烟叶易烤青，干筋期温度易过高，出现烤红现象，易出现温度过高或过低 | 5%左右 | 烤后烟叶易出现青烟和杂色烟，柔软性差 |
| 煤炭 | 每隔2 h看1次火，根据不同阶段温度，确定添煤量 | 温度基本稳定，正负温差1 ℃左右，需要专人看火添煤 | 升降温基本能达到烟叶在烘烤过程中各阶段温度变化的目标要求，定色期升温用煤量大，干筋期温度容易升高 | 4%左右 | 烤青烟较少，柔软性较好，橘黄烟比例增加 |
| 生物质 | 早、晚各添1次燃料 | 温度较稳定，正负温差在0.5 ℃左右 | 在每个烘烤阶段能达到烟叶变化的目标及要求，特别是在转火阶段，能按设置的时间段稳定地升到所需的温度 | 2%左右 | 烘烤后上等烟比例高，橘黄烟比例高 |
2.3 不同类型烤房烤后烟经济效益比较
对不同类型烤房单炕烟烤后烟的经济性状进行比较，结果如表3所示。出炕后，烤后烟的产量存在差异，以薪柴燃料烤房的烟叶产量最低，为514.17 kg/炕，生物质燃料烤房的烟叶产量最高，为581.67 kg/炕，2种燃料类型烤房的烟叶产量差异具有统计学意义（P<0.05）。在烟叶等级方面，生物质燃料烤房的上等烟比例、上中等烟比例分别为56.20%和96.52%，均明显高于其他类型烤房（P<0.05）。3类烤房的平均成本在3.02~3.77元/kg，以煤炭燃料烤房的成本最高，为3.77元/kg，明显高于生物质燃料烤房（P<0.05）。均价和净均价的变化趋势一致，以生物质燃料烤房最高，明显高于薪柴燃料烤房（P<0.05）。在净产值方面，生物质燃料烤房最高，为14 658.08元/炕，明显高于煤炭燃料烤房和薪柴燃料烤房（P<0.05），分别增加1 677.28和4 405.53元/炕。综合来看，3种类型烤房的经济效益整体表现为生物质燃料烤房>煤炭燃料烤房>薪柴类型烤房。
表3 不同类型烤房单炕烟烤后烟经济性状 |
| 燃料类型 | 产量/（kg/炕） | 各等级烟叶比例/% | 平均成本/（元/kg） | 均价/ （元/kg） | 净均价/ （元/kg） | 净产值/ （元/炕） | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 上等烟 | 中等烟 | 上中等烟 | 下等烟 | ||||||
| 薪柴 | 514.17 b | 47.21 c | 47.14 a | 85.35 c | 14.65 a | 3.69 ab | 23.63 b | 19.94 b | 10 252.55 c |
| 煤炭 | 560.00 ab | 52.44 b | 42.97 b | 92.35 b | 7.65 b | 3.77 a | 26.95 ab | 23.18 ab | 12 980.80 b |
| 生物质 | 581.67 a | 56.20 a | 40.32 b | 96.52 a | 3.48 c | 3.02 b | 28.22 a | 25.20 a | 14 658.08 a |
|
2.4 不同类型烤房生态效益比较
对不同类型烤房单炕烟生态效益进行比较，结果如表4所示。生物质燃料烤房的污染物排放量明显小于薪柴燃料烤房和煤炭燃料烤房，CO排放量分别是薪柴和煤炭燃料烤房的9.32%和2.69%；SO2排放量分别是薪柴和煤炭燃料烤房的42.48%和2.48%。薪柴燃料和煤炭燃料烤房的NOx排放量较大，分别为22.42、165.23 mg/m3，是生物质燃料烤房的1.83倍和13.49倍。生物质燃料烤房排放的污染气体总量较小，分别是薪柴和煤炭燃料烤房的10.70%和2.83%。在污染颗粒方面，生物质燃料烤房的PM10和PM2.5排放量较小。生物质燃料烤房排放的污染颗粒物总量分别是薪柴和煤炭燃料烤房的41.06%和11.65%。综合来看，生物质燃料烤房的污染气体及污染颗粒物排放量较小，具有较好的生态效益。
表4 不同类型烤房单炕烟污染物排放量 (mg/m3) |
| 燃料类型 | CO | SO2 | NOx | PM10 | PM2.5 | 污染气体总量 | 污染颗粒物总量 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 薪柴 | 1 268.02 | 24.13 | 22.42 | 18.52 | 12.36 | 1 314.57 | 30.88 |
| 煤炭 | 4 392.86 | 413.88 | 165.23 | 32.68 | 76.15 | 4 971.97 | 108.83 |
| 生物质 | 118.22 | 10.25 | 12.25 | 8.74 | 3.94 | 140.72 | 12.68 |