1．前言
我國擁有豐富的秸稈資源，可用作能源的秸稈每年約有2億tce。秸稈是優(yōu)質(zhì)的、可增長和再生的綠色能源。由于秸稈質(zhì)地松散，堆積密度小，不易收集和運(yùn)輸，燃燒組織比較困難，在我國大規(guī)模利用秸稈能源還有一定的障礙。目前我國尤其是農(nóng)村一邊是能源短缺、環(huán)境污染，一邊是優(yōu)質(zhì)清潔秸稈能源資源大量的被閑置、浪費(fèi)、露天焚燒。因此，秸稈成型顆粒燃料利用技術(shù)迅速發(fā)展起來，并逐漸被用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活的方方面面。
富通新能源生產(chǎn)銷售的
秸稈顆粒機(jī)、
秸稈壓塊機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)顆粒燃料。
秸稈成刑顆粒燃料是經(jīng)過秸稈收集——干燥——預(yù)處理——粉碎——壓縮成型等工藝，把秸稈原料壓制成的顆粒狀燃料，壓縮后的秸稈成型顆粒燃料體積縮小8_10倍，密度增加到1000kg/m3以上，大大方便運(yùn)輸和儲(chǔ)存，更容易組織和控制燃燒，因此顯著提高燃燒效率。秸稈成型顆粒燃料日漸被作為煤炭的替代品用于民用及工業(yè)燃料，包括供熱、發(fā)電／熱電聯(lián)產(chǎn)等。日前迫于能源需求與環(huán)境污染壓力，熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)逐漸在城市小區(qū)、商務(wù)區(qū)等發(fā)展起來。
熱電聯(lián)產(chǎn)是提高能源利用率，節(jié)約能源的有效途徑，并且具有減少污染，提高供熱質(zhì)量，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等優(yōu)點(diǎn)。2002年由國家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)、國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)、建設(shè)部和國家環(huán)保總局聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定》，明確了國家鼓勵(lì)發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的政策，特別強(qiáng)調(diào)了國家積極支持發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)利小型燃?xì)鉄犭娎渎?lián)產(chǎn)。世界各國實(shí)踐表明，發(fā)展能源階梯利用的小型熱電冷聯(lián)產(chǎn)是合理、高效地利用能源的最佳手段，對(duì)于改善環(huán)境、降低燃料成本，也是最好的解決方案之一。歐盟計(jì)劃到2010年熱電聯(lián)產(chǎn)所占的發(fā)電市場(chǎng)份額達(dá)30%，其中，丹麥熱電聯(lián)產(chǎn)占發(fā)電市場(chǎng)的45%；荷蘭目前熱電聯(lián)產(chǎn)已占發(fā)電市場(chǎng)的400。俄羅斯早在1993年熱電裝機(jī)就有6530萬kW，熱電廠的發(fā)電量占總發(fā)電量達(dá)33%以上。
經(jīng)過研究我們認(rèn)為，利用秸稈成型顆粒燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)發(fā)展分布式能源站，具
有熱利用效率高、建站靈活、變廢為寶、綜合利用等優(yōu)點(diǎn)，市場(chǎng)前景廣闊。
2．秸稈成型顆粒燃料技術(shù)
我國農(nóng)村生活用能仍有超過50%的農(nóng)民全年90%以上依靠秸稈、薪柴等生物質(zhì)直接低效率燃燒。不少地方秸稈資源被作為廢物棄于田間地頭，各地頻頻出現(xiàn)露天焚燒秸稈現(xiàn)象，不僅浪費(fèi)資源，也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染，甚至延誤航班、引發(fā)火災(zāi)和交通事故等。
秸稈等生物質(zhì)能源的開發(fā)利用技術(shù)再度引起人們的高度重視。許多大中城市要求中小燃煤鍋爐關(guān)閉、整改，要求改燒天然氣、電等清潔燃料，各用能單位普遍感到清潔燃料能源價(jià)格高、負(fù)擔(dān)重，紛紛尋求新的替代能源。因此，秸稈作為可再生清潔能源日益受到關(guān)注。
由于秸稈本身的特點(diǎn)是堆積密度小，體積熱值低，所以秸稈直燃鍋爐必定是體積龐大，設(shè)備造價(jià)高，廠房占地面積大，基礎(chǔ)建設(shè)及初投資高；而利用秸稈成型顆粒燃料發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，由于其密度大，可以借鑒煤炭燃燒技術(shù)與設(shè)備，降低設(shè)備投資成本，減少初投資。又由于其屬于清潔燃料，可以不受地點(diǎn)限制，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，在城市發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)能源站。
利用秸稈成型顆粒燃料發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，開發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生物質(zhì)顆粒成型設(shè)備與熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，符合我國長期可持續(xù)發(fā)展要求，更適合我國國情實(shí)際。即可解決農(nóng)村秸稈資源浪費(fèi)，減少環(huán)境污染，又能發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，增加農(nóng)民收入，促進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)。同時(shí)，還有利于富余勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移，為社會(huì)提供更多的就業(yè)機(jī)會(huì)，發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)，支持國家可持續(xù)發(fā)展。
3．國內(nèi)外現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
國外從20世紀(jì)30年代開始研究秸稈成型燃料技術(shù)。到20世紀(jì)末，美國已在25個(gè)州興建了日產(chǎn)量為250~ 300t的樹皮成型燃料加工廠，進(jìn)行工廠化生產(chǎn)。歐洲國家也非常重視生物質(zhì)可再生能源的開發(fā)利用，從20世紀(jì)70年代開始研制生產(chǎn)沖壓式成型機(jī)、顆粒成型機(jī)等，意大利、丹麥、法國、德國、瑞典、瑞士、比利時(shí)等國相繼建成生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)廠家70多個(gè)，設(shè)備及成型燃料產(chǎn)品進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)作模式；泰國、印度、越南、菲律賓等國在20世紀(jì)80年代也建成了不少生物質(zhì)固化、碳化專業(yè)生產(chǎn)廠；從2003年開始，南非北部城市沙比已建成4個(gè)巨大的生物質(zhì)成型燃料加工廠，生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到了年產(chǎn)20萬噸。這些國家生物質(zhì)成型燃料技術(shù)大部分已經(jīng)成熟，并進(jìn)入了規(guī)模化生產(chǎn)及應(yīng)用階段。
目前國外生物質(zhì)成型的主要方式有4種，即顆粒成型機(jī)、螺桿連續(xù)擠壓成型機(jī)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)沖壓式成型機(jī)和液壓驅(qū)動(dòng)沖壓式成型機(jī)；生產(chǎn)原料以木屑等林業(yè)廢棄物為主。其利用形式主要有三種：一是低密度類，大捆，用于發(fā)電；二是中密度類，大塊／棒狀，以層燃鍋爐、壁爐為主；三是顆粒型，原料以木屑為主，用于高檔取暖爐。
國外對(duì)秸稈生物質(zhì)成型燃料技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，而且生物質(zhì)成型燃料的生產(chǎn)從原料收集到加工、應(yīng)用都實(shí)現(xiàn)了工廠化，燃燒技術(shù)也得到了相應(yīng)的發(fā)展；但是，國外成型燃料生產(chǎn)多以木屑等林業(yè)廢棄物為主要原料，應(yīng)用秸稈原料生產(chǎn)成型燃料的研究和應(yīng)用較少；成型燃料的用途多是家庭采暖和熱水供應(yīng)，以及少數(shù)特殊用途，很少用于發(fā)電。
我國從20世紀(jì)80年代引進(jìn)螺旋推進(jìn)式秸稈成型機(jī)，生物質(zhì)成型燃料技術(shù)的研究開發(fā)已有二十多年的歷史。曾經(jīng)先后引進(jìn)20多條生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)線，因?yàn)楹哪芨摺⒊杀靖摺⑸a(chǎn)率低、燃爐不配套、與國情脫節(jié)等，至今仍沒有形成產(chǎn)業(yè)。之后，我國先后有幾十家研究院所、生產(chǎn)企業(yè)投入成型燃料技術(shù)研究與開發(fā)利用工作，針對(duì)原料主要是林業(yè)廢棄物，以秸稈為原料的成型燃料技術(shù)除農(nóng)業(yè)部可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)）在河南進(jìn)行示范嘗試外，其它研究進(jìn)展一直比較緩慢。但是國內(nèi)對(duì)牧草、秸稈加工顆粒飼料的技術(shù)與設(shè)備研究比較常見，秸稈顆粒燃料的技術(shù)與成套設(shè)備不多。
近幾年，由于國家資金投入增加，成型燃料的生產(chǎn)利用初步形成規(guī)模。例如陜西省武功縣輕工機(jī)械廠研制的螺旋推進(jìn)式成型機(jī)，遼寧省能源研究所研制的螺桿棒狀成型機(jī)，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的活塞式液壓成型機(jī)，在北京、河南、江蘇都已經(jīng)行了小規(guī)模示范。隨著生物質(zhì)資源利用技術(shù)的發(fā)展，國家相關(guān)法律法規(guī)的支持與引導(dǎo)，秸稈成型顆粒燃料技術(shù)呈現(xiàn)出迅猛的發(fā)展趨勢(shì)，國家、社會(huì)、企業(yè)、科研單位不斷投入人力物力財(cái)力，配套設(shè)備更加完善、成熟，技術(shù)更新速度加快，自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)意識(shí)不斷加強(qiáng)。
國外尤其是發(fā)達(dá)國家在成型顆粒燃料技術(shù)研究方面處于領(lǐng)先地位，從利用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)來看，國外成型顆粒燃料主要采用木屑等林業(yè)廢棄物作生產(chǎn)原料，很少采用秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物；由于木質(zhì)顆粒燃料潔凈無污染、可再生，多作為優(yōu)質(zhì)燃料被用于壁爐采暖等，雖然價(jià)格昂貴，仍然備受豪華別墅戶主青睞。在國外，秸稈常被用作肥料、飼料等其他用途，用作燃料的發(fā)達(dá)國家多采用大規(guī)模直接燃燒方式進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)，很少采用秸稈生產(chǎn)成型顆粒燃料。
4．市場(chǎng)需求分析
2004年，我國有25個(gè)省級(jí)電網(wǎng)出現(xiàn)拉閘限電，全國冬夏用電高峰最大電力缺口超過3000萬千瓦，許多發(fā)電機(jī)組因?yàn)槊禾抗⿷?yīng)不足而關(guān)停。另外，我國尚有3000萬人口沒有用上電。發(fā)展生物質(zhì)成型顆粒燃料產(chǎn)業(yè)，將會(huì)對(duì)煤炭進(jìn)行必要的補(bǔ)充，建設(shè)分布式中小型熱電廠，將可以有效緩解供電、供熱緊張局面，對(duì)我國全面建設(shè)小康社會(huì)意義深遠(yuǎn)。
隨著城市化進(jìn)程的加快，城市居民接近6億人口，造成我國城市供暖壓力逐漸增大。白于許多新建小區(qū)多在城市外圍，熱力管網(wǎng)難以到達(dá)，或者熱損失嚴(yán)重而難以為繼。為了滿足居民生活需求，因此需要采用區(qū)域供暖措施，受環(huán)保限制，多數(shù)以天然氣或電力燃料供暖，而且單純供暖效率低。要么供暖費(fèi)過高，要么供暖廠虧損經(jīng)營，二者都不是長久之計(jì)。我國《可再生能源法》出臺(tái)后，秸稈發(fā)電上網(wǎng)有了法律保證。發(fā)展秸稈顆粒燃料熱電聯(lián)產(chǎn)即可以滿足供熱需求又有發(fā)電收入，而且供熱距離短，建設(shè)投資少，屬于一舉多贏的開發(fā)利用可再生能源方案。
5．秸稈成型顆粒燃料熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)有多種模式，一種是燃?xì)廨啓C(jī)—余熱／直燃溴化鋰吸收式空調(diào)機(jī)組聯(lián)合循環(huán)，該模式具有污染小，效率高及靠近熱、電負(fù)荷中心的優(yōu)點(diǎn)，多以天然氣為燃料，但我國人均天然氣剩余可采儲(chǔ)量只有1074m3，是世界平均水平的4.3%；所以，我們需要把有限的資源加以有效合理的利用，不能大量使用這種模式。另一種是中小型燃煤熱電廠，因?yàn)槲廴竞腿剂蠁栴}，也在慢慢的被淘汰，尤其是在城市及生態(tài)保護(hù)區(qū)等更限制了燃煤的開采與利用。
據(jù)此，筆者提出利用秸稈成型顆粒燃料發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。通過改變?nèi)剂瞎⿷?yīng)系統(tǒng)及鍋爐等，提高整個(gè)系統(tǒng)可靠性和高效性。由于秸稈能源的清潔特性，基本沒有污染物排放。因此，采用秸稈成型顆粒燃料熱電聯(lián)產(chǎn)模式可以同天然氣一樣在中小城市、集中小區(qū)、工業(yè)開發(fā)區(qū)等熱源需求量大的區(qū)域應(yīng)用。
本文結(jié)合北京生物工程和醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)基地( CBP)供熱廠（天然氣燃料），改建為熱電聯(lián)產(chǎn)（秸稈顆粒燃料）對(duì)系統(tǒng)方案進(jìn)行簡單分析。
5.1秸稈成型顆粒燃料廠
秸稈成型顆粒燃料生產(chǎn)廠位于CBP外圍，周圍是北京市大興區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，南鄰河北省固安、廊坊等地，擁有大量的農(nóng)作物秸稈，而且交通便利。秸稈成型顆粒燃料以當(dāng)?shù)亟斩挒橹饕希晟a(chǎn)能力10萬t。生產(chǎn)工藝及應(yīng)用流程如圖1。
秸稈成型顆粒燃料生產(chǎn)廠由北京盛昌綠能科技有限公司投資建設(shè)，生產(chǎn)的顆粒燃料主要用于熱電聯(lián)產(chǎn)能源站，部分為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民提供生活燃料。
5.2秸稈成型顆粒燃料熱電聯(lián)產(chǎn)能源站方案
待改建改造供熱廠位于CBP內(nèi)，目前該供熱廠安裝有20t/h的天然氣燃料鍋爐2臺(tái)，配套設(shè)施有天然氣減壓站、化學(xué)水處理間、辦公樓、后勤設(shè)施等。供熱管網(wǎng)主要擔(dān)負(fù)CBP內(nèi)數(shù)十家企業(yè)的供熱，該鍋爐每產(chǎn)生1Uh的飽和蒸汽，需要消耗約80 rr13的天然氣，天然氣的單價(jià)約為2.25元／r113，雖然每噸蒸汽售價(jià)220元人民幣，多種原因造成該供熱廠目前每月仍有數(shù)萬元的虧損。
因此，供熱廠計(jì)劃希望利用廉價(jià)的綠色燃料替代天然氣改建為熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。經(jīng)過初步分析，我們給出了初步設(shè)計(jì)方案。原天然氣鍋爐作為備用供熱，以保證供熱高峰時(shí)熱負(fù)荷補(bǔ)充熱源，另外新增2臺(tái)以生物質(zhì)顆粒為燃料的35 t/h電站鍋爐，2臺(tái)6MW蒸汽輪機(jī)。
系統(tǒng)方案如圖2：
4.CBP熱電聯(lián)供運(yùn)行分析
4.1發(fā)電項(xiàng)目成本與收益
根據(jù)《可再生能源法實(shí)施細(xì)則》規(guī)定，生物質(zhì)熱電廠上網(wǎng)電價(jià)=當(dāng)?shù)貥?biāo)竿電價(jià)+0. 25元。以北京地區(qū)為例，CBP熱電廠的上網(wǎng)電價(jià)=0.35 +0. 25 =0.6元。而且“可再生能源法”規(guī)定，電網(wǎng)企業(yè)必須無條件全額接受可再生能源發(fā)出的電，那么按照1年7000h的發(fā)電時(shí)間計(jì)算（生物質(zhì)發(fā)電不受時(shí)間限制），除去6%的自耗電，CBP熱電廠每年發(fā)電收入4738萬元。
4.2工業(yè)蒸汽項(xiàng)目收益
在滿負(fù)荷發(fā)電之后，可以保持20t/h蒸汽供給量，按照工業(yè)蒸汽價(jià)格160元／t（日前實(shí)際CBP內(nèi)，工業(yè)蒸汽價(jià)格220元／t）計(jì)算，1年7000h供應(yīng)CBP企業(yè)單位及用戶蒸汽，年供熱收人為2560萬元。
4.3綜合收益與利潤分析
全年綜合收益與利潤分析見表3。
4.4效益分析
4.4.1財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)
針對(duì)熱電系統(tǒng)，在不計(jì)人C02減排收入時(shí)，CBP熱電廠改造項(xiàng)目的內(nèi)部收益率為11%，投資回收期5.8年，投資收益率11. 25%。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)性分析，電價(jià)、原料價(jià)格、投資成本這三個(gè)因素對(duì)熱電廠的盈利產(chǎn)生較大的影響，但是在CBP熱電廠和顆粒燃料廠簽署長期的供貨合同下，就可以充分保障原料價(jià)格的穩(wěn)定，而電價(jià)和投資成本是相對(duì)固定的，所以項(xiàng)目整體風(fēng)險(xiǎn)性不大。
4.4.2環(huán)境效益
與燃燒煤炭相比，同樣規(guī)模的熱電廠每年（燃燒7萬t煤相當(dāng)于10萬t秸稈顆粒燃料）可以減少排放COz 14萬t、S02400t、煙塵lOOOt，減少灰渣排放4萬t，同時(shí)向農(nóng)民提供6000t的草木灰肥料。
4.4.3社會(huì)效益
有利于促進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)，解決農(nóng)村秸稈堆積帶來的環(huán)境污染，改善村容村貌，減少安全隱患，避免田間焚燒污染與浪費(fèi)；增加農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入，每年增加秸稈銷售收入1800萬元，增加農(nóng)民就業(yè)收入600萬元以上，可以顯著提高農(nóng)民生活水平。
優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，增加可再生能源比例，減少對(duì)化石能源的依賴。一個(gè)這樣的熱電聯(lián)產(chǎn)能源站，每年可以替代7萬t煤炭；減少資源浪費(fèi)，避免秸稈露天焚燒，做到秸稈過爐還田，發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)．保持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
促進(jìn)關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提供更多就業(yè)機(jī)會(huì)。該系統(tǒng)方案中秸稈成型顆粒燃料廠直接提供500個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)；熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)日提供了接近100個(gè)就業(yè)崗位；相關(guān)冶金、加工、制造業(yè)等還有更多的就業(yè)機(jī)會(huì)。
5、結(jié)論
秸稈成型顆粒燃料是清潔的可再生能源，原料來源豐富。生產(chǎn)過程采用物理加工處理方法，利用顆粒燃料的同時(shí)不會(huì)對(duì)環(huán)境構(gòu)成二次污染，同時(shí)還解決了農(nóng)村秸稈堆積、焚燒所帶來的污染問題。秸稈顆粒燃料作為煤炭的替代品，用于熱電聯(lián)產(chǎn)的替代燃料，可以更好的發(fā)揮其環(huán)保、清潔、廉價(jià)、再生的優(yōu)勢(shì)。
以秸稈成型顆粒燃料發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益顯著。建設(shè)以秸稈成型顆粒為燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)能源站，具有建站投資少，收益快，規(guī)模易于控制，地點(diǎn)限制少等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合在城市、小區(qū)、開發(fā)區(qū)等建設(shè)。規(guī)模化地發(fā)展秸稈顆粒燃料熱電聯(lián)產(chǎn)能源站，不僅對(duì)改善我國以煤電為主的能源結(jié)構(gòu)、減少燃煤對(duì)大氣環(huán)境的污染具有長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義，而且對(duì)于促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)村電氣化建設(shè)也有特殊的現(xiàn)實(shí)作用。
三門峽富通新能源生產(chǎn)銷售秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)、飼料顆粒機(jī)等生物質(zhì)顆粒燃料飼料成型機(jī)械設(shè)備，同時(shí)我們還大量銷售生物質(zhì)顆粒燃料。
