秸稈是重要的生物質(zhì)資源,其蛋白質(zhì)含量約5%,纖維素含量約30%,還含有一定量的鈣、磷等礦物質(zhì),其熱值約為標(biāo)準(zhǔn)煤的50%。由于秸稈是泛稱(chēng),因此,秸稈所含的能量與農(nóng)作物的種類(lèi)、生長(zhǎng)的氣候條件等各種具體因素有密切的關(guān)系。
我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),全國(guó)的秸稈年產(chǎn)量約達(dá)6億t,目前,我國(guó)對(duì)秸稈的利用情況如表1所示。
不同農(nóng)作物及其秸稈的產(chǎn)量如表2所示。我國(guó)大部分地區(qū)都盛產(chǎn)糧食作物。其秸稈年產(chǎn)量(萬(wàn)t)和秸稈可利用量的分布如表3所示。
從上述數(shù)據(jù)中可以看出,全國(guó)很多地區(qū)都有大量的秸稈剩余量可以加以利用。特別是山東、黑龍江、吉林、河南等地區(qū),本身的煤炭資源就十分豐富,很多農(nóng)戶(hù)已經(jīng)選用較為清潔和使用方便的煤、油、電、氣作為日常生活用能,化肥也開(kāi)始替代農(nóng)家肥而廣泛使用。因此,秸稈剩余量就更為豐富,秸稈能源浪費(fèi)量也更為驚人。收獲季節(jié)一到,焚燒秸稈的濃濃黑煙漫山遍野,污染又浪費(fèi)。因此,在這些地區(qū)和一些大城市,更應(yīng)該對(duì)秸稈加以綜合利用,特別是秸稈的能源化。同時(shí),廣大農(nóng)戶(hù)在使用秸稈作為生活燃料時(shí),其能源利用率不足10%,處于極低的水平上。
1、秸稈的綜合利用
我國(guó)目前的情況是:一方面大量使用煤炭,造成嚴(yán)重的環(huán)境污染;另一方面又使這些寶貴的可再生資源白白浪費(fèi)掉。秸稈資源的浪費(fèi),實(shí)質(zhì)上是耕地、水資源和農(nóng)業(yè)投入品的浪費(fèi)。究其原因,除了宣傳力度不夠外,秸稈利用設(shè)備品種少、應(yīng)用研究投入不足、秸稈收售渠道不暢是重要的原因。
秸稈作為重要的生物質(zhì)資源是發(fā)展農(nóng)村循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。發(fā)揮秸稈的多功能作用,可以在農(nóng)村中產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)和環(huán)境效益。
秸稈是一種低碳燃料,其含硫量、含灰量均低于目前大量使用的煤炭,對(duì)大氣、環(huán)境質(zhì)量的影響較低,是一種較為“清潔”的可再生的能源。因此,充分利用秸稈燃料,減少溫室氣體排放,改善環(huán)境質(zhì)量,具有重要意義,所以來(lái)說(shuō)農(nóng)作物秸稈經(jīng)過(guò)秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)壓制成生物質(zhì)顆粒燃料,行業(yè)前景十分的不錯(cuò)。
目前,對(duì)秸稈的綜合利用有以下幾個(gè)方面:
(1)發(fā)展秸稈能源
目前,農(nóng)戶(hù)多以秸稈作為生活燃料,但其熱效率很低。為了改善這一狀況,可以用專(zhuān)門(mén)設(shè)備對(duì)秸稈加以利用,提高利用率。在秸稈資源收集較為便利的地方,如農(nóng)場(chǎng)、城市郊區(qū)等地,可以建造秸稈發(fā)電廠(chǎng)或熱電站。在較為分散的地方,可以建設(shè)一些小型的秸稈供熱站,實(shí)現(xiàn)區(qū)域性集中供能。
開(kāi)發(fā)一些小容量的秸稈燃燒設(shè)備,用來(lái)向廣大農(nóng)戶(hù)供熱供汽的好處是:
①小區(qū)域集中供熱供汽有利于秸桿的能源化,有利于提高秸稈的熱能利用率,減少農(nóng)戶(hù)取暖用汽所造成的污染:
②便于就近收集秸稈資源,降低收集成本;
③秸稈燃燒后的底灰、碳灰(俗稱(chēng)草木灰)含有豐富的鉀、鈣、鎂、磷等元素,是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料,可以就近直接還田,降低農(nóng)民施肥成本,有利于改善土壤的土質(zhì);
④可以采取靈活的收售政策,實(shí)行以物易物(以秸稈換熱水、蒸汽、肥料)。此外,也可以通過(guò)秸稈酵化制各沼氣,為農(nóng)戶(hù)提供生活燃料。
(2)發(fā)展秸稈飼料
秸稈作為動(dòng)物飼料由來(lái)已久,但是,為了提高奶牛的產(chǎn)奶量和質(zhì)量,降低飼料成本,提高養(yǎng)殖效率,應(yīng)該大力發(fā)展秸稈青儲(chǔ)、秸稈氨化鹽化、秸稈飼料精細(xì)加工和發(fā)展全混合型飼料。
(3)發(fā)展秸稈肥料
秸稈制成肥料有二種方法:一是將秸稈粉碎后埋入土層內(nèi),讓其變成腐殖質(zhì),增加土壤的有機(jī)質(zhì);另一種方法是通過(guò)焚燒后變成草木灰,還田施肥。
為了物盡其用,剩留在土壤里的秸稈根部可以采用第一種方法肥田,對(duì)于莖部宜采用回收其能量后的草木灰來(lái)肥田。
2、秸稈能源化研究
秸稈能源化是對(duì)秸稈資源最為合理利用的一種方法,它可以在充分利用秸稈所含能源后,其剩余物(草木灰)又可成為高效的有機(jī)肥料。
各類(lèi)秸稈由于品種不同、生長(zhǎng)條件不一,其所含能量也不同。與標(biāo)煤相比,各類(lèi)秸稈的折算系數(shù)大致在0.429~0.543之間,其中以稻谷最低,豆類(lèi)和油料作物最高。
2.1秸稈燃燒機(jī)理
作為燃料,秸稈的燃燒機(jī)理有其特殊性:
(1)與常規(guī)燃料相比,秸稈的含水量較大約<20%,是常規(guī)燃料含水量的8倍~10倍。因此,在相同鍋爐出力的情況下,其煙氣量約是常規(guī)燃料鍋爐的1.5倍~2倍。在鍋爐受熱面布置時(shí),要充分考慮到這一情況。所以,其鍋爐的容積要比常規(guī)燃料鍋爐大許多;
(2)與大多數(shù)生物質(zhì)燃料一樣,秸稈的堆積密度較小,秸稈投入爐內(nèi)燃燒時(shí),先落在爐床上,隨著水分蒸發(fā),開(kāi)始飄浮在爐內(nèi)進(jìn)行燃燒。因此,秸稈在鍋爐內(nèi)處于半懸浮燃燒狀態(tài)。在這類(lèi)鍋爐設(shè)計(jì)時(shí),一定要考慮到燃燒室的容積要大一些,使燃料在爐內(nèi)有足夠的停留時(shí)間,得以完全燃盡;
(3)從燃料的熱態(tài)試驗(yàn)看,大多數(shù)秸稈(除甘蔗渣外)在干燥后,揮發(fā)份快速脫離母體迅猛燃燒,揮發(fā)份不附著在秸稈表面燃燒,這與煤的燃燒機(jī)理是完全不同的;
(4)逸出揮發(fā)份后的秸稈變黑成為焦碳粒子呈暗紅色,未見(jiàn)明顯的火焰,而且在爐膛持續(xù)高溫的護(hù)持下,緩慢地燃燒,燃盡時(shí)間也較長(zhǎng)。
2.2秸稈燃燒設(shè)備的設(shè)計(jì)
基于秸稈的燃燒機(jī)理,秸稈燃燒設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)采取一系列措施,即:
(1)秸稈在爐內(nèi)基本上處于懸浮燃燒,因此,燃燒設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)要考慮采用室燃十層燃的方式;
(2)由于秸稈理論燃燒溫度較低,為了保證秸稈能穩(wěn)定燃燒,燃燒室宜采用絕熱爐膛設(shè)計(jì),保持爐內(nèi)有較高的燃燒溫度;
(3)由于煙氣量較大,鍋爐的容積要比常規(guī)燃料鍋爐大一些:
(4)為了保證燃料在爐內(nèi)有足夠的停留時(shí)間,得以完全燃燼,同時(shí),考慮到飛灰量較大,因此,爐膛宜設(shè)計(jì)成瘦高型;
(5)為實(shí)現(xiàn)灰渣的利用,鍋爐出灰和飛灰收集宜采用干式集灰。
3、結(jié)論
在能源緊缺的今天,大力開(kāi)發(fā)秸稈等生物質(zhì)可再生能源,有利于改善人類(lèi)生存的環(huán)境,有利于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。農(nóng)作物秸稈是發(fā)展農(nóng)村循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。對(duì)秸稈的綜合利用,可以提高農(nóng)業(yè)資源的利用效率,促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民增收。秸稈能源化是對(duì)秸稈資源綜合利用最為合理的一種方法。
集合型的秸稈綜合利用可以盡可能地減少能源浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的污染。我國(guó)秸稈資源量大面廣,分布區(qū)域有集中有分散,因此,應(yīng)該提供多品種的秸稈燃燒設(shè)備以適應(yīng)多方面的需要。目前為了降低基本投資費(fèi)用,可以將原有的燃煤鍋爐作適當(dāng)改進(jìn)后,用來(lái)燃燒秸稈。
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