農(nóng)作物秸稈燃燒

作為秸稈生產(chǎn)大國，我國耕地和淡水資源短缺，農(nóng)作物秸稈，尤其是玉米秸稈、棉花秸稈、小麥秸稈和稻殼等極為珍貴，其總量和玉米、淀粉的總能量相當(dāng)，其燃燒值約為標(biāo)準(zhǔn)煤的50%，每生產(chǎn)1噸玉米可生產(chǎn)2噸秸稈，3噸玉米秸稈就可以產(chǎn)出1噸蜂窩煤，可代替熱值相當(dāng)煤炭或液化氣。如果將我國每年產(chǎn)生的農(nóng)作物秸稈全部用來燃燒，可折合約3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值。充分利用農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)秸稈生物質(zhì)蜂窩煤，實(shí)現(xiàn)秸稈生物質(zhì)蜂窩煤工廠化生產(chǎn)，并形成秸稈生物質(zhì)蜂窩煤產(chǎn)業(yè)化，進(jìn)而走向生物質(zhì)蜂窩煤產(chǎn)業(yè)集群。農(nóng)作物秸稈生物質(zhì)蜂窩煤主要由玉米秸稈、棉花秸稈、小麥秸稈和稻殼等作為原料經(jīng)生物炭化制成。產(chǎn)品易燃、即燃、無煙、無味、無污染、無殘?jiān)?、不易破裂且形狀?guī)則，含炭量高達(dá)80%以上，熱值高達(dá)4300至6100大卡，可以再生，燃燒時(shí)排放的SO2很少。玉米秸稈的熱值約為煤的0.7—0.8倍，即1.25噸的玉米秸稈炭化成型原料相當(dāng)于1噸煤的熱值。玉米秸稈生物質(zhì)蜂窩煤在配套的生物質(zhì)燃燒爐中燃燒，其燃燒效率是燃煤爐的1.3—1.5倍，因而1噸玉米玉米稈生物質(zhì)蜂窩煤的熱量利用率與一噸煤的熱量利用率相當(dāng)。炭化是提高秸稈生物質(zhì)蜂窩煤使用價(jià)值的重要手段，炭化方式和炭化工藝直接決定了其機(jī)械強(qiáng)度、熱值、生炭含量等主要性能指標(biāo)。秸稈生物質(zhì)蜂窩煤主要特點(diǎn)在于摒棄了燒炭法和外熱式兩種炭化，而采用了內(nèi)熱式炭化方式，這種炭化方式比前兩種優(yōu)越：1、揮發(fā)物含量：12—18%；2、固定含碳量＞80%；3、炭粉：1.0—1.3%；4、色澤：斷面有金屬光澤；5、發(fā)熱量（J/G）：＞31000；6、炭化得率30—50%；7、單爐炭化周期縮短：為8小時(shí)/爐，秸稈炭量均勻；8、環(huán)境污染情況：幾乎無煙。1、農(nóng)作物秸稈生物質(zhì)蜂窩煤是代替?zhèn)鹘y(tǒng)煤炭和液化氣等高品們的“綠色”民用燃料。2、原料炭化產(chǎn)生的尾氣可制成秸稈醋液產(chǎn)品，用于養(yǎng)殖和公共場所除臭、抗禽流感、殺蟲劑等。3、炭化爐溫度高達(dá)200—500度，要用循環(huán)管道采集后向住房提供暖氣或熱水。4、工業(yè)中大量使用的化鐵爐、鍋爐，生火時(shí)而耗用大量劈柴點(diǎn)火，劈柴售價(jià)遠(yuǎn)比煤高。用秸稈生物質(zhì)蜂窩煤代替劈柴和煤較為經(jīng)濟(jì)。5、秸稈生物質(zhì)炭進(jìn)一步處理為活性炭，可廣泛應(yīng)用于制藥、化工等行業(yè)。也可用于污水處理，隨著環(huán)境保護(hù)的強(qiáng)化，凈化廢水、廢氣所需活性炭的用量會(huì)越來越大。1、工藝流程原料粉碎一炭化一成型一入庫。2、原料來源及生產(chǎn)規(guī)模的確定本產(chǎn)品由70%以上的秸稈炭粉與30%普通添加劑，混合攪拌后擠壓成型。原料為農(nóng)村的玉米秸稈、棉花秸稈、小麥秸稈和稻殼、花生殼等。該項(xiàng)目生產(chǎn)原料充沛，來源廣泛。3、產(chǎn)品基本顏色與規(guī)格1）秸稈蜂窩煤規(guī)格與煤炭產(chǎn)蜂窩煤相同，同為黑色；2）秸稈生物質(zhì)燃料球，有乒乓球大小、為黑色；3）秸稈生物質(zhì)燃料顆粒，比顆粒飼料略長些，也為黑色。本項(xiàng)目利用農(nóng)作物秸稈，尤其是玉米、棉花、小麥和花生殼等秸稈作為生產(chǎn)原料，生產(chǎn)秸稈生物質(zhì)蜂窩煤這一高品位的民用燃料。秸稈生物質(zhì)蜂窩煤正在成為全球性的“綠金”產(chǎn)業(yè)，它正在逐步成為傳統(tǒng)“黑金”能源的代用品。美國于2000年開始實(shí)施“開發(fā)和推進(jìn)生物質(zhì)產(chǎn)品和生物能源”的法案，美國政府將用十億噸的生物質(zhì)能進(jìn)行液化、炭化處理，替代傳統(tǒng)的石油和煤炭。我國有12億多人口，絕大多數(shù)居住在農(nóng)村和小城鎮(zhèn)，其生活用能的主要方式是直接燃燒；中小企業(yè)和民營企業(yè)的快速興起和發(fā)展，不僅帶動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，而且加速了化石能源，尤其是煤的消費(fèi)。因此，開發(fā)秸稈生物質(zhì)蜂窩煤代替燃燒是最佳選擇。國家發(fā)改編制的《可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)目錄》中將“農(nóng)作物秸稈制成固體成型燃料代替煤炭”列為“生物質(zhì)固化成型燃料”項(xiàng)目。目前市場上煤炭售價(jià)約700元/噸，用煤炭做的蜂窩煤摻有30%的黃土和石灰，每塊售價(jià)在0.30—0.32元左右，需要用木柴才能點(diǎn)燃；而農(nóng)作物生物質(zhì)燃料炭加黏合劑成本約90元/噸，炭粉含量在80%以上，每噸秸稈炭可生產(chǎn)100x85mm家用蜂窩炭3000塊，每塊可燃燒80—100分鐘，且用報(bào)紙就能引燃，物美價(jià)廉，環(huán)保安全，在市場上具有極強(qiáng)的競爭力。本項(xiàng)目以我國資源廣大的玉米秸稈、棉花秸稈和小麥秸稈、花生殼等為原料，無論從生產(chǎn)成本還是從投資效果上與其它秸稈利用項(xiàng)目比較，生產(chǎn)秸稈生物質(zhì)蜂窩煤，原料來源廣、產(chǎn)品有市場、技術(shù)有保障、投資比較少、見效比較快、基本無風(fēng)險(xiǎn)。如在一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)1—2家秸稈生物質(zhì)燃料炭廠，可以消化掉全鎮(zhèn)1/3的玉米秸稈和棉花秸稈及部分小麥秸稈、花生殼等。以生產(chǎn)秸稈生物質(zhì)蜂窩煤為例，3-4人每天可生產(chǎn)4-6噸，每噸成本200元，按出廠價(jià)每噸700元計(jì)算（當(dāng)前市場售價(jià)600-800元/噸，每噸3000塊，每塊售價(jià)在0.25-0.30元之間）。每天純利潤在1500元以上。是一種很好的清潔，是最具開發(fā)利用潛力的新能源之一，具有較好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益。每兩噸秸稈的熱值就相當(dāng)于一噸標(biāo)準(zhǔn)煤，而且其平均含硫量只有3.8%。，而煤的平均含硫量約達(dá)1%。在生物質(zhì)的再生利用過程中，排放的CO2與生物質(zhì)再生時(shí)吸收的CO2達(dá)到碳平衡，具有CO2零排放的作用，對緩解和最終解決問題具有潛在的貢獻(xiàn)價(jià)值。秸稈發(fā)電，就是以農(nóng)作物秸稈為主要燃料的一種發(fā)電方式，又分為秸稈氣化發(fā)電和秸稈燃燒發(fā)電。秸稈氣化發(fā)電是將秸稈在缺氧狀態(tài)下燃燒，發(fā)生，生成高品位、易輸送、利用效率高的氣體，利用這些產(chǎn)生的氣體再進(jìn)行發(fā)電。但秸稈氣化發(fā)電工藝過程復(fù)雜，難以適應(yīng)大規(guī)模應(yīng)用，主要用于較小規(guī)模的發(fā)電項(xiàng)目。秸稈直接燃燒發(fā)電是21世紀(jì)初期實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用唯一現(xiàn)實(shí)的途徑。工藝流程水/蒸汽循環(huán)20世紀(jì)90年代后，以煤為代表的化石燃料發(fā)電技術(shù)的飛速發(fā)展，使整個(gè)發(fā)電廠的發(fā)電效率，蒸汽的溫度和壓力得到了大幅提高。對于秸桿燃燒發(fā)電設(shè)備，也同樣取得了很大發(fā)展。但是，相對與燃煤設(shè)備，秸稈燃燒發(fā)電設(shè)備的設(shè)計(jì)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)相對較少。而且秸桿還具有獨(dú)特的特性，使其很難達(dá)到較高的蒸汽參數(shù)。尤其是秸桿中含量較高，增加了鍋爐在高蒸汽壓力下腐蝕的可能性。多數(shù)秸桿燃燒發(fā)電廠的發(fā)電效率只能達(dá)到30%左右。一般而言，秸稈發(fā)電廠在發(fā)電的同時(shí)都供熱，以提高整個(gè)電廠的效率。秸桿的處理、輸送和燃燒（發(fā)電廠內(nèi)）發(fā)電廠內(nèi)建設(shè)兩個(gè)獨(dú)立的秸桿倉庫。每個(gè)倉庫都有大門，運(yùn)輸貨車可從大門駛?cè)?，然后停在地磅上稱重，秸桿同時(shí)要測試含水量。任何一包秸桿的含水量超過25%，則為不合格。在歐洲的發(fā)電廠中，這項(xiàng)測試由安裝在自動(dòng)上的來實(shí)現(xiàn)。在中國，可以手動(dòng)將探測器插入每一個(gè)秸桿捆中測試水分，該探測器能存儲99組測量值，測量完所有秸桿捆之后，測量結(jié)果可以存入連接至地磅的計(jì)算機(jī)。然后使用卸貨，并將運(yùn)輸貨車的空車重量輸入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)可根據(jù)前后的重量以及含水量計(jì)算出秸桿的凈重。貨車卸貨時(shí)，叉車將秸桿包放入預(yù)先確定的位置；在倉庫的另一端，叉車將秸桿包放在進(jìn)料輸送機(jī)上；進(jìn)料輸送機(jī)有一個(gè)緩沖臺，可保留秸桿5分鐘；秸桿從進(jìn)料臺通過帶密封閘門（防火）的進(jìn)料輸送機(jī)傳送至進(jìn)料系統(tǒng)；秸桿包被推壓到兩個(gè)立式螺桿上，通過螺桿的旋轉(zhuǎn)扯碎秸桿，然后將秸桿傳送給螺旋自動(dòng)給料機(jī)，通過給料機(jī)將秸桿壓入密封的進(jìn)料通道，然后達(dá)到爐床。爐床為水冷式振動(dòng)爐床，是專門為秸桿燃燒發(fā)電廠而開發(fā)的設(shè)備。鍋爐系統(tǒng)鍋爐采用自然循環(huán)的汽包鍋爐，過熱器分兩級布置在煙道中，煙道尾部布置省煤器和空氣預(yù)熱器。由于秸桿灰中堿金屬的含量相對較高，因此，煙氣在高溫時(shí)（450°C以上）具有較高的腐蝕性。此外，飛灰的熔點(diǎn)較低，易產(chǎn)生結(jié)渣的問題。如果灰分變成固體和半流體，運(yùn)行中就很難清除，就會(huì)阻礙管道中從煙氣至蒸汽的熱量傳輸。嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)耆氯麩煔馔ǖ?，將煙氣堵在鍋爐中。由于存在這些問題，因此，專門設(shè)計(jì)了過熱器系統(tǒng)，并在國際上的大多數(shù)秸桿發(fā)電廠中得到運(yùn)用。汽輪機(jī)系統(tǒng)〖汽輪機(jī)系統(tǒng)〗渦輪機(jī)和鍋爐必須在啟動(dòng)、部分負(fù)荷和停止操作等方面保持一致，協(xié)調(diào)鍋爐、汽輪機(jī)和空冷凝汽器的工作非常重要?！伎绽淠鳌降湹乃邪l(fā)電廠都是海水冷卻的，西班牙的Sanguesa發(fā)電廠是河水冷卻，英國的Ely發(fā)電廠裝有空氣冷凝器。在中國，空氣冷凝器是一種很成熟的產(chǎn)品，可以在秸稈發(fā)電廠中采用。環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)在濕法煙氣凈化系統(tǒng)之后，安裝一個(gè)布袋除塵器，以便收集煙氣中的飛灰。布袋除塵器的排放低于25mg/Nm。布袋除塵器為脈動(dòng)噴射式，容器由壓縮空氣脈沖清潔。副產(chǎn)物秸桿通常含有3-5%的灰分。這種灰以鍋爐飛灰和灰渣/爐底灰的形式被收集，這種灰分含有豐富的營養(yǎng)成分如鉀、鎂、磷和鈣，可用作高效農(nóng)業(yè)肥料。主要優(yōu)勢秸稈已經(jīng)被認(rèn)為是新能源中最具開發(fā)利用規(guī)模的一種綠色可再生能源，推廣秸稈發(fā)電，將具有重要意義：1、農(nóng)作物秸稈量大，覆蓋面廣，燃料來源充足。2、秸稈含硫量很低。國際能源機(jī)構(gòu)的有關(guān)研究表明，秸稈的平均含硫量只有千分之3.8，而煤的平均含硫量約達(dá)百分之一。且低溫燃燒產(chǎn)生的氮氧化物較少，所以除塵后的煙氣不進(jìn)行脫硫，煙氣可直接通過煙囪排入大氣。丹麥等國家的運(yùn)行試驗(yàn)表明秸稈鍋爐經(jīng)除塵后的煙氣不加其他凈化措施完全能夠滿足環(huán)保要求。所以秸稈發(fā)電不僅具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，還有良好的生態(tài)效益和社會(huì)效益。3、各類作物秸稈發(fā)熱量略有區(qū)別（各種秸稈的熱值見表2所示），但經(jīng)測定，秸稈熱值約為15000KJ/Kg，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤的50%。其中麥秸稈、玉米秸稈的發(fā)熱量在農(nóng)作物秸稈中為最小，低位發(fā)熱量也有14.4MJ/kg，相當(dāng)0.492kg標(biāo)準(zhǔn)煤。使用秸稈發(fā)電，可降低煤炭消耗。4、秸稈通常含有3%?5%的灰分，這種灰以鍋爐飛灰和灰渣/爐底灰的形式被收集，含有豐富的營養(yǎng)成分如鉀、鎂、磷和鈣，可用作高效農(nóng)業(yè)肥料。5、作為燃料，煤炭開采具有一定的危險(xiǎn)性，特別是礦井開采，管理難度大。農(nóng)作物秸稈與其相比，則危險(xiǎn)性小，易管理，且屬于廢棄物利用。世界秸稈發(fā)電的發(fā)展到2006年，秸稈發(fā)電在歐洲，尤其是北歐的一些國家已有近20年的歷史。20世紀(jì)70年代爆發(fā)世界第一次石油危機(jī)后，能源一直依賴進(jìn)口的丹麥，在大力推廣節(jié)能措施的同時(shí)，積極開發(fā)生物質(zhì)能和風(fēng)能等清潔可再生能源，到2006年，秸稈發(fā)電等可再生能源已占丹麥能源消費(fèi)量的24%以上?！堵?lián)合國氣候變化框架公約》及《京都議定書》分別于1992年和1997年出臺后，為了建立，減少溫室氣體排放，丹麥進(jìn)一步加大了生物質(zhì)能和其他清潔可再生能源的研發(fā)利用力度。丹麥BWE公司是亨譽(yù)世界的發(fā)電廠設(shè)備研發(fā)、制造企業(yè)，長期以來在熱電、生物發(fā)電廠鍋爐領(lǐng)域處于全球領(lǐng)先地位，丹麥BWE公司率先研發(fā)的秸稈生物燃燒發(fā)電技術(shù)，一直到21世紀(jì)初期，在這一領(lǐng)域仍是世界最高水平的保持者。在這家歐洲著名能源研發(fā)企業(yè)的技術(shù)支撐下，1988年丹麥誕生了世界上第一座秸稈生物燃燒發(fā)電廠。到2006年，丹麥已建立了130家秸稈發(fā)電廠，還有一部分燒木屑或垃圾的發(fā)電廠也能兼燒秸稈。BWE公司的秸稈發(fā)電技術(shù)已走向世界，被聯(lián)合國列為重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，瑞典、芬蘭、西班牙等國由BWE公司提供技術(shù)設(shè)備建成了秸稈發(fā)電廠，許多國家還制定了相應(yīng)的計(jì)劃，如日本的邛陽光計(jì)劃”，美國的“能源農(nóng)場”，印度的“綠色能源工廠”等，它們都將生物質(zhì)能秸稈發(fā)電技術(shù)作為21世紀(jì)發(fā)展可再生能源戰(zhàn)略的重點(diǎn)工程。其中位于英國坎貝斯的生物質(zhì)能發(fā)電廠是世界上最大的秸稈發(fā)電廠，裝機(jī)容量3.8萬千瓦，總投資約5億丹麥克朗。中國秸稈發(fā)電的發(fā)展中國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，生物質(zhì)資源十分豐富，各種農(nóng)作物每年產(chǎn)生秸稈6億多噸，其中可以作為能源使用的約4億噸，全國林木總生物量約190億噸，可獲得量為9億噸，可作為能源利用的總量約為3億噸。如加以有效利用，可為農(nóng)民增收近1000億元，開發(fā)潛力將十分巨大。隨著《可再生能源法》和《可再生能源發(fā)電價(jià)格和費(fèi)用分?jǐn)偣芾碓囆修k法》等的出臺，中國秸稈發(fā)電呈快速增長趨勢。為推動(dòng)生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，2003年以來，國家先后核準(zhǔn)批復(fù)了河北晉州、山東單縣和江蘇如東3個(gè)秸稈發(fā)電示范項(xiàng)目，拉開了中國秸稈發(fā)電建設(shè)的序幕。頒布了《可再生能源法》，并實(shí)施了生物質(zhì)發(fā)電優(yōu)惠上網(wǎng)電價(jià)等有關(guān)配套政策，從而使生物質(zhì)發(fā)電，特別是秸稈發(fā)電迅速發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到2006年底，全國在建農(nóng)作物秸稈發(fā)電項(xiàng)目34個(gè)，分布在山東、吉林、江蘇、河南、黑龍江、遼寧和新疆等?。▍^(qū)），總裝機(jī)容量約120萬千瓦；山東單縣、江蘇宿遷和河北威縣三座發(fā)電站已投產(chǎn)發(fā)電，總裝機(jī)容量8萬千瓦。2008年前后幾年間，國家電網(wǎng)公司、五大發(fā)電集團(tuán)等大型國有、民營以及外資企業(yè)紛紛投資參與中國生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的建設(shè)運(yùn)營。截至2007年底，國家和各省發(fā)改委已核準(zhǔn)項(xiàng)目87個(gè)，總裝機(jī)規(guī)模220萬千瓦。全國已建成投產(chǎn)的生物質(zhì)直燃發(fā)電項(xiàng)目超過15個(gè)，在建項(xiàng)目30多個(gè)?？梢钥闯?，中國生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正在漸入佳境。根據(jù)國家“十一五”規(guī)劃綱要提出的發(fā)展目標(biāo)，未來將建設(shè)550萬千瓦裝機(jī)容量，已公布的《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》也確定了到2020年生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)3000萬千瓦的發(fā)展目標(biāo)。此外，國家已經(jīng)決定，將安排資金支持可再生能源的技術(shù)研發(fā)、設(shè)備制造及檢測認(rèn)證等產(chǎn)業(yè)服務(wù)體系建設(shè)?？偟恼f來，生物質(zhì)能發(fā)電行業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。中國秸稈發(fā)電邁出實(shí)質(zhì)性步伐。大力發(fā)展秸稈發(fā)電，不僅可以減少由于在田間地頭大量焚燒、廢棄