农作物秸杆收集与燃料化的技术方案报告.docx

1、农作物秸杆收集与燃料化的技术方案报告农作物秸杆收集与燃料化的技术报告一、秸杆资源化利用概述农作物秸杆资源的再生利用，从能源发展战略角度透视，最令人兴奋的莫过于利用秸杆进行燃料化，替代煤炭进行燃烧发热和发电技术，将生物质能转化为热能、电能，不仅服务于工业，也可以服务于千家万户。农业秸秆包括玉米秸秆、小麦秆、稻草、油料作物秸秆、豆麦作物秸秆、杂粮秸秆、棉花秆等，是仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源，在世界能源总消费量中占14。研究表明，每两吨秸秆的热值相当于一吨标煤（热值约3500大卡/公斤），且硫含量只有3.8、灰含量比目前大量使用的煤炭低一个数量级，是一种很好的清洁可再生能源。把本该废弃焚烧

2、的植物秸秆，收集起来送到秸秆收集点，再运至工厂，通过直接燃烧、制造成颗粒燃料燃烧或气化燃烧等方式，产生热能或者电能。燃烧后产生的秸杆灰烬含有丰富的钾、镁、磷、钙等营养成分，可用作高效农业肥料重新回到田里。新技术推广一举六得：一、替代了大量的煤炭，开辟了可持续利用的新能源；二、减少了环境污染；三、增加了农民的收入；四、促进了国家退化生态环境的修复；五、解决了国家的能源紧张状态；六、减少二氧化碳等温室气体的排放。 我国每年农作物秸秆年产量约为7亿吨，相当于3.5亿吨煤。除去农民当作生活燃料、牲畜饲料外，如果每年秸秆资源的可利用量为年产量的一半，即相当于约1.7亿多吨标准煤。将这些秸秆资源用于供热或

3、发电，相当于0.9亿千瓦火电机组年平均运行5000小时，可新增绿电4500亿千瓦时。煤炭作为一次性能源，用一吨少一吨。应对现在电厂频频断“煤”、煤价不断攀升的危机，推广秸秆发电等于让农民在田地里种出了乌金般的煤炭。最早开发生物质替代燃料用以发电的是丹麦BWE公司，它在这一领域迄今仍保持世界领先水平。从1988年建成世界上第一座秸秆生物燃烧发电厂起，目前丹麦已有130多家秸秆生物发电厂，秸秆发电等可再生能源占到全国能源消费量的24以上。据说，一直依赖能源进口的丹麦，靠新兴替代能源由石油进口国一跃成为石油出口国。根据丹麦最新能源计划，到2030年，其能源构成的目标是：风能50，太阳能15，生物能和

4、其他可再生能源35。其中生物能主要指的是秸秆发电。即使那时石油和天然气资源枯竭，丹麦也能够保持其在能源方面的自给自足。以丹麦南部的洛兰岛马里博秸秆发电厂为例，它由丹麦国家电力公司投资建设，采用BWE公司的技术设计和锅炉设备，装机容量1.2万千瓦，总投资2.3亿丹麦克朗。电厂实行热电联供，年发电5000小时，每小时消耗7.5吨秸秆，为马里博和萨克斯克宾两个镇1万户5万人口供应热和电。该电厂的运行流程是：载重汽车将成捆的秸秆运进电厂的原料库，吊装机伸出铁臂抓起秸秆整齐地堆放在库中；传送带将库里的秸秆一捆接一捆地送往紧邻的封闭型切割装置，秸秆在这里加工切割成一段段不规则的短秆；短秆被源源不断地送进锅

5、炉燃烧，产生540摄氏度的高压蒸汽，推动汽轮机发电。从连接锅炉的空气预热器中伸出一条长长的管道，与电厂烟囱相连，管道中部装有一个较大的漏斗状滤器，专门回收炉灰，作为肥料提供给农民。炉灰作为很好的钾肥，农民每卖一吨秸秆不仅能得到400丹麦克朗，还能免费得到电厂返还的40公斤炉灰。整个秸秆资源得到了循环利用，没有资源浪费和污染排放。在全球新能源革命浪潮推动下，秸杆燃烧发电在中国正成为现实，越来越多的地区已经和正在上马秸杆发电项目。目前，已有许昌、合肥、辽源、德惠、北京延庆等地紧锣密鼓建设秸杆发电厂，其中，我国首台秸秆混燃发电机组，已于2005年底在华电国际枣庄市十里泉发电厂投运。该机组每年可燃用1

6、0.5万吨秸秆，相当于7.56万吨标准煤。利用秸秆价值3000多万元，使当地秸秆收购价逐渐走高，由原来每吨100元飙升到400元，显示对农民增收的强大带动力。按十里泉发电厂秸杆消化水平，河北省每年被农民烧掉的4000多万吨秸秆，如果以县、镇为单位收集起来，至少可以供应400家秸秆发电厂。因此，一些农业大省如山东、河南、四川、安徽以及东北三省都应成为秸杆发电首先发展的重点对象。建设6万千瓦秸杆发电厂一座，主要购买安装4500千瓦燃气发电系统10套，1500千瓦汽轮机发电系统10套，建设水处理系统、除灰系统、电力接入系统等。项目预计总投资38000万元，其中固定资产投资34000万元，流动资金40

7、00万元。项目达产后，年发电3亿度，实现产值1.5亿元，利税9500万元。有人简略地算过这样一笔账，2 斤秸杆可发l度电，原料费用不到2毛钱，而卖给电网就值5-6毛。全国7亿吨秸秆如果充分利用起来将产生1225多亿的经济效益。虽然我国秸杆发电眼下尚处于示范阶段，示范项目从立项、建设、发电上网到验收，还没有专门的管理办法，使得秸秆发电等生物质发电只能作为辅助电能存在。特别是投资额巨大，产业门槛过高，妨碍秸杆发电向基层推广。但这些，在全球石化能源紧张时代，都不能掩盖秸秆发电推进农民种煤炭的积极意义。毫无疑问，这是一种于农民、于社会、于企业都十分有利的“多赢”的绿色产业。二、秸杆的收集与加工初步构想

8、2.1 收集策略与收集系统 秸秆的收集半径、成本与农作物秸秆的资源分布密度、劳动力价格以及作物丰减产密切相关。而必要的回收机构是建立秸秆综合利用系统并保证其正常运作的基础和前提。联合各地方政府、农业管理部门，尤其是县、乡、村一级的政府职能部门，由各地方政府出面，在秸秆禁烧工作费、青苗补贴等费用用中拨出专用款项，同时由我公司补充一部分费用，根据当地的秸杆产量和实际情况，以村、县、乡为单位，以产量为标准，在各地都设立适当的秸杆收购站（比如，在各县、乡或自然村设立回收点），并配合各县、乡或自然村的政府职能部门做好宣传；在收割结束后，参照市场价格，开始统一收购，统一贮存，统一加工。至于存储和均衡供应问

9、题，通过建立和完善秸秆燃料利用和流通管理机制可加以解决。可制定合理的秸秆收购利用政策，研究建立秸秆收集、储存、运输管理政策和机制，保证秸秆数量和质量，促进秸秆本身也形成一个稳定发展的产业。2.2 秸秆燃料 利用秸杆生产颗粒燃料的技术，可以有效地拓展秸秆收集的半径，提高运输效率。俗话说：十里不送草，由于秸秆的密度小，运输效率是十分低下的。而秸秆造粒技术的出现，可以将收集半径由原来的25公里拓展到100公里左右。在水运发达的地区，收集半径可拓展为200公里。这样从根本上解决了秸秆收集与运输困难的问题。使用秸杆造粒机进行秸秆燃料生产的具体方法有如下： 回收结束后，可先在收购站用粉碎机、秸秆造粒机这两

10、种农业生产的常用机器对秸杆进行处理：先把秸杆粉碎，为了提高热值，也可再加入煤灰等物品放进搅拌机进行搅拌，均匀后，再用秸秆造粒机把这些混和物挤压成块状（便于运输），最后把挤压成型的块状物以铁路或公路、水路运至工厂，以块状物为燃料代替煤块发电。 先把秸杆粉碎到适宜的粒度，直接用高压挤压机把这些混和物挤压成块状或球状，这就是我们俗称的“秸杆煤”(颗粒燃料)。将成型的秸杆燃料运输至工厂或直接燃烧、或与煤碳按固定比例掺烧。2.2.1秸秆颗粒燃料生产流程秸秆颗粒燃料以各种农作物秸秆、花生壳等为原料，生产过程由原料粗粉碎、干燥、细粉、除尘、造粒成型、冷却等部分组成，同时，各部分都配有严格的质量监控系统，以确

11、保产品的品质，秸秆颗粒燃料生产工艺流程图见附图。图1 秸秆颗粒燃料生产流程图堆场：秸秆场面积约为30亩，由于秸秆来源受到植物生长季节的限制，为保证颗粒厂正常运行，需要保证3个月生产的原料需求。因此需堆放10000吨左右原料（其中生物质型煤生产线年需要生物质原料2万吨）。堆场搭建顶棚防雨防雷，与生产区和生活区的防火间距大于50米，距公路大于30米，距电力变压器大于30米，并采取隔离措施和设置完备的防火配套设施，以确保安全。 切断：本系统配备2台秸秆粗粉碎机，每台设备产能为2吨/小时，原料经切断粗粉后直接进入太阳能干燥棚进行干燥。干燥：生物质成型燃料对原料的含水量有较严格的要求，对于不同的原料要求

12、也有差异。为了保证生产的持续稳定，本系统配置了太阳能干燥棚，对粗粉后的原料进行干燥。太阳能干燥棚尺寸为长40米，宽13米，南高3米，北高10米，可同时存储和干燥原料1560立方米。 细粉：为了生物质燃料的成型，需对粗粉后的生物质原料进行细粉。本次设计根据计算和生产工艺的需要选用了3台细粉机，其中1台备用，生产能力为1.5t/h。处理后的原料粒径小于5mm，可达到挤压成型的要求。除尘：原料烘干后在传送的过程中，通常有大量的灰尘和湿气存在，通过旋风分离器将灰尘和湿气排走。该系统设置2台旋风分离器，成型后的燃料经冷却后亦需要旋风分离器对成型燃料和湿气进行分离。物料输送：本系统物流传送需要相应的传送设

13、备。根据需要，本次设计采用了螺旋输送机、绞龙输送机和提升机将物料输送到相应的设备。 制粒成型：生物质颗粒燃料成型机为生产线关键设备，本系统采用经农业部鉴定的485型生物质颗粒燃料制粒机，功率96kW，产量可达1.5吨/小时。该设备可以适用锯末、玉米秸秆、豆秸、棉秸和花生壳等不同原料，设备运行稳定。加工而成的木质颗粒燃料密度可以达到1.0-1.3 吨/立方米。本系统配置3台制粒机，其中2台使用，一台备用。冷却：出料生物质时颗粒燃料温度高达8090，结构较为松弛，容易破碎，须经过逆流式冷却系统，冷却至常温后方可装袋入库或经皮带输送机和提升机送入筒仓。此套装置设有冷却风机和旋风分离器，可将分离出来的

14、粉末返回到前面工序，进行再造粒。 筛选：经过冷却后的颗粒燃料，采用振动筛进行筛选，需经过筛选，将碎料筛选出来，确保生物质颗粒燃料的出厂质量。经过筛选出来的碎料，返回到前面工序，进行再造粒。成品仓：将加工后的成品颗粒，经提升机送入成品仓，以备装袋入库。装袋入库：本次设计采用包装输送机进行计量和入带包装，送入成品库。筒仓系统：根据用户需要，也可采用散料运输，即由成品仓将颗粒燃料经皮带输送机和提升机，直接送入筒仓进行存储，采用汽车将颗粒燃料直接送往用户。2.2.2 工艺设备根据生产纲领、设备的价格、安全性、可靠性，对设备进行了选择。详见以下秸秆颗粒燃料工艺设备清单表。表1秸秆颗粒燃料生产工艺设备清单

15、（1万吨/年）序号名称型号规格数量（台、套）电量（kW ）单台合计1粗粉机2t/h230602太阳能干燥棚1573刮板输送机MS3260m3/hr122224粉碎机1.5t/h3551655风机4-72-6A 37.522.56旋风分离器37脉冲除尘器38关风器GFZ-J-5582.5m3/hr3399关风器GFZ-J-3036m3/hr42.28.810螺旋输送机GX4050m3/h33911斗式提升机TD31550m3/h13312分配绞龙GX4050m3/h13313造粒机4851.5t/h39628814刮板输送机MS2523m3/hr13315颗粒提升机TD25020m3/h2361

16、6冷却器容量1.5m3冷却时间20min11.51.517料位器418冷却风机4-72-415.55.519旋风分离器120振动筛13321回料系统GX3026.6m3/h12.22.222成品仓容量1.5m3123包装输送机10t/h12.22.224皮带输送机DSG4015t/h14425斗式提升机TD25020m3/h17.57.526空压机TA-1001m3/min17.57.527储气罐1m3128其它工具29合计48538.7备注：制粒机和细粉机使用2台，备用1台。2.2.3 产品技术指标秸秆颗粒燃料由农作物秸秆、花生壳等分散生物质原料经专业设备加工而成的颗粒状燃料，具有运输存储方

17、便、挥发分高、固定碳、S含量低、二氧化碳零排放、二氧化硫低排放和可再生等特点。可广泛应用于农村炊事采暖、城镇居民取暖、洗浴和城镇区域供暖，是一种清洁环保、可再生能源，其基本技术参数如下：表2 秸秆颗粒燃料性能参数表热值含水率灰分密度固定炭直径参数3600-3800kcal/kg10-12%3-5%0.8-1.2t/m310-12%8mm和12mm2.2.4 使用秸秆燃料的效益体现这样做对于燃烧过程而言是有好处的：秸杆燃料在炉内将很快燃尽，这样在燃烧面上将出现大量的空洞，这些空洞的出现可以提供给燃烧层更充分的助燃气体，以便炉内燃料更充分燃烧。 用这种方法处理秸杆比在各地投资兴建沼气发生装备更有效

18、快捷。此法不用过多地投资，而且可以在很短时间内处理掉所有的秸杆（速度快）。 这种方法还有一个潜在优点：在我国，工业建设上农民的数量相当大。在农忙季节，大部分农民要返乡；这时，操作上述破碎机、搅拌机、秸秆造粒机之类的机器的劳力就会很充足。2.3 秸杆利用范围及收购价格秸秆颗粒燃料可以有效地替代燃煤，通过替代燃煤的热值及秸秆燃料与同等热值的燃煤的差价获得经济效益，这样一来相当于政府不用花钱，秸秆的问题也得到了处理，农民亦可增收，一举多得。如果水泥生产工厂掺烧秸秆，辅以秸秆造粒技术，按使用量计算，工厂半径100公里以内的秸秆均可回收利用，基本上可解决2-3个县城的秸秆问题，由此也对增加农民收入，进一

19、步调动农民种植农作物的积极性带来长远影响。表3 部分地区秸杆收购成本对比省份河北山东上海湖南收购价格100元/吨150-200元/吨150元/吨102元/吨表4 三省秸杆收集状况调查表稻秸麦秸棉花秆油菜秆黄麻秆玉米秆收集半径浙江0.150.150.20.140.2-2山东0.20.2-0.120.7-3.4四川0.15-0.200.15-0.20-*注：表中前六列数据为收集成本，单位是元/Kg；最后一列单位是Km*：四川省秸秆的收集半径为：平原地区 8Km;山区 3 Km；丘陵5Km 。1.4 设备与应用实例 河南省生物质能源重点实验室，通过对传统的饲料加工设备进行改造，成功研制出生物质颗粒环

20、膜致密成型技术设备，将秸杆制成“秸杆煤”(颗粒燃料)，使过去需装一火车皮的秸杆原料被压缩到一卡车即可装完，如果长途运输，可节省运输成本的70%，这种“秸杆煤”在当地深受老百姓喜爱，同时，也可作为秸杆电厂和热电厂的原料。荆州市楚凌公司生产的秸杆粉碎成型机，河北富润公司生产的秸杆颗粒燃料成型机均与河南生物质能源实验室研制的设备相似，其产品也大同小异。河南商丘三利新能源公司研制的一项生物质能转换技术，可以使3吨秸杆产生的综合热能相当于2.4吨标煤，已在商丘市睢阳区郭村镇建了一个日耗秸杆30吨的示范厂。 三、关于秸杆发电的简述目前在中国电力结构中，火电比例超过了70%。2004年统计数据显示：2003

21、年全国原煤产量完成17.36亿吨，同比增长24.6%。2004年前10个月中国煤炭产量达到15.7亿吨，同比增长约19%，全年产量预计达到20亿吨，目前居世界第一。即便如此，2004年4月全社会煤炭库存为9800万吨，是20年来最低点，5月底直供电场存煤只能维持8天左右。经济快速发展带来的强大电力需求让煤电双方不堪重负。同时，根据专家预测，中国要初步实现现代化，至少需要人均一个千瓦的电力，以2002年13亿人口计，就有13亿千瓦的需求。以这个数据看，发展水电（即使全部开发）也只是杯水车薪。核电、风电由于初期生产价格较高，建设周期相对较长，需要国家扶持才能获得发展，但来自政府部门的信息并不乐观。

22、表5 2004年我国全年能量消费表项目煤炭原油天然气水电核电总量消费量18.72.9415328050119.7增长率14.40%16.80%18.50%15.60%15.60%15.20% 注：此表依据中华人民共和国2004年国民经济和社会发展统计公报有关数据制作。表中各项目所用单位：水电、核电为亿千瓦小时，天然气为亿立方米，其余均为亿吨，消费总量以标准煤换算）而国际能源机构的有关研究表明，秸秆是一种很好的清洁可再生能源，其平均含硫量只有千分之三点八，而煤的平均含硫量约达百分之一。经测定，秸杆热值约为15000KJ/Kg，相当于标准煤的50%。各种秸杆的热值如下：表6 不同秸杆热值表秸杆种类

23、麦类稻类玉米大豆薯类杂粮类油料棉花热值（KJ/Kg）1465012560154901590014230142301549015900 目前国际上，丹麦在秸杆发电技术上较为先进，且得到了广泛应用。以丹麦一家由丹麦国家电力公司投资建设的电厂为例：该厂采用BWE公司的技术设计和锅炉设备，装机容量1.2万千瓦，总投资2.3亿丹麦克朗，实行热电联供，年发电5000千瓦时，平均每小时消耗仅7.5吨秸秆，可为马里博和萨克斯克宾两个镇1万户5万人口供应热和电。此外，农民每向电厂出售一吨秸秆不仅能得到400丹麦克朗，还能免费得到电厂返还的40公斤炉灰这是很好的钾肥。整个秸秆资源得到了循环利用，几乎没有资源浪费和

24、污染排放。2004年11月，我国首个秸秆生物燃烧发电厂在河北省晋州市开工建设。该秸杆发电厂占地80亩，预计总投资达2.4亿2.8亿元，将引进丹麦的秸秆发电设备，建成后年烧秸杆20万吨，发电量为1.2亿度，年可节约煤炭16万吨，减少二氧化硫排放量60多吨，减少烟尘排放量400吨。此外，该厂消耗秸杆全部从农民手中收购而来。按照每吨秸秆100元的收购价测算，该厂通过收购秸杆，每年就可使当地农民增收2000万元。 国际能源机构预测，到2020年可再生能源将在全球能源消费中的比例达到30%。面对即将到来的可再生能源时代，各国正在迅速前进。丹麦的秸杆等发电已达到总电力的24%，而德国2002年风力发电已经

25、占世界风力发电量的三分之一。法国计划在2025年风电达到发电总量的25%。而这还仅仅是它们整个可持续能源战略的一部分。相比之下，如何加快中国的脚步、营造宝贵的能源优势，为经济的协调、可持续发展作长远打算，已不能不提上议事日程。四、秸秆饲料设备的投资与成本核算4.1 秸秆致密固化成型技术与设备秸秆致密固化成型就是采用热成型技术或常温冷成型技术，通过成型机将秸秆、杂草、灌木枝条乃至果壳果皮等农林废弃物压缩成高热值、高密度的燃料棒或颗粒，提高其单位容积的重量和热值，方便运输和储藏，为城市、农村生活用能及工业用能提供基本无污染物排放的高品位清洁商品能源。固化成型燃料可广泛用于家庭炊事、取暖（包括壁炉）

26、、小型热水锅炉、热风炉，也可用于替代燃煤发电。在欧美，针对一般居民家用的生物质颗粒燃料及配套的高效清洁燃烧取暖炉灶已非常普及。由于生物质固化成型颗粒燃料技术更容易实现大规模生产和使用，所以，在一些发达国家发展很快。我国对秸秆致密固化成型技术进行了卓有成效的研究，辽宁能源所、河南省科学院能源所、河南大学、清华大学以及大连鑫宝生物质能有限公司、河北富润农业科技开发有限公司等企业都研制出不同的秸秆致密固化成型技术及设备，有的设备越来越小型化、移动化，推动了固化成型颗粒燃料的规模化生产和产业化应用。河南省科学院能源所开发的秸秆冷成型燃料技术，每吨秸秆成型燃料成本仅160多元，一条年产1500吨的生产线

27、，设备投资仅十几万元，年利润超过10万元，两年即可收回投资。河北富润公司的秸秆颗粒燃料成型机，其年生产能力为1000吨、2000吨、4000吨，设备投资额为13万元-50万元，每吨秸秆颗粒燃料的生产成本在113-130元，现行出厂价每吨300元，基本上设备投资一年多即可收回。清华大学研发的生物质常温固化成型技术（简称CZSN技术），通过独创的纤维碾切搭接技术，在常温下把粉碎后的生物质材料压缩成高密度成型燃料。由于不需要在加热的条件下生产，能耗比国外同类产品降低50%，成型设备体积减少70%，综合生产成本降低60%以上。去掉购买秸秆的原料成本，每生产1吨燃料的加工成本仅100多元，市场售价每吨3

28、85元即可保证生产、流通各环节的盈利。成型颗粒燃料已在北京市怀柔区、密云区进行试点，受到试点农户的欢迎，北京市政府最近已做出决定在全市各区县推广“生物质成型燃烧技术”，尽快实现产业化。秸秆还可以通过成型、炭化后制成各种炭化燃料，其制品可广泛应用于生活、工业、环保等领域，在国内外具有很大的市场需求。据介绍，建一个年产2000吨的秸杆颗粒燃料厂，只需几十万元的设备投资，每年可获利10-20万元，还可解决20-30人的就业，属于短平快的脱贫致富的项目。4.2 设备投资和流动资金：（以“河北富润公司的秸秆颗粒燃料成型机，其年生产能力为3000吨，设备投资额为30万元计算）根据报道：生物质颗粒环膜致密成

29、型技术和自研设备，采用一体化设计，移动方便，成型率高，原料适用广泛。生产能力为0.2-1吨/小时，能耗和成本不超过100元/吨，如按现有燃煤价格350元/吨计算，其环境和经济效益将十分可观。4.2.1 设备投资：一组设备（一个加工点）共需30万元，年生产能力3000吨。计划设立加工点10个，总计投入：设备300万元；总生产能力30000吨。秸秆加工设备及设施：总计300万元（10个加工点）。生产时间：每年9月至12月，总计120天。4.2.2 成本核算：一、收购成本：上文已就价格问题进行了讨论。现以每吨80元计算。二、加工成本：两班生产，每班4人，总计8人；以一台机器每班生产12.5吨计，每天

30、生产25吨；每人每天40元工资，合每吨12.8元人工费；每吨耗电30度（实际耗电），18元。吨加工成本约30.8元。三、包装及短途运输：每吨包装费不计（因自产自用）；每吨短途运输成本（到热电厂）10元。共计10元。四、设备折旧费：按15年使用期，每年折旧费用6.7%，计2.01万元。折算每吨成本为6.7元。（按年生产量3000吨计算）总计：在加工场地的吨成本80+30.8+10+6.7=127.5元。4.2.3 市场价格：目前（2004年7月）北京市场延庆价格为400500元，在河北或北京交货不少于450元。我公司自产自用则不必考虑市场价格，只计算煤的节约量（对于燃烧及燃烧产物的优点则不在此处阐述）：（350-127.52）15000=1,425,000按两吨颗粒燃料折合一吨煤（