國內(nèi)外秸稈收儲運模式、設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀及方法比較

1、國內(nèi)外秸稈收儲運模式、設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀及方法比較0 引言近年來,隨著常規(guī)能源的過度消耗,開發(fā)清潔的可再生能源逐漸受到社會各界關(guān)注1.農(nóng)作物秸稈作為主要的生物質(zhì)原料,不僅可替代常規(guī)能源,也可應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn),如用作肥料、飼料、生活燃料及造紙、養(yǎng)殖、食用菌等.目前,我國秸稈資源利用量約 5億 t,占總量的 70. 6% ,剩余均被焚燒或廢棄,造成嚴重的環(huán)境污染和資源浪費,秸稈綜合利用尚待提高2 -3.秸稈作為一種散拋型、低容重的資源,具有分散、季節(jié)性、能量密度低、儲運不方便等特點,嚴重地制約了其大規(guī)模應(yīng)用.秸稈收儲運就是將分散在田間地頭的秸稈,在保持其利用價值的前提下,采用經(jīng)濟、有效的收集方法和設(shè)備,

2、及時進行收集、運輸和存儲或直接運輸至秸稈利用廠,是能源化利用等資源化利用的基礎(chǔ)4 -5.為此,通過分析國內(nèi)外秸稈收儲運模式、設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀和對存儲方法的比較,對現(xiàn)有的模式、設(shè)備存在問題及改進方法等進行分析,并提出相關(guān)建議,為我國秸稈的收集利用提供參考.1 國內(nèi)外收儲運模式發(fā)展現(xiàn)狀分析1. 1 國內(nèi)我國農(nóng)作物秸稈量大、種類多,可利用潛力巨大.近年來,隨著秸稈能源利用技術(shù)的推廣,許多地區(qū)已經(jīng)建立收儲點,形成以秸稈經(jīng)紀人或?qū)I(yè)收儲運公司為依托的收儲運模式,為秸稈收儲運體系工程建設(shè)積累了良好的基礎(chǔ)6.張曉東7通過對甘肅省秸稈收集處理現(xiàn)狀的分析,認為主要存在 3 種模式,分別是: 農(nóng)戶分散貯藏收集、專業(yè)公

3、司收貯管理以及運輸行業(yè)運送秸稈到廠家; 白延飛、劉菊等8 -9總結(jié)出江蘇省初步形成的經(jīng)紀人分散型、合作社專業(yè)型、規(guī)?；髽I(yè)自營型 3 種典型模式存在的問題,并提出相關(guān)建議.朱新華等6根據(jù)陜西省地域特點得出其秸稈收儲體系主要以自收自用和分散收儲模式為主,以集約化收儲模式為發(fā)展方向的結(jié)論.綜上所述,秸稈收儲運在我國已經(jīng)有了一定的發(fā)展基礎(chǔ),主要有分散型和集中型兩種模式.其中,分散型收儲運模式以農(nóng)戶、專業(yè)戶或秸稈經(jīng)紀人為主體,把分散的秸稈收集后直接提供給企業(yè),可以分為公司 + 散戶型和公司 + 經(jīng)紀人型等兩種形式; 集中型收儲運模式以專業(yè)秸稈收儲運公司或農(nóng)場為主體,負責原料的收集、晾曬、儲存、保管和運

4、輸?shù)热蝿?wù),并按照能源化企業(yè)的要求,對農(nóng)戶或秸稈經(jīng)紀人交售秸稈的質(zhì)量把關(guān),然后統(tǒng)一打捆、堆垛、存儲,可以分為公司 + 基地集中型和公司 + 收儲運公司集中型等兩種形式10.分散型和集中型等兩種模式分別應(yīng)用于具體的場合,其特點如表 1 所示.隨著秸稈的規(guī)?；煤褪袌鲂枨蟮脑黾?集中型收儲運模式將成為主要發(fā)展方向.1. 2 國外歐美等發(fā)達國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)體系發(fā)展相對健全,農(nóng)作物秸稈收集利用主要使用機械且以集中型模式為主,其中收儲運模式的主要特點是要求有良好的收獲、運輸?shù)扰涮讬C械,目前正朝著高密度、大型化方向發(fā)展.例如在丹麥,生產(chǎn)者與企業(yè)之間秸稈交易采用期貨合同的形式,秸稈價格由供應(yīng)商和購買商共同決定,

5、以免任何一方隨機抬高價格.合同可直接與農(nóng)場主簽訂,也可與秸稈生產(chǎn)者和承包商簽訂,通常會包括交貨日期、供貨數(shù)量、協(xié)議價格以及質(zhì)量標準等內(nèi)容.該收儲運模式在丹麥已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用,可以保證秸稈的持續(xù)供應(yīng),形成了比較完善的收儲運體系10.目前,國外典型的秸稈收儲運技術(shù)路線( 見圖 1和圖 2) 包括:1) 麥稈.收獲后直接采用打捆機打捆或者鋪條后再打捆,然后裝載、運輸、堆垛; 收獲后直接散裝、堆垛.2) 玉米.收獲并經(jīng)揉切后打成方捆,然后運輸、堆垛; 經(jīng)過揉搓后散裝、存儲.2 國內(nèi)外技術(shù)設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀分析2. 1 秸稈收集2. 1. 1 國內(nèi)我國農(nóng)作物秸稈傳統(tǒng)收集方法主要靠人工獲得,作業(yè)人員勞動強度大

6、、效率低.隨著機械化的快速發(fā)展,一些秸稈可以通過機械收集完成,不僅減少了勞動時間、減輕勞動強度,還提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效益.其中,粉碎后收集、直接打捆收集是主要的兩種形式.1) 田間粉碎收集.農(nóng)作物收獲后,部分需要粉碎處理,用于秸稈還田或收集.目前,我國現(xiàn)有的粉碎機型號很多,其中燕北畜牧機械集團有限公司、中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院等都有生產(chǎn)22.4JH - 170 型秸稈粉碎回收機主要由秸稈切斷絲化裝置和秸稈回收裝置兩部分組成,由 55 60kW 拖拉機后懸掛牽引作業(yè),在田間邊行走邊工作3,11 -12.其優(yōu)點: 減少散料收集運輸成本,作業(yè)操作人員少、便于組織,勞動力成本低; 缺點: 粉碎加工時受

7、限制條件較多,如下雨、田間泥濘等,作業(yè)周期較短13.對秸稈加以粉碎再進行壓縮處理,壓縮比可達到1 /5 1 /15,有利于秸稈的運輸和儲存,適于大型畜牧場及商品化生產(chǎn).2) 打捆收集.目前,國內(nèi)生產(chǎn)的大型撿拾機械以內(nèi)蒙古寶昌牧業(yè)機械廠研發(fā)的方型打捆機為代表,收獲后草捆長寬高分別為: ( 600 1 200) × 460 ×360 ,草捆質(zhì)量約 15 25 ,工作可靠、搬運方便,適合單一作業(yè).黑龍江省牧機所研制的 9WJD -50 型臥式秸稈打包機也得到了應(yīng)用,該機器由 18kW 電動機驅(qū)動,壓縮后形成 320 × 320 × 700 、25 左右

8、的方捆,密度達 340 360 /m3,可堆放高度為 3 4. 5m,一般在田間地頭或者交通比較便利的庭院場地進行作業(yè).通過壓捆打包的秸稈,減少了儲存空間,而且外形規(guī)則便于運輸,運輸成本低11.另外,個體農(nóng)戶也會使用與小四輪拖拉機配套的小型圓捆打捆機.圓捆機由于是間歇打捆,因而生產(chǎn)率不高、捆扎的密度較低、裝運和儲存不太方便; 但是其結(jié)構(gòu)相對簡單、體積小、成本低、操作維修簡單3,12.2. 1. 2 國外目前,國外秸稈收集多采用方捆、圓捆及散料方式,使用的機械大多為高密度大方捆或圓捆打捆機,作業(yè)效率高,草捆便于運輸和存儲.其中,圓捆打捆機有內(nèi)卷式和外卷式兩種形式,著名生產(chǎn)廠家有海斯頓、克拉斯、紐

9、荷蘭等,打捆直徑一般為 0. 6 1. 2m,市場上甚至出現(xiàn)了 1. 8m 的大型圓捆打捆機,生產(chǎn)效率高.方捆打捆機相對于圓捆來說,技術(shù)和結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,但收獲草捆密度高、捆型整齊,易于儲運,目前方捆設(shè)備生產(chǎn)商以海斯頓、愛科、迪爾等公司著稱14.在打捆機控制系統(tǒng)方面,國外大多采用基于現(xiàn)場總線的 PLC 控制.典型機型有瑞典松德斯公司生產(chǎn)的 KNSS650 型打捆機和意大利達涅利公司生產(chǎn)的 LF型鋼材打捆機,均采用西門子 SIMATIC6ES5 -115U 系列 PLC 進行控制,同時配合 PC 機用于現(xiàn)場監(jiān)測控制,以保證整機穩(wěn)定可靠運行; 美國凱斯紐荷蘭公司生產(chǎn)的 BR6000 系列圓捆打捆機采用

10、基于 CAN 總線的 PLC進行控制,適用于野外控制等環(huán)境復(fù)雜場合15,具體性能如表 2 所示.散料收獲主要有兩類機型,一類是秸稈青飼收獲機,另一類是散稈撿拾裝運車.目前,秸稈青飼料收獲已由單一的針對具體作物的專用機型發(fā)展成為集田間行走、喂入、切碎、拋送為一體的綜合機型.散稈撿拾裝運車由最初的撿拾、裝載、卸料等功能,發(fā)展成為集收割、摟集、喂入、拋送、壓縮、計量和自動卸料一體化的復(fù)合作業(yè)設(shè)備.目前,有牽引式和自走式兩種機型,根據(jù)有效容積又分為大、中、小等不同規(guī)格.如紐荷蘭公司生產(chǎn)的青飼收獲機器底盤配套功率最大已超過500kW,可以應(yīng)用于條鋪秸稈的撿拾割臺; 德國科恩公司的撿拾裝運車配套動力最高達

11、到 105kW16.2. 2 秸稈運輸2. 2. 1 國內(nèi)目前,國內(nèi)秸稈運輸包括打捆后采用平板車、大型汽車運輸,以及粉碎后采用三輪車或汽車運輸.其中,由于低速汽車( 三輪: 最高車速≤50km/h; 四輪: ≤70km / h) 具有中低速度、中小噸位、中小功率、高通過性的特點,適應(yīng)我國農(nóng)村道路條件差、貨源分散、單次運量少、運距短的運輸特征,得到了廣泛應(yīng)用.運輸過程中要考慮秸稈的全水分不能過高或過低,否則在一定條件下秸稈會降解或自燃10,17.2. 2. 2 國外國外農(nóng)作物秸稈運輸時,若由農(nóng)場主自己運輸,通常使用拖拉機和卡車.利用卡車運輸時,通常秸稈分別裝在卡車及其拖車上,每節(jié)車廂

12、分兩層各裝 12個草捆; 當利用拖拉機運輸時,也會采用同樣的裝車方法,但是每輛車的裝載量為 16 20 個草捆.因為目前很多電廠進行了技術(shù)改造以便利用大型草捆,通常使用改造過的卡車或載重拖車運輸草捆,但是有時也使用普通的農(nóng)用拖車或其它一些專門設(shè)計的運輸工具10.2. 3 秸稈存儲如果生產(chǎn)與使用之間存在時間間隔,儲藏秸稈則是必要的.按照秸稈存儲時全水分、用途不同可以分為干存儲與濕存儲; 按照存儲環(huán)境不同則可以分為室外存儲、室內(nèi)存儲等.2. 3. 1 存儲時全水分差異干存儲指對秸稈進行自然干燥或人工干燥( 利用干燥技術(shù)設(shè)備) 處理后再進行儲存.其通過較低的水分含量(濕存儲指秸稈收獲后直接存儲以應(yīng)用

13、于飼料、食用菌基料、纖維素乙醇等用途,通常存儲在密封地窖等環(huán)境中.對于濕存儲來說,主要以低 pH 值(生物質(zhì)干存儲需要保證環(huán)境干燥,存儲條件較嚴苛,然而全水分較低可以抑制微生物生長,降低能源消耗.濕存儲不用進行干燥處理,因此很大程度提高了收獲的效率和時效性,且可以降低火災(zāi)等風險,在存儲期間的干物質(zhì)損耗甚至減少到小于 5% ; 但是,同時會釋放含有硝酸的腐蝕性液體,用于密封或者包裝的塑料薄膜也需要處理18 -19.具體比較如表 3 所示.2. 3. 2 存儲環(huán)境不同1) 室外( 堆垛) 存儲.堆垛是最簡單的秸稈儲存方法,長期堆積時全水分應(yīng)該低于 30% ( 濕基) ,且當最高堆積高度達到 8m、

14、儲藏時間少于 2 個月時,會有效地避免自燃20.為了防潮,有時會先將底部用木頭或磚墊起 10 15 ,堆垛時注意中部填實以防中間空而易散,堆垛形狀最好底部小、頂部大,呈倒圓臺,然后用防雨布覆蓋以免淋雨或者將原料沖走10.2) 室內(nèi)( 倉庫) 存儲.對于粉碎或者捆型的秸稈,通常采用干燥倉或者通風倉儲藏,利用熱風強制循環(huán)或空氣被動通風對流干燥方式,使捆型秸稈達到安全儲藏水分 12% 15% ,從而延長儲存時間.存儲環(huán)境需允許車輛進入,最好是一面墻或者頂部可以打開,卡車在卸貨臺卸載,或者采用輔助接收設(shè)備卸載,通常儲倉含有垂直的墻壁,或者可以向下拓展.室內(nèi)儲藏時干物質(zhì)損失少; 但是其成本高、搬運麻煩,

15、期間需要不定期檢查、維護18.另外,選擇存儲地點時應(yīng)該考慮: 排水系統(tǒng)良好、沒有積水現(xiàn)象且便于車輛停放、駛?cè)? 靠近農(nóng)場、公路,水電方便,面積合適,用地符合國家土地政策; 燃料堆放遠離生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū),收儲站四周應(yīng)當設(shè)置圍墻或鐵絲網(wǎng).3 成本分析現(xiàn)狀秸稈收儲運經(jīng)濟成本的計算始于收獲籽實后的田間,止于秸稈利用廠,基本上包括秸稈的購買、收集、裝運和存儲等費用4.其中: 收集成本.企業(yè)從農(nóng)民手中收購秸稈,并進行簡單的堆放或儲存時產(chǎn)生的相關(guān)費用,主要包括收購費和其他費用( 裝卸費用等) .運輸成本: 秸稈收購后運輸至企業(yè)過程中產(chǎn)生的費用,其與運費、運輸量和轉(zhuǎn)運點距離有關(guān).儲存成本: 秸稈在儲存期間,需要

16、一定的維護、人工和其他費用,如消防、用電等消耗的費用4 -5.郝德海等21通過定積分微元分析法,對假定理想狀態(tài)下農(nóng)作物秸稈收集成本的計算進行推導,得出運輸費用的增長是導致收集成本增長的主要原因的結(jié)論; 張展等22利用 Arcgis 的 Model Builder 建立最短路徑分析模型,實現(xiàn)了對即墨市原料運輸成本的分析; 邢愛華23等也對收集成本和能耗進行了參數(shù)敏感性分析,得出運輸費率、收購價格以及運輸距離是對收集成本影響比較敏感的參數(shù)的結(jié)論.其中,各參數(shù)變化 ±50% 均會引起收集成本變化 ± 17% 以上; 而且運輸油耗、運輸距離對收集過程能耗的影響較大,參數(shù)變化

17、 ±20% 會導致能耗變化在 ± 17% 以上.從成本角度考慮收儲運時應(yīng)該注意: 在田間對秸稈就地加工,會縮減作業(yè)環(huán)節(jié),將有效降低秸稈收儲運成本; 合理選擇收集規(guī)模、收集量以及運輸路徑以控制收集成本.4 存在的問題4. 1 秸稈供應(yīng)體系不完善目前,我國秸稈收集缺少專業(yè)的配套設(shè)備和服務(wù)機制,沒有建立穩(wěn)定的價格體系,農(nóng)戶和經(jīng)紀人積極性不高,影響秸稈收儲運因素很多.如需要解決天氣等不確定因素給秸稈供應(yīng)造成的影響,以及建設(shè)存儲空間和完善供應(yīng)體系增加的成本問題,致使秸稈資源難以進行統(tǒng)一收集、調(diào)配.4. 2 秸稈收集技術(shù)不成熟我國秸稈收集機械大多為后置式、小機型為主,效率低,適

18、于旱地而不宜在水田作業(yè); 工作時,存在纏繞、堵塞工作部件、捆型不整和密度低等問題,無法收集玉米、高粱等高粗秸稈; 以拖拉機牽引的打捆機不易轉(zhuǎn)彎,適合在大空間范圍內(nèi)進行打捆,對于很多家庭承包的小農(nóng)田來說,只能人工收集,增加了收集成本; 而且,收割機和打捆機分開工作,增加了作業(yè)工序.4. 3 濕存儲機理不明確農(nóng)作物秸稈存儲時需要考慮存儲的穩(wěn)定性且盡可能減少損耗.當秸稈含水量超過 50% 時,通常選用濕存儲( 密閉環(huán)境存儲如地窖) ,但是濕存儲增加了運輸、處理( 全水分、氧濃度) 的成本.而且,作為存儲機制,影響濕存儲的條件和因素是不確定的,需要深入研究可以快速發(fā)酵產(chǎn)生乳酸菌以降低 pH 值、消耗氧

19、氣形成厭氧環(huán)境的辦法,從而保證存儲期間含水量、pH 值及氧氣濃度保持在最佳狀態(tài).5 結(jié)論和建議隨著近年來秸稈發(fā)電、固體成型等產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,建立完善的收儲運體系、研發(fā)適合我國地形的配套設(shè)備、尋求有效的存儲方法、進行合理的成本計算等收儲運相關(guān)研究越來越受到關(guān)注.目前,我國秸稈收儲運體系建設(shè)仍然處于初始階段,相關(guān)技術(shù)和設(shè)備需要提高,影響存儲因素還不明確,需要更深入探索.應(yīng)對收儲運成本、設(shè)備、儲藏特性進行更深入研究: 建議和當?shù)剞r(nóng)戶達成協(xié)議,代為存儲,以降低成本; 通過考察農(nóng)田分布情況,選擇合適位置建立大型收購點,根據(jù)秸稈用途選擇合適存儲方法,制定統(tǒng)一的價格體系以便收購者購買.研發(fā)適合我國農(nóng)田面積小

20、、土質(zhì)松軟等特點的集收割、打捆為一體的配套設(shè)備; 改進運輸車輛裝載秸稈后變寬變高的缺點,實現(xiàn)集約化物流管理以保證交通安全.針對秸稈存儲期間易發(fā)熱著火、霉變的特點,尋求有效、經(jīng)濟的存儲方法,通過實驗探索其影響因素和存儲機理.參考文獻:1 崔明,趙立欣. 中國主要農(nóng)作物秸稈資源能源化利用分析評價J. 農(nóng)業(yè)工程學報,2008,24( 12) : 291 -296.2 王久臣,戴林. 中國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢分析J. 農(nóng)業(yè)工程學報,2007,23( 9) : 276 -282.3 呂建強. 農(nóng)作物秸稈的機械化收集與利用J. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2010( 13) : 263 -265.4 于興軍,王黎

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