秸稈氣化技術(shù)在農(nóng)村能源市場中的應(yīng)用

秸稈氣化技術(shù)在農(nóng)村能源市場中的應(yīng)用

中稻草氣田工程是農(nóng)村能源建設(shè)的重要組成部分。從上世紀80年代初始,我省農(nóng)村能源從單純解決農(nóng)村生活用能轉(zhuǎn)向提高用能水平、節(jié)能降耗,進而又上升到保護生態(tài)環(huán)境,增強農(nóng)業(yè)發(fā)展后勁,為推動農(nóng)業(yè)和社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展作出了積極貢獻。但是,當今社會人口膨脹、環(huán)境污染、資源短缺依然困擾和威脅著人類的生存和文明進步。為此,大力開發(fā)和利用新能源對加強農(nóng)村能源建設(shè),豐富和繁榮農(nóng)村社會經(jīng)濟將起到巨大的推動作用。我省蘄春縣農(nóng)村秸稈氣化工程的建設(shè)及運用充分說明:有效開發(fā)利用新型可再生能源,堅持市場運作,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟,能使我們的家園氣更新、天更藍、水更清、人更美。1居民生活集中,秸稈利用潛力蘄春縣燧達燃氣有限公司成立于2008年,位于蘄春縣八里湖農(nóng)場,是一家以開發(fā)新能源、服務(wù)新農(nóng)村為己任的農(nóng)村能源開發(fā)和應(yīng)用的專業(yè)公司。該公司主要從事秸稈氣化和沼氣建設(shè)生產(chǎn)經(jīng)營,農(nóng)村生物質(zhì)固化加工利用的一家民營企業(yè),現(xiàn)有職工5人。八里湖農(nóng)場創(chuàng)建于1958年,全場版圖面積31.9平方公里,有七個生產(chǎn)大隊,人口2萬余人3000多戶,居民多半是成片集中居住,大部分農(nóng)戶供氣半徑在2公里以內(nèi),是一個政企合一的國有農(nóng)墾企業(yè),也是蘄春縣的主要產(chǎn)棉區(qū),該場種植面積在1.3萬畝以上,每年棉花采摘后剩余的棉桿有6000多噸。其相鄰的三個鄉(xiāng)鎮(zhèn)種植棉花約在2.5萬畝,采摘后剩余的棉桿有14000余噸,秸稈資源十分豐富。居民主要是以經(jīng)商、養(yǎng)殖、種植為主,隨著居民生活水平提高,生活節(jié)奏的加快,居民對環(huán)保、安全、方便、價廉的新能源要求迫切,農(nóng)場正在連片建設(shè)新農(nóng)村1000余戶,因此,在該處建設(shè)秸稈氣化工程項目逢天時、地利、人和,即當?shù)刭Y源有保障,用戶有市場,人口居住集中,推廣應(yīng)用秸稈燃氣新能源把當?shù)亟斩捹Y源就地轉(zhuǎn)化實現(xiàn)能源化利用較適合。目前,八里湖農(nóng)場秸稈氣化工程項目占地6畝,建設(shè)有900平方米生產(chǎn)廠房,200平方米辦公用房,安裝有生物質(zhì)氣化設(shè)備一套,1500立方米儲氣柜一座,鋪設(shè)了φ90~200mm主管網(wǎng)8000米,可覆蓋農(nóng)戶3000多戶,氣化工程已于2009年12月全面投產(chǎn),現(xiàn)有856戶居民使用上了秸稈燃氣,總投資達656.76萬元。2秸稈氣化技術(shù)系統(tǒng)本項目使用下吸式固定床氣化工藝。由于下吸式固定床氣化過程可以二次裂解焦油,可有效地降低產(chǎn)物中焦油的含量。因此目前應(yīng)用的工藝以下吸式固定床式發(fā)生器為主,介質(zhì)主要是空氣,秸稈氣化燃氣熱值較低(5000kJ/m3左右)。其生產(chǎn)過程就是將收集好的原料先經(jīng)過切斷機切斷成2~3cm后達到氣化反應(yīng)的要求,進行晾曬后(原料預(yù)處理對秸稈燃氣中的焦油含量影響較小,主要影響氣化效率,一般氣化效率均可達到70%以上,氣化原料選擇不同產(chǎn)生的燃氣熱值也不同),通過上料機使原料進入高效生物質(zhì)氣化爐,產(chǎn)生的燃氣通過裂解,降溫除塵和凈化分離后,進入鋼制低壓濕式儲氣柜,燃氣再通過輸配管網(wǎng)進入用戶使用。另據(jù)秸稈燃氣檢驗報告得知氣化成分:氣化技術(shù)是將農(nóng)林廢棄物在缺氧或厭氧條件下,經(jīng)過熱化學(xué)反應(yīng),生成CH4、CO、H2等可燃氣體,用于農(nóng)村居民的炊事及采暖,亦可用于發(fā)電。該技術(shù)使秸稈在作為燃料使用時的熱效率大大提高,使能量得到更充分地利用,并減少了環(huán)境污染,對開展節(jié)能減排具有重要的意義。根據(jù)農(nóng)業(yè)部《農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》(2007~2015):結(jié)合解決農(nóng)村基本能源需要和改變農(nóng)村用能方式,到2015年,全國建成2000處左右秸稈氣化集中供氣站,年產(chǎn)秸稈燃氣7.3億立方米。其特點是充分利用農(nóng)村地區(qū)豐富而且廉價的農(nóng)村生產(chǎn)廢棄物,如棉稈、果木樹枝、玉米秸、花生殼等,將其轉(zhuǎn)化為高品位的燃氣并直接供應(yīng)用戶。燃氣中主要可燃燒成份為一氧化碳、甲烷和氫氣,氣化后綜合熱利用率達35%以上,比直接燃燒秸稈熱能利用率10%要高出3倍多。該技術(shù)系統(tǒng)主要由秸稈氣化爐、燃氣凈化設(shè)備、燃氣存儲設(shè)備、燃氣輸配設(shè)備、用戶燃氣系統(tǒng)幾部分構(gòu)成。如圖1:2.1生成可溶性氣體秸稈氣化是將秸稈轉(zhuǎn)化為氣體燃料的熱化學(xué)過程。在這個過程中,在氣化裝置里,游離氣或結(jié)合氧與燃料中的碳進行熱化學(xué)反應(yīng),生成可燃氣體。氣化過程中,生物質(zhì)從頂部加入,氣化劑從頂部或其它部位加入,氣化爐從上至下可分為干燥、熱解(裂解)、氧化和還原四個區(qū)域。反應(yīng)原理見圖2。秸稈氣化過程就是4個反應(yīng)區(qū)的工作,氣化的整個反應(yīng)過程很復(fù)雜,不同的氣化爐的類型、原料性質(zhì)、原料粉碎條件、氣化劑的種類、工藝流程、反應(yīng)條件等其反應(yīng)過程也不盡相同,但不同條件下的秸稈氣化過程基本相同。2.2工藝流程簡介秸稈氣化供氣技術(shù)主要分為戶用秸稈氣化供氣技術(shù)和秸稈氣化集中供氣技術(shù)。集中供氣系統(tǒng)部件包括:切碎機、上料裝置、氣化爐、旋風分離器、冷卻器、過濾器、風機、水封器、貯氣罐、輸氣管道、灶具等組成。其生產(chǎn)工藝流程如圖3。流程就是將秸稈原料自然風干至含水量20%以下,經(jīng)過粉碎達到要求后,經(jīng)上料機送入氣化爐,在氣化爐內(nèi)進行燃燒熱解、氧化和還原反應(yīng)產(chǎn)生可燃氣體,進入燃氣凈化系統(tǒng)(由氣體降溫、水凈化處理、焦油分離三部分組成),除去其中灰塵和焦油,凈化處理后的污水進人凈化池,經(jīng)沉淀凈化處理后返回機組重新使用,不外排;凈化后的燃氣冷卻到常溫經(jīng)風機加壓后送入儲氣柜(儲氣柜的作用主要是儲存燃氣,調(diào)節(jié)用氣量,保持氣柜恒定壓力,使燃氣爐灶供氣穩(wěn)定),從儲氣柜出來的燃氣通過鋪設(shè)在地下的管網(wǎng)輸送到系統(tǒng)中的用戶。圖3:2.3稻草氣能的優(yōu)點2.3.1燃燒溫度和加熱量2.3.1.1秸稈燃燒充分,殘余灰燼僅為7%;硫量低,含硫量為0.38%,而煤的平均含硫量約達1%。2.3.1.2燃氣熱值較高,2t秸稈的熱值相當于1t煤,燃燒溫度高,燃燒火力強,升溫快,產(chǎn)氣快,節(jié)省時間。2.3.1.3可調(diào)控燃燒的火焰溫度,熱能強度可控制調(diào)節(jié),并實現(xiàn)開、關(guān)兩位操作,使用方便,省事,1人就可以操作。2.3.1.4秸稈氣化供氣技術(shù)不受季節(jié)約束,可實現(xiàn)不間斷供氣。2.3.2主要問題2.3.2.1.氣體的質(zhì)量需要改進2.3.2.秸稈氣化過程中焦油的去除焦油會堵塞、污染和腐蝕燃氣管道、燃氣灶具。秸稈氣化過程中產(chǎn)生的焦油廢水,若隨意傾倒易造成二次污染。目前采用干式、濕式及熱裂解相結(jié)合的去除方式可達焦油去除率80%以上,大都均在70%以上。在秸稈氣化過程中,焦油的最終含量與氣化爐結(jié)構(gòu)和氣體后期處理工藝有關(guān)?？偟膩砜?最終還是由于溫度的影響,導(dǎo)致焦油的含量不同。在生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)換中,焦油的數(shù)量主要決定于轉(zhuǎn)換溫度和氣相停留時間,還與加熱速率也密切相關(guān)。對一般生物質(zhì)而言,在500℃左右時焦油產(chǎn)物最多,高于或低于這一溫度焦油都相應(yīng)減少。而在同一溫度下,氣相停留時間越長,意味著焦油裂解越充分。所以隨著氣相停留時間的增加,焦油產(chǎn)量也相應(yīng)地減少。2.3.2.三個部分的氣確實沒有安全裝置因燃氣的主要成分為一氧化碳,該氣體無色、無味、無刺激性,從感官上無法鑒別,不易察覺,極易使人中毒,故存在安全隱患。2.3.2.4.標準控制體系不完整由于缺乏施工質(zhì)量、相關(guān)秸稈氣化設(shè)備和安全等標準,工程驗收和售后服務(wù)的條款不全,工程設(shè)備質(zhì)量無法保證。2.3.2.5、五秸稈氣化供氣技術(shù)目前還處在試驗示范階段,廣大農(nóng)戶對秸稈氣化的優(yōu)點還沒有完全認識,參與性不高。3效率分析3.1推廣精細化生產(chǎn),最終實現(xiàn)業(yè)務(wù)運營管理有序該項目運行四年來,公司堅持用市場經(jīng)濟的方式進行運作,采用天然氣報裝的方式進行安裝、管理,每戶安裝都是用合同形式確定好責、權(quán)、利關(guān)系,再實施安裝,管理有序,實現(xiàn)了先購氣再用氣的IC卡智能化運作,公司收入穩(wěn)健增長,年銷售氣化收入25萬元(目前0.35元/立方米,計劃下一步秸稈沼氣正常運轉(zhuǎn)后提升為0.75元/立方米,每天氣化爐生產(chǎn)兩小時平均產(chǎn)(用)氣2000多立方米)、固化收入15萬余元(固化物質(zhì)560~580元/噸,產(chǎn)生的棉桿絲700元/噸),全年總銷售收入約40萬元,除去收購原材料棉桿220元/噸外,基本上保證了公司各項工作正常開展運行。3.2社會福利3.2.1利用農(nóng)村土地回收廢物利用木材加工剩下的邊角廢料及棉桿、稻殼、秸稈、玉米芯等農(nóng)林業(yè)廢棄物作燃料,實現(xiàn)了農(nóng)林業(yè)變廢為寶和資源循環(huán)再利用。3.2.2林分材料利用技術(shù)以前農(nóng)作物的秸稈和林業(yè)產(chǎn)生剩余物等大都棄之不用,不會產(chǎn)生社會財富,通過秸稈能源利用項目加工后變廢為寶,產(chǎn)生的草灰可以作為鉀肥返還農(nóng)田,形成“廢物-資源-產(chǎn)品”的良性循環(huán),最大限度提高能源和資源的利用率,使得農(nóng)林產(chǎn)業(yè)鏈得以完善延長。3.2.3化工工程設(shè)計煤炭、石油、天然氣等不可再生能源,儲備有限,價格昂貴,能源短缺已成為全球性問題。通過秸稈氣化工程,既可減少購煤支出,同時農(nóng)民的秸稈賣給氣化站,還可以增加收入,為農(nóng)戶每年節(jié)約支出幾百元。按照熱值及熱值利用率推算,每立方米秸稈燃氣相當于0.25Kg標準煤,平均每年每戶用氣365×4m3=1460m3,可替代燃煤365kg,856戶一年可減少煤炭消耗近312噸標煤。3.2.4能水平,提質(zhì)提效生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)生物質(zhì)燃氣,可使居民實現(xiàn)炊事燃氣化,有效提高農(nóng)村生活用能水平,提高生活舒適文明程度,使農(nóng)民炊事既清潔、高效、快捷又省錢、省時、省力,減輕了農(nóng)民家務(wù)勞動負擔,縮小了城鄉(xiāng)差別,為農(nóng)村小康村建設(shè)、小城鎮(zhèn)建設(shè)創(chuàng)造了條件,促進了農(nóng)村全面建設(shè)小康生活的步伐。3.3生態(tài)效應(yīng)3.3.1秸稈氣化技術(shù)我國是個農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量大,除部分作為肥料、飼料外,大部分被浪費掉,尤其是夏秋兩季大量焚燒秸稈造成大氣環(huán)境污染,焚燒產(chǎn)生二氧化碳、二氧化硫、煙氣、粉塵等污染,還帶來火災(zāi)隱患,威脅飛機、汽車的交通安全,給人民生活和經(jīng)濟建設(shè)帶來不良影響。大力推廣秸稈氣化技術(shù),可消化大量農(nóng)作物秸稈等生物質(zhì)廢棄物,對于二氧化硫和二氧化碳的減排效益具有極其重要的意義。燃燒1噸生物質(zhì)(秸稈)會排放1.3~1.5噸二氧化碳,通過高效率的生物質(zhì)氣化技術(shù)可將此項大氣污染降低2/3以上,具有可觀的生態(tài)環(huán)境效益。八里湖農(nóng)場秸稈氣化站平均每天消化棉桿等廢棄生物質(zhì)約1噸左右,可生產(chǎn)出生物質(zhì)燃氣約2000立方米左右。3.3.2生態(tài)環(huán)境效益顯著秸稈氣化項目可消除亂堆亂放的秸稈、草垛、煤堆,可改善炊事、庭院、街道和鄉(xiāng)村環(huán)境衛(wèi)生,有效促進了農(nóng)村生態(tài)家園建設(shè),使生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)和文明家園建設(shè)向縱深發(fā)展,生態(tài)環(huán)境效益顯著。4秸稈氣化工程要先補后補八里湖秸稈氣化項目建設(shè)運行幾年來,公司經(jīng)過摸索,認為秸稈氣化項目產(chǎn)品單一,收效較低,發(fā)展緩慢,原料浪費嚴重,針對這一現(xiàn)象,公司通過調(diào)查研究,重新增加了企業(yè)產(chǎn)品的品種。一是籌措資金建了一條秸稈固化生產(chǎn)線,利用在氣化過程中剩余的邊角余料進行循環(huán)再利用,不僅消化了秸稈氣化中剩的邊角余料,還為農(nóng)場每年多處理秸稈4000余噸,生產(chǎn)出的產(chǎn)品生物固化原料,為國家節(jié)省煤炭780余噸,同時還生產(chǎn)棉桿絲,滿足了縣內(nèi)菇農(nóng)種菇需要,也為公司每年增加收入3萬余元。由于公司生產(chǎn)棉桿絲這個產(chǎn)品,把秸稈能源化利用的產(chǎn)業(yè)鏈條延升到種菇業(yè),同時還回收菇農(nóng)廢棄菇筒作為氣化原料,又為秸稈循環(huán)利用增加了效益,改善了八里湖農(nóng)場生態(tài)環(huán)境,提高農(nóng)民生活質(zhì)量,實現(xiàn)了社會效益和經(jīng)濟效益雙盈。二是根據(jù)近幾年的試運行情況,秸稈氣化項目收益較少,資金回籠慢,結(jié)合公司地理位置實際,去年初在現(xiàn)有空地基礎(chǔ)上開辦養(yǎng)殖業(yè),創(chuàng)辦了一個年出欄500頭牲豬養(yǎng)殖場,為公司增收實現(xiàn)以輔補主。三是為徹底解決秸稈氣化氣熱值低效益低的先天性不足,去年下半年投資引進湖北東方巨龍生態(tài)能源有限公司研發(fā)的秸稈沼氣技術(shù),將沼氣與秸稈氣化氣混合后彌補解決氣化氣熱值低的問題。據(jù)專家測算,原秸稈燃氣甲烷含量為3%左右,沼氣中的甲烷含量為60%左右,混合后燃燒熱值大大提升,秸稈燃氣中的氫氣含量比較高,一般達到15%左右,這三種混合配送后,氣質(zhì)更優(yōu),熱值更高(僅次于天然氣),用戶更實惠。目前在秸稈氣化站內(nèi)已建成一座能日產(chǎn)500立方米的純秸稈沼氣工程,本工程的技術(shù)優(yōu)點是:進料濃度高(直接干料)、高濃度的攪、排裝備系統(tǒng)(可使發(fā)酵濃度能達到12%),超節(jié)能的高效太陽能增溫裝置(使發(fā)酵溫度高,在冬季是常規(guī)工藝的三倍以上),概括為發(fā)酵濃度高、溫度高、攪拌率高、產(chǎn)氣率高、甲烷含量高、熱值高、啟動快等優(yōu)點。尤其是在冬季增溫成本為零的情況下能實現(xiàn)中溫快速啟動,一周點火成功,十天甲烷濃度達到73.4%的,據(jù)農(nóng)業(yè)部沼科所檢測報告,只要滿足正常投料產(chǎn)氣率能達到1.0以上。通過近幾年對秸稈氣化工程的運行摸索,一致認為,工程項目社會、生態(tài)效益可觀,它不僅改變農(nóng)民生活方式,改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境,增加了農(nóng)民收入,提高公眾環(huán)境保護意識,促進農(nóng)業(yè)資源綜合利用和農(nóng)村經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展;同時也是農(nóng)村小城鎮(zhèn)化建設(shè)的重要內(nèi)容,是農(nóng)村能源走向產(chǎn)業(yè)化的重要途徑,是走向市場經(jīng)濟的技術(shù)載體,是建設(shè)可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的重要技術(shù)措施。合理開發(fā)利用農(nóng)村秸稈資源,是對農(nóng)業(yè)資源的有效保護,是對生態(tài)環(huán)境的重大貢獻。建議如下:一是改變項目扶持方式,由原來的先補后建改為先建后補模式,讓項目業(yè)主有工作壓力和生產(chǎn)動力,積極主動負責地創(chuàng)新經(jīng)營企業(yè),這樣將不會導(dǎo)致國家投資資金“浪