秸稈捆燒直燃供熱技術研究及應用

楊嘎 劉君杰 王彩云

【摘 要】秸稈是一種清潔可再生能源，具有儲量豐富、分布廣、低污染、種類多等特點。秸稈捆燒直燃供熱技術的研發可使農業秸稈得到充分的利用，實現資源化、減量化、無害化，減少農業秸稈堆放或燃燒對大氣環境的危害，充分利用可再生能源的優勢，本文以建成項目為例，闡述秸稈捆燒直燃供熱技術的應用及推廣過程中發現的問題。

【關鍵詞】秸稈捆燒直燃供熱技術；秸稈直燃鍋爐；運營模式

農業秸稈是生物質能的重要組成部分，具有儲量豐富、分布廣、低污染、種類多等特點，同時也是一種清潔可再生能源。隨著國家經濟水平的提升、能源消費結構的改善和農民收入的穩步增長，農民不再把農業秸稈作為生活的主要燃料，相當一部分的農業秸稈被隨意丟棄或就地燃燒，這樣不僅會造成資源浪費、大氣污染、耕地質量下降還會導致火災事故及道路交通事故。

一、秸稈捆燒直燃供熱的必要性

我國北方廣大農村冬季以燃煤為主的自主取暖方式，是造成目前大氣環境污染的重要因素之一，燃煤產生的煙塵、二氧化硫、氮氧化合物等造成大氣中煤煙型煙霧污染。另外，這種間歇式散燒煤炭的方式，取暖效果很不理想，室內空氣質量較差，同時煤氣中毒及火災事件時有發生。利用農業秸稈供熱可大量減少二氧化硫的排放，秸稈中的含硫量為0.12～0.38%左右，相當于燃煤含量的1/10～1/4左右。近年來，國家出臺了《關于開展中央財政支持北方地區冬季供暖清潔取暖試點工作的通知》、《關于促進可再生能源供熱的意見》等一系列惠民政策，明確要求各級政府加快推進農村地區清潔方式取暖替代散煤取暖，清潔能源鍋爐集中供暖替代燃煤鍋爐供暖，確實改善農村群眾居住環境，最終實現農村無煤化。

二、秸稈捆燒直燃供熱技術方案

秸稈直燃鍋爐燃料以玉米秸稈為主，秸稈由供熱站在農收時期派人幫助農戶收割、轉運玉米，并及時對秸稈進行打捆就地堆放，用時運輸至廠區，節省供熱站內儲存區面積。玉米秸稈入廠后由自動給料裝置均勻輸送至秸稈直燃鍋爐的爐排，隨著爐排的轉動將玉米秸稈送入爐膛內燃燒。玉米秸稈在鍋爐燃燒后產生的煙氣在尾部煙道中依次經過濾袋除塵器和高效煙氣凈化器進行除塵、脫硫、脫氮和除去重金屬等物質，煙氣凈化達標后經煙囪排入大氣。玉米秸稈燃燒后產生的熱量將一次網循環水由60℃加熱至80℃，一次網循環水通過板式換熱器將二次網循環水由50℃加熱至70℃，二次網循環水給村中用戶供暖。二次網循環水泵采用變頻控制模式，可根據室外氣溫變化調節二次網的供回水溫度和流量，以此來調節一次網開啟鍋爐數量，做到節能運行。供熱站內工藝流程圖如下：

三、秸稈捆燒直燃供熱技術的應用推廣

2016年山西易通環能科技集團有限公司與天津大學進行合作，結合我國農業秸稈利用和農村冬季供暖的狀況，開發出環保、高效、安全、穩定的生物質能供熱系統。

2017年山西易通環能科技科技集團有限公司投資110萬元承建了長治縣東和鄉崔家山生物質鍋爐供暖項目，該項目設計運行能力可保證2.4～4萬平方米（農村供暖2.4萬平方米，城鎮供暖4萬平方米）供暖需求，年消耗秸稈約1080噸（約2000余畝耕地），充分解決了農業秸稈直接燃燒、廢棄物再利用等問題，同時驗證了“秸稈捆燒直燃供熱技術”的可行性、穩定性和安全性。

2018年根據原長治縣人民政府《關于印發“長治縣2018年冬季清潔取暖實施方案的通知”》（長縣政發【2018】31號）安排，山西易通環能科技集團有限公司承擔實施了二鎮三鄉七個村的“生物質能供暖”農村清潔能源替代工程建設及運行工作。利用原設計和東和崔家山供暖的4臺，新增7臺，共計11臺秸稈捆燒直燃鍋爐，分布式建設5個生物質供熱站，覆蓋3673戶農村住宅、學校、敬老院、超市、村委辦公等公用設施40余萬平方米的供暖面積。經過一個供暖季運行（2018年11月10日～2019年3月15日），二鎮三鄉七個村五個生物質供熱站在四個月供暖季運行中家戶室內溫度保持在16～21℃（平房）、20～25℃（樓房），各項運行參數均達到了設計要求。

四、秸稈捆燒直燃供熱技術應用過程中的創新點

秸稈捆燒直燃供熱技術從根本上解決秸稈漏天焚燒導致的環境污染問題和綜合利用問題，使區域供熱由傳統能源供熱轉變為可再生資源供熱，支持和推動了保護環境和節約資源等方面的工作。生物質能供熱技術的主要設備研發、輔助設備配套、供熱工程建設運行管理將會促進本地經濟發展、改善投資環境，共同推動生物質能產業鏈的形成，在推廣應用過程中創新點如下：

（1）采用“鄉鎮統籌管理、村為運行主體、企業技術服務、政府定額補貼”運營模式，即鄉鎮統一規劃鄉鎮域內的秸稈統一收割，確保秸稈禁燒監督管理，供熱站所在地村委負責組織秸稈的收、儲、運工作、安全工作及鍋爐運行調度、取暖費收取工作；企業負責技術培訓、設備維修服務、管網系統調整及各種管理規章制度制訂工作；政府對秸稈收儲運環節過程中產生的費用進行補貼，包括給農戶免費耕地費用，形成“服務換秸稈”的模式。

（2）秸稈收貯方法，采取“田間成型、就地存放、分期拉運、當季全消、不誤農時”的方法。

（3）自主研發的自動給料裝置可將秸稈均勻推送至秸稈直燃鍋爐爐排，保證鍋爐連續穩定高效運行。

（4）與天津大學合作開發的秸稈直燃鍋爐應用“逆流燃燒理論和二次燃燒技術”，采用高效傳熱元件螺紋煙管，配以合理的煙氣流速，使鍋爐熱效率高達80%以上。

（5）鍋爐煙氣采用最新節能環保技術，合理布置爐膛使燃料充分燃燒和尾部煙道設置先進的濾袋除塵器、高效煙氣凈化器綜合除塵、脫硫和脫氮，節能環保效益明顯。

（6）鍋爐燃燒后的灰渣可直接做為生物有機肥用于有機農產品的生產，不產生固廢，無二次固廢污染。

五、總結

秸稈捆燒直燃供熱技術的研發可使農業秸稈得到充分的利用，實現資源化、減量化、無害化，減少農業秸稈堆放或燃燒對大氣環境的危害，充分利用可再生能源的優勢，逐步將生物質能供熱變成現有能源結構的重要補充，但在運營過程中發現了秸稈禁燒工作監管不到位、農村建筑布局不規則導致管網敷設難度大、農戶末端施工不合理、房屋建筑保溫條件差等問題，在推廣過程中要教育引導農民認識秸稈焚燒的危害，提高農民參與秸稈禁燒的積極性和自覺性，推動農村房屋節能改造降低房屋熱能消耗，將秸稈綜合利用工作與環保治理、農民增收、鄉村治理“三位一體”統籌管理。

【參考文獻】

【1】黃英超， 李文哲， 張波. 生物質能發電技術現狀與展望[J]. 東北農業大學學報， 2007， 38（2）：270-274.

【2】陳玉華， 田富洋， 閆銀發， et al. 農作物秸稈綜合利用的現狀、存在問題及發展建議[J]. 中國農機化學報， 2018.