秸稈發(fā)酵氣化發(fā)電應(yīng)用實例分析

樓靜杭

我國是全球農(nóng)業(yè)大國，每年產(chǎn)生的農(nóng)作物秸稈超過8億噸，焚燒秸稈造成不僅浪費資源而且造成環(huán)境污染。秸稈資源化利用不僅有利于能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，同時增強了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

相對于秸稈直燃發(fā)電生物質(zhì)燃燒效率較低，造成浪費；灰分較大易造成鍋爐結(jié)焦和堵塞而言，秸稈發(fā)酵氣化發(fā)電對生物質(zhì)能方面利用率高，基本沒有大氣污染物排放，且其產(chǎn)生的沼液、沼渣可直接還田或近一步制作成有機肥料。

一、項目概況及規(guī)模

本項目通過收集項目地周邊農(nóng)林廢棄秸稈，采用完全混合厭氧反應(yīng)工藝生產(chǎn)沼氣用于發(fā)電，發(fā)電機余熱回收利用于厭氧罐增溫和沼渣干燥，剩余可用于居民區(qū)集中供暖或者暖棚種植。厭氧發(fā)酵后的發(fā)酵液經(jīng)過固液分離，沼渣生產(chǎn)固態(tài)有機肥料，大部分沼液進入?yún)捬醢l(fā)酵罐循環(huán)使用，其余沼液用于農(nóng)田和有機蔬菜基地的有機肥料。

二、項目方案

2.1原料論證

為確保原料收集供應(yīng)，保障發(fā)電廠正常運行，合理確定建設(shè)規(guī)模，對項目15公里半徑范圍進行調(diào)查。范圍內(nèi)的可收集量約14萬噸，從總量可以完全滿足項目的原料需求量。在廠區(qū)內(nèi)設(shè)置有1.4萬㎡的秸稈堆場。

2.2制氣系統(tǒng)

制氣單元主要生產(chǎn)系統(tǒng)包括進料單元、厭氧發(fā)酵單元、沼氣凈化單元等。

進料單元主要由固體進料倉，固液混合輸送泵，液體轉(zhuǎn)子泵，以及流體切割泵組成。

厭氧發(fā)酵單元是產(chǎn)生沼氣的核心場，由厭氧發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備組成量厭氧發(fā)酵單元。厭氧發(fā)酵單元包括發(fā)酵罐、攪拌系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)，物料排出系統(tǒng)及罐體附屬設(shè)施等。

本項目厭氧系統(tǒng)分為兩個單元，總體規(guī)模為4 MW，設(shè)兩個獨立的發(fā)酵單元，每個單元發(fā)酵規(guī)模為2MW。對每個發(fā)酵單元，各設(shè)置3個一級發(fā)酵罐，單罐容積4900m?；1個二級發(fā)酵罐，容積4900m?；以及1個沼液儲罐，容積16000m?。對于二級發(fā)酵罐，具有特殊的膜頂儲氣柜，儲氣柜具有維持系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行作用。

厭氧發(fā)酵罐設(shè)置機械攪拌及水力攪拌設(shè)施，為保證中溫發(fā)酵條件，還需在罐內(nèi)設(shè)置盤管，利用熱水對罐內(nèi)底料進行增溫，同時罐體應(yīng)做好保溫，使得每日發(fā)酵罐內(nèi)物料溫度變化幅度小于1.5℃，保證產(chǎn)甲烷菌的生長穩(wěn)定。

我國沼氣技術(shù)規(guī)范規(guī)定，大型沼氣工程的池容產(chǎn)氣率達到1m?/m?.d以上。池容產(chǎn)氣率越高，則發(fā)酵罐的總體積越小，相應(yīng)占地面積也越小。本項目計算得池容產(chǎn)氣率為：1.35m?/m?.d，滿足沼氣技術(shù)規(guī)范要求，且屬于技術(shù)先進，產(chǎn)氣能力較優(yōu)的沼氣工程。

沼氣凈化單元由發(fā)酵罐產(chǎn)生的沼氣，其成分為甲烷，二氧化碳，并含有少量的硫化氫，以及其他雜質(zhì)，且溫濕度較高，必須經(jīng)過凈化后進入熱電聯(lián)產(chǎn)單元。凈化單元包含：脫硫，除雜，沼氣冷卻干燥，以及沼氣增壓。

本項目設(shè)置兩套凈化單元，每單元的氣體處理量為10000m3/h。

2.3熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

熱電聯(lián)產(chǎn)是沼氣轉(zhuǎn)化為電能和熱能的重要單元，決定著沼氣轉(zhuǎn)化效率的高低，以及整個生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。熱電聯(lián)產(chǎn)型沼氣發(fā)電機組是本單位的核心裝置。

沼氣的主要成分是甲烷（CH4），通常占總體積的50%以上，甲烷的發(fā)熱值很高，其熱值約為35.9 MJ/m3左右。沼氣是本項目的前端產(chǎn)品，設(shè)計產(chǎn)能為年產(chǎn)沼氣1600萬m3，采用進口發(fā)電機組1 m3沼氣可發(fā)2～2.2度電。本項目采用單機規(guī)模適宜，年運行時長可靠，電效率高，單機功率為1MW進口沼氣發(fā)電機組4臺。

按照進口1000kW機組的熱效率為44%，主要回收余熱中的煙氣熱能、缸套水熱能、一級中冷熱能、潤滑油熱能回收利用。熱回收效率設(shè)為90%。則單臺機組可利用的熱能約1032kW，4臺機組共可利用熱能4128 kW。

余熱的主要用途之一是為發(fā)酵罐內(nèi)的物料進行溫度維持，尤其在東北高寒地區(qū)，冬季環(huán)境溫度極低，必須先滿足發(fā)酵系統(tǒng)的生產(chǎn)熱量；多余的熱量為其他建筑采暖。

2.4沼渣、沼液利用項目

沼渣是有機物質(zhì)經(jīng)過厭氧發(fā)酵后的固態(tài)殘留物，沼渣基本保持了厭氧發(fā)酵產(chǎn)物中除去氣體外的所有成分，同時由于微生物菌團和未完全分解原料的加入，使沼渣具有獨有的特性。沼渣可直接作為沼肥進行還田，也可進一步加工成為成品有機肥。

具體方案為：向沼渣中添加嵇康、樹葉、秸稈等富含有機腐殖質(zhì)的原料，經(jīng)過再次腐熟后，進入有機肥生產(chǎn)線，經(jīng)過一系列的生產(chǎn)工序，最終成為合格的有機肥。

根據(jù)國內(nèi)的研究以及實踐經(jīng)驗，沼液作為有機肥料還田，符合生態(tài)規(guī)律。沼液不僅可以作為有機肥料，還具有抗病殺蟲、防凍抗凍、作為飼料添加劑等多重功效。沼液應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，其意義遠大于一般的有機肥料，沼液是一種多功能的寶貴資源。

2.5項目收益

項目投資估算建設(shè)投資為10808萬元。

根據(jù)本項目主要產(chǎn)品為電力，固體有機肥，供熱，主要達產(chǎn)年數(shù)據(jù)如下

項目主要成本有秸稈原料成本，運維成本，職工薪酬福利，修理費，財務(wù)費用等其他。

所得稅后項目投資財務(wù)內(nèi)部收益率14.72%，項目投資回收期7.36年。項目在財務(wù)上可以被接受。

三、項目風(fēng)險

3.1技術(shù)風(fēng)險

本項目關(guān)鍵技術(shù)在于制氣系統(tǒng)，選擇擁有大型秸稈生物質(zhì)沼氣的設(shè)計及建設(shè)經(jīng)驗的公司合作，確定最可靠的技術(shù)方案，以降低技術(shù)風(fēng)險。

3.2市場風(fēng)險

項目的原料為來自于周邊15km范圍內(nèi)的秸稈產(chǎn)量。企業(yè)可與當(dāng)?shù)卣蜣r(nóng)戶達成長期意向，進行秸稈收購，確保原料充足。

國家和各級政府都非常重視可再生能源的開發(fā)利用，已經(jīng)制定了多項優(yōu)惠政策鼓勵和扶持可再生能源項目的開發(fā)，2010年7月18日國家發(fā)展改革委頒布的《關(guān)于完善農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電價格政策的通知》（發(fā)改價格[2010]1579號）中規(guī)定全國農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電執(zhí)行的上網(wǎng)電價調(diào)高為每千瓦時0.75元。企業(yè)應(yīng)盡早與相關(guān)部門達成協(xié)議，確定電力并網(wǎng)價格享受國家政策。

（作者單位：中煤科工集團南京設(shè)計研究院有限公司）