秸稈氣化技術(shù)對秸稈能源化利用的有效提高分析

李愛芹

(吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院，吉林 長春 130000)

玉米屬于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的關(guān)鍵性糧食作物，每年收獲之后便有大量玉米秸稈隨之產(chǎn)生。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年我國不同種類農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量多達(dá)7億t，其中玉米秸稈產(chǎn)量就有3億t。現(xiàn)如今玉米秸稈可以作為飼料和還田肥料，剩余部分全部焚燒，導(dǎo)致生物質(zhì)資源浪費(fèi)，還威脅到環(huán)境質(zhì)量。玉米秸稈組成元素為碳、氫、氧等，屬于高分子聚合物，采取生物、物理、化學(xué)等不同的處理方式進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其成為清潔燃料得到能源化利用。我國東北地區(qū)玉米秸稈能源化利用十分普遍，一般采用氣化、液化、炭化方法，使秸稈氣化技術(shù)得到綜合利用。

1 秸稈能源化利用基本情況

我國東北地區(qū)農(nóng)作物秸稈產(chǎn)生量非常高，如黑龍江省在2019年就已經(jīng)達(dá)到了8426億t，而且秸稈資源可采集量也高達(dá)7225.6t，在全國總量中占比為1∶8，東北三省的秸稈產(chǎn)量也超過50%。由此可見，東北地區(qū)秸稈利用率非常高，使得秸稈能源化利用水平顯著提升，在換田利用以外，成為另外的利用渠道。

按照終端“熱、電、油、氣”多渠道開發(fā)秸稈能源化資源，提高資源利用率，開發(fā)利用方向有氣化、燃料化供熱、液化燃料乙醇、發(fā)電4個(gè)方面。秸稈氣化是在東北地區(qū)比較常見的形式，一般會在農(nóng)村地區(qū)修建秸稈氣化站、秸稈沼氣工程，通過天然氣實(shí)現(xiàn)秸稈氣化供應(yīng)。修建秸稈纖維素燃料乙醇生產(chǎn)線，具有非?？捎^的產(chǎn)能和秸稈消耗能力。秸稈固化燃料技術(shù)在東北地區(qū)也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了普及，所以技術(shù)本身的運(yùn)用非常成熟，已修建的秸稈壓塊站數(shù)量多達(dá)數(shù)千個(gè)，每年生產(chǎn)秸稈燃料超過100萬t。此外，東北地區(qū)當(dāng)前新城鎮(zhèn)建設(shè)正在進(jìn)行中，而且獲得了顯著效果，生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目數(shù)量逐漸增多，多集中于種植業(yè)生產(chǎn)的主導(dǎo)地區(qū)，極大地提升了每年秸稈處理消耗能力。

2 秸稈氣化技術(shù)原理

秸稈氣化技術(shù)的原材料是農(nóng)作物秸稈，一般以玉米秸稈為主，放置在缺氧環(huán)境下進(jìn)行熱解、還原反應(yīng)處理，同時(shí)原料產(chǎn)生熱化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過轉(zhuǎn)化便可成為可燃?xì)怏w。秸稈氣化一般會經(jīng)歷干燥、裂解反應(yīng)、氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)4個(gè)階段，已經(jīng)完成氣化處理會有大量秸稈燃?xì)馍?，再進(jìn)行處理便可在農(nóng)戶家庭取暖、發(fā)電等領(lǐng)域使用[1]。在秸稈能源化利用中應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，需要使用秸稈氣化爐，按照不同的工藝特性有2種類型，分別是固定床秸稈氣化爐、流化床氣化爐。其中固定床秸稈氣化爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較簡單，進(jìn)行氣化處理也不會產(chǎn)生大量灰分，所以在東北地區(qū)的秸稈能源化利用中也有非常多的運(yùn)用。相比之下流化床氣化爐優(yōu)勢主要表現(xiàn)在產(chǎn)氣率高和氣化反應(yīng)快等方面，內(nèi)部構(gòu)造比較復(fù)雜，而且秸稈的形狀與尺寸也面臨極高要求，所以東北地區(qū)實(shí)際應(yīng)用少。

3 秸稈氣化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 秸稈氣化站建設(shè)與運(yùn)行問題

為了提高秸稈能源化利用率，應(yīng)用秸稈氣化技術(shù)必須要修建秸稈氣化站，秸稈氣化站運(yùn)行面臨一系列要求。如，必須有完善市場運(yùn)營管理機(jī)制，供氣方面必須采用送氣的形式，這就需要在修建秸稈氣化站時(shí)有充足的資金。后期秸稈氣化技術(shù)在東北地區(qū)的推廣應(yīng)用，優(yōu)勢非常明顯，根據(jù)“三農(nóng)”、能源與環(huán)保等相對常見的因素，切實(shí)提升秸稈能源化利用效益[2]。尤其是近年來，地方政府投入財(cái)政資金逐漸呈現(xiàn)多元化的特點(diǎn)，覆蓋到農(nóng)業(yè)、科技等諸多領(lǐng)域，秸稈氣化技術(shù)同時(shí)屬于農(nóng)業(yè)、環(huán)保2個(gè)領(lǐng)域，與霧霾治理要求相符，也為秸稈氣化技術(shù)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

然而，秸稈氣化站運(yùn)行依賴的管理體系不夠完善，導(dǎo)致秸稈氣化技術(shù)推廣面臨采購、布點(diǎn)等專業(yè)問題，布點(diǎn)控制力度整體不足。應(yīng)用與推廣秸稈氣化技術(shù)時(shí)，東北地區(qū)的諸多企業(yè)紛紛參與其中，但個(gè)別企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備數(shù)量少，還沒有提供高質(zhì)量的售后服務(wù)。現(xiàn)已運(yùn)行的秸稈氣化站管理不夠規(guī)范，有很多設(shè)備在安裝之后沒有及時(shí)投入運(yùn)行，導(dǎo)致資源閑置與浪費(fèi)。

3.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)問題

秸稈氣化技術(shù)在秸稈能源化利用中應(yīng)用，需要遵守農(nóng)業(yè)部出臺要求，包括秸稈氣化供氣系統(tǒng)技術(shù)條件及驗(yàn)收規(guī)范、秸稈氣化裝置與系統(tǒng)測試規(guī)范等，東北地區(qū)農(nóng)村生產(chǎn)、輸送秸稈燃?xì)?，設(shè)計(jì)、應(yīng)用秸稈燃?xì)庀到y(tǒng)，也都有相對應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。按照當(dāng)前農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源政策的實(shí)際情況，秸稈集中供氣系統(tǒng)技術(shù)條件必須保證規(guī)范性，具體應(yīng)滿足土建、設(shè)備等專業(yè)指標(biāo)要求。由于秸稈氣化集中供氣工程所使用設(shè)備比較專業(yè)，因此氣化機(jī)組應(yīng)該安裝儲氣柜和管道等專業(yè)設(shè)備，參考環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)效益等明確相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)階段面臨問題在于，秸稈氣化建設(shè)設(shè)備缺少可以參照的裝置標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備生產(chǎn)與實(shí)際情況不符，無法滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)備后期的應(yīng)用也經(jīng)常發(fā)生故障。

3.3 技術(shù)限制問題

秸稈燃?xì)馍a(chǎn)技術(shù)的運(yùn)用難免會有一些影響因素存在，而且這些限制性因素的存在，還會直接影響到農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、秸稈能源利用率?，F(xiàn)階段東北地區(qū)為了解決秸稈利用的問題，開發(fā)了天然氣、石油液化氣等清潔能源，這些能源在實(shí)際利用中各有利弊。為了使秸稈氣化技術(shù)更加普及，必須綜合分析各項(xiàng)技術(shù)方式的限制性問題。秸稈氣化技術(shù)本身在秸稈能源化利用方面有非常明顯的優(yōu)勢，但實(shí)際上可能會因人工操作存在一些誤差，而且在秸稈燃?xì)庠O(shè)備投入使用后，相應(yīng)的安全生產(chǎn)裝置不到位，也會引發(fā)安全事故。以上問題的存在均是秸稈氣化技術(shù)非常直觀的限制性條件，需要在推廣秸稈能源化利用的過程中逐步完善、解決。

4 秸稈能源化利用中運(yùn)用秸稈氣化技術(shù)的建議

秸稈氣化技術(shù)是以秸稈特征為基礎(chǔ)，考慮到秸稈產(chǎn)出量比較大，覆蓋面積廣，密度和熱值比較低，而東北地區(qū)農(nóng)村的居住與分布均是以“小集鎮(zhèn)、中心村”的形式為主，這也為秸稈氣化技術(shù)在秸稈能源化利用中的使用提供方便。采取秸稈氣化技術(shù)，小集鎮(zhèn)、中心村數(shù)量要達(dá)到200～1000，考慮到東北農(nóng)村獲取秸稈十分便捷，燃?xì)馍a(chǎn)、消費(fèi)均可在指定區(qū)域展開，對比傳統(tǒng)燃?xì)獾膬?yōu)勢也非常明顯?；诖?，總結(jié)秸稈氣化技術(shù)對秸稈能源化利用的提升對策，主要體現(xiàn)在3個(gè)方面。

4.1 秸稈氣化站規(guī)范建設(shè)與運(yùn)行

加強(qiáng)秸稈氣化站建設(shè)、運(yùn)行的規(guī)范性，要從投資、管理等階段著手，使得秸稈氣化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，具體提出3點(diǎn)建議。秸稈氣化工程作為東北地區(qū)農(nóng)村小型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的一部分，必須要以國家扶貧政策規(guī)定進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)。明確財(cái)政資金補(bǔ)助具體金額之后，還需要拓寬資金渠道，如可以吸收社會資金，科學(xué)確定站址與管線用地，保證營業(yè)稅收工作得以有序展開。建設(shè)秸稈氣化站，需要掌握專業(yè)的機(jī)電知識、技能，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)秸稈氣化站公益性質(zhì)[3]。結(jié)合東北地區(qū)實(shí)際情況，秸稈氣化站有利于推動農(nóng)村發(fā)展。建設(shè)單位務(wù)必保證秸稈氣化站整體質(zhì)量，為廣大農(nóng)民群眾應(yīng)用秸稈氣化技術(shù)提供高水平售后服務(wù)。秸稈燃?xì)庹窘ㄔO(shè)與運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)程，需要在實(shí)踐運(yùn)行期間加以完善，所有設(shè)備應(yīng)該定期檢修與管理，杜絕資源閑置現(xiàn)象。

4.2 提高秸稈氣化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性

秸稈氣化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用中，必須要圍繞秸稈能源化利用確立長期目標(biāo)、編制應(yīng)用規(guī)劃，期間還必須要有規(guī)范的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，帶領(lǐng)秸稈氣化技術(shù)升級與創(chuàng)新。提升秸稈燃?xì)鉄嶂?、潔凈度，加?qiáng)秸稈制氣系統(tǒng)智能化，秸稈氣化站的所有設(shè)備都要向智能化轉(zhuǎn)型，精準(zhǔn)控制制氣流程。秸稈氣化配套設(shè)備在秸稈能源化利用的過程中也必須不斷升級，調(diào)整秸稈氣化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，滿足東北地區(qū)不斷變化的秸稈能源化利用需求[4]。

4.3 消除秸稈氣化技術(shù)限制性因素

現(xiàn)階段我國東北地區(qū)應(yīng)用秸稈燃?xì)馍a(chǎn)技術(shù)，在具體操作中還存在一些限制性因素，尤其是在農(nóng)村經(jīng)濟(jì)水平快速提升的當(dāng)下，越來越多清潔能源得到運(yùn)用，天然氣、石油液化氣等能源與秸稈對比，后者局限性十分顯著[5]。為了有效發(fā)揮出秸稈氣化技術(shù)對于秸稈能源化利用的優(yōu)勢，必須要關(guān)注到秸稈燃?xì)鉄嶂岛颓鍧嵍?。?shí)時(shí)觀察秸稈燃?xì)馍a(chǎn)過程，以增加經(jīng)濟(jì)效益為前提調(diào)控氣化機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，以免出現(xiàn)人工操作誤差。秸稈燃?xì)庠O(shè)備投入運(yùn)行之后，要有安全生產(chǎn)裝置搭配運(yùn)行，以免設(shè)備運(yùn)行期間出現(xiàn)安全故障。提高秸稈燃?xì)馐褂眯?，需要拓寬其在農(nóng)村的應(yīng)用范圍，切實(shí)提升秸稈能源化利用率[6]。

4.4 優(yōu)化秸稈收儲運(yùn)體系

結(jié)合東北地區(qū)秸稈能源化利用現(xiàn)狀，為了發(fā)揮出秸稈氣化技術(shù)的作用，需要逐步完善秸稈收儲運(yùn)體系，以各個(gè)地區(qū)現(xiàn)有的秸稈收儲運(yùn)作模式為基礎(chǔ)，對于糧儲基礎(chǔ)設(shè)施完善的地區(qū)給予鼓勵，開發(fā)新的秸稈能源化利用場地和從業(yè)人員，修建秸稈存儲基地[7]。當(dāng)?shù)仄髽I(yè)也需要和農(nóng)戶、合作社等建立聯(lián)系，摸索全新的合作模式，農(nóng)業(yè)合作社更是要表現(xiàn)出帶頭作用，立足于企業(yè)、經(jīng)紀(jì)人、合作社、基地、散戶5個(gè)層面，建立完善的秸稈收儲運(yùn)體系，使各個(gè)主體可以成為利益共同體，政府部門、秸稈利用企業(yè)、收儲運(yùn)組織三者更是要簽訂協(xié)議，憑借三方合力，在當(dāng)?shù)亟⑹袌龌癁橹鲗?dǎo)的秸稈收儲運(yùn)聯(lián)合體機(jī)制[8]。

秸稈采集設(shè)備需要定期更換，農(nóng)民群眾積極參與到秸稈打捆、壓縮等各項(xiàng)作業(yè)流程中，為秸稈采集設(shè)備研發(fā)提供一些實(shí)際的建議，使得高密度壓縮在實(shí)踐中得到大范圍推廣，期間也可以借鑒其他國家在此方面的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合東北地區(qū)情況研發(fā)、優(yōu)化設(shè)計(jì)農(nóng)田秸稈作業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)秸稈收割、打捆、存儲運(yùn)輸?shù)攘鞒虣C(jī)械化、自動化，避免運(yùn)輸和存儲等環(huán)節(jié)投入過多的成本，導(dǎo)致資源、資金浪費(fèi)[9]。

為了避免秸稈氣化過程中資源浪費(fèi)，需要建立集約型收儲運(yùn)模式。前期秸稈收儲企業(yè)參與到秸稈能源化利用中，要保證建設(shè)的秸稈收儲服務(wù)站專業(yè)性、規(guī)范性，所有基礎(chǔ)設(shè)施與設(shè)備也要做好防雨、防潮處理，定期組織設(shè)備質(zhì)檢，監(jiān)督秸稈粉碎和打捆，加強(qiáng)秸稈收集實(shí)際質(zhì)量。立足于秸稈利用企業(yè)視角，一般情況下和收儲企業(yè)合作，簽訂供貨合同可規(guī)避秸稈供應(yīng)隨意性問題，規(guī)避供貨環(huán)節(jié)的一些風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)原料供應(yīng)穩(wěn)定性，也可以通過不斷實(shí)踐完善秸稈收儲運(yùn)體系[10]。

5 結(jié)束語

綜上所述，在農(nóng)村秸稈是一種十分常見的資源與能源，多以玉米秸稈為主?，F(xiàn)階段東北地區(qū)為了實(shí)現(xiàn)秸稈能源化利用的目標(biāo)，采用秸稈氣化技術(shù)進(jìn)行資源轉(zhuǎn)化，不僅可以達(dá)到資源再利用的目的，還可以改善農(nóng)村當(dāng)前面臨的環(huán)境質(zhì)量問題，研發(fā)新的秸稈資源利用渠道，在實(shí)現(xiàn)秸稈能源化利用的過程中，憑借秸稈氣化技術(shù)杜絕資源、能源大量耗損，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村地區(qū)能源資源的可持續(xù)利用，還有利于帶動?xùn)|北地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，進(jìn)一步提升秸稈氣化技術(shù)應(yīng)用水平。