關鍵詞：玉米秸稈；發(fā)電；秸稈收集場；收儲站；經(jīng)濟分析
0、引言
在國家鼓勵開發(fā)生物質能發(fā)電優(yōu)惠政策的引導下，秸稈直燃發(fā)電已成為新的投資熱點，許多利用生物質秸稈直燃發(fā)電的工程已在全國各地陸續(xù)開始建設，利用的秸稈包括玉米、小麥、棉花、大豆、水稻等多種農(nóng)作物秸稈。按設計利用的秸稈燃料種類分為灰色秸稈（棉花稈、大豆稈）和黃色秸稈（玉米稈、小麥稈、水稻稈）；按照設計燃燒方式，可分為秸稈粉碎后燃燒和不粉碎燃燒2種。
在多種秸稈燃料中，玉米秸稈的單棵質量最大，單位面積產(chǎn)量最高，收集相對容易，應為開發(fā)的重點。
發(fā)電生產(chǎn)是連續(xù)化的生產(chǎn)，保證燃料的穩(wěn)定供應是連續(xù)化生產(chǎn)的前提，秸稈發(fā)電也是一樣，連續(xù)、可靠、穩(wěn)定的秸稈燃料供應是秸稈發(fā)電廠穩(wěn)定運行的最重要基礎條件之一。
從種植結構上看，我國東北地區(qū)主要農(nóng)作物是玉米，基本都是一年一熟，而且隨著玉米深加工的不斷發(fā)展和產(chǎn)業(yè)鏈的延長，玉米的市場價格呈上升趨勢，玉米的種植效益越來越高。而種植效益的提高，會進一步促進農(nóng)民種植玉米的積極性。據(jù)此，可以預測：東北地區(qū)未來5～10年內，玉米的種植面積必然呈現(xiàn)穩(wěn)中有升的局面，可保障秸稈的穩(wěn)定供應。
據(jù)統(tǒng)計，東北三省玉米種植面積近700萬hm2，玉米秸稈的年產(chǎn)量約5000萬t，只要能利用其中20%，就可以建設50 MW(2×25 MW)裝機容量的玉米秸稈燃料發(fā)電廠30多個，可轉化發(fā)電100多億kW h，節(jié)約煤炭資源400多萬t。
另外，東北地區(qū)的土地資源和關內相比較為寬松，秸稈的存放地解決起來相對容易，這給秸稈的收集提供了較充裕的時間，有利于連續(xù)穩(wěn)定的收集，對于保證電廠的穩(wěn)定運行意義重大，對于減少大量秸稈燃料的保管開支更具特殊意義。
要開發(fā)利用好東北地區(qū)的玉米秸稈資源，投資量是巨大的。因此，搞好項目建設的具體研究，找出玉米秸稈燃料發(fā)電的高效秸稈燃料供應方法，尤其顯得重要。
目前，東北地區(qū)設計建設的玉米秸稈發(fā)電廠所采用的汽輪機和發(fā)電機屬常規(guī)設備，不同之處在于鍋爐和其燃料供應系統(tǒng)。鍋爐基本上都是采用丹麥BWE公司設計的玉米秸稈燃燒鍋爐。其設計的燃料供料系統(tǒng)工作過程為：在儲料棚內用抓斗起重機將已制備的玉米秸稈包放到膠帶運輸機上，通過分配帶分配給鏈條輸送機，再送至解包破碎機和螺旋給料機供給鍋爐燃燒，該技術是成熟的。
困難之處是玉米秸稈的收集、打包制備、儲存、保管和運輸，目前國內正處于探索階段，尚未找到有效的解決途徑。通過對東北地區(qū)玉米秸稈的產(chǎn)出、特性、存量、保存方法以及道路、運輸工具等情況的調查研究，結合現(xiàn)己設計完成的玉米秸稈電廠對玉米秸稈供應的要求，提出了對于玉米秸稈的收集、打包制備、儲存、保管和運輸?shù)囊恍┏醪皆O想，供有關人士參考，期望能夠通過大家的共同努力，找到一條適合我國國情、經(jīng)濟適用的解決玉米秸稈發(fā)電廠燃料供應問題的有效途徑。
1、秸稈收集場的設置
1.1大型秸稈收集場
目前關于秸稈收集場的設置，許多人認為應該在電廠附近（幾十到幾百米范圍內）建設一處集中的大型收集場，占地15~20hm2。理由是便于集中管理，可以使用大型機械作業(yè)，能降低秸稈原料的保管和短途運輸成本，根據(jù)造紙原料的收購經(jīng)驗，還可以保證收購原料的質量，對于裝機24 MW以下（小型或更�。┑碾姀S應該是適用的。
1.2大型秸稈收集場的缺陷
對于裝機50 MW以上的秸稈發(fā)電廠來說，大型收集場存在5個問題。
(1)秸稈進場壓力大。單臺25 MW機組配用的130 t/h鍋爐每天燃用的秸稈量約500t（計算量），考慮到收購期和電廠的存量要求，收購量平均要達到1000 t/d以上。而且，散稈運輸使用大型車輛的可能性極�。ㄓ捎谳d重量及裝卸的原因），一般只能使用小四輪，載重量約為2t，也就是說收集場的進車量每天要達到500多臺，平均每小時要達到50多臺（按每天10h有效工作時間計算。實際達不到，因為北方冬季天短夜長，實際有效時間只能達到6h），考慮不均衡系數(shù)，估計高峰時進場車輛要達到每小時近100臺(2臺鍋爐時加倍)，而且要延續(xù)幾個月的時間，這樣大的交通流量是任何縣城道路都難以承受的，勢必出現(xiàn)交售難的情況。從經(jīng)濟方面考慮，秸稈燃料的收購價每噸不超過100元，每交售1車(2t)秸稈燃料，純利潤約20元，如果交售困難，勢必影響交售者的積極性，進而導致收購數(shù)量難以保證。
(2)小四輪不適合較遠距離運輸。小四輪裝載的秸稈體積大，不符合公路交通法規(guī)定，在鄉(xiāng)村路上通行還可以，大量小四輪上公路行駛是否可行需要綜合分析研究，因地而宜。
(3)保管困難。由于秸稈含水率直接影響其燃燒發(fā)熱量，其影響程度是很大的，對于發(fā)電成本的影響是不可忽視的。大量散稈漏天存放，最難控制的就是水分，其次還有發(fā)霉、發(fā)熱問題，如果建設儲料棚，即使是按三分之一或四分之一的儲存量考慮，投資也是一個不小的數(shù)目，需要進行綜合評價。
(4)安全問題。電廠和儲料場安全，是一個不可忽視的問題。
(5)用地問題。建設一個50MW的秸稈燃料電廠就已經(jīng)需要土地10hm2，建設集中收集場還需要土地15～20hm2，兩者加起來就是25～30hm2，面積太大，征地的難度相當大。
1.3小型收儲站建設的前期分析
基于對上述問題的考慮，結合已設計出臺的玉米秸稈燃料電廠的上料方式，筆者認為建設多處小型收儲站可以分散集中收儲秸稈燃料的風險。
1. 3.1 小型收儲站可行性分析
在電廠周圍半徑25~35 km范圍內建設多處小型收儲站，負責收集散秸稈、加工打包和儲存，土地使用化整為零，每處收儲站占地2hm2，征地相對容易，但是，增加了二次運輸成本。如果在收儲站里把秸稈打成包，從收儲站到電廠運輸已打包成型的秸稈包，裝卸和運輸就可以使用專用機械，能夠把費用降低很多。例如使用6.5 m的板車，按現(xiàn)己設計確定的秸稈包尺寸（1.5mx1.3 mx1.2m，質量500kg）計算，每車次可運輸16包，即8t，如再加掛同樣載量的拖車，則每車次就可以運16t。裝機50 MW的電廠每天的進廠車輛就可以減到60多輛，這是可以接受的。在電廠里設計建造儲料棚，內設橋式天吊（供卸車使用），每次可吊卸8包（或4包），由于是在棚內作業(yè)，照明條件可以保證，卸車不受氣候和時間限制。因此，電廠也不必儲備大量的燃料庫存，只要有4d以上的燃料庫存（單臺機、爐2000t以上）就可以保證電廠連續(xù)運轉。
1.3.2收儲站的建設
(1)收儲站的選址。站址應處于區(qū)域玉米種植中心，場地平整、靠近公路、水電方便、面積合適、與村屯有一定的安全距離以及合理的站址標高。同時，用地要符合國家土地政策。
(2)收儲站的基本建設。依前所述，可以確定收儲站的功能：收儲電廠需用的部分秸稈燃料，并向電廠送出合格的玉米秸稈燃料包。規(guī)模和數(shù)量應根據(jù)具體情況確定。
每個收儲站的庫存量與收儲站的個數(shù)和玉米秸稈的收購期有關，收儲站越多、收購期越長，單個收儲站的庫存量就可以越少，但最低總庫存量應保證電廠的連續(xù)運行。
(3)收儲站秸稈的處理方式。收儲站存散稈還是存成品包，秸稈打包工序是放在收儲站內統(tǒng)一進行還是分散給廣大農(nóng)民去做，是目前爭論的焦點之一。
這個爭論涉及到打包機的設計問題。由于目前國內尚未有按電廠要求尺寸設計的大型玉米秸稈打包機，許多人建議設計制造小型輕便的打包機，農(nóng)民能夠使用該打包機在田里直接把玉米秸稈打成包（每包100 kg），電廠委托經(jīng)紀人去田邊收購，直接送電廠。這樣做需要重新設計電廠鍋爐的進料系統(tǒng)，研究這種形式的收購、運輸以及成本。但主要問題還是集中收集場的前述問題沒有解決。
筆者認為，分散打小包存在許多問題：主要是水分難以控制，秸稈燃料含水率與發(fā)熱量的關系前己敘及，含水率高的秸稈包還易出現(xiàn)發(fā)熱、發(fā)霉的情況，晾曬困難，給保管增加了難度；摻雜使假更是難以預防，造紙廠原料收購的經(jīng)驗已經(jīng)指出了這個問題的嚴重性；在田邊打大包（每包500 kg），質量大，裝卸、搬運困難，外形尺寸也難以統(tǒng)一，會給下道工序的機械化作業(yè)帶來很大的難度；打成的包如不能及時收購保管，風吹雨淋，發(fā)生損失的責任由誰負責，界限不好明確。
因此，收儲站應設計為收散稈、站內統(tǒng)一打包、成包后儲存保管的形式。秸稈包的保管相對散稈要容易一些，電廠調用起來也方便。只有這樣，收儲站才能起到電廠分庫的作用。
明確了收儲站的任務，下一步的工作就是設計一個簡單適用的玉米秸稈標準收儲站，具體每個收儲站的建設均以標準站為藍本，結合具體地理位置稍加修改即可。
2、收儲站各項參數(shù)的確定（標準收儲站）
2.1秸稈收購量的確定
50 MW秸稈發(fā)電廠設計年秸稈消耗量為30萬t（2機2爐），從收儲站的建設投資和管理方面考慮，分散設計10處收購站為宜，每處收購量為3萬t／年。因此，標準收儲站的秸稈收購量應確定為每年3萬t較為合適。按東北地區(qū)的天氣、玉米種植和秸稈保存情況，秸稈的收購期每年約為180 d，這樣，每處收儲站每天的收購量為170 t，散稈運輸使用裝卸方便的小四輪(平均載重2t)，每處收儲站每天的進車量為85輛次，按最不利的冬季(有效時間6 h/d)考慮，平均每小時進車14.3輛，也是可以接受的。每個收儲站平均覆蓋3萬多hm2土地，按70%種植玉米，20%的秸稈收購率計算，基本可以滿足每年3萬t收購量要求；運輸半徑不超過10 km，符合農(nóng)用小四輪的運輸條件。
2.2秸稈包存儲量的確定
標準收儲站秸稈包的存儲量與秸稈收購的連續(xù)性有關，在均衡收購的情況下，50 MW電廠的合計秸稈燃料存量應為60d的消耗量，即6萬t，考慮保險系數(shù)和不均衡系數(shù)，庫存量應達到7～8萬t，即每個收儲站庫存7 000~8000t，按庫存1t/m2計算，占地超過1hm2。
2.3打包加工能力的確定
標準收儲站的打包加工能力應在收購量的基礎上考慮富裕系數(shù)，可確定為每天200t。這樣就要求設計制造快速打包機，每臺每天的打包量以100包（500kg×100包=50t，每天工作10h）為好，即要求每5 min打1包(1.5m×1.3m×1.2m，質量500kg)，每個站設置4臺就可以滿足要求，希望設計、制造單位參考此數(shù)據(jù)設計制造打包機。
2.4 收儲站散稈存量的確定
東北農(nóng)村玉米的種植時間一般為5月中上旬，收獲時間為10月上旬。秸稈剛收獲時含水率較高，需要晾曬一個月左右才能達到電廠收購條件。
農(nóng)民在收獲后，一般會將玉米秸稈收集起來，碼放到地頭。農(nóng)村的地頭基本上都有林帶，樹也比較高，地頭一般有12~15 m的樹影地，不計算在土地承包范圍內，農(nóng)民都把玉米秸稈碼放在樹下，用時再用車拉回家，這樣不影響來年種地。由于碼垛時中間凸起，所以漏雨很少，而且有利于晾干。
多年以來玉米秸稈一直是東北農(nóng)村做飯和冬季取暖的主要燃料，隨著農(nóng)民生活水平的提高，目前農(nóng)村做飯已開始向用電為主過渡，秸稈余量隨之增加。
由于近年來玉米種植面積增加很大且農(nóng)村薪柴用量減少，秸稈大量富余，很多地方秸稈存量很大，偏遠處的秸稈農(nóng)民已不去收集，就在地里燒掉，污染了環(huán)境，浪費了能源。
由于秸稈打包前散稈的含水率決定成包后秸稈燃料包的質量，所以必須對收購散稈的含水率進行控制。一是必須收購含水率合格的秸稈；二是要保管好己收的秸稈。收購的散秸稈存量越大，保管起來就越困難，下雨（雪）時無法遮苫，弄濕后很難晾（曬）干。因此，收儲站的散稈存量應在滿足加工生產(chǎn)的前提下，越少越好，一般有2～3d的加工存量即可，即400~450t。即使這樣，數(shù)量也很大，需占地4000m2。未收購的散稈仍由農(nóng)戶按當?shù)氐牧晳T保管，只要收購站調度好散稈收購經(jīng)紀人，就可以保證連續(xù)收購到合格的散稈。
2.5機械設備的選用
(1)站內散稈搬運設備。由于每天進站的散稈量達170t以上，搬運必須使用專用機械，可選用YC(Z)1200型松泡原料抓運機，見圖1，產(chǎn)品性能見表2。
每個收儲站采購一臺，用于散稈搬運。
(2)卸包、碼垛機械。收儲站卸包、碼垛機械可選用國產(chǎn)2t內燃叉車（舉高4m）；每站配置4臺。
(3)秸稈包裝車。秸稈包裝車可選用如圖2所示機械，每站配置1臺。
2.6收儲站的秸稈包存儲
收儲站的秸稈包存儲形式應采用墊木碼垛的形式，碼垛使用叉車，即打包機打好的秸稈包直接由叉車搬運到存放場存放，秸稈包橫向碼在墊木上，高度擬碼4層(4.8m)，長度按場地情況確定．標準可定為18 m(12包)，橫向間隔0.2m（裝車機械插入縫）碼第2垛，4垛為1組。雨（雪）天氣時，可用8m×20m苫布成組遮苫。每組為192包(96 t)，按每站庫存7500 t計算，約78組。
3、標準收儲站的設計
由于收儲站數(shù)量多，總投資是標準站的數(shù)倍，因此，標準站的建設應科學、經(jīng)濟、適用。
按照東北地區(qū)的氣候條件，冬季打包作業(yè)最好在室內進行，基于降低建設費用的考慮，暫時可不設計打包車間的廠房，為保證露天生產(chǎn)的安全，需在保證電廠燃料充足供應的前提下，打包生產(chǎn)盡量避開高寒天氣，并為生產(chǎn)工人提供必要的防寒保護。
標準收儲站設計中要注意以下幾點：
(1)綜合用房要滿足辦公、警衛(wèi)、機械暖庫、秸稈交易、員工休息（用餐）、消防井房、變配電能及備品庫等功能要求。
(2)按每小時進站20輛小四輪設計過磅秤。
(3)按一級防火建筑標準設計消防、配電和避雷系統(tǒng)。
(4)按選用的機械設計廠區(qū)交通道路和堆場地面。
(5)按照較寬裕的原則設計廠區(qū)的排水系統(tǒng)。
(6)建筑物的冬季采暖應滿足需求。可用燃池采暖。
(7)收儲站的基本建設投資估算。
可見，標準收儲站基本建設投資按最低標準，也需近350萬元，設備采購投資尚未計算在內。
標準收儲站設計完成后，各站可按選定的廠址設計具體施工圖紙，按電廠工程建設進度和秸稈收購要求，分期、分批建設。
為保證收儲站的建設質量和各項使用性能達到要求，收儲站的建設應作為一項重要工程進行管理，并執(zhí)行必要的基本建設程序。
目前，尚未研制出合適的玉米秸稈打包機，價格無法確定，機械總采購價格只能大致估算，上述選定的散稈搬運、卸包碼垛、秸稈包裝機械估算采購價50萬元，4臺打包機估算100萬元左右，這樣標準收儲站的投資可控制在500萬元以內。
建設10處收儲站的投資約5000萬元。
4 秸稈燃料的成本分析
由于目前東北農(nóng)村只有少量秸稈交易，沒有較大的秸稈交易市場，故秸稈收購暫時沒有參考價，筆者經(jīng)過調查，提出如下數(shù)據(jù)作為參考。
1hm2玉米秸稈在地里割倒約需100元，打捆運到地邊約需150元，堆垛80元，秸稈資源費250~300元，發(fā)生在種植者處的費用合計約580~630元，按6.75 t/hm2干玉米秸稈計算，合86~93元／t。
經(jīng)紀人販運費用：裝車10元／t，運費10元／t(平均運距8～10 km)，利潤5元／t，合計25元／t。收儲站收購價合計大約為110~118元／t。
收儲站內打包、保管費用估算約90~100元／t，成品包運輸費用約20—25元/t(平均運距30 km)。
上述各項合計，秸稈燃料運到電廠價格大約為220~ 243元／t。折算標準煤價為470~ 520元/t(秸稈含水率20%)。
5、結束語
按照上述的設想和分析，可以得出結論：玉米稈是所有農(nóng)作物秸稈中最具直燃發(fā)電開發(fā)潛力的優(yōu)質資源；玉米是東北地區(qū)的主要作物，種植面積和種植效益呈上升趨勢，理應成為秸稈直燃發(fā)電開發(fā)的首選。
通過對玉米秸稈收集系統(tǒng)的建設設想、機械選用和成本分析，可看出玉米秸稈直燃發(fā)電是一項非常具有發(fā)展?jié)摿Φ男屡d產(chǎn)業(yè)。
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