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(fèi)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(shí)增強(qiáng)了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

相對(duì)于秸稈直燃發(fā)電生物質(zhì)燃燒效率較低，造成浪費(fèi)；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(duì)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(jī)肥料。

一、項(xiàng)目概況及規(guī)模

本項(xiàng)目通過收集項(xiàng)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(jī)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(jī)肥料，大部分沼液進(jìn)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(jī)蔬菜基地的有機(jī)肥料。

二、項(xiàng)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(yùn)行，合理確定建設(shè)規(guī)模，對(duì)項(xiàng)目15公里半徑范圍進(jìn)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(xiàng)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(jìn)料單元、厭氧發(fā)酵單元、沼氣凈化單元等。

進(jìn)料單元主要由固體進(jìn)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(xiàng)目厭氧系統(tǒng)分為兩個(gè)單元，總體規(guī)模為4 MW，設(shè)兩個(gè)獨(dú)立的發(fā)酵單元，每個(gè)單元發(fā)酵規(guī)模為2MW。對(duì)每個(gè)發(fā)酵單元，各設(shè)置3個(gè)一級(jí)發(fā)酵罐，單罐容積4900m?；1個(gè)二級(jí)發(fā)酵罐，容積4900m?；以及1個(gè)沼液儲(chǔ)罐，容積16000m?。對(duì)于二級(jí)發(fā)酵罐，具有特殊的膜頂儲(chǔ)氣柜，儲(chǔ)氣柜具有維持系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行作用。

厭氧發(fā)酵罐設(shè)置機(jī)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(duì)罐內(nèi)底料進(jìn)行增溫，同時(shí)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(dá)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(xiàng)目計(jì)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(jìn)，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(jìn)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(xiàng)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(gè)生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。熱電聯(lián)產(chǎn)型沼氣發(fā)電機(jī)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(xiàng)目的前端產(chǎn)品，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為年產(chǎn)沼氣1600萬m3，采用進(jìn)口發(fā)電機(jī)組1 m3沼氣可發(fā)2～2.2度電。本項(xiàng)目采用單機(jī)規(guī)模適宜，年運(yùn)行時(shí)長可靠，電效率高，單機(jī)功率為1MW進(jìn)口沼氣發(fā)電機(jī)組4臺(tái)。

按照進(jìn)口1000kW機(jī)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(jí)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(tái)機(jī)組可利用的熱能約1032kW，4臺(tái)機(jī)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(jìn)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(xiàng)目

沼渣是有機(jī)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(shí)由于微生物菌團(tuán)和未完全分解原料的加入，使沼渣具有獨(dú)有的特性。沼渣可直接作為沼肥進(jìn)行還田，也可進(jìn)一步加工成為成品有機(jī)肥。

具體方案為：向沼渣中添加嵇康、樹葉、秸稈等富含有機(jī)腐殖質(zhì)的原料，經(jīng)過再次腐熟后，進(jìn)入有機(jī)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(jī)肥。

根據(jù)國內(nèi)的研究以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，沼液作為有機(jī)肥料還田，符合生態(tài)規(guī)律。沼液不僅可以作為有機(jī)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(yuǎn)大于一般的有機(jī)肥料，沼液是一種多功能的寶貴資源。

2.5項(xiàng)目收益

項(xiàng)目投資估算建設(shè)投資為10808萬元。

根據(jù)本項(xiàng)目主要產(chǎn)品為電力，固體有機(jī)肥，供熱，主要達(dá)產(chǎn)年數(shù)據(jù)如下

項(xiàng)目主要成本有秸稈原料成本，運(yùn)維成本，職工薪酬福利，修理費(fèi)，財(cái)務(wù)費(fèi)用等其他。

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

三、項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)

3.1技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)

本項(xiàng)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(jì)及建設(shè)經(jīng)驗(yàn)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(xiǎn)。

3.2市場風(fēng)險(xiǎn)

項(xiàng)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(dá)成長期意向，進(jìn)行秸稈收購，確保原料充足。

國家和各級(jí)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(xiàng)優(yōu)惠政策鼓勵(lì)和扶持可再生能源項(xiàng)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(jià)格政策的通知》（發(fā)改價(jià)格[2010]1579號(hào)）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(jià)調(diào)高為每千瓦時(shí)0.75元。企業(yè)應(yīng)盡早與相關(guān)部門達(dá)成協(xié)議，確定電力并網(wǎng)價(jià)格享受國家政策。

（作者單位：中煤科工集團(tuán)南京設(shè)計(jì)研究院有限公司）