秸秆发酵气化发电应用实例分析

楼静杭

我国是全球农业大国，每年产生的农作物秸秆超过8亿吨，焚烧秸秆造成不仅浪费资源而且造成环境污染。秸秆资源化利用不仅有利于能源结构的调整，同时增强了农业的可持续发展。

相对于秸秆直燃发电生物质燃烧效率较低，造成浪费；灰分较大易造成锅炉结焦和堵塞而言，秸秆发酵气化发电对生物质能方面利用率高，基本没有大气污染物排放，且其产生的沼液、沼渣可直接还田或近一步制作成有机肥料。

一、项目概况及规模

本项目通过收集项目地周边农林废弃秸秆，采用完全混合厌氧反应工艺生产沼气用于发电，发电机余热回收利用于厌氧罐增温和沼渣干燥，剩余可用于居民区集中供暖或者暖棚种植。厌氧发酵后的发酵液经过固液分离，沼渣生产固态有机肥料，大部分沼液进入厌氧发酵罐循环使用，其余沼液用于农田和有机蔬菜基地的有机肥料。

二、项目方案

2.1原料论证

为确保原料收集供应，保障发电厂正常运行，合理确定建设规模，对项目15公里半径范围进行调查。范围内的可收集量约14万吨，从总量可以完全满足项目的原料需求量。在厂区内设置有1.4万㎡的秸秆堆场。

2.2制气系统

制气单元主要生产系统包括进料单元、厌氧发酵单元、沼气净化单元等。

进料单元主要由固体进料仓，固液混合输送泵，液体转子泵，以及流体切割泵组成。

厌氧发酵单元是产生沼气的核心场，由厌氧发酵罐及其附属设备组成量厌氧发酵单元。厌氧发酵单元包括发酵罐、搅拌系统，加热系统，物料排出系统及罐体附属设施等。

本项目厌氧系统分为两个单元，总体规模为4 MW，设两个独立的发酵单元，每个单元发酵规模为2MW。对每个发酵单元，各设置3个一级发酵罐，单罐容积4900m?；1个二级发酵罐，容积4900m?；以及1个沼液储罐，容积16000m?。对于二级发酵罐，具有特殊的膜顶储气柜，储气柜具有维持系统安全、稳定运行作用。

厌氧发酵罐设置机械搅拌及水力搅拌设施，为保证中温发酵条件，还需在罐内设置盘管，利用热水对罐内底料进行增温，同时罐体应做好保温，使得每日发酵罐内物料温度变化幅度小于1.5℃，保证产甲烷菌的生长稳定。

我国沼气技术规范规定，大型沼气工程的池容产气率达到1m?/m?.d以上。池容产气率越高，则发酵罐的总体积越小，相应占地面积也越小。本项目计算得池容产气率为：1.35m?/m?.d，满足沼气技术规范要求，且属于技术先进，产气能力较优的沼气工程。

沼气净化单元由发酵罐产生的沼气，其成分为甲烷，二氧化碳，并含有少量的硫化氢，以及其他杂质，且温湿度较高，必须经过净化后进入热电联产单元。净化单元包含：脱硫，除杂，沼气冷却干燥，以及沼气增压。

本项目设置两套净化单元，每单元的气体处理量为10000m3/h。

2.3热电联产系统

热电联产是沼气转化为电能和热能的重要单元，决定着沼气转化效率的高低，以及整个生产过程的稳定性。热电联产型沼气发电机组是本单位的核心装置。

沼气的主要成分是甲烷（CH4），通常占总体积的50%以上，甲烷的发热值很高，其热值约为35.9 MJ/m3左右。沼气是本项目的前端产品，设计产能为年产沼气1600万m3，采用进口发电机组1 m3沼气可发2～2.2度电。本项目采用单机规模适宜，年运行时长可靠，电效率高，单机功率为1MW进口沼气发电机组4台。

按照进口1000kW机组的热效率为44%，主要回收余熱中的烟气热能、缸套水热能、一级中冷热能、润滑油热能回收利用。热回收效率设为90%。则单台机组可利用的热能约1032kW，4台机组共可利用热能4128 kW。

余热的主要用途之一是为发酵罐内的物料进行温度维持，尤其在东北高寒地区，冬季环境温度极低，必须先满足发酵系统的生产热量；多余的热量为其他建筑采暖。

2.4沼渣、沼液利用项目

沼渣是有机物质经过厌氧发酵后的固态残留物，沼渣基本保持了厌氧发酵产物中除去气体外的所有成分，同时由于微生物菌团和未完全分解原料的加入，使沼渣具有独有的特性。沼渣可直接作为沼肥进行还田，也可进一步加工成为成品有机肥。

具体方案为：向沼渣中添加嵇康、树叶、秸秆等富含有机腐殖质的原料，经过再次腐熟后，进入有机肥生产线，经过一系列的生产工序，最终成为合格的有机肥。

根据国内的研究以及实践经验，沼液作为有机肥料还田，符合生态规律。沼液不仅可以作为有机肥料，还具有抗病杀虫、防冻抗冻、作为饲料添加剂等多重功效。沼液应用于农业生产，其意义远大于一般的有机肥料，沼液是一种多功能的宝贵资源。

2.5项目收益

项目投资估算建设投资为10808万元。

根据本项目主要产品为电力，固体有机肥，供热，主要达产年数据如下

项目主要成本有秸秆原料成本，运维成本，职工薪酬福利，修理费，财务费用等其他。

所得税后项目投资财务内部收益率14.72%，项目投资回收期7.36年。项目在财务上可以被接受。

三、项目风险

3.1技术风险

本项目关键技术在于制气系统，选择拥有大型秸秆生物质沼气的设计及建设经验的公司合作，确定最可靠的技术方案，以降低技术风险。

3.2市场风险

项目的原料为来自于周边15km范围内的秸秆产量。企业可与当地政府或农户达成长期意向，进行秸秆收购，确保原料充足。

国家和各级政府都非常重视可再生能源的开发利用，已经制定了多项优惠政策鼓励和扶持可再生能源项目的开发，2010年7月18日国家发展改革委颁布的《关于完善农林生物质发电价格政策的通知》（发改价格[2010]1579号）中规定全国农林生物质发电执行的上网电价调高为每千瓦时0.75元。企业应尽早与相关部门达成协议，确定电力并网价格享受国家政策。

（作者单位：中煤科工集团南京设计研究院有限公司）