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叢宏斌，趙立欣，孟海波，姚宗路，霍麗麗，賈吉秀，吳雨濃
（農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計研究院農(nóng)村能源與環(huán)保研究所，農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用重點(diǎn)實(shí)驗室，北京100125）
摘要：推進(jìn)北方地區(qū)冬季清潔取暖，關(guān)系北方地區(qū)廣大群眾溫暖過冬，關(guān)系霧霾天能不能減少。該文在總結(jié)中國北方農(nóng)村地區(qū)采暖現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，闡釋了清潔采暖的現(xiàn)實(shí)問題和基本需求。歸納梳理了生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)的技術(shù)特征和主要多聯(lián)產(chǎn)模式。在此基礎(chǔ)上，提出了以生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)為核心，適合中國北方農(nóng)村地區(qū)清潔供暖的技術(shù)路徑與應(yīng)用模式，對各模式技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)可行性和環(huán)境影響等進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明，現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)適用于北方地區(qū)農(nóng)村清潔供暖，尤其適合優(yōu)先示范推廣以自然村或新型農(nóng)村社區(qū)為單位的小型集中或分散供暖，200戶左右的自然村供暖項目初投資一般不超過300萬元，投資回收期為4～5a。該研究為破解北方地區(qū)農(nóng)村清潔取暖問題提供了新思路、新途徑。
0引言
中央財經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第十四次會議上，習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，推進(jìn)北方地區(qū)冬季清潔取暖等6個問題，都是大事，關(guān)系廣大人民群眾生活，是重大的民生工程、民心工程。推進(jìn)北方地區(qū)冬季清潔取暖，關(guān)系北方地區(qū)廣大群眾溫暖過冬，關(guān)系霧霾天能不能減少，是能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命、農(nóng)村生活方式革命的重要內(nèi)容[1]。
農(nóng)村地區(qū)大量劣質(zhì)散煤的利用導(dǎo)致污染物排放嚴(yán)重。2014年，中國農(nóng)村能源消耗量為7.6億t標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國能源消耗總量的17.8%，農(nóng)村煤炭消耗量為3.14億t，在農(nóng)村能源消費(fèi)中的比重為41.4%[2]。受社會經(jīng)濟(jì)條件制約，農(nóng)村供暖中散煤使用普遍，尤其是中國北方供暖季，農(nóng)村地區(qū)散煤使用總量大、時間集中、排放分散，不加裝任何脫硫除塵裝置，污染物排放嚴(yán)重[3-6]。
生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)以生物質(zhì)連續(xù)炭化技術(shù)為核心，通過固氣、氣液分離和燃?xì)鈨艋豳|(zhì)，生產(chǎn)熱解氣、生物炭、木焦油和木醋液等多種產(chǎn)品[7-10]。熱解氣清潔、環(huán)保、可再生，可作為農(nóng)村地區(qū)重要的替代能源[11-12]。生物炭可用作吸附材料、土壤改良劑、肥料緩釋載體和二氧化碳封存劑等[13-14]，也可經(jīng)成型加工機(jī)制炭作為高品質(zhì)能源利用[15]。木焦油和木醋液作為生物質(zhì)炭化副產(chǎn)物，可用作燃料或化工原料[16]。中國具有豐富的農(nóng)林廢棄物資源，據(jù)統(tǒng)計，中國農(nóng)作物秸稈和林業(yè)三剩物資源量分別達(dá)到10和3.5億t[17-19]。熱解多聯(lián)產(chǎn)是農(nóng)林廢棄物綜合利用的重要途徑之一，符合生物質(zhì)資源化、能源化綜合利用原則，能夠進(jìn)一步提升農(nóng)林廢棄物資源開發(fā)綜合效益，具有良好的推廣應(yīng)用前景[7,9-10]。
本文旨在總結(jié)中國北方農(nóng)村地區(qū)取暖現(xiàn)狀，闡釋農(nóng)村地區(qū)清潔供暖的現(xiàn)實(shí)問題和基本需求，在此基礎(chǔ)上提出以生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)為核心，適合中國北方農(nóng)村地區(qū)清潔供暖的技術(shù)路徑與應(yīng)用模式，并對模式的技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)可行性和環(huán)境影響進(jìn)行分析，以期為破解北方地區(qū)農(nóng)村清潔供暖提供新思路、新途徑。
1北方農(nóng)村地區(qū)清潔供暖需求分析
1.1供暖現(xiàn)狀
中國北方地區(qū)大多數(shù)農(nóng)村住宅布局分散，建筑多為單層單院式，不適合采用城市普遍使用的集中供暖方式[20-21]。目前，北方農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用的分散采暖方式主要有火炕、火爐、土暖氣或散熱器等[22-23]。火炕或火爐供暖在東北、西北和華北部分地區(qū)的農(nóng)村尤為普遍，黑龍江、吉林、遼寧和河北四省區(qū)的農(nóng)村冬季取暖還有一定比例的農(nóng)戶采用火墻，火墻多數(shù)與火炕配合使用。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和農(nóng)民生活條件的改善，部分地區(qū)農(nóng)村建筑結(jié)構(gòu)及面積趨于城鎮(zhèn)化，傳統(tǒng)的供暖方式已不能滿足農(nóng)民對取暖舒適性要求[24-25]。近年來，土暖氣對火炕的取代率很高[26]。
近年來，全社會對大氣質(zhì)量持續(xù)高度關(guān)注，在政府補(bǔ)貼資金和激勵政策引導(dǎo)下，宜電則電，宜氣則氣，旨在治理冬季農(nóng)村燃煤污染的行動在北方農(nóng)村地區(qū)穩(wěn)步推進(jìn)[27-29]。“煤改電”、“煤改氣”、“煤改太陽能”、“煤改生物質(zhì)”、“煤改地?zé)崮?rdquo;等工程大力推進(jìn)，電暖氣、空調(diào)、空氣源熱泵、太陽能集熱器、地源熱泵和多能互補(bǔ)供熱系統(tǒng)等新型清潔取暖技術(shù)在農(nóng)村地區(qū)的使用率逐年提高[30-31]。北方農(nóng)村地區(qū)采暖使用的能源既有化石能源，也有可再生能源，如清潔或可再生能源包括電能、太陽能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿?sup>[32]。
受經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平和自然地理條件等因素制約，北方農(nóng)村采暖還存在供暖基礎(chǔ)設(shè)施落后、能源利用率低、污染排放嚴(yán)重等問題。農(nóng)村人口分散化居住特征明顯，集中的農(nóng)村能源和供暖市場難以形成，造成供暖基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)、運(yùn)營和管理成本較高。以火炕、火爐等傳統(tǒng)取暖方式能源利用率較低，小型的燃煤爐存在燃燒不充分、熱耗散大等問題，能源利用率一般僅40%～50%，在能源利用率方面還有很大的提升空間[33-34]。
1.2供暖需求分析
隨著農(nóng)民生活水平的持續(xù)提高和全社會對環(huán)境保護(hù)的日益關(guān)注，在清潔、便利、安全、節(jié)能等方面對北方農(nóng)村取暖均提出了更高要求。與此同時，采暖費(fèi)用大幅度提高，造成了農(nóng)民生活成本增加。中國北方農(nóng)村采暖需求主要表現(xiàn)為3方面的特征。
1）北方農(nóng)村地區(qū)供暖需求體量大。截至2016年底，中國常住人口城鎮(zhèn)化率為57.35%，即中國人口的42.65%，相當(dāng)于5.90億人口常年居住在農(nóng)村，位于北方供暖區(qū)的15個省、自治區(qū)、直轄市的農(nóng)村常住人口近3億人[35]。2012年，農(nóng)村總建筑面積為234億m2，北方供暖區(qū)15個省、自治區(qū)、直轄市建筑面積約為82億m2。隨著生活水平的提高，農(nóng)村新建住宅越來越多，中國農(nóng)村每年新增住房面積約為8億m2，農(nóng)村建筑處于改舊換新的快速發(fā)展時期，以供暖為主的各類能源需求不斷增加。尤其在東北高寒地區(qū)，冬季的采暖期達(dá)5～6個月，農(nóng)村住宅采暖能耗達(dá)到農(nóng)村住宅總能耗的52%，與城鎮(zhèn)供暖能源需求平均水平接近[26,33]。滿足體量巨大的北方農(nóng)村冬季供暖需求成為時代新命題。
2）“散炭替代”是北方農(nóng)村采暖的首要任務(wù)。冬季北方空氣污染加劇，農(nóng)村采暖用煤是重要原因之一。農(nóng)村采暖以燒散煤為主，中國每年民用散煤消耗量超過3億t，總量較工業(yè)用煤少，但時間集中、低空分散，不加裝任何脫硫除塵裝置，對大氣污染嚴(yán)重[24-25]。據(jù)報道，燃燒1t散煤的大氣污染物排放量是一般電廠燃燒等量煤炭的10倍以上[32]。京津冀地區(qū)農(nóng)村冬季供熱采暖能耗占全年能耗的35%左右，散煤（很多是劣質(zhì)煤）的使用量陡然加劇，是霧霾形成的重要原因之一。環(huán)境保護(hù)部華北督查中心專項督查數(shù)據(jù)顯示，京津冀地區(qū)農(nóng)民生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)煤炭消費(fèi)量總計為4224萬t，占三地全社會總耗煤量的11%。污染物的排放占到同期環(huán)境統(tǒng)計煙塵總排放量的23.2%，二氧化硫總排放量的15.2%，氮氧化物總排放量的4.4%[5]。清潔采暖和“散煤替代”成為北方農(nóng)村地區(qū)取暖新需求。
3）節(jié)能推廣在北方農(nóng)村地區(qū)冬季采暖中亟需落實(shí)。開源與節(jié)流并舉，農(nóng)村節(jié)能，尤其是北方采暖地區(qū)農(nóng)村建筑節(jié)能、爐具節(jié)能技術(shù)推廣不容忽視。中國北方大部分住宅為坡頂或平頂單層住宅[36]，絕大多數(shù)的農(nóng)村住宅沒有保溫措施，供暖方式設(shè)計、建造不合理，造成農(nóng)宅舒適性普遍較差，冬季供暖耗能普遍較高。受社會經(jīng)濟(jì)條件制約，農(nóng)村供暖中散煤使用普遍，近80%的居民使用低效爐具燃用劣質(zhì)散煤，量大面廣，不僅燃燒排放高，而且能源效率低[30,32]。北方農(nóng)村采暖節(jié)能中，一方面要做好建筑物自身的保暖改造，另一方面需做好節(jié)能技術(shù)與產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。
2生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)及其供暖模式分析
2.1生物質(zhì)炭化及其多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)
生物質(zhì)炭化技術(shù)又稱為生物質(zhì)干餾技術(shù)，屬生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)范疇，指生物質(zhì)原料在絕氧或低氧環(huán)境中受熱升溫引起分子內(nèi)部分解形成生物炭、生物油和不可冷凝氣體產(chǎn)物的過程[7,9]。
生物質(zhì)熱解工藝參數(shù)不同，固氣液三態(tài)產(chǎn)物產(chǎn)率存在較大差異。生物質(zhì)炭化技術(shù)即指生物質(zhì)慢速低溫?zé)峤饧夹g(shù)，此工藝條件下生物炭得率相對較高。與傳統(tǒng)氣化技術(shù)相比，炭化技術(shù)產(chǎn)物多樣，且熱解氣熱值一般可達(dá)到15MJ/m3左右，明顯高于氣化氣熱值[7,9,37]。另外，生物炭和木焦油、木醋液的綜合開發(fā)，也使得這一技術(shù)具備了生物質(zhì)能源化資源化綜合開發(fā)利用的潛質(zhì)，具有良好的應(yīng)用前景。
連續(xù)式生物質(zhì)炭化技術(shù)具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、過程控制方便等優(yōu)點(diǎn)，已成為近年來生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，其技術(shù)研發(fā)和裝備制造水平已具備示范推廣應(yīng)用條件[9]。生物質(zhì)熱解炭氣油聯(lián)產(chǎn)工藝以創(chuàng)新發(fā)展傳統(tǒng)生物質(zhì)炭化技術(shù)為核心，通過炭化技術(shù)工藝改進(jìn)優(yōu)化，以及熱解氣分離、凈化和提質(zhì)等技術(shù)集成，生產(chǎn)高品質(zhì)生物炭、生物質(zhì)燃?xì)狻⒛窘褂秃湍敬滓旱榷喾N產(chǎn)品[10]。該工藝是各類生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)工藝模式的原型。
生物質(zhì)連續(xù)熱解炭氣油聯(lián)產(chǎn)工藝路線如圖1所示，主要包括原料預(yù)處理、連續(xù)炭化、除塵、多級冷凝、深度凈化等工序。多級冷凝和深度凈化用將焦油與醋液從高溫?zé)峤鈿庵兄鸺壏蛛x，最終實(shí)現(xiàn)炭氣油（液）聯(lián)產(chǎn)。對于木質(zhì)炭或果殼炭，可進(jìn)一步活化處理，生產(chǎn)活性炭，用作吸附劑或鈍化劑等，深度凈化后的熱解氣如進(jìn)一步脫碳處理，可以生成更高品質(zhì)的燃?xì)狻?/p>
2.2多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)衍生模式
以生物質(zhì)熱解炭氣油聯(lián)產(chǎn)模式為基礎(chǔ)，融合能源梯級利用，多能互補(bǔ)與分布式能源等現(xiàn)代能源利用技術(shù)與理念，可實(shí)現(xiàn)炭、氣、油、汽、冷、熱、電等多種高品位產(chǎn)品多種形式的聯(lián)產(chǎn)，聯(lián)產(chǎn)模式與實(shí)現(xiàn)路徑如圖2所示。生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)具有資源利用率高、產(chǎn)品形式多樣、二次污染少等優(yōu)點(diǎn)，可進(jìn)一步提高生物質(zhì)資源的開發(fā)利用綜合效益，符合中國生物質(zhì)資源開發(fā)利用戰(zhàn)略需要，具有良好的推廣應(yīng)用前景。下文分述3種典型熱解多聯(lián)產(chǎn)模式。
生物質(zhì)熱解炭氣聯(lián)產(chǎn)技術(shù)模式如圖3所示。高溫?zé)峤鈿庖话悴贿M(jìn)行冷凝分離直接進(jìn)入蒸氣鍋爐燃燒生產(chǎn)高溫蒸汽，或?qū)⒏邷責(zé)峤鈿膺M(jìn)一步增溫，進(jìn)行催化裂解除焦并經(jīng)除塵設(shè)備脫塵后，通入蒸汽鍋爐燃燒生產(chǎn)高溫蒸汽。高溫蒸汽可用于居民供暖或工業(yè)生產(chǎn)。該聯(lián)產(chǎn)模式與炭氣油聯(lián)產(chǎn)模式相比，具有工藝簡單，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合在有蒸汽需求的工業(yè)園區(qū)或供暖需求的居民區(qū)推廣使用，若本技術(shù)模式只用于冬季供熱，設(shè)備的利用率將受到一定限制。
生物質(zhì)熱解炭氣電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)模式如圖4所示。高溫?zé)峤鈿饨?jīng)凈化分離后進(jìn)入儲氣柜存儲，熱解氣通過管道入戶優(yōu)先供應(yīng)居民作為炊事、取暖等日常用能，多余的熱解氣用于內(nèi)燃機(jī)發(fā)電。該模式具有機(jī)動、靈活的特點(diǎn)，幾乎不受地域和自然條件限制，具有廣泛的適用性。目前小型發(fā)電系統(tǒng)上網(wǎng)或建立微電網(wǎng)系統(tǒng)還比較困難，使得該模式應(yīng)用中存在一定的局限性，
生物質(zhì)熱解炭氣汽電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)模式如圖5所示。高溫?zé)峤鈿饨?jīng)凈化分離后進(jìn)入儲氣柜存儲，熱解氣通過管道入戶優(yōu)先供應(yīng)居民作為炊事用能，多余的熱解氣用于內(nèi)燃機(jī)發(fā)電或生產(chǎn)蒸汽。與炭氣電聯(lián)產(chǎn)模式相比，該模式具有更好的適用性，對于生產(chǎn)規(guī)模較大的項目，夏季供戶外的燃?xì)庵饕糜诎l(fā)電，冬季供戶外的燃?xì)庵饕糜谏a(chǎn)蒸汽集中供暖，可實(shí)現(xiàn)全年生產(chǎn)平衡、供暖與發(fā)電互補(bǔ)。但與炭氣電聯(lián)產(chǎn)模式相比，此模式的項目投資會相應(yīng)增加。
2.3多聯(lián)產(chǎn)供暖應(yīng)用模式分析
考慮農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等發(fā)展條件，結(jié)合對生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀與應(yīng)用模式的分析，以熱解炭氣油聯(lián)產(chǎn)和炭氣聯(lián)產(chǎn)技術(shù)為核心，提出了2種適宜北方不同條件的農(nóng)村地區(qū)清潔供暖應(yīng)用模式。
圖6a是基于炭氣油聯(lián)產(chǎn)的清潔循環(huán)供暖模式（以下簡稱“模式一”），適用于以自然村為主體的農(nóng)村清潔供暖。熱解氣經(jīng)凈化分離后經(jīng)管道入戶，通過燃?xì)獗趻鞝t對農(nóng)戶分散供暖。生物質(zhì)熱解后分離出的液相產(chǎn)物包括木焦油與木醋液。木焦油全部回用燃燒對炭化系統(tǒng)和干燥系統(tǒng)供熱，醋液農(nóng)用作為殺蟲劑。生物炭包括秸稈炭與木質(zhì)炭，其中秸稈炭經(jīng)復(fù)混調(diào)質(zhì)加工后生產(chǎn)炭基肥就地利用，木質(zhì)炭粉碎成型后制作機(jī)制炭，通過專用的爐具供農(nóng)戶冬季取暖。由于夏季和冬季用氣需求變化較大，設(shè)備可在不同的負(fù)載模式下運(yùn)行。
圖6b是基于炭氣聯(lián)產(chǎn)的循環(huán)供暖模式（以下簡稱“模式二”），適用于以農(nóng)村社區(qū)為主體的農(nóng)村清潔供暖。高溫?zé)峤鈿庵苯舆M(jìn)入燃?xì)忮仩t生產(chǎn)蒸汽，蒸汽經(jīng)供暖管道對社區(qū)農(nóng)戶集中供暖。生產(chǎn)的生物炭包括秸稈炭與木質(zhì)炭，其中秸稈炭經(jīng)復(fù)混調(diào)質(zhì)加工后生產(chǎn)炭基肥就地利用，木質(zhì)炭粉碎成型后制作機(jī)制炭，可作為燒烤炭出售。該模式技術(shù)路線簡單實(shí)用，但用氣量受季節(jié)性影響比模式一還要大。
以上2種模式的主要特點(diǎn)包括：1）生產(chǎn)清潔，通過熱解氣凈化處理，將熱解過程產(chǎn)生的焦油與醋液有效回收并妥善應(yīng)用，使生產(chǎn)過程中無焦油等污染物排放；2）運(yùn)行高效，通過焦油或部分熱解氣的燃燒回用，減少了生產(chǎn)過程中的輸入性能源消耗，可降低生產(chǎn)成本；3）循環(huán)生產(chǎn)，各類產(chǎn)品均實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)或能量的本地消納或循環(huán)，建立了以自然村或農(nóng)村社區(qū)為單位的物質(zhì)能量微循環(huán)系統(tǒng)，對發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)有促進(jìn)作用。
3技術(shù)適用性評價
3.1技術(shù)可行性分析
炭氣油聯(lián)產(chǎn)或炭氣聯(lián)產(chǎn)2種技術(shù)應(yīng)用模式涉及的核心技術(shù)均為生物質(zhì)連續(xù)熱解炭化技術(shù)，國內(nèi)相關(guān)科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)，經(jīng)過多年攻關(guān)，在物料有序輸送、高效換熱、動態(tài)密封等關(guān)鍵技術(shù)方面取得重要進(jìn)展。尤其是回轉(zhuǎn)連續(xù)熱解裝備已初步具備示范推廣的基礎(chǔ)條件。借鑒煤化工領(lǐng)域成熟的燃?xì)馓幚砉に嚪椒ǎY(jié)合生物質(zhì)熱解氣組分特征，開發(fā)的生物質(zhì)熱解氣凈化分離技術(shù)可有效脫除熱解氣中的灰塵和液體產(chǎn)物，保障清潔生產(chǎn)，避免環(huán)境污染。
炭基肥能夠補(bǔ)充植物所需的碳元素，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，提高土壤保水保肥能力和肥料利用率[15]。炭基肥分為炭基有機(jī)肥、炭基無機(jī)肥和炭基有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥3類。炭基肥產(chǎn)品種類開始向多樣化方向發(fā)展，炭基肥配方以及復(fù)混、成型等生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟，已初步具備試點(diǎn)示范應(yīng)用和商品化推廣的基本條件。機(jī)制炭成型設(shè)備、燃?xì)庹羝仩t等配套技術(shù)完全成熟，配置市場上型號合適的設(shè)備即可滿足生產(chǎn)需要。
3.2經(jīng)濟(jì)可行性分析
以上2種模式分別以200戶規(guī)模的自然村和農(nóng)村社區(qū)為例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性測算。供暖季每戶熱解氣消耗量為15～18m3/d（其中炊事用氣為1m3/d，熱解氣熱值>15MJ/m3）[38]，模式一需要原料處理能力為1t/h的連續(xù)熱解設(shè)備1套，日產(chǎn)氣量為3360m3左右[39]。同等條件下蒸汽集中供熱熱效率更高，且不提供炊事用燃?xì)猓Ｊ蕉枰咸幚砟芰?.8t/h的連續(xù)熱解設(shè)備1套。供暖期按4個月計算，每個供暖季2種模式分別需要處理各類生物質(zhì)原料量為2880和2304t。因秸稈炭與木質(zhì)炭用途不同，秸稈原料和木質(zhì)原料比例按1∶1計算。
項目投資與產(chǎn)出情況如表1所示，2種模式的設(shè)備與土建投資均按目前技術(shù)比較成熟的回轉(zhuǎn)連續(xù)式炭化設(shè)備核算，可滿足相關(guān)部門安評、環(huán)評和能評等方面的要求。
干秸稈和干樹枝（含水率不超過15%）到廠價分別為250、350元/t。通過熱解氣回用燃燒對系統(tǒng)加熱，只有在系統(tǒng)啟動時用柴油點(diǎn)火，燃料費(fèi)用較低。項目運(yùn)行需3個人工，人均工資按3000元/月計算。項目運(yùn)行中的電力消耗主要用于原料粉碎，每粉碎1t原料需要耗電32kW·h，系統(tǒng)運(yùn)行每小時耗電8kW·h左右。秸稈炭作為炭基肥的原料，價格按1200元/t測算，木質(zhì)炭作為機(jī)制炭原料，價格按3000元/t測算。燃?xì)鈨r格為1元/m3，蒸汽供熱每個供暖季平均每戶按1600元計算。設(shè)備折舊按8a計算，經(jīng)測算分析，該2種模式的毛利潤分別為101.4和79.7萬元，4～5a可收回項目投資。
根據(jù)中國農(nóng)村的現(xiàn)實(shí)情況和現(xiàn)有類似項目的運(yùn)營經(jīng)驗，此類項目也可以通過政府或村集體籌資建設(shè)，運(yùn)營過程中，農(nóng)民用原料換產(chǎn)品（比如秸稈換氣、秸稈換機(jī)制炭等），項目運(yùn)行將表現(xiàn)出更好的經(jīng)濟(jì)性。
3.3環(huán)境影響評價
生物質(zhì)能溫室氣體減排CO2當(dāng)量按40g/MJ計算[40]，通過燃煤替代和炭基肥固碳減排，2個項目每年折合減排CO2分別為2304和1843t。另外，通過燃?xì)馊紵┡捎行p少供暖季農(nóng)村散煤利用產(chǎn)生的顆粒物與SO2排放。
2種模式采用的生產(chǎn)工藝科學(xué)合理，通過部分燃?xì)饣赜媒o系統(tǒng)加熱，其中模式1分離出的熱解油通過油氣混燃實(shí)現(xiàn)清潔燃燒，生產(chǎn)過程清潔，無污染物排放。另外，生物炭無論制成機(jī)制炭作為能源利用，還是通過復(fù)混加工炭基肥作為肥料利用，在能源替代與化肥替代方面對環(huán)境均有重要影響。
4結(jié)論
1）北方農(nóng)村取暖分布分散，與城市采暖存在明顯不同，北方農(nóng)村采暖存在供暖基礎(chǔ)設(shè)施落后、能源利用率低、污染排放嚴(yán)重等突出問題。同時，在采暖需求方面主要表現(xiàn)為北方農(nóng)村地區(qū)供暖需求體量大、“散炭替代”是北方農(nóng)村采暖的首要任務(wù)、節(jié)能推廣在北方農(nóng)村采暖中亟需落實(shí)。
2）連續(xù)式生物質(zhì)炭化技術(shù)具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、過程控制方便等優(yōu)點(diǎn)，以連續(xù)式熱解炭氣油聯(lián)產(chǎn)模式為基礎(chǔ)，生物質(zhì)熱解可衍生出多種聯(lián)產(chǎn)模式。以炭氣油和炭汽聯(lián)產(chǎn)技術(shù)為核心，提出了適宜自然村和農(nóng)村社區(qū)應(yīng)用的北方地區(qū)農(nóng)村清潔供暖模式。
3）對2種清潔供暖模式可行性分析結(jié)果表明，生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)適用于北方農(nóng)村清潔供暖，尤其應(yīng)優(yōu)先示范推廣以自然村或新型農(nóng)村社區(qū)為單位的小型集中或分散供暖。該技術(shù)方案可為破解北方地區(qū)農(nóng)村清潔取暖問題提供新思路、新途徑。
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