农林废弃物高效循环利用模式效益分析

前南峪生态观光旅游区

热解多联产是农林废弃物综合利用的重要途径之一,可生产清洁燃气、生物炭、热解油、醋液、电力和热水等多种产品,通过热解气净化提质和联产技术集成,热解气清洁、可再生,能够进一步提升农林废弃物资源开发利用综合效益,也可经混配成型加工高品质能源产品,生物质热解多联产依托生物质中低温慢速热解技术,是农村地区散煤替代的重要能源,生物炭可改良土壤、培肥地力,具有良好的推广应用前景。

在河北省邢台县前南峪村建立了热解联产示范工程,本文通过对前南峪示范工程的实证分析,探讨以热解联产为纽带的农林废弃物高效循环利用技术路径,并通过对项目运营模式和运行效果的分析研判,课题组研发了生物质连续热解联产成套装备,经过多年技术攻关,并作为技术依托单位,以期为技术成果的推广应用提供经验借鉴。

连续热解炭气联产技术工艺主要包括连续热解、热解气净化、燃气燃油回用等工艺过程,生物质连续热解炭气联产成套装备采用外加热回转热解技术,燃气燃油回用工艺通过燃气/燃油回用燃烧,连续热解工艺主要包括密封进料、均匀布料、连续热解、保温炭化等工段,热解气净化工艺主要包括除尘、多级组合冷凝、静电捕焦和油洗等,加热系统采用双段火控温技术,反应室采用微正压设计,回转反应器尺寸为Ф1 100 mm×11 750 mm,减少生产过程中的外部能源消耗并保障清洁生产,其工艺流程如图1所示,原料处理能力350~500 kg/h。

1.2示范村现状与需求

前南峪村是首批“全国小康建设示范村”,前南峪村地处太行山脉,1 300余人,全村共有耕地49.7万m2,宜林山场553.3万m2,年产农作物秸秆和林业剩余物等农林废弃物2 500余t,村集体经营的前南峪生态观光旅游区是国家AAAA级景区,位于河北省邢台县浆水镇,共386户,经济条件与人文环境良好。

单柜容积1 000 m3,有木材切片机1台,为充分利用当地丰富的秸秆、树枝、果壳等农林废弃物资源,该村投资建成了前南峪秸秆气化站,配套建设气化炉2套,储气柜2个,2010年,单套产气能力500 m3/h,另外,目前,项目总体运行情况良好,但燃气水洗后的焦油和污水处理比较困难。

1.3高效循环利用模式（前南峪模式）。

木质炭经混配成型加工后生产机制炭,生物炭包括秸秆炭和木质炭,农林废弃物高效循环利用模式如图2所示,农林种植产生的秸秆和果树剪枝等废弃物经预处理后,秸秆炭与人畜粪便复混,热解气净化处理后,该技术模式具有以下特点：,作为烧烤炭或取暖炭使用,以生物质连续热解炭化技术为核心,进行热解转化,木醋液稀释后作为农用杀虫剂等,促进循环和有机农业发展,经储气柜存储和管道输送,作为居民炊事和热水用能,全部用于还田,焦油回用为系统加热。

1）生产清洁,生产过程清洁,热解气经多级净化后,实现气液有效分离,并将热解油回用燃烧利用,对环境不造成任何污染。

2）利用高效,木质炭能源化利用,秸秆炭肥料化利用,实现了农林废弃物的能源化资源化综合高效利用,燃气作为清洁能源直接供户。

农林废弃物在自然村内小循环,符合农林废弃物就地循环利用原则,3）就地循环,原料经热解转化后,产品全部本地消纳,降低了收储运成本。

机制炭作为旅游区烧烤炭,项目与村集体旅游开发紧密结合,4）契合产业,同时,该模式还回应了北方冬季清洁取暖、农业可持续发展等当今社会重大关切。

2.工程运行与效益分析

2.1建设与运营方式

政府与村委会作为本项目的建设投资主体,连续热解、燃气净化设备和生产车间由政府投资,作为村委会投资内容,为项目建设和运行提供技术支持,村委会作为法人单位,农业农村部规划设计研究院是本项目的技术依托单位,原料预处理设备、储气柜、燃气管道等是村委会已有固定资产,项目建设完成后,前南峪热解示范工程建设与运营采用“五方共治”模式（如图3所示）,将项目移交专业公司运营,其中。

公司对项目运营安全性负主体责任,项目建设与运营受全村居民监督,燃气入户并由运营公司计量收费,村委会负监管责任,公司、村民、村委会签订三方协议,运营公司负责项目日常维护和设备检修、保养等并承担全部费用,村民用5 t原料置换1 t炭基肥或机制木炭,全村居民积极参与工程运行,在原料供应方面,收费标准为0.9元/m3,相应地支配项目营运收益,研究院对项目全程跟踪并提供技术服务。

2.2经济性分析

每次柴油成本300~400元,生产原料全部用生物炭按1:5的比例跟村民置换,项目建设投资、运行成本和经营收入明细如表1所示,年产生物炭700 t（其中秸秆炭150 t、木质炭550 t）,燃料主要指系统点火启动用柴油,每处理1吨原料,本工程年运行5 500～6 000 h,平均每月点火3~4次,年消纳各类农林废弃物2 500 t,热解气以0.9元/m3向本村居民出售,年产清洁燃气20余万m3,扣除回用加热用气,包括预处理、热解和成型等各环节总耗电量约46 kW·h。

项目年运行费用约44.7万元,项目调试完成并正常运行后,项目自身具有持续性运行能力,利税约17.3万元,营业收入约62.0万元,本项目新增投资200万元,主要由政府承担,因此,作为公益性示范项目,项目运营可为公司带来一定的经营收益,作为“交钥匙”工程交付运营公司使用。

2.3环境与社会效益

可取代1 000 t左右标准煤,通过项目点散煤替代,示范工程年消纳各类农林废弃物资源2 500 t,能够有效减排CO2、SO2,烟尘等污染物,具有良好的环境效益。

同时,避免了废弃物的随意堆弃,有效提升了村容村貌和人居环境,生物炭就地还田,可改良土壤、增肥地力,促进当地生态观光农业开发。

木质型炭与热解气为村民提供了新型能源,木质型炭和炭基肥的应用,改善了项目村能源消费结构,节本增效方面为村民带来的间接经济收益可达到120余万元,直接增加居民收入18万元,通过本项目的实施,可直接带动本村6名劳力就地就业,另外,同时,使用清洁方便,提升农民生活品质。

3.适用性与应用前景

3.1适用性分析

契合农村供暖、炊事清洁用能和农业绿色发展的现实需求,农业绿色发展方面,热解多联产是农林废弃物综合利用的重要途径之一,当前农业资源利用的弦绷得越来越紧,切实推进农业生态环境保护与治理,可显著提升农林废弃物资源开发综合效益,迫切需要转变农业发展方式,促进农业可持续发展[27-29],符合农林生物质资源化、能源化高效综合利用理念,清洁供暖方面,生态环境的承载能力越来越接近极限,推进北方地区冬季清洁取暖等6个问题,中央财经领导小组第十四次会议上,习近平总书记强调,都是大事,关系广大人民群众生活,是重大的民生工程、民心工程。

热解技术应用推广具有先进性与可行性,此类技术建设项目投资与运行成本较低,热解工程生产清洁,运行安全、可靠,在物料有序输送、系统高效换热、燃气净化提质、副产物高效利用等关键技术环节取得重要进展,适合在广大农村地区推广使用,经过相关科研机构与企业多年攻关,已基本具备产业化应用技术装备条件,另外,操作简便。

3.2推广前景探讨

随着全国农村地区经济社会发展水平不断提高,新型农村社区和农业产业园区数据急剧增加,中国农村除类似“前南峪村”的传统自然村落占多数外,近年来。

遵循农林废弃物“因地制宜、就地利用”原则,在实践探索的基础上,提出了以生物质热解联产技术为纽带,适应新型农村社区和农业产业园区应用需求的具有广阔应用前景农林废弃物高效循环利用模式。

主要用于为新型农村社区提供炊事取暖清洁用能,生物质热解后分离出的液相产物包括木焦油与木醋液,生物炭包括秸秆炭与木质炭,木质炭混配成型后制作机制炭,为居民提供炊事热水用能,其中秸秆炭经复混加工后生产炭基肥就地利用,通过生物质型炭专用炉具为居民集中供暖,图4a为基于新型农村社区集中供气供暖的农林废弃物高效循环应用模式,木焦油全部回用燃烧为炭化和干燥系统提供热源,木醋液稀释后农用作为杀虫剂,热解气经净化分离后经管道入户。

其中秸秆炭经复混加工后生产炭基肥就地利用,主要用于为农业产业园区提供生产生活用能,高温热解气直接进入燃气锅炉生产蒸汽,生产的生物炭包括秸秆炭与木质炭,图4b为基于农业产业园区炭汽联产的农林废弃物高效循环应用模式,木质炭混配成型后制成的机制炭作为商品对外出售,蒸汽经供暖管道输送作为农产品加工用能。

4.结论

木质炭成型后用于供暖,秸秆炭用于还田,热解气用于居民炊事和热水,构建了农林废弃物能源化资源化高效循环利用应用模式,实现了农林废弃物的能源化资源化高值循环利用,热解油回用燃烧为系统加热,木醋液稀释后用作杀虫剂,1）以生物质热解炭气联产技术为纽带,结合村镇现实需求。

秸秆炭与人畜粪便复混,木质型炭和热解气可满足全村386户农民冬季取暖和全年炊事热水用能需求,原料收购采用生物炭兑换方式,2）前南峪热解联产示范工程年处理各类农林废弃物2 500 t,工程具有可持续运营能力和显著的社会环境效益,全部用于还田,生产生物炭700 t、热解气20余万m3。

本研究为热解联产技术的推广应用提供了基础支撑,在实践探索的基础上,提出适应传统自然村落、新型农村社区和农业产业园区的可持续、可复制、可推广的农林废弃物循环利用模式,3）结合乡村资源禀赋和现实需求,具有良好的适应性和广阔的应用前景。

（来源：微信公众号 ' 中生燃料 ' ID：zsranliao）。

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