摘要：某鄉村擁有豬糞、秸稈等大量生物質能，為降低該地區玻璃廠的能源成本及污染物排放量，提出建立生物質多聯供系統的改造方案。對改造前后生物質處理利用方式及玻璃廠用能方式進行探討，比較改造前后玻璃廠二氧化硫、溫室氣體排放量。生物質多聯供系統具有較高的環保、經濟效益，在農村地區具有可行性。

關鍵詞：生物質；  生物質多聯供；  節能減排

Feasibility Analysis of Application of Biomass Cogeneration System

Abstract: A village possesses a large number of pig manure，straw and other biomass. The reconstruction scheme of building a biomass cogeneration system is proposed to reduce the energy cost and emissions of pollutants of the glassworks in the area. The biomass treatments and use patterns and the energy consumption patterns of the glassworks before and after the reconstruction are discussed. The emissions of sulfur dioxide and greenhouse gases from the glassworks before and after the reconstruction are compared. The biomass cogeneration system is feasible in the rural area due to its high environmental and economic benefits.

Key words: biomass；biomass cogeneration system；energy saving and emission reduction

生物質利用過程中二氧化碳排放量等于生長過程中的吸收量，因此生物質是一種二氧化碳零排放的可再生資源。生物質的揮發分高，炭活性高，硫、氮和灰分含量少，在利用轉化過程中的硫化物、氮氧化物、粉塵排放量很低^[1]。我國學者對生物質能的利用方法進行了廣泛研究^[2-9]。

我國農村地區具有豐富的生物質能，如畜禽糞便、農作物秸稈等，若不加以利用，不僅造成環境污染，而且也是資源的巨大浪費。因此，將生物質能用于農村企業，對高污染農村企業能源系統進行改造，建立生物質多聯供系統，是改善農村環境的有效途徑^[10]。本文對生物質多聯供系統在農村地區應用的可行性進行分析。

1 工程概況

湘潭縣某玻璃廠生產能耗巨大，燃煤成本占年運營成本的25％，生產過程中排放大量S0₂、C0₂。經調研發現，湘潭縣被譽為“全國養豬第一縣”，該玻璃廠所在村莊建有130多口沼氣池，主要以當地的豬糞為原料，產生的沼氣除部分用于炊事外，其他均排至大氣。另外，由于豬糞產量巨大，在滿足沼氣池使用之外仍有過剩豬糞直排田間，在開放環境下產生甲烷、二氧化碳等。據初步估算，外排沼氣和過剩豬糞每年向環境排放的溫室氣體折合成二氧化碳約2 800 t/a。當地有國家級超級水稻大規模推廣基地，目前村民大多采用田間焚燒的方法處理秸稈，大量生物質能被浪費，排放大量二氧化硫及氮氧化物。

綜合分析當地的生物質資源情況與玻璃廠的用能特點，對高污染企業的能源系統進行改造，建立生物質多聯供系統。

2 改造方案及理論計算

①改造方案

改造前，生物質處理利用方式及玻璃廠用能方式見圖1。由圖1可知，改造前，一方面，大量秸稈以及過剩豬糞、沼氣被浪費；另一方面，玻璃廠卻在使用高污染的煤炭供能。調查顯示，玻璃廠采用煤氣發生爐制煤氣，用于生產玻璃，每日平均耗煤量為13 t/d。由于多采用高硫煤，且煙氣凈化設備工藝落后，煙氣中二氧化硫質量濃度超過5 000 mg/m³，是典型的高污染企業。然而該玻璃廠解決了當地逾100人的就業問題，對當地的經濟建設和解決農村剩余勞動力有很重要的作用。

為降低玻璃廠污染物排放量，降低能源成本，結合當地生物質資源條件，擬將生物質能作為玻璃廠能源，構建生物質多聯供系統(見圖2)。在玻璃廠原有的生產設備基礎上，修建大型沼氣池、生物質熱解氣化站、儲氣罐等設施。以豬糞作為制沼氣原料，秸稈作為制熱解氣原料，產生的混合氣(沼氣與熱解氣的混合氣)作為玻璃廠的燃料。沼渣、含碳灰渣可作為制肥原料。

②理論計算

a.沼氣與熱解氣需求量

沼氣、熱解氣中各組分的體積分數見表1、2。熔化單位質量玻璃耗熱量為2 000 MJ/t，玻璃廠每日熔化玻璃質量約20 t/d。沼氣與熱解氣按l:1的體積比例混合，混合氣低熱值為l5 MJ/m³，燃氣玻璃池窯生產系統的熱效率取80％。由此可計算得每日混合氣需求量為3 333 m³/d，則沼氣與熱解氣的需求量分別為1 666.5 m³/d。經核算，每日需處理豬糞35 t/d，需處理秸稈5.2 t/d。

b.煙氣二氧化硫含量

根據表1數據可計算得l m³沼氣燃燒所需空氣量為5.21 m³，產生的煙氣量為6.53 m³。根據表2數據可計算得l m³熱解氣燃燒所需空氣量為4.56 m³，產生的煙氣量為4.96 m³。由于沼氣與熱解氣按1：1的比例混合，可計算得l m³混合氣燃燒產生的煙氣量為5.75 m³。H₂S的密度為l.54 kg/m³，可得到l m³混合氣燃燒產生的SO₂質量為3 623.66 mg，則l m³混合氣燃燒后生成的煙氣中SO₂的質量濃度為630.2 mg/m³。

c.溫室氣體排放量

由于生物質利用過程中二氧化碳排放量等于生長過程中的吸收量，因此生物質利用過程中二氧化碳排放量為零。改造前，玻璃廠以煤炭為原料制取煤氣，煤樣的工業分析與元素分析結果見表3。低位發熱量為20.9 MJ/kg。根據已知數據，經計算得二氧化碳年排放量為13 355 t/a。

3效益分析

①環保效益分析

改造前后玻璃廠排放煙氣中SO₂質量濃度及CO₂年排放量比較見表4。由表4可知，改造后玻璃廠排放煙氣中的SO₂質量濃度明顯降低，溫室氣體CO₂排放量為零。改造后，過剩豬糞及秸稈得到了合理利用，豬糞污水化學需氧量(COD)將明顯降低，秸稈的田間焚燒將明顯減少。因此，改造后的生物質多聯供系統帶來巨大的環保效益。

②經濟效益分析

根據項目改造需要，在玻璃廠原有生產設備基礎上，需要修建沼氣池、熱解氣化站、儲氣罐等設施，應列入建設成本。由于該項目符合國家政策中著力進行綠色能源縣以及新農村建設的思路，可得到發改委以及農業部門的財政補貼。結合企業自籌資金，項目改造具有充分的經濟保證。項目建設成本、項目補貼資金明細見表5，項目實施前后玻璃廠業績對比見表6。項目實施前的人員數量為100人，實施后新增崗位30個。

由表5、6數據可知，項目建設成本為330×10⁴元，發改委及農業部門的補貼資金為l70×10⁴元，企業實際投資金額為160×10⁴元。項目實施前，玻璃廠年利潤為83×10⁴元/a；項目實施后，玻璃廠年利潤為156×10⁴元/a。經計算可得，靜態差額投資回收期為2.2年。

4 結論

①生物質多聯供系統實現了豬糞和秸稈等生物質能的有效利用，不僅為農民增加了收入，又解決了豬糞直排、秸稈田間焚燒造成的環境污染問題，有效控制了玻璃廠的污染物排放量，具有較高的環保、經濟效益。

②生物質多聯供系統的應用，應綜合考慮當地生物質資源的實際情況及企業用能方式，建立適應當地實際情況的生物質多聯供系統。

③隨著生物質氣化中焦油轉化方法的進一步研究，焦油的利用會帶來更多的經濟效益。

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本文作者：李攀 王賢華 陳應泉 楊海平 陳漢平

作者單位：華中科技大學煤燃燒國家重點實驗室