辽宁省秸秆打捆直燃集中供热工程综合效益分析

杨 宇

(辽宁省农业发展服务中心,辽宁 沈阳 110034)

秸秆打捆直燃集中供热技术是解决秸秆焚烧问题的主要抓手,将田间废弃的农作物秸秆,利用专用打捆机就地打捆,就近运输至秸秆打捆直燃集中供热锅炉燃烧,随收随用于村镇居民冬季集中供暖或工业用蒸汽,产生的灰分可用作肥料还田。具有消耗秸秆量大、建设运行成本低、容易推广、与秸秆收获期时间完全相符等特点,并是农村地区采暖唯一与煤成本相近的清洁能源技术,是就地就近消灭剩余秸秆的最佳选择。既能节省供暖成本,又能节省秸秆收储运和运输成本,增加农民收入,改善人居环境,又能优化用能结构,提高秸秆利用率,促进节能减排,一举多得,并取得显著的经济、社会及生态效益。

通过对秸秆打捆直燃集中供热锅炉与常规燃煤锅炉经济效益、生态效益及社会效益等方面进行分析比较,提出辽宁省秸秆打捆直燃集中供热工程的发展前景。

1 经济效益分析

经济效益主要从运行成本、减排收益及农民秸秆收益等方面进行分析。

1.1 运行成本

目前,辽宁省村镇冬季供暖主要以燃煤为主,以1 t 水锅炉为例,将燃煤锅炉与秸秆打捆直燃集中供暖锅炉使用燃料成本、设备投入成本等有关参数进行对比如表1 所示:

可以看出,1 t 水锅炉一次性设备投资秸秆打捆直燃集中供热锅炉要比燃煤锅炉价格稍高一些,安装费、折旧费、管网费、水电消耗成本等基本持平,但是燃料成本明显低于燃煤[1]。

以2 t 水锅炉为例,同样供暖1 万m2,供暖周期150 d,两种锅炉一次投资相近,燃煤锅炉比秸秆打捆直燃集中供热锅炉的运行费用高出近5 万元。

图1 秸秆打捆直燃锅炉与燃煤锅炉经济性比较(万元)

由上可知,秸秆打捆直燃集中供热锅炉在运行费用方面经济性优于燃煤锅炉。

1.2 减排收益

在生物质的再生利用过程中,排放的二氧化碳与生物质再生时吸收的二氧化碳可达到碳平衡,具有二氧化碳零排放的作用[2]。每2 t 秸秆的热值就相当于1 t 标准煤,每燃烧1 t 标准煤,二氧化碳释放量为2.62 t。因此,每燃烧2 t 秸秆相当于少燃烧1 t 标准煤,减排二氧化碳2.62 t。根据碳排放交易网可知,2019 年试点省市碳市场成交均价约为27.76 元/t。每t 秸秆打捆直燃集中供热锅炉为例,可带供热面积7 500 m2,按照每1 m2供暖消耗秸秆65～100 kg 计算(取决于秸秆含水量、锅炉热效率和供热方式),1 个供暖周期最少消耗秸秆487.5 t 秸秆[3],相当于减少燃煤243.75 t,减排二氧化碳638.63 t,碳交易可获利约17 728.23 元。2020 年底,辽宁省将启动运行沈阳市碳排放权交易市场,并计划将其建设成为东北区域交易中心。碳排放权交易是我国完成温室气体减排目标的手段之一。引入碳排放权交易,不仅可以通过国际认可的方式节能减排,提高中国在国际气候变化谈判的主动权和话语权,也可以促进以有效的方式实现承诺的温室气体减排目标。碳排放权交易是基于市场机制的减排手段,碳排放权交易政策和制度体系的进一步规范,能够以较低的成本实现减排目标,得到显著的减排收益。

分别对2 t 燃煤锅炉和2 t 秸秆打捆直燃集中供热锅炉的瞬时排放(表2)及每万t 燃煤达标排放与秸秆达标排放(表3)的烟尘、二氧化硫、氮氧化物及林格曼黑度等进行比较。

由表2 可知,秸秆燃烧时产生二氧化硫及氮氧化物的量较少(约为燃煤的1/3)。

表2 燃煤与秸秆燃料烟气排放对比

由表3 可知,每万t 燃煤达标排放与秸秆达标排放量相比较,秸秆燃烧所产生污染物排放量比燃煤少得多。

表3 1 万t 燃煤达标排放与1 万t 秸秆达标排放量对比

根据《中华人民共和国环境保护税法》(2018年修订)第二章第九条可知,每一排放口或者没有排放口的应税大气污染物,按照污染当量数从大到小排序,对前3 项污染物征收环境保护税。因此,秸秆打捆直燃集中供热锅炉的排放量远低于燃煤锅炉,需要缴纳的环境保护税也低。

综上所述,秸秆打捆直燃集中供热锅炉在减排收益方面经济性优于燃煤锅炉。

1.3 农民秸秆收益

近年来,辽宁省秸秆综合利用工作成效显著,秸秆收集价格一直保持在稳定水平。参考2019年辽东、辽南、辽北、辽西及辽中的秸秆收购价格,每t 秸秆农民获利约为92 元。根据上文分析,每t 秸秆打捆直燃集中供热锅炉每个供暖周期最少消耗秸秆487.5 t 秸秆,农民可获利44 850 元。

2 生态效益

秸秆燃料通过秸秆打捆直燃集中供热锅炉燃烧产生的排放物主要有烟尘及灰分等。秸秆燃烧时产生二氧化硫及氮氧化物的量较少,烟尘经专用除尘设备除尘后经专业机构检测,二氧化硫排放浓度4 mg/m3(国标值300 mg/m3),氮氧化物排放浓度118 mg/m3(国标值300 mg/m3),烟尘排放浓度29 mg/m3(国标值50 mg/m3),林格曼黑度小于1(国标值1),排放浓度也远低于国家标准。秸秆燃料硫、磷等元素含量甚低(0.1%左右),燃烧后对炉体和排烟系统腐蚀性小,锅炉寿命20 年以上;秸秆打捆直燃集中供热锅炉可即开即停,且无燃煤锅炉冒黑烟现象,清洁卫生、投料方便;燃烧后灰渣极少,极大地减少堆放煤渣的场地和所产生的二次污染等环境问题,降低了除渣费用;秸秆燃烧产生的灰分富含钾元素,为土壤提供外源钾养分,有利于作物生长。

秸秆属可再生生物质能源,而煤炭是不可再生的化石能源,长远效益不言而喻。

3 社会效益

近年来,在国家和省级出台的一系列政策支持下,秸秆的综合利用工作得到了长足发展,秸秆打捆直燃等能源化利用方式作为秸秆综合利用的重要途径之一,与生物转化和物理转化方法相比,它具备转化成本低、转化效率高、低污染和较好的原料适应性等优点,对于防治秸秆散烧,减少环境污染、节约化石能源等具有重要意义[4]。秸秆收获期与供暖期正好衔接,平时把秸秆打捆存于地头,随用随取,不占用大量堆场,可切实解决农村秸秆乱堆乱放造成的村屯环境脏乱差和安全隐患等问题。可广泛用于用热(居民供暖、粮食烘干、养殖供暖)、用蒸汽(造纸、杀菌)单位。秸秆锅炉替代燃煤锅炉,利用原有供暖管道,无需新增基本建设,与燃煤相比,达到同等供暖效果,价格比较便宜,是农村地区采暖唯一与煤成本相近的清洁能源技术,且是就近就地消灭剩余秸秆的最佳选择。

4 结论

秸秆打捆直燃集中供热锅炉的特点就是:燃料不挑、排放达标、价格不高、试点较好。目前,辽宁省秸秆综合利用率为85%,“五料化”利用除能源化利用,其他方式均趋于饱和,剩余15%大约428 万t 如何有效利用也是秸秆综合利用的难点,秸秆综合利用“最后一公里”的问题靠秸秆能源化利用解决是较好的现实选择。粗略测算,辽宁省共有854 个乡镇,假设每个乡镇公共供暖面积10 万m2,总供暖面积达到8 540 万m2,如所有乡镇锅炉均采用秸秆打捆直燃集中供热锅炉,大概需要8 540 台锅炉,年可利用秸秆512 万t,完全消耗掉剩余秸秆,具有广阔的发展前景。