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具有自動送料功能的秸稈壓塊燃料戶用采暖裝備

具有自動送料功能的秸稈壓塊燃料戶用采暖裝備一、項目簡介在教育部科學技術研究重點項目和河北省科技支撐計劃項目的資助下，河北工業(yè)大學能源與環(huán)境工程學院（暨天津市建筑供能技術工程中心）基于對北方農(nóng)作物秸稈燃料燃燒特性的研究，開發(fā)了具有自動送料功能的秸稈壓塊燃料戶用采暖裝備。農(nóng)作物秸稈的燃燒特性與燃煤顯著不同，秸稈燃料的揮發(fā)分含量高達70%，固定碳含量僅有15%左右，灰分含量低于10%。秸稈燃燒放熱集中于揮發(fā)分的氣相燃燒過程，而燃煤以固定碳固相燃燒放熱為主，因此，套用燃煤爐結(jié)構（尤其是配風方面）來設計秸稈壓塊采暖爐是不可行的。秸稈燃料灰熔點低、富含鈉鉀等堿金屬化合物，采用常規(guī)層燃方式易于造成燃料層板結(jié)、受熱面結(jié)渣和堿金屬腐蝕，并導致燃燒效率和熱效率降低。煤塊的燃燒周期長達2小時，而秸稈壓塊的燃燒周期僅有25分鐘，人工添加燃料勢必造成爐內(nèi)燃燒工況波動和污染物排放提高。秸稈燃料低溫、缺氧情況下將產(chǎn)生大量焦油，夜間封火將形成焦油污染，并將因煙氣中的水蒸氣冷凝而形成污水二次污染。本項目所涉及的秸稈壓塊燃料戶用采暖裝備匹配了自動送料裝置，內(nèi)置“日間供熱”和“夜間供熱”兩種模式，可實現(xiàn)12小時無人值守，不僅提高了燃燒穩(wěn)定性、燃燒效率和熱效率，同時徹底擺脫了夜間封火工藝，可有效保證用戶的夜間室內(nèi)溫度，舒適度大大提高，勞動強度顯著降低。二、項目技術成熟程度具有自動送料功能的秸稈壓塊燃料戶用采暖裝備在技術上已經(jīng)完全成熟，目前已在遵化和張家口分別完成了熱負荷10kW（供熱面積80-100m2）和15kW（供熱面積150-200m2）采暖裝備的示范運行工作，其各項污染物排放指標均滿足《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271-2013）的要求，燃盡灰可直接作為生物肥料還田。戶用采暖裝備示范樣機照片見下文圖1。三、技術指標（包括鑒定、知識產(chǎn)權專利、獲獎等情況）本項目所涉及的采暖裝備已獲得國家發(fā)明專利授權1項，另有1項發(fā)明專利正處于審查過程中。秸稈壓塊燃料戶用采暖裝備示范樣機監(jiān)測結(jié)果顯示，其各項污染物排放指標均滿足《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271-2013）的要求，其熱效率達到80%以上。四、市場前景（應用領域、市場分析等）應用領域：具有自動送料功能的秸稈壓塊燃料戶用采暖裝備主要適用于北方農(nóng)村地區(qū)農(nóng)村住房的冬季供暖過程，同時可用于城郊別墅冬季供暖、蔬菜種植大棚的供熱、以及養(yǎng)殖建筑的冬季供熱。市場分析：2013年，京津冀地區(qū)農(nóng)民生活生產(chǎn)燃煤消耗高達4224萬噸/年，占到社會總煤耗量的11%，而農(nóng)村地區(qū)燃煤的污染物排放卻占環(huán)境統(tǒng)計煙塵排放總量的23.2%、二氧化硫排放總量的15.2%，氮氧化物排放總量的4.4%。上述統(tǒng)計數(shù)據(jù)說明，燃燒等量的煤炭，農(nóng)村用能過程較工業(yè)燃燒過程對環(huán)境污染的貢獻率更大。2014年，北京可持續(xù)發(fā)展促進會針對京津冀農(nóng)村地區(qū)7795個農(nóng)戶的生活用能情況進行了調(diào)查，農(nóng)民的用能以“散煤+電+液化石油氣”方式為主，戶平均生活能耗折合2.5-3噸標準煤/年，其中，冬季燃煤采暖用能所占比例高于60%、生活用電能耗約占20%、炊事用能約占15%（以秸稈等生物質(zhì)能和液化石油氣為主）；并且農(nóng)戶生活用能的85-90%為商品能源，戶均能源購置成本3500元/年。上述調(diào)查結(jié)果說明，污染物排放嚴重的燃煤燃燒在農(nóng)村用能過程中占據(jù)著主導地位，而農(nóng)村地區(qū)豐富的生物質(zhì)能并未得到有效利用。近十年來，我國在生物質(zhì)能的規(guī)模化利用（秸稈直燃發(fā)電、生物制油制乙醇、秸稈集中氣化等）領域，完成了各種類型的示范工程建設。但值得注意的是，由于秸稈收集半徑過大、燃料運輸成本過高等原因，已建成的數(shù)十座秸稈直燃電站并沒有徹底改變農(nóng)村地區(qū)秸稈田間焚燒或廢棄的現(xiàn)狀。目前，農(nóng)村地區(qū)均使用技術水平較低的、未配備除塵脫硫裝置的燃煤采暖爐散燒劣質(zhì)原煤，從技術角度而言，市場上現(xiàn)有的戶用燃煤采暖爐根本無法克服周期性的人工添加燃料和夜間封火工藝所造成的燃燒不穩(wěn)定和燃燒不完全現(xiàn)象，而上述周期性燃燒和不完全燃燒，是造成農(nóng)村地區(qū)燃燒污染物排放嚴重超標的主要原因。2014年，京津冀三地針對農(nóng)村地區(qū)冬季采暖燃煤排放問題相繼出臺“推廣民用無煙煤爐具”、“控制散燒劣質(zhì)原煤，強制燃用無煙煤或型煤”、“推廣秸稈壓塊民用采暖爐”等政策，并計劃在2017年之前投入數(shù)千萬元用于補貼農(nóng)戶購置無煙煤爐具或秸稈壓塊采暖爐。但這不過是一時權宜之策，目前市場上銷售的無煙煤爐具和秸稈壓塊采暖爐，均因缺乏專業(yè)設計而無法克服人工加料和夜間封火所造成的燃燒不穩(wěn)定和燃燒不完全現(xiàn)象，不能從根本上控制燃燒污染物的超標排放；尤其是秸稈壓塊采暖爐，封火期間的低溫燃燒過程將產(chǎn)生大量的碳煙、焦油和冷凝水，室內(nèi)空氣污染異常嚴重，影響用戶的身體健康。河北省年產(chǎn)秸稈6200萬噸（全國年產(chǎn)秸稈7億噸，天津市230萬噸），其中能源化利用的僅有74萬噸，直接還田和廢棄的秸稈折合標準煤2300萬噸。但是由于缺少專用的燃燒設備，導致大量秸稈于田間焚燒，能源浪費和大氣污染嚴重。因此，在農(nóng)村地區(qū)推廣以秸稈燃料取代燃煤采暖具有可行性，而技術先進的秸稈壓塊燃料戶用采暖裝備在農(nóng)村地區(qū)具有廣闊的應用前景，其需求量巨大。五、規(guī)模與投資需求（資金需求、場地規(guī)模、人員等需求）北方農(nóng)村地區(qū)冬季供熱多采用燃煤采暖爐+土暖氣模式，是一種分布式供能系統(tǒng)。由于燃煤采暖爐的技術水平較低，熱效率僅有65%左右，故導致其燃料消耗量較高；并且，常規(guī)燃煤采暖爐在夜間必須封火，低溫、缺氧燃燒不僅降低了室內(nèi)溫度，同時也顯著提高了燃燒污染物排放量，并且煤氣中毒的可能性增大。目前，農(nóng)村地區(qū)100m2供熱面積年消耗燃煤3-5噸，燃煤購置成本3000-5000元/采暖期。利用農(nóng)村廢棄的農(nóng)作物秸稈、樹枝等加工而成秸稈壓塊燃料取代燃煤用于冬季采暖過程，是符合國家中長期發(fā)展戰(zhàn)略和京津冀地方政府農(nóng)村政策的。值得注意的是，秸稈和秸稈壓塊屬于地方燃料，收集和運輸半徑過大勢必提高其燃料成本，因此，建議采用“就地生產(chǎn)、就近利用”的模式，來推廣秸稈壓塊采暖裝備和秸稈壓塊燃料。企業(yè)需要以能源供應商的身份介入秸稈壓塊采暖裝備和秸稈壓塊燃料生產(chǎn)銷售過程，以“分戶采暖/集中監(jiān)控”的商業(yè)模式運行；需要在農(nóng)村地區(qū)建設輻射半徑10公里（1000-2000家左右的用戶）的中心服務站，一方面負責秸稈收集以及壓塊燃料的生成、銷售工作，另一方面負責燃燒裝備的生成、銷售工作，同時還要負責燃燒裝備的運行監(jiān)控、維護及維修服務工作。以服務1000家農(nóng)戶（預計秸稈壓塊燃料總消耗量5000噸/采暖期）的中心站建設為例，其投資規(guī)模為150萬元左右，場地規(guī)模3000m2左右，人員10-13人（其中專業(yè)技術人員和管理人員3-4人，裝備生產(chǎn)加工人員3-4人，燃料加工人員4-5人）。投資預算包括：秸稈壓塊裝備購置成本25萬元（2臺套）；燃燒裝備加工設備購置成本15萬元（年生產(chǎn)能力2000臺套）；土地購置成本20萬，廠房和燃料倉庫建設成本30萬元、露天儲料場建設成本5萬元；控制終端設備購置成本10萬元；人員工資成本30-40萬元/年。等等。六、生產(chǎn)設備秸稈壓塊燃料生產(chǎn)需要購置秸稈壓塊機，生產(chǎn)能力1-1.5噸/小時的秸稈壓塊機械，目前市場售價12萬左右。采暖裝備加工需要卷板機、電焊機、磨具等基本機械加工設備。七、效益分析下文將從用戶和能源供應商兩方面進行效益分析。1、秸稈壓塊、燃煤和燃氣采暖的經(jīng)濟性分析以采暖面積200平米的民居為例，采暖熱指標取70W/m2，若選用NK15.0-IY型戶用采暖裝備，售價以4000元/臺計算；秸稈壓塊發(fā)熱量3500-3700kcal/kg，市場售價450-550元/噸。初投資（不包括室內(nèi)管網(wǎng)）和運行成本見下表：采用秸稈壓塊采暖裝備進行冬季采暖，其初期投資為4210元，運行成本包括秸稈壓塊購置4140-5160元、自動送料裝置和循環(huán)水泵電耗180元，折合采暖費用為22-26.5元/平米。若農(nóng)戶自產(chǎn)5噸秸稈，則采暖成本可降低至15元/平米以下。同樣供熱面積的燃煤采暖爐市場售價1500-2000元/臺，其熱效率約為65%；燃煤發(fā)熱量5600kcal/kg，目前市場售價650-800元/噸左右。初投資（不包括室內(nèi)管網(wǎng)）和運行成本見下表：采用燃煤爐具進行冬季采暖，其初期初投資為1710-2210元，較秸稈壓塊采暖裝備初投資低2000元左右，考慮國家補貼的1500元后，兩者相差500元左右。其運行成本包括燃煤購置費用4916-6050元，循環(huán)泵電耗50元，折合采暖費用為24.8-30.5元/平米，較秸稈壓塊全部購置采暖成本高10%左右。但是，采用秸稈壓塊采暖裝備的勞動強度更低、室內(nèi)舒適度（尤其是夜間）更高，灰渣處理量更少，環(huán)保效益更為顯著。同樣供熱面積的燃氣壁掛爐市場售價8500-15000元/臺，可同時解決采暖和熱水供應問題；單戶燃氣壁掛爐采暖有很大的調(diào)節(jié)靈活性，使用完全獨立，采暖溫度以自主調(diào)節(jié)，采暖時間可自行控制。天然氣價格按3元/立方米計算，其運行成本見下表：燃氣壁掛爐采暖的初期投資為8500-15000元，其運行成本包括燃氣費用9504元，折合采暖費用為47.5元/平米；盡管燃氣壁掛爐采暖系統(tǒng)兼具熱水供應功能，但如此高的投資成本和運行成本，是普通農(nóng)戶難以接受的。綜上所述，對于農(nóng)戶而言，使用秸稈壓塊采暖裝備進行冬季采暖，具有良好的經(jīng)濟性；同時可以降低商品能源的使用，可提高戶用供能自給程度到60%以上。2、能源供應商的投資效益本項目推廣實施過程中，企業(yè)將以能源供應商和服務商角色介入，負責建立輻射半徑5-10公里（用戶1000家左右，秸稈壓塊消耗量5000噸/采暖期）的區(qū)域中心工作站（投資規(guī)模150萬元左右），負責采暖裝備的生產(chǎn)、銷售、日常維護和年度檢修，負責秸稈收集、運輸以及壓塊燃料生產(chǎn)、銷售和運輸，負責區(qū)域供熱系統(tǒng)的集中監(jiān)控和運行保障。而農(nóng)民用戶則負責秸稈生產(chǎn)、采暖裝備上料（12小時一次）和供熱模式切換、以及室內(nèi)暖氣系統(tǒng)日常調(diào)節(jié)。在這種商業(yè)運作模式下，能源價格將主要由秸稈原料價格（150元/噸）、秸稈壓塊成型成本（150元/噸）、秸稈和壓塊燃料收集運輸成本（50元/噸）、服務成本（50元/噸）和利潤（100-150元/噸）等組成。企業(yè)每年可通過秸稈壓塊燃料銷售獲得利潤50-75萬。采暖裝備的生產(chǎn)與銷售也是企業(yè)利潤的來源之一，單臺采暖裝備的生產(chǎn)成本可控制在3000元以下，若銷售價格為3400-3500元的話，以年銷售1000臺計算，企業(yè)每年可通過采暖裝備銷售獲得利潤40-50萬。目前各級政府對于大規(guī)模利用秸稈燃料進行了補貼，在利用規(guī)模高于5000噸/年情況下，國家財政補貼一般為150元/噸，因此，企業(yè)每年可獲得的財政補貼為75萬。值得注意的是，企業(yè)只有以能源供應商角色介入，方可達到如此大的銷售和利用規(guī)模，而以單個農(nóng)戶每年消耗幾噸秸稈燃料的模式運作，是無法獲得國家補貼的。綜上所述，依托本技術建立一個中心服務站每年可獲得的利潤為90-125萬，可獲得的國家補貼為75萬，一年即可收回投資。因此，對于企業(yè)而言，本項目具有良好的經(jīng)濟效益。八、合作方式專利轉(zhuǎn)讓、技術入股均可，面議。九、項目具體聯(lián)系人及聯(lián)系方式（包括電子郵箱）聯(lián)系人：劉聯(lián)勝電話：13802036623Email: [email protected]

河北工業(yè)大學 2021-04-11

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