在我國雙碳目標(biāo)要求緊迫的形勢下，在煤炭供應(yīng)緊張的情況下，可再生的秸稈成了替代煤炭燃料的一種新能源。針對北方農(nóng)村地區(qū)無霜期短、供暖期長、煤炭供應(yīng)緊張及價格偏高的實(shí)際情況，如何開展清潔取暖，實(shí)現(xiàn)區(qū)域采暖煤改秸稈示范，拉動生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)化和秸稈能源化利用工作，改善生態(tài)和生活環(huán)境。

2020年7月，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)總站、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)、黑龍江省農(nóng)村能源總站支持指導(dǎo)下，海倫市利民節(jié)能鍋爐制造有限公司在海倫市海北村進(jìn)行了秸稈捆包氣化解耦燃燒集中供暖項(xiàng)目試點(diǎn)工作。依托秸稈捆燒氣化解耦燃燒集中供暖技術(shù)，提升清潔取暖比重，即可有效解決農(nóng)村地區(qū)冬季取暖問題，也能解決大量秸稈利用難題，還能夠有效替代燃煤、緩解能源供應(yīng)短缺，環(huán)境污染問題也得到一定程度上的緩解。

海北村針對集中供暖鍋爐及其附屬設(shè)施、廠房場地等進(jìn)行全面改造，項(xiàng)目總投資約435萬。采用秸稈捆包氣化解耦燃燒技術(shù)（哈工大及海倫利民鍋爐兩項(xiàng)發(fā)明專利技術(shù)），新上一臺14MW捆包生物質(zhì)鍋爐，替代了10噸老式燃煤鍋爐，同時，增設(shè)秸稈生物質(zhì)收儲場地1處，改造秸稈上料系統(tǒng)，鍋爐運(yùn)行智能監(jiān)測，電機(jī)、風(fēng)機(jī)、除塵器等配套設(shè)施一套。項(xiàng)目實(shí)施后，全村及所在地鎮(zhèn)政府所有企事業(yè)單位、街面商服等納入集中清潔供暖，清潔采暖面積達(dá)到23.5萬平方米。其中戶用住宅采暖面積約為16.5萬平米，商服及其他公共設(shè)施采暖面積達(dá)近7萬平米。

一、技術(shù)要求

一是技術(shù)原理。秸稈捆包氣化解耦燃燒技術(shù)就是把整包秸稈(200kg左右)通過輸送帶分次直接入爐，秸稈整包進(jìn)入鍋爐后，進(jìn)行爐內(nèi)破包，該鍋爐把爐膛分為氣化室和燃燒室，秸稈在缺氧的條件下，氣化生成可燃?xì)夂桶虢惯M(jìn)入燃燒室燃燒，從而達(dá)到抑制氮氧化物(NOX)排放的目的。燃燒室的半焦物料和氣化氣，在燃燒室內(nèi)維持高溫燃燒，使燃料充分燃燼。

秸稈打捆直燃鍋爐清潔供熱

二是技術(shù)路線。生物質(zhì)燃料首先在氣化室底部料層進(jìn)行缺氧燃燒，缺氧燃燒提供的熱量完成氣化室生物質(zhì)燃料的熱解耦過程，之后，氣化室熱解產(chǎn)生的還原性氣體通過半焦層進(jìn)入主燃燒室，并在生物質(zhì)半焦層的催化作用下，使得還原性氣體CO、H2、CH4等與NOX經(jīng)過復(fù)雜的反應(yīng)，將NOX還原成無害的N2，配合分級燃燒，使得可燃?xì)怏w燃盡，提高燃燒效率。

三是指標(biāo)檢測。經(jīng)檢測，該鍋爐與傳統(tǒng)鍋爐相比，性能指標(biāo)優(yōu)異：（1）氮氧化物（NOX）排放減少40%~50%，排放濃度低于200mg/m3；（2）煙塵排放減少，配合布袋除塵，煙塵排放濃度低于30mg/m3；（3）林格曼黑度小于1；（4）煙塵和氮氧化物(NOX)及二氧化硫(SO2)排放達(dá)到國家《生物質(zhì)鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求；（5）鍋爐熱效率達(dá)到86%。

經(jīng)過示范運(yùn)行，改善了區(qū)域內(nèi)大氣環(huán)境，村民幸福指數(shù)提高了，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，環(huán)境、社會和經(jīng)濟(jì)效益顯著的提升。

二、經(jīng)濟(jì)性分析

從一個供熱期運(yùn)行情況看，按180天計(jì)算；該鍋爐每天約消耗84噸秸稈，一個供熱期消耗打包秸稈約15000噸，每噸秸稈250元，一個供熱期燃料費(fèi)用375萬，加之水（0.1元/平方米）、電（2.5元/平方米）、人工（15人×3000元/月）、設(shè)備折舊2萬等費(fèi)用約118.7萬，單位面積供暖成本為21元/平方米，秸稈捆包氣化解耦燃燒鍋爐集中供暖一個采暖季的運(yùn)行成本為493.7萬元。

秸稈捆包燃料倉儲

按原有燃煤鍋爐運(yùn)行成本計(jì)算，燃料價格為1200元/t，一個供熱期消耗煤炭約8225噸，燃料費(fèi)用為987萬元，加之水電、人工等費(fèi)用約118.7萬，單位面積供暖成本為47.1元/平方米，年供熱成本達(dá)1107.7萬元，相比燃煤鍋爐供暖，使用秸稈捆包氣化解耦燃燒鍋爐具有更好的經(jīng)濟(jì)性和市場競爭優(yōu)勢，運(yùn)行成本降低55.5%，節(jié)支金額共614萬元。

秸稈打捆直燃鍋爐與燃煤鍋爐運(yùn)行成本對比表

三、生態(tài)性分析

海倫市海北村秸稈捆燒氣化解耦燃燒集中供暖項(xiàng)目清潔能源使用率達(dá)到89%，一個采暖期利用秸稈1.5萬噸，替代約7500噸標(biāo)煤，相當(dāng)于減排二氧化碳1.87萬噸，二氧化硫77.7噸、氮氧化物16.8噸顆粒物1134噸，節(jié)能減排效果顯著。通過實(shí)施秸稈捆燒氣化解耦燃燒鍋爐集中供暖項(xiàng)目，燃燒效率高，污染物排放低。配合布袋除塵器，煙塵、SO2及NOx排放濃度自然達(dá)標(biāo)，配置脫硫、脫硝設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)超低排放，實(shí)現(xiàn)清潔供暖替代燃煤，消除了冬季供暖煙氣大量排放對區(qū)域內(nèi)大氣環(huán)境的影響。

秸稈打捆直燃鍋爐煙氣凈化后排放

同時，解決了剩余秸稈出路問題，一個采暖季可消耗區(qū)域內(nèi)秸稈1.5萬噸，占示范村秸稈總量約70%，徹底解決了農(nóng)村秸稈隨意堆放或露天焚燒對生態(tài)環(huán)境造成的影響，村鎮(zhèn)環(huán)境干凈整潔。同時，秸稈捆包供暖產(chǎn)生的灰渣，可作為土壤調(diào)理劑或肥料原料還田使用，年產(chǎn)生秸桿炭灰1480噸，可替代化肥43噸，減排CO2約300噸，有利于改善土壤環(huán)境，提升地力，促進(jìn)區(qū)域綠色循環(huán)農(nóng)業(yè)的構(gòu)建發(fā)展。

四、社會性分析

農(nóng)戶居民生活品質(zhì)得到提升，消費(fèi)節(jié)支效果顯著。通過對項(xiàng)目收益情況進(jìn)行了對比分析可以看出，熱用戶每平米供熱費(fèi)用由36.2元降至32元，減少了農(nóng)戶每年熱費(fèi)開支。農(nóng)戶普遍反映，采暖期供熱穩(wěn)定，供暖溫度保持在20℃以上，燃煤供暖煙氣顆粒物沉降影響周邊環(huán)境的現(xiàn)象得到有效解決，居民生活品質(zhì)得到進(jìn)一步提升。此外，極大促進(jìn)了秸稈綜合利用，帶動農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸、機(jī)械等相關(guān)行業(yè)發(fā)展。如村民戶均節(jié)省秸桿離田費(fèi)用2000余元，秸稈收儲運(yùn)經(jīng)營者一個秋季收入10余萬元，生物質(zhì)鍋爐制造廠家、供熱企業(yè)效益大幅增長，也為當(dāng)?shù)刎斦黾痈嗟氖杖耄瑤拥胤浇?jīng)濟(jì)發(fā)展的起到重要推動作用。

秸稈打捆直燃鍋爐智能控制系統(tǒng)

海倫市海北村應(yīng)用秸稈捆包氣化解耦燃燒技術(shù)集中供暖，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村地區(qū)清潔取暖，切實(shí)改善農(nóng)村人居環(huán)境和節(jié)能減排。在秸稈資源豐富、原料易獲得，秸稈打包、收儲運(yùn)較便捷的城郊鄉(xiāng)鎮(zhèn)或中心村開展區(qū)域性集中供熱的北方農(nóng)村地區(qū)具有廣泛的推廣應(yīng)用。目前已在黑龍江省、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古等省市農(nóng)村地區(qū)推廣應(yīng)用，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。