秸稈綜合利用的技術路徑及最新進展

農業(yè)生物質能是指以秸稈、畜禽糞污等農業(yè)廢棄物為主要原料轉化的生物質能，是促進農業(yè)廢棄物資源有效利用的重要途徑，既能解決農業(yè)廢棄物的環(huán)境污染問題、減少因焚燒或無序堆放排放溫室氣體，又能夠替代化石能源減排CO2、提升土壤固碳能力，是可再生、可持續(xù)的零碳或負碳的能源技術。秸稈作為能源使用的方式很多，可以轉化成型燃料、沼氣、熱解氣等，不同地域利用方式有所不同。

熱解炭氣聯(lián)產技術是秸稈在絕氧或低氧環(huán)境下被加熱升溫(500～600°C)，引起分子內部分解產生熱解氣和生物炭。在農業(yè)廢棄物生物質熱解炭氣聯(lián)產技術的最新研究中，中國農科院環(huán)發(fā)所將農業(yè)廢棄物與低品質煤共熱解，從共熱解各相產物分布、生物炭性能表征，以及共熱解過程中能量平衡、經濟效益、環(huán)境效益和社會效益等各個方面開展了綜合分析。結果表明，農膜的加入降低了共熱解反應活化能，提供了C、H元素，有效提升了熱解油的產率和品質，低品質煤的加入促進了中間產物與水蒸氣的重整反應，提升生物炭的產率和熱解氣品質。據(jù)測算，在河邊邢臺建設的示范工程，每年生產的生物炭和熱解氣可替代1100噸標準煤，減排1720噸CO2，具有較好的社會環(huán)境效益。研究結果為農業(yè)廢棄物清潔轉化、農村地區(qū)清潔供暖提供了有效的技術路徑。

除了生物質熱解炭氣聯(lián)產技術，秸稈捆燒也是秸稈較為常見的處理方式。在糧食收獲后，將田里松散的秸稈打成捆，在專門的生物質鍋爐中燃燒，通過高效換熱技術實現(xiàn)清潔供暖。近期，秸稈捆燒清潔供暖技術裝備研發(fā)也取得新進展，圍繞秸稈打捆、高效燃燒、污染物脫除等關鍵技術，通過搭建秸稈半氣化捆燒仿真平臺，研發(fā)出高效低排放燃燒技術，開發(fā)出秸稈捆燒清潔供暖鍋爐，建立了示范工程。據(jù)第三方檢測，鍋爐熱效率可達85%左右，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物分別在30mg/m3、10mg/m3、200 mg/m3以下，明顯優(yōu)于GB 13271-2014《鍋爐大氣污染物排放標準》。從提質增效情況來看，新的技術裝備降低了取暖成本。在遼寧鐵嶺秸稈捆燒供暖的取暖費約19.8元/m2，明顯低于煤炭(約25.2～28元/m2)，供暖成本降低20%～30%。此外，秸稈捆燒供暖技術的二氧化碳排放僅為煤炭供暖的1/10，為農村碳減排、碳中和做出了貢獻。

成型燃料技術是將松散的秸稈擠壓成不同形狀的燃料，有顆粒燃料、塊狀燃料、棒狀燃料三種。與松散的秸稈相比，具有體積小、密度大等特點，便于運輸和貯存。其燃燒效率高，又干凈，密度相當于中質煙煤，使用時火力持久，可以直接替代煤炭，進行發(fā)電、供熱、取暖、做飯，是一種清潔環(huán)保的能源。截至2019年底，我國秸稈成型燃料加工點共2360處，產品主要用于中小型鍋爐供熱、發(fā)電和村鎮(zhèn)炊事取暖用能等。

秸稈也可以通過微生物厭氧發(fā)酵產生沼氣，常見的有濕法發(fā)酵、干法發(fā)酵和干濕耦合發(fā)酵三種方式。產生的沼氣可以用于炊事，也可以通過沼氣熱水鍋爐生產熱水進行集中供暖，或通過壁掛爐分散供暖，還可以通過沼氣發(fā)電機發(fā)電。此外，沼氣還可以被提純?yōu)樯锾烊粴?，進入天然氣管網，用于居民供氣或者車用燃氣。2019年，以農業(yè)廢棄物為主要原料的沼氣工程10.265×104處，總池容2197.81×104 m3。

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