關鍵詞：玉米秸稈；發電；秸稈收集場；收儲站；經濟分析
0、引言
在國家鼓勵開發生物質能發電優惠政策的引導下，秸稈直燃發電已成為新的投資熱點，許多利用生物質秸稈直燃發電的工程已在全國各地陸續開始建設，利用的秸稈包括玉米、小麥、棉花、大豆、水稻等多種農作物秸稈。按設計利用的秸稈燃料種類分為灰色秸稈（棉花稈、大豆稈）和黃色秸稈（玉米稈、小麥稈、水稻稈）；按照設計燃燒方式，可分為秸稈粉碎后燃燒和不粉碎燃燒2種。
在多種秸稈燃料中，玉米秸稈的單棵質量最大，單位面積產量最高，收集相對容易，應為開發的重點。
發電生產是連續化的生產，保證燃料的穩定供應是連續化生產的前提，秸稈發電也是一樣，連續、可靠、穩定的秸稈燃料供應是秸稈發電廠穩定運行的最重要基礎條件之一。
從種植結構上看，我國東北地區主要農作物是玉米，基本都是一年一熟，而且隨著玉米深加工的不斷發展和產業鏈的延長，玉米的市場價格呈上升趨勢，玉米的種植效益越來越高。而種植效益的提高，會進一步促進農民種植玉米的積極性。據此，可以預測：東北地區未來5～10年內，玉米的種植面積必然呈現穩中有升的局面，可保障秸稈的穩定供應。
據統計，東北三省玉米種植面積近700萬hm2，玉米秸稈的年產量約5000萬t，只要能利用其中20%，就可以建設50 MW(2×25 MW)裝機容量的玉米秸稈燃料發電廠30多個，可轉化發電100多億kW h，節約煤炭資源400多萬t。
另外，東北地區的土地資源和關內相比較為寬松，秸稈的存放地解決起來相對容易，這給秸稈的收集提供了較充裕的時間，有利于連續穩定的收集，對于保證電廠的穩定運行意義重大，對于減少大量秸稈燃料的保管開支更具特殊意義。
要開發利用好東北地區的玉米秸稈資源，投資量是巨大的。因此，搞好項目建設的具體研究，找出玉米秸稈燃料發電的高效秸稈燃料供應方法，尤其顯得重要。
目前，東北地區設計建設的玉米秸稈發電廠所采用的汽輪機和發電機屬常規設備，不同之處在于鍋爐和其燃料供應系統。鍋爐基本上都是采用丹麥BWE公司設計的玉米秸稈燃燒鍋爐。其設計的燃料供料系統工作過程為：在儲料棚內用抓斗起重機將已制備的玉米秸稈包放到膠帶運輸機上，通過分配帶分配給鏈條輸送機，再送至解包破碎機和螺旋給料機供給鍋爐燃燒，該技術是成熟的。
困難之處是玉米秸稈的收集、打包制備、儲存、保管和運輸，目前國內正處于探索階段，尚未找到有效的解決途徑。通過對東北地區玉米秸稈的產出、特性、存量、保存方法以及道路、運輸工具等情況的調查研究，結合現己設計完成的玉米秸稈電廠對玉米秸稈供應的要求，提出了對于玉米秸稈的收集、打包制備、儲存、保管和運輸的一些初步設想，供有關人士參考，期望能夠通過大家的共同努力，找到一條適合我國國情、經濟適用的解決玉米秸稈發電廠燃料供應問題的有效途徑。
1、秸稈收集場的設置
1.1大型秸稈收集場
目前關于秸稈收集場的設置，許多人認為應該在電廠附近（幾十到幾百米范圍內）建設一處集中的大型收集場，占地15~20hm2。理由是便于集中管理，可以使用大型機械作業，能降低秸稈原料的保管和短途運輸成本，根據造紙原料的收購經驗，還可以保證收購原料的質量，對于裝機24 MW以下（小型或更小）的電廠應該是適用的。
1.2大型秸稈收集場的缺陷
對于裝機50 MW以上的秸稈發電廠來說，大型收集場存在5個問題。
(1)秸稈進場壓力大。單臺25 MW機組配用的130 t/h鍋爐每天燃用的秸稈量約500t（計算量），考慮到收購期和電廠的存量要求，收購量平均要達到1000 t/d以上。而且，散稈運輸使用大型車輛的可能性極小（由于載重量及裝卸的原因），一般只能使用小四輪，載重量約為2t，也就是說收集場的進車量每天要達到500多臺，平均每小時要達到50多臺（按每天10h有效工作時間計算。實際達不到，因為北方冬季天短夜長，實際有效時間只能達到6h），考慮不均衡系數，估計高峰時進場車輛要達到每小時近100臺(2臺鍋爐時加倍)，而且要延續幾個月的時間，這樣大的交通流量是任何縣城道路都難以承受的，勢必出現交售難的情況。從經濟方面考慮，秸稈燃料的收購價每噸不超過100元，每交售1車(2t)秸稈燃料，純利潤約20元，如果交售困難，勢必影響交售者的積極性，進而導致收購數量難以保證。
(2)小四輪不適合較遠距離運輸。小四輪裝載的秸稈體積大，不符合公路交通法規定，在鄉村路上通行還可以，大量小四輪上公路行駛是否可行需要綜合分析研究，因地而宜。
(3)保管困難。由于秸稈含水率直接影響其燃燒發熱量，其影響程度是很大的，對于發電成本的影響是不可忽視的。大量散稈漏天存放，最難控制的就是水分，其次還有發霉、發熱問題，如果建設儲料棚，即使是按三分之一或四分之一的儲存量考慮，投資也是一個不小的數目，需要進行綜合評價。
(4)安全問題。電廠和儲料場安全，是一個不可忽視的問題。
(5)用地問題。建設一個50MW的秸稈燃料電廠就已經需要土地10hm2，建設集中收集場還需要土地15～20hm2，兩者加起來就是25～30hm2，面積太大，征地的難度相當大。
1.3小型收儲站建設的前期分析
基于對上述問題的考慮，結合已設計出臺的玉米秸稈燃料電廠的上料方式，筆者認為建設多處小型收儲站可以分散集中收儲秸稈燃料的風險。
1. 3.1 小型收儲站可行性分析
在電廠周圍半徑25~35 km范圍內建設多處小型收儲站，負責收集散秸稈、加工打包和儲存，土地使用化整為零，每處收儲站占地2hm2，征地相對容易，但是，增加了二次運輸成本。如果在收儲站里把秸稈打成包，從收儲站到電廠運輸已打包成型的秸稈包，裝卸和運輸就可以使用專用機械，能夠把費用降低很多。例如使用6.5 m的板車，按現己設計確定的秸稈包尺寸（1.5mx1.3 mx1.2m，質量500kg）計算，每車次可運輸16包，即8t，如再加掛同樣載量的拖車，則每車次就可以運16t。裝機50 MW的電廠每天的進廠車輛就可以減到60多輛，這是可以接受的。在電廠里設計建造儲料棚，內設橋式天吊（供卸車使用），每次可吊卸8包（或4包），由于是在棚內作業，照明條件可以保證，卸車不受氣候和時間限制。因此，電廠也不必儲備大量的燃料庫存，只要有4d以上的燃料庫存（單臺機、爐2000t以上）就可以保證電廠連續運轉。
1.3.2收儲站的建設
(1)收儲站的選址。站址應處于區域玉米種植中心，場地平整、靠近公路、水電方便、面積合適、與村屯有一定的安全距離以及合理的站址標高。同時，用地要符合國家土地政策。
(2)收儲站的基本建設。依前所述，可以確定收儲站的功能：收儲電廠需用的部分秸稈燃料，并向電廠送出合格的玉米秸稈燃料包。規模和數量應根據具體情況確定。
每個收儲站的庫存量與收儲站的個數和玉米秸稈的收購期有關，收儲站越多、收購期越長，單個收儲站的庫存量就可以越少，但最低總庫存量應保證電廠的連續運行。
(3)收儲站秸稈的處理方式。收儲站存散稈還是存成品包，秸稈打包工序是放在收儲站內統一進行還是分散給廣大農民去做，是目前爭論的焦點之一。
這個爭論涉及到打包機的設計問題。由于目前國內尚未有按電廠要求尺寸設計的大型玉米秸稈打包機，許多人建議設計制造小型輕便的打包機，農民能夠使用該打包機在田里直接把玉米秸稈打成包（每包100 kg），電廠委托經紀人去田邊收購，直接送電廠。這樣做需要重新設計電廠鍋爐的進料系統，研究這種形式的收購、運輸以及成本。但主要問題還是集中收集場的前述問題沒有解決。
筆者認為，分散打小包存在許多問題：主要是水分難以控制，秸稈燃料含水率與發熱量的關系前己敘及，含水率高的秸稈包還易出現發熱、發霉的情況，晾曬困難，給保管增加了難度；摻雜使假更是難以預防，造紙廠原料收購的經驗已經指出了這個問題的嚴重性；在田邊打大包（每包500 kg），質量大，裝卸、搬運困難，外形尺寸也難以統一，會給下道工序的機械化作業帶來很大的難度；打成的包如不能及時收購保管，風吹雨淋，發生損失的責任由誰負責，界限不好明確。
因此，收儲站應設計為收散稈、站內統一打包、成包后儲存保管的形式。秸稈包的保管相對散稈要容易一些，電廠調用起來也方便。只有這樣，收儲站才能起到電廠分庫的作用。
明確了收儲站的任務，下一步的工作就是設計一個簡單適用的玉米秸稈標準收儲站，具體每個收儲站的建設均以標準站為藍本，結合具體地理位置稍加修改即可。
2、收儲站各項參數的確定（標準收儲站）
2.1秸稈收購量的確定
50 MW秸稈發電廠設計年秸稈消耗量為30萬t（2機2爐），從收儲站的建設投資和管理方面考慮，分散設計10處收購站為宜，每處收購量為3萬t／年。因此，標準收儲站的秸稈收購量應確定為每年3萬t較為合適。按東北地區的天氣、玉米種植和秸稈保存情況，秸稈的收購期每年約為180 d，這樣，每處收儲站每天的收購量為170 t，散稈運輸使用裝卸方便的小四輪(平均載重2t)，每處收儲站每天的進車量為85輛次，按最不利的冬季(有效時間6 h/d)考慮，平均每小時進車14.3輛，也是可以接受的。每個收儲站平均覆蓋3萬多hm2土地，按70%種植玉米，20%的秸稈收購率計算，基本可以滿足每年3萬t收購量要求；運輸半徑不超過10 km，符合農用小四輪的運輸條件。
2.2秸稈包存儲量的確定
標準收儲站秸稈包的存儲量與秸稈收購的連續性有關，在均衡收購的情況下，50 MW電廠的合計秸稈燃料存量應為60d的消耗量，即6萬t，考慮保險系數和不均衡系數，庫存量應達到7～8萬t，即每個收儲站庫存7 000~8000t，按庫存1t/m2計算，占地超過1hm2。
2.3打包加工能力的確定
標準收儲站的打包加工能力應在收購量的基礎上考慮富裕系數，可確定為每天200t。這樣就要求設計制造快速打包機，每臺每天的打包量以100包（500kg×100包=50t，每天工作10h）為好，即要求每5 min打1包(1.5m×1.3m×1.2m，質量500kg)，每個站設置4臺就可以滿足要求，希望設計、制造單位參考此數據設計制造打包機。
2.4 收儲站散稈存量的確定
東北農村玉米的種植時間一般為5月中上旬，收獲時間為10月上旬。秸稈剛收獲時含水率較高，需要晾曬一個月左右才能達到電廠收購條件。
農民在收獲后，一般會將玉米秸稈收集起來，碼放到地頭。農村的地頭基本上都有林帶，樹也比較高，地頭一般有12~15 m的樹影地，不計算在土地承包范圍內，農民都把玉米秸稈碼放在樹下，用時再用車拉回家，這樣不影響來年種地。由于碼垛時中間凸起，所以漏雨很少，而且有利于晾干。
多年以來玉米秸稈一直是東北農村做飯和冬季取暖的主要燃料，隨著農民生活水平的提高，目前農村做飯已開始向用電為主過渡，秸稈余量隨之增加。
由于近年來玉米種植面積增加很大且農村薪柴用量減少，秸稈大量富余，很多地方秸稈存量很大，偏遠處的秸稈農民已不去收集，就在地里燒掉，污染了環境，浪費了能源。
由于秸稈打包前散稈的含水率決定成包后秸稈燃料包的質量，所以必須對收購散稈的含水率進行控制。一是必須收購含水率合格的秸稈；二是要保管好己收的秸稈。收購的散秸稈存量越大，保管起來就越困難，下雨（雪）時無法遮苫，弄濕后很難晾（曬）干。因此，收儲站的散稈存量應在滿足加工生產的前提下，越少越好，一般有2～3d的加工存量即可，即400~450t。即使這樣，數量也很大，需占地4000m2。未收購的散稈仍由農戶按當地的習慣保管，只要收購站調度好散稈收購經紀人，就可以保證連續收購到合格的散稈。
2.5機械設備的選用
(1)站內散稈搬運設備。由于每天進站的散稈量達170t以上，搬運必須使用專用機械，可選用YC(Z)1200型松泡原料抓運機，見圖1，產品性能見表2。
每個收儲站采購一臺，用于散稈搬運。
(2)卸包、碼垛機械。收儲站卸包、碼垛機械可選用國產2t內燃叉車（舉高4m）；每站配置4臺。
(3)秸稈包裝車。秸稈包裝車可選用如圖2所示機械，每站配置1臺。
2.6收儲站的秸稈包存儲
收儲站的秸稈包存儲形式應采用墊木碼垛的形式，碼垛使用叉車，即打包機打好的秸稈包直接由叉車搬運到存放場存放，秸稈包橫向碼在墊木上，高度擬碼4層(4.8m)，長度按場地情況確定．標準可定為18 m(12包)，橫向間隔0.2m（裝車機械插入縫）碼第2垛，4垛為1組。雨（雪）天氣時，可用8m×20m苫布成組遮苫。每組為192包(96 t)，按每站庫存7500 t計算，約78組。
3、標準收儲站的設計
由于收儲站數量多，總投資是標準站的數倍，因此，標準站的建設應科學、經濟、適用。
按照東北地區的氣候條件，冬季打包作業最好在室內進行，基于降低建設費用的考慮，暫時可不設計打包車間的廠房，為保證露天生產的安全，需在保證電廠燃料充足供應的前提下，打包生產盡量避開高寒天氣，并為生產工人提供必要的防寒保護。
標準收儲站設計中要注意以下幾點：
(1)綜合用房要滿足辦公、警衛、機械暖庫、秸稈交易、員工休息（用餐）、消防井房、變配電能及備品庫等功能要求。
(2)按每小時進站20輛小四輪設計過磅秤。
(3)按一級防火建筑標準設計消防、配電和避雷系統。
(4)按選用的機械設計廠區交通道路和堆場地面。
(5)按照較寬裕的原則設計廠區的排水系統。
(6)建筑物的冬季采暖應滿足需求。可用燃池采暖。
(7)收儲站的基本建設投資估算。
可見，標準收儲站基本建設投資按最低標準，也需近350萬元，設備采購投資尚未計算在內。
標準收儲站設計完成后，各站可按選定的廠址設計具體施工圖紙，按電廠工程建設進度和秸稈收購要求，分期、分批建設。
為保證收儲站的建設質量和各項使用性能達到要求，收儲站的建設應作為一項重要工程進行管理，并執行必要的基本建設程序。
目前，尚未研制出合適的玉米秸稈打包機，價格無法確定，機械總采購價格只能大致估算，上述選定的散稈搬運、卸包碼垛、秸稈包裝機械估算采購價50萬元，4臺打包機估算100萬元左右，這樣標準收儲站的投資可控制在500萬元以內。
建設10處收儲站的投資約5000萬元。
4 秸稈燃料的成本分析
由于目前東北農村只有少量秸稈交易，沒有較大的秸稈交易市場，故秸稈收購暫時沒有參考價，筆者經過調查，提出如下數據作為參考。
1hm2玉米秸稈在地里割倒約需100元，打捆運到地邊約需150元，堆垛80元，秸稈資源費250~300元，發生在種植者處的費用合計約580~630元，按6.75 t/hm2干玉米秸稈計算，合86~93元／t。
經紀人販運費用：裝車10元／t，運費10元／t(平均運距8～10 km)，利潤5元／t，合計25元／t。收儲站收購價合計大約為110~118元／t。
收儲站內打包、保管費用估算約90~100元／t，成品包運輸費用約20—25元/t(平均運距30 km)。
上述各項合計，秸稈燃料運到電廠價格大約為220~ 243元／t。折算標準煤價為470~ 520元/t(秸稈含水率20%)。
5、結束語
按照上述的設想和分析，可以得出結論：玉米稈是所有農作物秸稈中最具直燃發電開發潛力的優質資源；玉米是東北地區的主要作物，種植面積和種植效益呈上升趨勢，理應成為秸稈直燃發電開發的首選。
通過對玉米秸稈收集系統的建設設想、機械選用和成本分析，可看出玉米秸稈直燃發電是一項非常具有發展潛力的新興產業。
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