秸杆综合利用浅析

秸杆综合利用浅析
1.秸杆综合利用背景：
农作物秸秆作为一种农业生产的副产品，产量大、分布广，同时也是一项重要的生物资源——其含氮、磷、钾、碳的平均含量分别为0．6％、0．3％、10％、45％。

据统计，我国年产农作物秸杆6.2亿吨，其数量相当于北方草原打草量的50多倍，资源拥有量居世界首位。

由表-1可知，我国在2000-2010年间秸杆总量将呈增长趋势，到2010年达到7.26亿吨。

历史上，我国有着利用秸秆的优良传统——农民用秸秆建房蔽日遮雨，用秸秆烧火做饭取暖，用秸秆养畜积肥还田——合理利用秸秆是我国传统农业的精华之一。

随着科技进步和社会发展，一方面，秸秆利用开辟了新路子，其综合利用成为一篇必须做好的很有价值的大文章；另一方面，焚烧秸秆在一些地区愈演愈烈，成为必须认真对待、下决心解决的紧迫问题。

最近的统计结果显示，我国年产农作物秸杆中30%用作农用燃料，25%用作饲料，2-3%作工副业生产原料，6-7%直接还田，还有35%约2.2亿吨剩余秸杆未被合理利用。

通过调研，我们将秸秆问题出现的原因归纳为如下几方面：第一是农业普遍增收之后，农作物秸秆越来越多，但综合利用滞后，秸秆出现过剩；第二是随着农民收入增加、生活水平不断提高，农民宁愿增用化肥和燃煤，而少用秸秆作肥料和燃料；第三是由于农作物复种指数提高，特别是近几年小麦机收面积扩大，麦秸留茬过高，灭茬机械和免耕播种技术推广没有跟上，造成农民为赶农时放火焚烧秸杆和留茬。

合理利用资源，保护环境，直接关系到国民经济的可持续发展。

党中央、国务院对此历来十分重视。

党的十四届五中全会在《关于制定国民经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标的建议》中，做出了关于实现两个根本性转变和实施可持续发展战略的重大决策；并在2000-2015年新能源和可再生能源产业发展规划要点中明确指出：
推广秸杆气化集中供气、发电技术，不仅能有效缓解农村高品位商品能源短缺问题，而且有利于实现秸杆全面禁烧及其综合利用。

表-1 2000年秸秆资源分布及2010年的预计可获得量
单位：（万吨）
年份秸杆总产量造肥还田及收
集损耗
作为饲料作为造纸原料可用作能源
2000 64792.3 9718.8 17744.7 2100 35229.8 2010
（预
计）
72600 10890 21300 2800 37610
注：本表数据摘自《中国生物质资源可获得性评价》中国农业部／美国能源部项目专家组
十一届三中全会以后，我国农业有了快速发展，取得了显著成绩，有力地支持了国民经济的快速、健康和持续发展。

但是，我国农业发展面临着人口和资源环境双重压力。

我国人均资源相对短缺，主要农业资源都低于世界人均水平，而且资源利用率不高，浪费很大；同时农业环境污染仍在加剧，生态破坏还没得到遏制，大部分农业生产还处于粗放型经营阶段，发展农业的任务十分艰巨。

防止农业生产过程中对各种资源的破坏和浪费，减少农业生产对环境的污染，作到农业发展与资源环境相互协调，是当今全球范围内对可持续发展农业的战略要求。

因此，秸秆禁烧及其综合利用工作作为资源与环境保护的大事、作为实施农业可持续发展战略和实现两个根本性转变的重要措施，被纳入议事日程。

多种多样的新技术如雨后春笋，令秸杆综合利用工作别开生面。

但是，单一的技术很难充分利用其潜在价值。

于是，我们
尝试对其进行组合，期望能更有效的利用秸秆。

2.现状调查：
我国各类农作物秸秆资源的合理回收加工，可归纳为“4F”路线：即Fodder(饲料) ，Fuel(燃料)，Fertilizer(肥料)，Feed Stock(工业原料)，研究人员称其为“四料”。

在“四料”转换利用中，饲料、燃料利用及其转换技术仍然是主要领域。

我们主要对如下几种秸秆处理技术进行了调研：
2.1秸秆块状饲料加工技术
近年来随着我国经济的快速发展，人们生活水平的提高，饮食结构发生了较大的变化，对禽蛋、奶的需求快速增长，推动了养殖业的快速发展，为饲料加工行业提供了强大动力。

但我国的养殖水平整体不高，出现了两极分化的现象。

1.采用以粮食为主配制的全价饲料
虽然这些高品质饲料的养殖效果好，但价格高，除了一些大型养殖场全程采用外，大部分小型散养户不得不望而却步。

这就造成了我国一方面缺乏优质价廉的饲料，一方面面临大量的粮食饲料生产企业倒闭的现状。

2.采用以粗饲料（如菜叶，泔水等）为主的低品质饲料
这些主要是小型散户的养殖方法，虽然饲料价格低但养殖时间过长，因而造成了养殖利润过低，无利可图。

（见表-2）
而国际上，畜牧业发达国家早已利用秸杆饲料进行养殖，并取得了良好的效果。

（见表-3）
表-2 仔猪（100公斤）出栏饲料成本投入对比
项目单一粮食饲料全价粮食饲料全价生物饲料饲料数量（公斤）500 262.5 300
市场售价（元/公斤）0.8 1.7 1.2
饲养成本（元）400 446 360
饲养期（月） 6 3 3.5
表-3 饲喂秸杆的肉食转化率对比
国家中国美国澳洲饲喂秸杆的肉食转化率7% 73% 90%
新型的秸杆块状饲料是采用先进的冷压成型技术，用饲料压块机生产的全新饲料。

这种饲料呈块状，密度大便于运输和储存，有很强的实用性。

其加工通用的方法为：经铡切或揉搓后，再添加部分粘合剂和微量元素制成块或颗粒。

这样一方面可提高粗纤维消化率25％，适口性明显提高，采食量增加30％-50％；另一方面经过机械揉搓和制粒前调质，有机物受热分解，化学成分发生变化，使秸秆中的纤维素、半纤维素和木质素的镶嵌结构部分受到破坏，利于瘤胃消化液的侵蚀渗透。

另外，添加各种微量元素，能克服秸秆营养不足的问题；同时，秸秆压粒或压块后其密度增加10倍以上，有利于贮存和降低贮存中营养成分损失，减少运输量，贮运成本降低70％。

因此，这是国内秸秆饲料处理的发展方向。

许多农作物秸秆均可生产块状饲料。

营养较好的如大豆秸秆，花生蔓，谷草，玉米杆，小麦秸，甘蔗渣等。

但在北方，最实际的是玉米秸秆。

我国北方牧区（如内蒙古锡林郭勒盟）每年冬、春季因缺少草料有近半数的羊群死亡。

如用饲料块作冬储饲料, 储运方便（可长期存
放）, 价格便宜, 可大大减少羊群的死亡率。

各大中城市养殖业（如各奶牛、肉牛场）也是块状饲料的大市场，国内需求潜力很大。

同时，在国际市场上，秸杆块状饲料亦十分畅销。

据报道，日本每年进口块状饲料近百万吨，南韩和东南亚也都是块状饲料的进口大户。

因此无论是内销节粮保畜，还是外销创汇，该技术都具有深远意义和广阔前景。

2.2 秸秆发电
目前在中国电力结构中，火电比例超过了70%。

2004年统计数据显示：2003年全国原煤产量完成17.36亿吨，同比增长24.6%。

2004年前10个月中国煤炭产量达到15.7亿吨，同比增长约19%，全年产量预计达到20亿吨，目前居世界第一。

即便如此，2004年4月全社会煤炭库存为9800万吨，是20年来最低点，5月底直供电场存煤只能维持8天左右。

经济快速发展带来的强大电力需求让煤电双方不堪重负。

同时，根据专家预测，中国要初步实现现代化，至少需要人均一个千瓦的电力，以2002年13亿人口计，就有13亿千瓦的需求。

以这个数据看，发展水电（即使全部开发）也只是杯水车薪。

核电、风电由于初期生产价格较高，建设周期相对较长，需要国家扶持才能获得发展，但来自政府部门的信息并不乐观。

表-4 2004年我国全年能量消费表
项目煤炭原油天然气水电核电总量
消费量18.7 2.9 415 3280 501 19.7 增长率14.40% 16.80% 18.50% 15.60% 15.60% 15.20%
注：此表依据《中华人民共和国2004年国民经济和社会发展统计公报》有关数据制作。

表中各项目所用单位：水电、核电为亿千瓦小时，天然气为亿立方米，其余均为亿吨，消费总量以标准煤换算）
而国际能源机构的有关研究表明，秸秆是一种很好的清洁可再生能源，其平均含硫量只有千分之三点八，而煤的平均含硫量约达百分之一。

经测定，秸杆热值约为15000KJ/Kg，相当于标准煤的50%。

各种秸杆的热值如下：
表-5 不同秸杆热值表
秸杆种类麦类稻类玉米大豆薯类杂粮类油料棉花
热值
14650 12560 15490 15900 14230 14230 15490 15900 （KJ/Kg）
目前国际上，丹麦在秸杆发电技术上较为先进，且得到了广泛应用。

以丹麦一家由丹麦国家电力公司投资建设的电厂为例：该厂采用BWE公司的技术设计和锅炉设备，装机容量1.2万千瓦，总投资2.3亿丹麦克朗，实行热电联供，年发电5000千瓦时，平均每小时消耗仅7.5吨秸秆，可为马里博和萨克斯克宾两个镇1万户5万人口供应热和电。

此外，农民每向电厂出售一吨秸秆不仅能得到400丹麦克朗，还能免费得到电厂返还的40公斤炉灰——这是很好的钾肥。

整个秸秆资源得到了循环利用，几乎没有资源浪费和污染排放。

2004年11月，我国首个秸秆生物燃烧发电厂在河北省晋州市开工建设。

该秸杆发电厂占地80亩，预计总投资达2.4亿－2.8亿元，将引进丹麦的秸秆发电设备，建成后年烧秸杆20万吨，发电量为1.2亿度，年可节约煤炭16万吨，减少二氧化硫排放量60多吨，减少烟尘排放量400吨。

此外，该厂消耗秸杆全部从农民手中收购而来。

按照每吨秸秆100元的收购价测算，该厂通过收购秸杆，每年就可使当地农民增收2000万元。

国际能源机构预测，到2020年可再生能源将在全球能源消费中的比例达到30%。

面对即将到来的可再生能源时代，各国正在迅速前进。

丹麦的秸杆等发电已达到总电力的24%，而德国2002年风力发电已经占世界风力发电量的三分之一。

法国计划在2025年风电达到发电总量的25%。

而这还仅仅是它们整个可持续能源战略的一部分。

相比之下，如何加快中国的脚步、营造宝贵的能源优势，为经济的协调、可持续发展作长远打算，已不能不提上议事日程。

2.3
秸秆气化
秸秆气化广义上又称谓“生物质气化”，是指生物质在缺氧状态下燃烧，使生物质发生化学反应，生成高品位、易输送、利用效率高的气体燃料。

生物质由碳氢化合物组成，在生物质气化的过程中经过热解、燃烧和还原反应，转化为一氧化碳和氢等可燃气体。

目前，发达国家已将生物质气化技术及其产品用于工农业生产及居民生活，特别是西欧和美国已将气化技术广泛用于区域取暖、发电、炊事等诸多领域，有的已形成了较大的产业规模。

在国内，以山东省能源所为代表的农村秸秆集中供气系统得到较大的推广应用，建成供气工程约300家，总投资额达亿元以上；国内已有几十家单位从事农村秸秆集中供气装置的生产、销售。

秸秆气化集中供气技术以农村大量的各种秸秆为主要气化原料；以集中供气的方式向农民提供炊事燃气或烘干粮食的热能。

特别是农民致富奔小康，热切需要使用清洁能源，改变村庄卫生面貌，秸秆气化使农民由烧柴变为烧气，满足了农民对改善生活质量的要求，因而受到农民的欢迎和肯定。

根据上述秸秆气化原理建设的秸秆气化站，由气化机组、燃气输配系统和用户燃气系统三部分组成，工艺并不复杂。

秸秆经粉碎后入炉，生成的可燃气体经过净化器除去灰尘、焦油等杂质后，由风机送至气柜。

气柜储存一定量的燃气，并平衡系统中燃气负荷的波动，为系统提供始终恒定的压力，从而保证用户灶具的稳定燃烧。

气柜中的燃气通过铺设在地下的塑料管网就可以分配到系统中的每个用户，综合热效率达40%以上，比直接燃烧秸秆热效率10%要高出3倍多。

其工艺流程如下图：
图-1 秸杆气化流程图
其主要设备有：粉碎机、上料机、1000型、2000型气化机组和贮气柜等。

秸秆气化技术可改善农村的能源结构，提高农民的生活质量，减轻因秸秆随意焚烧造成的环境污染，推动农村科技进步和可持续发展，其社会意义巨大。

3.关于秸秆综合利用的构想：
在单一处理方法难以满足秸杆综合利用的情况下，我们为了探求全面利用秸杆的方法在焦作市展开了调研。

焦作市位于河南省西北部，北依太行，南临黄河，现辖2市4县4区和1个省级高新技术开发区，总面积407l平方公里，总人口342万，总耕地面积250万亩，农业生产条件较好，常年农作物播种面积440万亩，年产秸杆总量230万吨，其中，小麦秸杆约90万吨，玉米秸杆110万吨，豆类、花生、稻谷等其他作物秸杆30万吨，是全国三大粮食高产区之一。

此外，焦作市在几年前的全面禁烧秸杆工作中多管齐下，广辟渠道，禁出了生活环境大改观，禁出了农业结构大调整，禁出了农机大发展，在秸杆综合利用方面有一定的经验和基础。

因此，我们在对焦作市进行了详细的调研后，构建了如下模型，期望建成一个集秸秆块状饲料、秸秆气化、秸杆发电与工艺品编织等为一体的秸秆综合处理模式。

图-2 秸杆综合利用模式图
3.1 回收机构
必要的回收机构是建立秸秆综合利用系统并保证其正常运作的基础和前提。

秸秆的收集半径、成本与农作物秸秆的资源分布密度、劳动力价格密切相关。

根据《中国农作物秸秆可获得性的经济分析》中有关事实和数据，我们制作了如下表格：
表-6 三省秸杆收集状况调查表
稻秸麦秸棉花秆油菜秆黄麻秆玉米秆收集半径
浙江0.15 0.15 0.2 0.14 0.2 - 2
山东0.2 0.2 - - - 0.12 0.7-3.4 四川0.15-0.20 0.15-0.20 - - - - *
注：表中前六列数据为收集成本，单位是元/Kg；最后一列单位是Km
*：四川省秸秆的收集半径为：平原地区< 8Km;山区< 3 Km；丘陵<5Km 。

但我们在调研中了解到，尽管目前在焦作市农村，一些县市在每个乡镇都安排了麦草收购场，村村设定麦草堆放点并派专人看管，最大限度地为群众解决麦草出路，但是，多数秸秆回收仍靠自发回收方式实现。

在每年的收割期后，随处可见兼营养殖业的农户到附近的村子收购秸杆，作为自家养殖的饲料来源。

这种散、杂、不定时、无规律的方式无法保障秸杆的充分回收及利用。

因此，我们设想由各地方政府出面，在秸秆禁烧工作费用中拨出专用款项，根据自己的情况，在各地都设立适当的秸杆收购站（比如，在各县、乡或自然村设立回收点），立足本地的秸杆实际，于每年三夏三秋的收割前期利用媒体、板报、宣传车、标语等形式，提高广大干部群众对秸杆回收的思想认识，做好宣传；在收割结束后，参照市场价格，开始统一收购，统一贮存，统一加工。

表-7 部分地区秸杆收购成本对比
省份河北山东上海湖南收购价格100元/吨150-200元/吨150元/吨102元/吨
3.2 秸杆块状饲料加工
在全国秸杆禁烧工作中，焦作市曾大力推广秸杆青贮技术，推动了当地养牛业的发展，从而带动了皮革制造、乳制品生产等一系列相关行业的兴起和发展；尤其是，蒙牛焦作工业园区——中原最大的乳制品加工基地落户焦作，标志着在当地扩大养牛规模、提高乳品质量势在必行。

但是，最新的科研结果表明，前些年发展的秸杆青贮技术已经不能满足奶牛发展的需要，原因是青贮秸秆饲料的生物量不够，要提高产奶量，必须加大各种饲料的干物质量，改变饲料的结构，逐
步以干草代替含水多的青贮饲料。

国家在2010年远景规划中指明：养殖业要主攻食草型和非粮耗型饲料。

届时秸秆化粮过腹还田利用比例达40%。

因此，我们对市场上新型的块状饲料加工技术进行了调研：秸秆饲料设备的投资与成本核算（以“北京农人农业科技有限责任公司”的秸杆饲料加工设备为例）
3.2.1 设备投资和流动资金：
一组设备（一个加工点）共需50万元
一、秸秆饲料加工设备：批量生产每套机器需资金 35万元人民币。

二、流动资金：秸秆收购、人工等需流动资金15万元。

3.2.2 成本核算：
一、收购成本：上文已就价格问题进行了讨论。

现以每吨80元计算。

二、加工成本：以一台机器每班生产10吨计，共需8人，每人每天15－20元工资，合每吨10－15元人工费；每吨耗电30度（实际耗电），20元。

吨加工成本约30－40元。

三、包装及短途运输：每吨包装费（编织袋）20元；每吨短途运输成本（到火车站或库房）20元。

共计40元。

总计：在加工场地的吨成本150－160元。

3.2.3 市场价格：
目前（2004年7月）北京市场延庆价格为400－500元，张家口地区交货价（供内蒙古牧区）500元，在河北或北京交货不少于450元；出口价格就更高些。

3.2.4 基本利润：既使以每吨350元计，每吨利润有 150－200元。

3.2.5 投资与回报：
如使用上述设备，每台加工生产线每天加工20－25吨（2－3班），每月600－750吨。

按600吨计，如每吨获纯利润200元，每加工生产一个月，可回收投资12万元。

3－4个月可以收回设备投资（流动资金除外）。

如果利润高，可以缩短回报期。

如果组织好，选好收购、加工点，参考焦作市的气候特征，可以将加工期延长到5、6月份生产，这样每年可以加工6个月左右（冬12
月至春5月）。

因此，投资秸秆加工设备，当年可收回投资，还可有2-3个月的利润生产期。

此外，在夏季，加工设备还可代加工储存的干苜蓿草，按如上成本核算，加工利润约为180－200元/吨。

据悉，至上年度6月份，焦作市已有苜蓿草种植面积1.3万亩，各类牧草种植面积达到1.8万亩。

这就为块状饲料生产设备开辟了又一个市场。

由此可见，利用块状饲料加工技术，不仅可以消耗本地的秸杆资源，而且能为优质牧草加工提供方便。

秸杆加工基点可选玉米、小麦种植较集中的地区、建在交通、电力方便的村镇。

在秸秆干后收购垛放（11-12月份、5-6月份），经铡切等初步加工，储藏至加工厂仓库；先加工各基点的原料，然后再加工厂房的原料。

这样，即可保证原料的充足和加工的连续。

饲料块易储存和运输，便于商品化。

目前国内市场大致包括传统牧区，各奶业企业基地，城市奶业和肉牛（羊）养殖基地。

通过秸秆加工，将废弃的秸秆利用起来，除了作商品销售，还可带动发展各地的牛、羊、鸵、鹿、鸵鸟等养殖业。

这样一条块状秸秆饲料加工生产线可带动一方的养殖业发展。

例如，2004年博爱县抓住“全国秸秆养牛示范县”项目的实施和蒙牛集团落户焦作的机遇，坚持以秸秆养牛为重点，优化畜牧业结构，促进畜牧业快速发展，已累计建成规模养牛小区7个，牛存栏达8．3万头；建成1个奶站并已投入使用，2个奶站基建工程已结束，即将投入使用。

秸杆养牛带动该地畜牧业呈现出稳步增长的良好势头。

而在调研中我们发现，蒙牛乳业焦作分公司的奶源基地以及孟州市黄河滩地区饲养鸵鸟、皮用牛羊的养殖户目前采用的多是全价粮食饲料、青贮饲料等，由2.1和3.2的讨论可知，这既不利于提高产奶质量，又难以满足养殖户增收和企业生产成本降低的愿望。

所以，我们建议秸秆块状饲料加工厂可积极与蒙牛焦作分公司、其奶源基地、各鸵鸟、皮用牲畜养殖户联系，协商饲料供应计划，建立长期合作关系，按订单有计划的开展生产，同时注意保持存料，延长生产期。

3.3 秸秆发电站
由2.2分析可知，秸秆发电不仅具有较好的经济效益，更具有良好的生态效益和社会效益。

由于焦作市近年来积极招商引资，营造良好的投资环境，且坚持项目的经济效益和环境效益并举。

因此，在分析焦作市实际情况后，我们拟在焦作市高新技术开发区建立大型秸杆发电站，具体数据可参考河北晋州秸杆发电站建设情况给出。

秸杆发电厂的选址应兼顾环境保护和经济成本的因素。

考虑到焦作市气候状况和城市规划，我们认为将其应建在焦作市东南郊的高新技术开发区。

这里位于焦作市主导风向垂直位置的下风向，焦晋、焦郑等多条省际、市际高速公路交汇于此，交通便利；该区规划建设为市政机关、居民区、高新产业密集区，用电量较大，环境质量要求高，秸杆发电厂的建立可谓一举两得。

然而，虽然秸杆发电技术的经济和环境效益都很可观，但我国首个秸秆发电厂仅于去年年底开工建设，尚无经验可以借鉴，而且引进国外技术及设备的投资巨大，如果没有政府支持、资金投入，短期难以实现。

因此，我们设想，在积极引进外资和技术的同时，可用现有火力发电设备实现秸杆发电。

具体方法如下：
回收结束后，可先在收购站用粉碎机、搅拌机、挤压机这三种工业生产的常用机器对秸杆进行处理：先把秸杆粉碎，再加入煤灰等物品放进搅拌机进行搅拌，均匀后，再用挤压机把这些混和物挤压成块状（便于运输），最后把挤压成型的块状物以铁路或公路、水路运至相对最近的火力发电厂，以块状物为燃料代替煤块发电。

用这种方法处理秸杆比在各地投资兴建沼气发生装备更有效快捷。

此法不用过多地投资，用火力发电厂的设备就足够，而且可以在很短时间内处理掉所有的秸杆（速度快）。

处理完毕，火电厂可恢复正常运行，而不受秸杆供应量的影响。

这种方法还有一个潜在优点：在我国，工业建设上农民的数量相当大。

在农忙季节，大部分农民要返乡；这时，上述搅拌机、挤压机之类的机器就闲置了。

秸杆收购站就可以适当地利用这些机器，而不用专门购买。

我们将这种方法求证于焦作市电厂工程技术顾问，并最终得到了认可。

同时，工程师认为，火力发电厂可用秸杆发的电收回收购投资，这样一来相当于政府不用花钱，秸杆的问题也得到了处理，农民亦可增收，一举多得。

3.4 秸秆气化站
在焦作市解放区田涧村，我们看到了“农作物秸秆干湿结合气化技术”及与此配套的“JMQ型干湿结合气化新机组”秸秆气化的全过程：农民们把秸秆放进一个名叫“搅笼”的设备中，切段、搅碎；再把搅碎的秸秆，送进燃烧炉，出来后就变成了以一氧化碳、甲烷和氢气为主的冷却的可燃气体。

村民对实施这项技术非常满意。

他们把自己田里生产的秸秆送到气化站，每公斤秸秆再交六七分钱，就可以用上2立方米的气。

一户人家平均一天用6立方米的气，每立方米0.15-0.20元；这样一年下来，用于做饭燃烧的投入，也就是300-430元钱。

而过去每年烧煤炭则需600多元，“不仅方便，而且省钱”。

我们建议，以自然村为单元进行气化站的建设。

一个站的建筑用地约90平方米左右，管网覆盖半径可达1公里，能同时供数十个甚至数百个乃至上千个农户用气。

经验数字表明，每公斤秸秆可产2—2.4立方米可燃气 ,
每立方米气成本在0.09元左右，而燃烧废弃物则作为钾肥还田。

气化站的投资受村庄规划、用户规模、用气负荷集中程度等多种因素制约，从35万元到50万元不等，其运行成本受用户数量、管理水平等因素影响。

具体管理办法可由村民自行讨论制定，统一实施。

以“兴化新蓝天环保实业有限公司”的中热值秸杆汽化机组为例：建一座产气量为200立方米每时的气化站投资50万元，低于同规模的。