摘要：玉米秸秆属优质生物质能资源，在开发生物质能直燃发电中占据着重要地位，在东北地区开发玉米秸秆发电大有可为。通过对集中秸秆收集场缺点的分析，指出了建设分散小型收储站的必要性。设计了小型秸秆收储站（标准站）的建设方案，提出了设备选型设想，并对秸秆燃料进行了成本分析。
关键词：玉米秸秆；发电；秸秆收集��；收储站；经济分析
0、引言
在国家鼓励开发生物质能发电优惠政策的引导下，秸秆直燃发电已成为新的投资热点，许多利用生物质秸秆直燃发电的工程已在全国各地陆续开始建设，利用的秸秆包括玉米、小麦、棉花、大豆、水稻等多种农作物秸秆。按设计利用的秸秆燃料种类分为灰色秸秆（棉花秆、大豆秆）和黄色秸秆（玉米秆、小麦秆、水稻秆）；按照设计燃烧方式，可分为秸秆粉碎后燃烧和不粉碎燃烧2种。
在多种秸秆燃料中，玉米秸秆的单棵质量最大，单位面积产量最高，收集相对容易，应为开发的重点。
发电生产是连续化的生产，保证燃料的稳定供应是连续化生产的前提，秸秆发电也是一样，连续、可靠、稳定的秸秆燃料供应是秸秆发电厂稳定运行的最重要基础条件之一。
从种植结构上看，我国东北地区主要农作物是玉米，基本都是一年一熟，而且随着玉米深加工的不断发展和产业链的延长，玉米的市场价格呈上升趋势，玉米的种植效益越来越高。而种植效益的提高，会进一步促进农民种植玉米的积极性。据此，可以预测：东北地区未来5～10年内，玉米的种植面积必然呈现稳中有升的局面，可保障秸秆的稳定供应。
据统计，东北三省玉米种植面积近700万hm2，玉米秸秆的年产量约5000万t，只要能利用其中20%，就可以建设50 MW(2×25 MW)装机容量的玉米秸秆燃料发电厂30多个，可转化发电100多亿kW h，节约煤炭资源400多万t。
另外，东北地区的土地资源和关内相比较为宽松，秸秆的存放地解决起来相对容易，这给秸秆的收集提供了较充裕的时间，有利于连续稳定的收集，对于保证电厂的稳定运行意义重大，对于减少大量秸秆燃料的保管开支更具特殊意义。
要开发利用好东北地区的玉米秸秆资源，投资量是巨大的。因此，搞好项目建设的具体研究，找出玉米秸秆燃料发电的高效秸秆燃料供应方法，尤其显得重要。
目前，东北地区设计建设的玉米秸秆发电厂所采用的汽轮机和发电机属常规设备，不同之处在于锅炉和其燃料供应系统。锅炉基本上都是采用丹麦BWE公司设计的玉米秸秆燃烧锅炉。其设计的燃料供料系统工作过程为：在储料棚内用抓斗起重机将已制备的玉米秸秆包放到胶带运输机上，通过分配带分配给链条输送机，再送至解包破碎机和螺旋给料机供给锅炉燃烧，该技术是成熟的。
困难之处是玉米秸秆的收集、打包制备、储存、保管和运输，目前国内正处于探索阶段，尚未找到有效的解决途径。通过对东北地区玉米秸秆的产出、特性、存量、保存方法以及道路、运输工具等情况的调查研究，结合现己设计完成的玉米秸秆电厂对玉米秸秆供应的要求，提出了对于玉米秸秆的收集、打包制备、储存、保管和运输的一些初步设想，供有关人士参考，期望能够通过大家的共同努力，找到一条适合我国国情、经济适用的解决玉米秸秆发电厂燃料供应问题的有效途径。
1、秸秆收集场的设置
1.1大型秸秆收集场
目前关于秸秆收集场的设置，许多人认为应该在电厂附近（几十到几百米范围内）建设一处集中的大型收集场，占地15~20hm2。理由是便于集中管理，可以使用大型机械作业，能降低秸秆原料的保管和短途运输成本，根据造纸原料的收购经验，还可以保证收购原料的质量，对于装机24 MW以下（小型或更�。┑牡绯вΩ檬鞘视玫�。
1.2大型秸秆收集场的缺陷
对于装机50 MW以上的秸秆发电厂来说，大型收集场存在5个问题。
(1)秸秆进场压力大。单台25 MW机组配用的130 t/h锅炉每天燃用的秸秆量约500t（计算量），考虑到收购期和电厂的存量要求，收购量平均要达到1000 t/d以上。而且，散秆运输使用大型车辆的可能性极�。ㄓ捎谠刂亓考白靶兜脑颍�，一般只能使用小四轮，载重量约为2t，也就是说收集场的进车量每天要达到500多台，平均每小时要达到50多台（按每天10h有效工作时间计算。实际达不到，因为北方冬季天短夜长，实际有效时间只能达到6h），考虑不均衡系数，估计高峰时进场车辆要达到每小时近100台(2台锅炉时加倍)，而且要延续几个月的时间，这样大的交通流量是任何县城道路都难以承受的，势必出现交售难的情况。从经济方面考虑，秸秆燃料的收购价每吨不超过100元，每交售1车(2t)秸秆燃料，纯利润约20元，如果交售困难，势必影响交售者的积极性，进而导致收购数量难以保证。
(2)小四轮不适合较远距离运输。小四轮装载的秸秆体积大，不符合公路交通法规定，在乡村路上通行还可以，大量小四轮上公路行驶是否可行需要综合分析研究，因地而宜。
(3)保管困难。由于秸秆含水率直接影响其燃烧发热量，其影响程度是很大的，对于发电成本的影响是不可忽视的。大量散秆漏天存放，最难控制的就是水分，其次还有发霉、发热问题，如果建设储料棚，即使是按三分之一或四分之一的储存量考虑，投资也是一个不小的数目，需要进行综合评价。
(4)安全问题。电厂和储料场安全，是一个不可忽视的问题。
(5)用地问题。建设一个50MW的秸秆燃料电厂就已经需要土地10hm2，建设集中收集场还需要土地15～20hm2，两者加起来就是25～30hm2，面积太大，征地的难度相当大。
1.3小型收储站建设的前期分析
基于对上述问题的考虑，结合已设计出台的玉米秸秆燃料电厂的上料方式，笔者认为建设多处小型收储站可以分散集中收储秸秆燃料的风险。
1. 3.1 小型收储站可行性分析
在电厂周围半径25~35 km范围内建设多处小型收储站，负责收集散秸秆、加工打包和储存，土地使用化整为零，每处收储站占地2hm2，征地相对容易，但是，增加了二次运输成本。如果在收储站里把秸秆打成包，从收储站到电厂运输已打包成型的秸秆包，装卸和运输就可以使用专用机械，能够把费用降低很多。例如使用6.5 m的板车，按现己设计确定的秸秆包尺寸（1.5mx1.3 mx1.2m，质量500kg）计算，每车次可运输16包，即8t，如再加挂同样载量的拖车，则每车次就可以运16t。装机50 MW的电厂每天的进厂车辆就可以减到60多辆，这是可以接受的。在电厂里设计建造储料棚，内设桥式天吊（供卸车使用），每次可吊卸8包（或4包），由于是在棚内作业，照明条件可以保证，卸车不受气候和时间限制。因此，电厂也不必储备大量的燃料库存，只要有4d以上的燃料库存（单台机、炉2000t以上）就可以保证电厂连续运转。
1.3.2收储站的建设
(1)收储站的选址。站址应处于区域玉米种植中心，场地平整、靠近公路、水电方便、面积合适、与村屯有一定的安全距离以及合理的站址标高。同时，用地要符合国家土地政策。
(2)收储站的基本建设。依前所述，可以确定收储站的功能：收储电厂需用的部分秸秆燃料，并向电厂送出合格的玉米秸秆燃料包。规模和数量应根据具体情况确定。
每个收储站的库存量与收储站的个数和玉米秸秆的收购期有关，收储站越多、收购期越长，单个收储站的库存量就可以越少，但最低总库存量应保证电厂的连续运行。
(3)收储站秸秆的处理方式。收储站存散秆还是存成品包，秸秆打包工序是放在收储站内统一进行还是分散给广大农民去做，是目前争论的焦点之一。
这个争论涉及到打包机的设计问题。由于目前国内尚未有按电厂要求尺寸设计的大型玉米秸秆打包机，许多人建议设计制造小型轻便的打包机，农民能够使用该打包机在田里直接把玉米秸秆打成包（每包100 kg），电厂委托经纪人去田边收购，直接送电厂。这样做需要重新设计电厂锅炉的进料系统，研究这种形式的收购、运输以及成本。但主要问题还是集中收集场的前述问题没有解决。
笔者认为，分散打小包存在许多问题：主要是水分难以控制，秸秆燃料含水率与发热量的关系前己叙及，含水率高的秸秆包还易出现发热、发霉的情况，晾晒困难，给保管增加了难度；掺杂使假更是难以预防，造纸厂原料收购的经验已经指出了这个问题的严重性；在田边打大包（每包500 kg），质量大，装卸、搬运困难，外形尺寸也难以统一，会给下道工序的机械化作业带来很大的难度；打成的包如不能及时收购保管，风吹雨淋，发生损失的责任由谁负责，界限不好明确。
因此，收储站应设计为收散秆、站内统一打包、成包后储存保管的形式。秸秆包的保管相对散秆要容易一些，电厂调用起来也方便。只有这样，收储站才能起到电厂分库的作用。
明确了收储站的任务，下一步的工作就是设计一个简单适用的玉米秸秆标准收储站，具体每个收储站的建设均以标准站为蓝本，结合具体地理位置稍加修改即可。
2、收储站各项参数的确定（标准收储站）
2.1秸秆收购量的确定
50 MW秸秆发电厂设计年秸秆消耗量为30万t（2机2炉），从收储站的建设投资和管理方面考虑，分散设计10处收购站为宜，每处收购量为3万t／年。因此，标准收储站的秸秆收购量应确定为每年3万t较为合适。按东北地区的天气、玉米种植和秸秆保存情况，秸秆的收购期每年约为180 d，这样，每处收储站每天的收购量为170 t，散秆运输使用装卸方便的小四轮(平均载重2t)，每处收储站每天的进车量为85辆次，按最不利的冬季(有效时间6 h/d)考虑，平均每小时进车14.3辆，也是可以接受的。每个收储站平均覆盖3万多hm2土地，按70%种植玉米，20%的秸秆收购率计算，基本可以满足每年3万t收购量要求；运输半径不超过10 km，符合农用小四轮的运输条件。
2.2秸秆包存储量的确定
标准收储站秸秆包的存储量与秸秆收购的连续性有关，在均衡收购的情况下，50 MW电厂的合计秸秆燃料存量应为60d的消耗量，即6万t，考虑保险系数和不均衡系数，库存量应达到7～8万t，即每个收储站库存7 000~8000t，按库存1t/m2计算，占地超过1hm2。
2.3打包加工能力的确定
标准收储站的打包加工能力应在收购量的基础上考虑富裕系数，可确定为每天200t。这样就要求设计制造快速打包机，每台每天的打包量以100包（500kg×100包=50t，每天工作10h）为好，即要求每5 min打1包(1.5m×1.3m×1.2m，质量500kg)，每个站设置4台就可以满足要求，希望设计、制造单位参考此数据设计制造打包机。
2.4 收储站散秆存量的确定
东北农村玉米的种植时间一般为5月中上旬，收获时间为10月上旬。秸秆刚收获时含水率较高，需要晾晒一个月左右才能达到电厂收购条件。
农民在收获后，一般会将玉米秸秆收集起来，码放到地头。农村的地头基本上都有林带，树也比较高，地头一般有12~15 m的树影地，不计算在土地承包范围内，农民都把玉米秸秆码放在树下，用时再用车拉回家，这样不影响来年种地。由于码垛时中间凸起，所以漏雨很少，而且有利于晾干。
多年以来玉米秸秆一直是东北农村做饭和冬季取暖的主要燃料，随着农民生活水平的提高，目前农村做饭已开始向用电为主过渡，秸秆余量随之增加。
由于近年来玉米种植面积增加很大且农村薪柴用量减少，秸秆大量富余，很多地方秸秆存量很大，偏远处的秸秆农民已不去收集，就在地里烧掉，污染了环境，浪费了能源。
由于秸秆打包前散秆的含水率决定成包后秸秆燃料包的质量，所以必须对收购散秆的含水率进行控制。一是必须收购含水率合格的秸秆；二是要保管好己收的秸秆。收购的散秸秆存量越大，保管起来就越困难，下雨（雪）时无法遮苫，弄湿后很难晾（晒）干。因此，收储站的散秆存量应在满足加工生产的前提下，越少越好，一般有2～3d的加工存量即可，即400~450t。即使这样，数量也很大，需占地4000m2。未收购的散秆仍由农户按当地的习惯保管，只要收购站调度好散秆收购经纪人，就可以保证连续收购到合格的散秆。
2.5机械设备的选用
(1)站内散秆搬运设备。由于每天进站的散秆量达170t以上，搬运必须使用专用机械，可选用YC(Z)1200型松泡原料抓运机，见图1，产品性能见表2。
每个收储站采购一台，用于散秆搬运。
(2)卸包、码垛机械。收储站卸包、码垛机械可选用国产2t内燃叉车（举高4m）；每站配置4台。
(3)秸秆包装车。秸秆包装车可选用如图2所示机械，每站配置1台。
2.6收储站的秸秆包存储
收储站的秸秆包存储形式应采用垫木码垛的形式，码垛使用叉车，即打包机打好的秸秆包直接由叉车搬运到存放场存放，秸秆包横向码在垫木上，高度拟码4层(4.8m)，长度按场地情况确定．标准可定为18 m(12包)，横向间隔0.2m（装车机械插入缝）码第2垛，4垛为1组。雨（雪）天气时，可用8m×20m苫布成组遮苫。每组为192包(96 t)，按每站库存7500 t计算，约78组。
3、标准收储站的设计
由于收储站数量多，总投资是标准站的数倍，因此，标准站的建设应科学、经济、适用。
按照东北地区的气候条件，冬季打包作业最好在室内进行，基于降低建设费用的考虑，暂时可不设计打包车间的厂房，为保证露天生产的安全，需在保证电厂燃料充足供应的前提下，打包生产尽量避开高寒天气，并为生产工人提供必要的防寒保护。
标准收储站设计中要注意以下几点：
(1)综合用房要满足办公、警卫、机械暖库、秸秆交易、员工休息（用餐）、消防井房、变配电能及备品库等功能要求。
(2)按每小时进站20辆小四轮设计过磅秤。
(3)按一级防火建筑标准设计消防、配电和避雷系统。
(4)按选用的机械设计厂区交通道路和堆场地面。
(5)按照较宽裕的原则设计厂区的排水系统。
(6)建筑物的冬季采暖应满足需求�？捎萌汲夭膳�
(7)收储站的基本建设投资估算。
可见，标准收储站基本建设投资按最低标准，也需近350万元，设备采购投资尚未计算在内。
标准收储站设计完成后，各站可按选定的厂址设计具体施工图纸，按电厂工程建设进度和秸秆收购要求，分期、分批建设。
为保证收储站的建设质量和各项使用性能达到要求，收储站的建设应作为一项重要工程进行管理，并执行必要的基本建设程序。
目前，尚未研制出合适的玉米秸秆打包机，价格无法确定，机械总采购价格只能大致估算，上述选定的散秆搬运、卸包码垛、秸秆包装机械估算采购价50万元，4台打包机估算100万元左右，这样标准收储站的投资可控制在500万元以内。
建设10处收储站的投资约5000万元。
4 秸秆燃料的成本分析
由于目前东北农村只有少量秸秆交易，没有较大的秸秆交易市场，故秸秆收购暂时没有参考价，笔者经过调查，提出如下数据作为参考。
1hm2玉米秸秆在地里割倒约需100元，打捆运到地边约需150元，堆垛80元，秸秆资源费250~300元，发生在种植者处的费用合计约580~630元，按6.75 t/hm2干玉米秸秆计算，合86~93元／t。
经纪人贩运费用：装车10元／t，运费10元／t(平均运距8～10 km)，利润5元／t，合计25元／t。收储站收购价合计大约为110~118元／t。
收储站内打包、保管费用估算约90~100元／t，成品包运输费用约20—25元/t(平均运距30 km)。
上述各项合计，秸秆燃料运到电厂价格大约为220~ 243元／t。折算标准煤价为470~ 520元/t(秸秆含水率20%)。
5、结束语
按照上述的设想和分析，可以得出结论：玉米秆是所有农作物秸秆中最具直燃发电开发潜力的优质资源；玉米是东北地区的主要作物，种植面积和种植效益呈上升趋势，理应成为秸秆直燃发电开发的首选。
通过对玉米秸秆收集系统的建设设想、机械选用和成本分析，可看出玉米秸秆直燃发电是一项非常具有发展潜力的新兴产业。
转载请注明：富通新能源秸秆颗粒机
www.3zw6g.cn
