秸秆不同处理方式.doc

1.概述农作物秸秆是世界上最为丰富的物质之一，是粮食作物和经济作物生产中的副产物，其中含有丰富的氮、磷、钾、微量元素等成分，是一种可供开发与综合利用的资源。我国农作物秸秆年总产量达6亿7亿吨的秸秆，其中数量最多的是稻秸、小麦秸和玉米秸，分别占秸秆总量的3267、1900和2697，三项合计占秸秆总量的7864。我国现阶段秸秆的利用途径主要分为以下方面：作为工业原料，主要用于造纸工业和手工业的原料；作为草食家畜的粗饲料；造肥还田；农村生活能源（直接燃烧的热能、燃烧发电等）。韩鲁佳等(2002)统计的各种用途所占比例，造纸原料占2.9%；牲畜饲料占30.9%，其中：处理后饲喂的14.8%；未经处理的占16.1%；农村生活能源占45%；秸秆还田及其它损失占21.2%。（这些统计资料，因各专家的统计方法不同，其结果亦有差异）。2.国内秸秆处理情况不同作物秸秆由于营养成分不同，具体的营养成分见表1，处理方式也有所不同。小麦、水稻和其他作物的秸秆，40%以上以各种方式还田，用作肥料；玉米秸秆和花生秸秆作饲料的比例较高，在40%以上；棉花和豆类秸秆多用作燃料。焚烧比例较大的秸秆有油菜、小麦、玉米和水稻，在5%以上。表1 不同秸秆的营养成分一览表（%）秸秆 干物质 粗蛋白 粗脂肪 粗纤维 无氮浸出物 灰分 钙 磷玉米秸 91.3 3.5 1.2 23.9 49.1 7.9 0.3 0.23小麦秸 91.6 2.8 1.2 40.9 41.5 5.2 0.2 0.03稻草 89.3 2.4 1.4 24.0 45.5 16.0 0.0 0.04豆秸 92.7 9.1 1.9 44.6 31.1 6.1 1.2 0.20谷草 90.7 4.5 1.2 32.6 44.2 8.2 0.3 0.03大麦秸 95.2 5.8 1.8 33.8 43.4 10.4 0.1 0.02花生藤 91.3 11.0 1.5 29.6 41.3 7.9 8.4 0.04注：摘自中国饲料成分及营养价值表从各地秸秆利用方式看，湖南、陕西、山西秸秆直接作肥料用的比例比较高，均在25%以上，宁夏、四川、贵州等地比例较低，不足20%；甘肃、宁夏、安徽、福建、黑龙江、山东和浙江用作饲料的比例较高，在25%以上，上海、湖南则较少，不到10%:田间直接焚烧以贵州、海南最多，超过20%；作原料的比例较少，只有福建、宁夏在10%以上；秸秆弃置乱堆则以黑龙江、贵州和陕西最多，在10%以上。表2是部分省市秸秆利用方式占秸秆总量的百分数。表2 部分省市秸秆利用方式占秸秆总量的百分数。方式省份 饲料 肥料 燃料 焚烧 弃置乱堆 原料山东 25.6 20.6 30.2 13.6 5.5 4.5山西 17.2 38.8 8.3 18.9 7.9 8.9黑龙江 24.6 22.8 19.3 10.8 14.6 7.9陕西 19.1 25.5 26.2 13.3 9.4 6.5甘肃 29.5 19.8 26.4 10.2 8.4 5.7青海 25.3 28.5 27.2 10.1 6.6 2.3河南 20.1 22.2 28.1 15.5 7.9 6.2江苏 21.8 23.9 26.2 14.8 9.2 4.1注：2003年数据3.秸秆处理的CU模式秸秆可以通过下述途径实现阶梯利用：如图1，用秸秆来生产饲料从而进行养殖进而生产沼气得到有机肥料再进行种植，如此就可以形成一种能量梯级利用（cascaded utilization of energy）的利用模式，简称CU模式。图1 梯级利用示意这种模式使秸秆利用符合循环经济3R原则，实现低消耗、低排放和高效率的目标，有效利用资源，减少污染。4 CU模式处理秸秆与秸秆发电的经济性比较4.1 CU模式的经济性分析4.1.1 CU模式的投资CU模式的投入主要是秸秆饲料的制备和建沼气池的费用，以现在最常用的青贮秸秆饲料为例，全年喂青贮饲料，一般2头牛需要20立方米容积的青贮池，这样的青贮池大概需要2000元左右建池；建一个6立方米的高效自流进出料沼气池，建池费用600700元（包括水泥、配件和人工费)，加上生蓄圈、厕所建设，总投资15001800元。沼气池使用寿命20年。这样总的投资费用在5000元以内。4.1.2 CU模式的能量利用率和收益性秸秆的总能含量一般为37206000 kal/kg，一般秸秆对牛、羊的消化能只有18722520kal/kg，能量利用率不超过50%。以一户农民养殖2头牛为例，2头牛每天需要秸秆饲料12 kg，蕴涵了4464072000 kal的能量。但是由于秸秆消化率低，能量没有被充分利用，因此牛羊只消化了1146430240 kal的能量，其余能量随着粪便进入沼气池。牛羊的消化对秸秆中的各种营养成分也进行了一定的利用。秸秆的粗蛋白含量低豆科秸秆的粗蛋白含量为5%9%，其中家畜可消化粗蛋白为2.654.68%；禾本科秸秆为3%5%，其中家畜可消化粗蛋白为1.652.75%，均低于反刍家畜饲料蛋白质含量的要求(不应低于8%)，并且秸秆中蛋白质生物学价值也很低，不能为瘤胃微生物的迅速生长繁殖提供充足的氮源，结果导致瘤胃微生物的活力降低，难以充分消化利用进食的秸秆。此外秸秆中维生素缺乏，钙、磷含量低。因此投喂的秸秆只能占总饲料量的50%左右，还需要另外补充精饲料。一些处理方法可以提高秸秆的营养吸收比例，青贮处理可提高玉米秸消化率1O% 以上，氨化提高秸秆有机物消化率1012，粗蛋白含量提高11.5倍。2头牛每天产的鲜粪可以维持一个6立方米的沼气池运转，这样的沼气池每天可以产生沼气1立方米，一立方米沼气能产生50007000kal的热量。两项合计消耗了1846437240kal的热量，剩余热量留在沼液和沼渣里。CU模式的最终产物沼渣作为优质固体肥料，营养成分较丰富，养分含量较为全面，其中有机质36%49%，腐殖酸10.124.6%，粗蛋白59%，氮0.40.6%，钾0.61.2%，还有一些矿物质养分。沼渣由于是在厌氧条件下形成的，基本把秸秆中的营养成分全部保留下来。而且沼渣还田，无寄生虫，无病害，是一种优质的肥料。使用沼渣不仅可替代化肥，发展无公害高附加值的“绿色/有机食品”生产，产品大幅增值，需求巨大、适合大幅推广。一个6立方米的沼气池，每年可提供沼液15吨，沼渣25吨，相当于480公斤碳铵的肥效，年可节约化肥款200元。这样的沼气池每年可产沼气300立方米以上，相当于100120公斤液化石油气，若按液化气现价计算，每年可节约燃料费500元以上。也就是说12kg的秸秆除了养牛羊的经济效益，沼气池还产生了700元的经济效益。另外养牛也带来一定的经济效益，秸秆饲喂的牛，3个月可增重150KG左右，按照现行育肥牛收购15-17元/kg的价格，每年养2两头牛可带来经济效益13500元，扣除养牛的精饲料成本，采用CU模式每年的经济效益在10000元左右。4.2 秸秆发电的经济性分析4.2.1 秸秆直接燃烧发电的投资以建设一座年消耗秸秆35万吨直燃综合利用发电厂为例，其中投入415MW汽轮发电机475t/h锅炉秸秆发电设备。利用发电灰渣建设一座年产10万吨复合肥厂及生产、生活辅助设施。总占地450亩。项目动态总投资4.5亿元人民币。按年发电量42000万度且入网供电量37800万度估测，每度上网电价0.42元，上网电量年收入15876万元。10万吨复合肥年收入10000万元。发电复合肥生产年运行总成本19735.5万元，税后利润5096.6万元。税后投资回收期8.8年，税前投资回收期7.3年。4.2.2 秸秆直接燃烧发电的能量利用率及经济性分析农作物秸秆在很久以前就开始作为燃料，直至1973年第一次石油危机时丹麦开始研究利用秸秆作为发电燃料。秸秆为低碳燃料，且硫含量、灰含量均比目前大量使用的煤炭低，是一种较为“清洁”的燃料，在有效的排污保护措施下发展秸秆发电，会大大地改善环境质量，对环境保护非常有利。一般秸秆的低位发热量为4300kal/kg，高位发热量4700kal/kg，也就是说采用直接燃烧的方式，利用了秸秆中70%以上的热能，比CU模式高。以每天消耗12kg的秸秆，一年消耗4380kg的秸秆计算，可以发电22900多千瓦时，按照上网电价每千瓦时0.21元计算，可以产生经济效益4809元，低于CU模式的经济效益，这是由于燃烧的形式完全没有利用到秸秆中的天然营养成分，而只利用了热能。此外，使用秸秆直接燃烧发电的电站单位容量投资大（常规电站一倍以上），热效率偏低（30左右），收集困难，需消耗大量的