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山東華宇工學院 趙玉磊 劉春花
摘要：發展小型生物質清潔采暖，代替小煤爐，是推進北方清潔采暖工作的重要措施。本文通過跟蹤小型熱水式生物質采暖爐的實際應用案例，對產品的舒適性和經濟性進行分析，并與電、燃氣采暖進行了費用對比，生物質采暖具有系統成本低，運行費用低的優勢。現在生物質顆粒的成本虛高是由于多流通環節造成的成本積累，應采用代加工方式來減少中間環節，可以將采暖成本降到燃煤采暖的成本以下。相關主管部門加強監管，建立相關標準，以便提高產品質量。通過政府支持引導，有助于生物質采暖推廣，為實現北方村鎮分散式清潔采暖替代提供重要支撐。
0引言
生物質成型燃料是目前生物質能源商業化應用的四類技術路線“發電、燃氣、液體燃料、成型燃料”中唯一不經過二次能源轉化，能以小投入和低消耗實現大規模應用的產品。美國自二十世紀三十年代開始研究生物質燃料成型技術及燃燒技術至今已有將近90年的歷史[1]。我國自1980年開展相關研究。2016年國家《可再生能源發展“十三五”規劃》中提出，到2020年，生物質成型燃料年利用量達到3000萬噸。隨后山東省、河北省、黑龍江省等多個省的主管部門下發了支持生物質采暖的政策文件。截至2016年底，天然氣、電、地熱能、生物質能、太陽能等清潔能源采暖面積合計約35億m2，如圖1所示。在所有分散式清潔采暖中，生物質采暖具有設備投入低，運行成本低的優勢，更適合農村清潔采暖的改造工程[2]，根據國家發展改革委等十部委發布的《北方地區冬季清潔采暖規劃（2017要2021年）》，到2021年我國清潔能源采暖面積將新增54.3億m2，各類清潔能源采暖方式占比如下圖2所示，生物質采暖的預期推廣面積達19億m2。未來生物質采暖具有非常大的市場容量，可實際上在京津冀魯地區進行清潔能源改造的項目中，絕大部分采用燃氣與電。燃氣需要鋪設燃氣管路，投資大，建設周期長。電采暖功率大，需要電力增容，會限制產品的推廣。本文通過跟蹤實際案例，介紹分散式生物質采暖使用狀況，分析市場發展緩慢的原因，尋求產業發展的思路。
1案例介紹
1.1系統組成
應用于分散式采暖的小型生物質采暖爐是近幾年市場上新推出的產品，包含給料系統、燃燒系統、送風系統和自動控制系統等幾大部分。采暖爐大都可以一鍵啟動，自動點火，根據回水溫度，控制系統控制給料的多少，送風量的大小，保證燃燒的效果和室內溫度穩定[3]。按照結構的不同，分為熱風式和熱水式[4]。熱水式類似于現有的燃煤供暖系統，顆粒燃燒加熱盤管里的水，熱水循環到室內，放熱冷卻后返回爐內進行加熱，如圖3所示。
分散式生物質采暖的燃料是生物質顆粒，這是一種環保燃料，熱值3500kcal/kg~4500kcal/kg，由秸稈、稻草、稻殼、棉桿、木屑等生物質經過烘干、粉碎、除塵、壓縮加工形成的小顆粒，直徑6mm~10mm，長3cm~8cm，如圖4所示。產品成型后，形狀規則，密度大，包裝簡單，運輸方便。
河北省新能源產品工程設備設施質量檢驗測試中心對由小麥秸稈、棉花秸稈和玉米秸稈三種生物質混合制成的成型燃料的污染物排放進行檢測，煙塵、二氧化硫、氮氧化物的排放分別達到31mg/m3、20mg/m3、122mg/m3，符合國家、地方相關標準的要求[5]。
1.2建筑情況
筆者跟蹤了山東省德州市平原縣小型熱水式生物質采暖爐用戶的實際使用情況。本項目建筑外圍護結構長16m，寬6m，面積96m2，外墻有25mm聚氨酯保溫。包含臥室兩間，客廳一間，餐廳一間，如圖5所示。房間內凈高度3.5m。安裝推拉式鋁合金門窗，采用雙層中空玻璃，選用國產XX牌XX型號熱水式生物質采暖爐，采暖爐價格5000元，如圖6所示。采用4組鋼制板式散熱器，此散熱器具有儲水量少，熱惰性低，啟動速度快的優點，總價1600元。管路閥門等輔料共計600元，系統合計7200元。與用戶溝通后，結合用戶的實際情況，考慮運行成本，項目要求：
系統運行時間院2018年11月15日-2019年3月15日，合計120天。
室內溫度要求院室內溫度不低于14℃。
為對比生物質采暖的運行效果，特在周邊找一與此建筑結構相近的燃煤采暖熱水爐進行對比測試。
1.3建筑熱負荷測算
1.3.1維護結構耗熱量
1.5運行狀況
運行時間院2017年11月15日-2018年3月15日，合計120天。
測量時間院2018年1月15日
測量儀器院精創RC-4溫度記錄儀，測溫范圍-40℃~85℃，精度依0.5℃。
測量位置院在客廳中央距地面1.2米處天氣狀況院當天天氣晴朗，室外最高氣溫5.2℃，最低氣溫-9℃，是一月氣溫最低的一天。
運行情況院相比于小型燃煤采暖鍋爐，生物質采暖室內溫度波動更小，當天溫差5.1℃，小于燃煤鍋爐的9.7℃，如圖7所示。當天消耗生物質顆粒約28.4kg，是估算值的89.3%。通過一周的實際測量，也驗證了生物質采暖室內溫度波動更小，如圖8所示。
運行費用院整個采暖期消耗生物質顆粒3300kg，是估算值的86.5%。燃料費用3300元。不包含因水泵、風機、控制系統運行消耗的電費。
2對比與建議
2.1幾種清潔采暖成本對比
按照生物質顆粒的實際用量計算所產生熱量，計算燃氣壁掛爐和空氣源熱泵的實際運行成本，根據山東省冬季電采暖政策，燃氣成本2.5元/m3； 電采暖每天8院00-20:00電價為0.5769元/kWh，20:00-次日8:00電價0.3769元/kWh，夜間和白天的能耗按5院3計算。具體比較情況如表4。
通過對比可以看出，在解決供暖問題上，生物質采暖比空氣源熱泵和燃氣壁掛爐采暖具有投資少，運行費用相對較低的優勢，但是相比于農民的心里預期，總成本及運行成本仍然偏高，最好能控制到2500元左右。
2.2建議
生物質供暖具有節能、環保、安全、穩定、操作簡便、舒適度高等優點。現在的分散式采暖市場，用戶對生物質采暖的接受度偏低，筆者通過分析原因，提出三條建議。
1）改變顆粒加工模式，降低成本
通過筆者調研走訪發現，山東、河北等地農村的秸稈要加工成生物質顆粒，多通過秸稈經紀人收取農民的秸稈，進行簡單的粉碎后，運輸到加工廠。秸稈加工成顆粒后，再運輸到顆粒經銷商處進行銷售（如圖9所示）。
由圖9可以看出農民以100元/噸出售秸稈，卻要以800元/噸~1000元/噸的價格購買顆粒[6]。
由于環節眾多，造成生物質顆粒成本增加，農民的采暖成本大大增加。如果可以采用來料加工的方式，保證加工廠利潤情況下，農民的顆粒成本只有300元/噸~400元/噸，農民的采暖成本將會大幅下降。就本實例而言，采暖成本可以從3300元/年下降到1000元/噸~1300元/年。這在農村市場就會有很強的競爭力。
2）制定標準，加強監管
當前，鍋爐及顆粒生產企業的規模都比較小，研發能力弱，沒有大的龍頭企業帶動，造成技術發展比較慢曰國家沒有針對小型生物質采暖爐的質量標準，造成產品品質良莠不齊。加之生物質顆粒由多種的材料加工而成，不同材料在燃燒時會有結渣、結焦的情況，影響產品使用感受[7]。建議相關主管部門加強監管，建立相關標準，以便提高產品質量。
3）政府加大支持力度，促進行業快速發展
國家及地方政府更傾向于產品發展歷史長的燃氣、電采暖，尚沒有針對生物質采暖的扶持政策。建議各級政府主管部門結合當地的狀況進行推廣，并給予一定的政策支持[8]。
參考文獻
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[2]莊會永.清潔采暖選擇:被忽視的生物質供熱[J].能源，2019（1）：25-26.
[3]南秀杰.突破節能減排生物質鍋爐核心技術[J].遼寧化工，2016，45（1）：45-47.
[4]苗琪.探究生物質鍋爐技術發展現狀以及未來發展趨勢[J].中國石油和化工標準與質量，2016，36（13）：74-75.
[5]劉婷潔，胡乃濤，李俊韜，張學敏.生物質顆粒燃料燃燒污染物排放特性[J].可再生能源，遼寧:2016.34（12）:1879-1883.
[6]單明，張雙其，鄧夢思，楊旭東.生物質成型燃料用于北方村鎮清潔采暖的技術與模式[J].區域供熱，2018.（1）:6-10.
[7]侯書林，趙立欣，孟海波，田宜水.典型生物質顆粒燃料燃燒特性試驗[J].農業工程學報，北京:2010.26（5）:220-226.
[8]徐偉，袁閃閃，孫峙峰，程昌林，等.清潔采暖技術應用適宜性研究[J].建筑科學，北京:2018.34（12）:1-5. |
