新疆棉花秸稈燃料化利用分析

摘要：燃料化是農作物秸稈的重要利用方向，可有效減少秸稈露天焚燒和碳排放，減緩能源短缺，增加經濟附加值。本文從直燃、氣化和液化三方面綜述國內外農作物秸稈燃料化利用現狀，然后分析新疆棉花秸稈燃料化利用的必要性，提出針對性建議，以推進新疆棉花秸稈實現燃料化利用。

關鍵詞：棉花秸稈；燃料化；固化成型；新疆

中圖分類號：S38；TK6 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）07-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.07.015

Analysis on the Fuelization Utilization of Cotton Straw in Xinjiang

——Based on the Status of Crop Straw Fuelization Utilization

YU Wanli1， XIA Xuemei2， DONG Hegan3， YANG Xiaopeng3， WANG Qin3

（1. Rural Energy Workstation of Xinjiang Uygur Autonomous Region; 2. Agricultural Ecology and Resource Protection Station of Xinjiang Uygur Autonomous Region， Urumqi 830049， China; 3. College of Life Sciences， Shihezi University， Shihezi 832000， China）

Abstract： Fuelization is an important direction for the utilization of crop straw， which can effectively reduce straw open burning and carbon emissions， alleviate energy shortages， and increase economic added value. This paper summarizes the status of crop straw fuel utilization both domestically and internationally from direct combustion， gasification and liquefaction， then analyzes the necessity of cotton straw fuelization utilization in Xinjiang and proposes targeted suggestions， so as to promote the realization of fuelization utilization of cotton straw in Xinjiang.

Keywords： cotton straw; fuelization; solidification molding; Xinjiang

我國是世界上農作物秸稈產生量最大的國家，2017年農作物秸稈年產生量超過8億t，綜合利用率超過85%[1]。我國農作物秸稈綜合利用以肥料化、飼料化和燃料化為主，分別占秸稈總量的43.2%、18.8%和11.4%，原料化和基料化僅占秸稈總量的6.7%[2]。自2012年起，我國每年均對農作物秸稈綜合利用做出具體指示，并明確農作物秸稈綜合利用是發展生態循環農業、治理農村生態環境問題、推進農業農村綠色發展的重要抓手[3]。農作物秸稈是當今世界的第四大能源[4]，僅次于煤炭、石油和天然氣，農作物秸稈是可再生的，隨著國際能源緊缺，秸稈燃料化利用越來越被重視。本文綜述國內外農作物秸稈燃料化利用現狀，然后分析新疆棉花秸稈燃料化利用的必要性，針對性地提出建議，以促進新疆棉花秸稈的燃料化利用[5]。

1 農作物秸稈燃料化利用現狀

目前，農作物秸稈燃料化利用主要有3種方式。一是秸稈直燃，二是秸稈氣化，三是秸稈液化。

1.1 秸稈直燃技術

1.1.1 高效燃燒

高效燃燒是將秸稈作為燃料直接燃燒的技術，是一種傳統能源利用形式，往往燃燒不充分且造成空氣污染。目前，部分農村仍存在該類秸稈利用方式，主要用于取暖和炊事。隨著新農村建設和城鎮化的推進、秸稈利用方式的多樣化、節能爐的推廣，該利用方式正逐步被取代。在發達國家，這類利用方式已經很少見[6]。

1.1.2 固化燃料

固化成型是在一定條件下（溫度、濕度和壓力）將秸稈壓縮為一定形狀成型燃料的技術。固化成型后，秸稈體積壓縮至原來的1/18～1/15，熱效率增加50%～70%，熱值與原煤相當，不僅可用于炊事取暖、鍋爐供熱等，還提高了秸稈的運輸及儲存能力。20世紀80年代，我國引入秸稈固化成型技術，相對于秸稈汽化和液化技術，固化成型技術更易推廣，目前，該技術及其配套的設備、服務體系已初步建成。然而，我國秸稈固化成型產業化也面臨諸多問題，比如，企業壓縮設備能耗高，關鍵部件使用壽命短，配套燃料鍋爐難以達到排放標準，較高的生產成本使企業很難盈利，太過依賴政府補貼。發達國家秸稈固化成型技術相對成熟，自動化技術已經全面應用于秸稈收集、粉碎、干燥、壓縮成型、包裝等環節[7]。

1.1.3 燃燒發電

燃燒發電是將秸稈直接或混合燃燒，驅動蒸汽輪機進行發電的綜合利用技術。燃燒發電可以節省化石燃料，減少溫室氣體排放。秸稈燃燒發電技術于20世紀90年代從丹麥引入我國，隨著技術與設備的成熟、國家政策的扶持、秸稈禁燒的實施，秸稈發電產業在我國得到一定的發展。然而，人力和資源成本較高，過度依賴國家政策補貼，秸稈原料產生具有季節性，這導致該產業不能持續盈利[8]。丹麥秸稈發電產業起步較早，經濟效益和生態效益較好，農民出售秸稈得到經濟回報，還能得到返還的爐灰還田。日本也非常重視秸稈發電技術，生物質發電裝機容量持續增加[5]。

1.2 秸稈氣化技術

1.2.1 直接氣化

直接氣化是在一定條件下將秸稈轉化為一氧化碳、氫氣及甲烷等混合可燃氣體的技術。秸稈氣化工程效率較低，成本較高，設備系統改造難度較大，實際應用較少。

1.2.2 沼氣發酵

沼氣發酵是一種通過微生物發酵將秸稈轉化為沼氣和沼渣的技術。我國沼氣工程數量多，年產沼氣量大，受氣候等因素影響，該技術在河南省、四川省等地應用較好，在東北地區、西北地區存在一定局限性[9]。歐洲對沼氣工程的研究和應用起步較早。在德國，以秸稈為原料的沼氣工程常采用“秸稈+糞便”全混合發酵、立式干法沼氣發酵、發酵罐串聯發酵等工藝，沼氣原料大致為青貯能源作物、禽畜糞便、有機生活垃圾和工業有機廢棄物，秸稈利用量較大[5]。

1.3 秸稈液化技術

1.3.1 燃料乙醇與丁醇

燃料乙醇的制備原理是以纖維素生物質為原料，經過原料預處理、水解、發酵等工藝環節，最終將纖維素轉化為乙醇。我國在纖維素乙醇產業的研發中已投入大量資金，并出臺相應扶植政策。然而，我國秸稈制取纖維素乙醇的成本較高，致使不能盈利、不適合推廣，尚無成熟商業化運作工廠[10]。美國、意大利、英國、加拿大、日本等是最早開展燃料乙醇技術研發、生產和運營的國家。美國重視燃料乙醇的研究和推廣，并將其納入可再生能源發展戰略，目前該技術處于示范和商業推廣階段。日本燃料乙醇研究處于世界領先地位，技術已經比較成熟，處于示范階段[6]。經過特定的糖化工藝處理后，玉米與小麥秸稈是非常好的燃料丁醇發酵原料，這使得利用農作物秸稈生產丁醇越來越被關注，主要原因是丁醇能量密度大、熱值高。

1.3.2 水熱液化

水熱液化是在惰性氛圍下，通過催化劑或微波吸收劑使農作物秸稈熱解，獲得液體燃料油的技術。該技術的生產條件、設備要求苛刻，暫未發現商品化產品。

2 新疆棉花秸稈燃料化利用的必要性

2018年，新疆農作物秸稈年產生量達4 041.98萬t。

新疆是世界上最大的棉花種植區和商品棉產區，棉花秸稈是新疆農作物秸稈綜合利用的主攻方向。新疆棉花秸稈加工利用量小，一半以上直接還田，處理形式單一，資源化、商品化程度亟待提高。棉花秸稈肥料化應用方式主要是直接粉碎還田，新疆冬季寒冷，秸稈腐熟速度慢，若還田的秸稈量過大，將嚴重影響春季播種，因此離田利用是今后棉花秸稈處理的主要方式。棉花秸稈中游離棉酚、纖維素和木質素含量較高，現有的加工技術并不能解決以上問題，這使棉花秸稈飼料化利用難以廣泛推廣。棉花秸稈的熱值相比玉米和小麥等農作物秸稈更好，具備燃料化利用的基礎。新疆煤炭北富南乏，新疆農村能源消費總量達860萬t

標準煤，其中煤炭占92%，新疆年產棉花秸稈約

1 400萬t，理論可替代標準煤約900萬t，現如今燃料化利用僅60萬t，因此，棉花秸稈燃料化利用前景光明[11-12]。

3 新疆棉花秸稈燃料化利用的建議

農作物秸稈燃料化生產主體的盈利阻力包括技術不成熟，原料成本高、分散且不能常年供應，而新疆棉花秸稈價格低、產量大且相對集中，因此選擇適合新疆棉花秸稈的燃料化技術是該產業發展的關鍵。調研發現，新疆運行較好、能夠盈利的秸稈燃料化企業均采用秸稈固化成型技術，該生產方式技術要求低，在碳達峰碳中和背景下，政府單位大量采購秸稈炭化顆粒，市場需求大，因此固化成型技術是現階段新疆棉花秸稈燃料化利用的主流技術。此外，棉花秸稈發電也是可操作性強的燃料化利用方式，在個別地區可進行前期示范。

3.1 加強宣傳與政策扶持

向相關企業、合作社、大戶和農民進行棉花秸稈燃料化宣傳，并就科學燃料化進行培訓。政府應當加大棉花秸稈燃料化的政策扶持力度，加大棉花秸稈燃料化及其配套設備的補貼，出臺秸稈燃料化企業貸款減息免息政策。

3.2 加強秸稈固化成型和炭化技術研發和設備引入

棉花秸稈固化成型和炭化技術操作簡單，配套設備易采購和操作，能夠解決運輸成本和各地燃料不均的問題，符合新疆實際，是現階段最應該發展的秸稈燃料化技術，應加大設備和技術的引入和研發力度。

3.3 加快配套標準的制定與出臺

出臺棉花秸稈燃料化相關標準是科學推進燃料化的基礎，尤其是秸稈固化成型和炭化的相關標準，該類標準需要明確秸稈固化成型與炭化的全過程、固化成型和炭化后的使用方法及配套設備等，這將大大促進棉花秸稈燃料化的推廣。

3.4 培育市場化主體

新疆棉花秸稈產生量大，加強燃料化市場主體的培育勢在必行，尤其是棉花秸稈固化成型與炭化相關市場化主體的培育，培育方式包括適用設備的補貼、先進技術的引入、戶用配套設備的補貼等，最終確保這類主體既能實現秸稈燃料化，又能贏利。

4 結論

目前，農作物秸稈燃料化利用主要有3種方式，即秸稈直燃、秸稈氣化、秸稈液化。新疆是世界上最大的棉花種植區和商品棉產區，棉花秸稈是新疆農作物秸稈綜合利用的主攻方向。與玉米和小麥等農作物秸稈相比，棉花秸稈的熱值更高，具備燃料化利用的基礎，棉花秸稈燃料化利用前景光明。未來，新疆要加強宣傳與政策扶持，加強秸稈固化成型和炭化技術研發和設備引入，加快配套標準的制定與出臺，培育市場化主體，確保棉花秸稈實現燃料化利用。

參考文獻

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