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摘要：本文对石家庄市范围内推广建设生物质气化系统的经济可行性进行了论证。本文首先对国内生物质气化技术的发展现状进行综述，国内生物质气化技术已日趋成熟，并且应用范围越来越广。并对石家庄市的生物质资源的调查结果进行了分析，石家庄充足的生物质资源为在石家庄推广应用生物质气化技术奠定了坚实基础。最后从工业应用和居民供暖两个方面分析了生物质气化技术的经济可行性。
关键词：生物质 气化 散煤替代 经济性分析
中图分类号：TU833；TK6 文献标识码：A
Feasibility Analysis of Promoting Biomass Gasification Technology in Shijiazhuang City
Zhao Hui1，Hao Yuliang2，Li Jianguang2
（1. Shijiazhuang Energy Conservation Supervision Center， Shijiazhuang 050000， China；2. Monocarbon environment investment Co. ltd，Beijing 100024， China）
Abstract：This article discussed the economic feasibility of the construction of biomass gasification system in Shijiazhuang， Hebei province. The paper fi rst summarized the development status of domestic biomass gasifi cation technology. The technology is matured enough and has a wide range of applications around the world. Then the survey of biomass resources in Shijiazhuang indicated that biomass resources were suffi cient for the promotion and application of biomass gasifi cation technology in Shijiazhuang. Finally， the economic feasibility of biomass gasifi cation technology is analyzed from two aspects： industrial application and residential heating. The results of the dissertation indicated that the promotion of biomass gasifi cation technology in Shijiazhuang is economically and technically feasible.
Key words：Biomass Gasifi cation Bulk coal replacement Economical analysis
隨着石家庄市“煤改气”的不断推进，天然气需求量大幅增加。尤其是今年入冬以来，液化天然气价格不断走高，[1]并且受上游气源、天气和路况等因素影响，液化天然气很难做到连续稳定供应。因此，亟待寻求其他清洁能源以补充天然气需求缺口。生物质气化技术是生物质资源高效洁净利用的一种重要方式，是应用较为广泛，发展较为成熟的一种生物质热化学转化技术，其主要目的是获得气态燃气，将能量密度低、不便于储存和输送的固态生物质原料转化为气态的、能量密度高的燃料或者化工合成原料。生物质气化技术还具有能量转换效率高，技术应用不受地区和气候限制，
原料适应性广等优点。[2、3、4]而石家庄可利用的生物质资源丰富，成本低，因此，在石家庄地区发展生物质气化产业具有较大优势，是顺应能源结构调整趋势，缓解地区化石能源消耗压力的重要措施。本文将从工业领域和民用领域两个方面论证生物质气化技术的经济可行性。
1 我国生物质气化产业发展情况概述
1.1 生物质气化原理
生物质气化是一种生物质热化学转换利用技术。其原理是在一定的热力学条件下，在气化剂空气（或氧气）、水蒸气的作用下，使生物质原料在气化炉中发生反应，经过热解、氧化、还原、重整等反应过程，将生物质原料转化成小分子碳氢化合物，获得含CO、H2和CH4等可燃气体。
1.2 国内生物质气化技术概况
我国生物质气化技术始于20世纪80年代初期，主要通过消化吸收国外先进技术与自主创新并举的方式来发展。国内中科院广州能源所、中科院山西煤化所、山东能源研究所及中国农业机械化科学研究院[2、3、4、5、6]等众多研究机构对生物质气化技术开展了大量的研究，开发出不同系列气化炉产品，多个系列气化炉已具有大量的产业化应用。目前，我国生物质气化技术主要应用于供热、窑炉、供暖、发电和合成燃料等，而且在这些领域的应用规模都在显著增大。除此之外，生物质气化技术也可应用于燃料电池等领域。[7]因此，随着生物质气化技术不断发展，其在生产、生活用能和发电、干燥、供暖等领域得到了大量的应用。[6]生物质气化燃气工业锅炉和窑炉应用方面，我国已有数十个成功案例，典型项目包括常州运达印染、珠海丽珠合成制药、深圳华美钢铁和广东立国制药等项目，而我国生物质气化供气站可达上千座。[4]
2 石家庄市生物质资源调查
根据石家庄市节能监察中心相关调研结果，石家庄市生物质资源概况（见表1）。石家庄地区每年产生的生物质及废弃有机物理论资源量为3120万吨，其中畜禽粪便的资源量为1927万吨，达到62%；秸秆的理论资源量为916万吨，占到29%；城市生活垃圾的理论资源量为137万吨，占到4%；林木废弃物的资源量为81万吨，占到3%；农产品加工副产品的资源量为59万吨，占到2%。在可获得量方面，除农作物秸秆、林木采伐剩余物、林木抚育剩余物的收集系数较低外，其他生物质及废弃有机物资源相对集中，可收集系数较高，使得石家庄地区每年生物质及废弃有机物可获得量达到2762万吨。总的生物质及废弃有机物回收系数为91%。其中，畜禽粪便的可获得量最大，达到1773万吨，占总可获得量64%，折标煤量为407万吨；秸秆的可获得量为732万吨，占总可获得量的27%，折合标煤量大约为329万吨；而城市生活垃圾、农产品加工副产品和林木生物质的可获得量分别为137万吨，59万吨和61万吨，分别折合标煤34，33和31万吨。由此可见，石家庄市生物质及废弃有机物资源丰富，为在石家庄推广应用生物质气化技术奠定了坚实基础。
3 生物质气化技术用于工业生产的经济可行性分析
本文以石家庄市某医用手套生产企业为例，来论证生物质气化技术用于工业供热的经济可行性。该企业于2017年8月实施“煤改气”，安装1台10 t/ h的天然气锅炉，天然气需求量为500 m3/h。实施“煤改气”后，该厂的能源成本大幅提高，由原来的0.09元/大卡上升至0.3元/大卡。同时，天然气（LNG）供应不稳定，多次由于天气、路况等原因导致LNG运输车辆无法按时抵达而造成工厂用气中断，严重影响了企业的正常生产。为此，企业决定投资建设生物质气化炉项目。
3.1 项目基础数据
生物质气化炉：1台2t/h的生物质气化炉，年运行时间300天；产品规模：生物质合成气4000 Nm3/h，热值1300 kcal/m3；项目实施进度：建设期1年，折旧年限20年。
3.2 投资费用估算
项目的建设费用（见表2）。项目实施后将对该厂现有的天然气锅炉实施改造，不需投资建设新燃气锅炉，设备投资费用包含锅炉改造费用。为了保证气源的稳定性，设置一套LNG配气系统。本项目的总投资为465万元，其中气化设备及附属设备投资金额为300万元。
3.3 项目运行成本分析
生物质气化主要运行成本由原材料费用、水电费、工资及福利、维修费、折旧费和其他费用构成，具体数据见表3。原材料费：原材料单价按照平均价格400元/吨计算，项目年消耗生物质原料1.44万吨，年原材料费用共计576万元。水费：项目年耗新鲜水量2640m3，石家庄市工业用水单价为3.95元/吨，年水费共计1万元。电费：项目年耗電量约为115万 kW？h，平均电价按照0.75元/ kW？h计算，年电费共计86.3万元。工资及福利：项目定员10人，人均年工资5万元，福利系数取15%，工资及福利费用共计57.5万元。维修费：维修费率占设备总投资的3%，年维修费共计9万元。折旧费：设备残值取5%，折旧年限为20年，年折旧金额为14.3万元。项目的年运行成本合计为774万元，年产合成气量为28.8×106 Nm3，合成气的生产成本为0.27元/Nm3。
3.4 项目经济可行性分析
生物质合成气的生产成本为0.27元/Nm3，利润率按照10%计算，则生物质合成气的不含税销售价格为0.297元/ Nm3（不含税），含税销售价格为0.327元/ Nm3（增值税11%）。生物质合成气的热值为1300kcal/m3，同等热值下的天然气价格为2.29元/Nm3（不含税价格），本项目的合成气价格明显低于同等热值下的天然气价格，具有广泛的应用前景。
3.5 项目供气成本敏感性分析
为了分析相关参数变化项目成本的影响，对供气成本敏感性进行了分析。（如图1）所示是生物质气化技术在工业领域应用的供气成本敏感性分析。为了准确评价项目的投资收益情况，本方案对影响项目收益率的主要参数进行了±20%的敏感性分析。从图1中可以看出，生物质气化技术的供气成本受原料成本影响最大，当原料成本在±20%范围内波动时，供气成本为0.229～0.309元/Nm3。
4 生物质气化技术用于民用供暖的经济可行性分析
本文将以2t/h的生物质气化炉为例，论证生物质气化用于农村供暖的经济可行性。
4.1 生物质气化用于农户采暖的供热能力分析
建筑物供暖用气量根据建筑物热负荷和燃气热值进行计算。建筑物的热负荷采用面积热指标法计算方法如（式-1）。
式-1中：Q为建筑物的热负荷，W；q为建筑物供暖面积热指标，W/m2；F为建筑物的建筑面积m2。石家庄地区农村住宅采暖标准为15℃，热负荷指标选为60W/m2，供热面积按100m2计算，则建筑物的热负荷为6000W，建筑物供暖期内所需燃气量如（式-2）所示。
式-2中：V为建筑物供暖期内所需的燃气量，m3；t为采暖时间，s；Q气为燃气的热值，J/m3；η为燃气燃烧器热效率，%。采暖时间为120天，燃气采暖锅炉的热效率为90%，则根据（式-2）可以计算出每户居民冬季采暖用气总量为14035Nm3，约117Nm3/天。以一台2t/h的生物质气化炉为例，在供暖期的120天内，满负荷生产时生物质合成气的产量为11.52×106m3，可满足至少821户居民的采暖需求。另外，通过余热回收，仍可以满足123户居民的采暖需求。因此，一台2t/h的生物质气化炉可以满足950户左右农村用户的采暖需求，即95000m2的供热需求。
4.2 生物质气化用于农户采暖的经济性分析
生物质气化炉的运行成本分析过程参考“投资费用估算”部分。由于供暖期为120天，设备运行时间短，经计算得出生物质燃气的成本提高至0.33元/ Nm3，居民用户整个采暖季的采暖费用为40.3元/m2。2017年，石家庄市居民采暖价格为22元/m2，非居民采暖价格为31元/m2。[8]可见，在没有补贴的情况下，生物质气化采暖的价格要高于目前天然气采暖的价格。但是由于生物质气化采暖可以就近利用农村地区丰富的生物质资源，整体降低生物质利用的社会综合成本。因此，对于生物质气化供暖项目，应给予一定的补贴，促进该产业的发展。
4.3 生物质气化供暖价格敏感性分析
从（图2）中可以看出，对供暖成本影响最大的为原材料成本。当原材料成本在±20%范围波动时，供暖成本变化范围为35.1～45.1元/m2。
5 结束语
本文首先介绍了国内生物质气化发展状况；随后对石家庄市的生物质资源现状进行了分析，丰富的生物质资源为石家庄生物质气化产业的发展奠定了坚实基础；最后从工业领域和民用领域对生物质气化技术的经济可行性进行了论证。经过分析本文得到如下结论。
石家庄市生物质资源量丰富，可以保证生物质气化的原料来源。生物质气化用于工业领域的经济性较好，当生物质原料价格为400元/吨时，其生物质合成气的生产成本为0.27元/Nm3。当生物质气化技术用于民用供暖时，由于供暖的时间较短，导致生物质气化用于供暖的成本较高。但是由于可以就地利用农村地区的生物质资源，有利于降低生物质利用的社会综合成本。本文分析结果表明在石家庄推广生物质气化技术在经济和技术上是可行的。
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