基于價值工程理論的非洲糖廠剩余蔗渣利用方案探討

趙圓方

（中輕國際經(jīng)濟合作有限公司，北京 100102）

蔗渣的主要成分包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素以及水分、抽取物等其他成分[1]。由于糖廠本身就需要大量的電能和蒸汽，本著循環(huán)利用的原則，世界范圍內(nèi)大部分糖廠產(chǎn)出的蔗渣主要用于發(fā)電和生產(chǎn)蒸汽，并以熱電聯(lián)產(chǎn)的方式直接供給糖廠，相較于化石能源發(fā)電，蔗渣發(fā)電具有不含硫、灰分少、成本低等優(yōu)點[2]。在糖廠提高生產(chǎn)能力的條件下，如果不充分使用多余蔗渣，造成燃料浪費，占用蔗渣堆蔗，造成極大的安全隱患。除了用于發(fā)電，蔗渣還可用于制作飼料、造紙、制作壓縮材料、作為有機肥還田及生產(chǎn)沼氣等，從而為糖廠提供額外收益。因此，蔗渣的高效利用能夠提高糖廠收益，降低糖廠運營成本，本文將結(jié)合馬里某糖廠在實際運營中對蔗渣利用的情況探討糖廠蔗渣高效利用的問題，為在非洲自然環(huán)境和經(jīng)濟條件下的蔗渣高值化、最大化利用作出參考。

1 西非馬里糖廠蔗渣利用情況概述

西非某糖廠（下稱糖廠）廠址位于馬里共和國（下稱馬里），地理位置在北緯13°49′，西經(jīng)6°8′，屬熱帶草原氣候，光資源非常豐富、溫度適宜、日照長，適應(yīng)甘蔗生長。

本糖廠剩余蔗渣中纖維分平均按11.5%計，可產(chǎn)生48%～50%水分的蔗渣質(zhì)量約為甘蔗質(zhì)量的23%，即壓榨1 t甘蔗有230 kg（濕）蔗渣產(chǎn)出（折算為絕干蔗渣115 kg）。馬里該糖廠蔗渣成分按近三年榨季平均值分析見表1。

表1 馬里某糖廠蔗渣成分分析Tab.1 Composition analysis of bagasse in a sugar factory in Mali

糖廠產(chǎn)出的蔗渣，首先將作為燃料供自身工廠用電、用氣。該糖廠現(xiàn)有供電系統(tǒng)為孤網(wǎng)，在榨季（12 月—次年4 月）通過采用汽輪機燃燒蔗渣供全廠用電及用氣，在停榨后將繼續(xù)使用蔗渣發(fā)電。實際運營數(shù)據(jù)顯示，蔗渣用于發(fā)電后，剩余可利用蔗渣約為25%。未來隨著糖廠甘蔗種植規(guī)模的擴大，蔗渣產(chǎn)量有望逐年上升，本文按未來剩余蔗渣突破20×104t考慮。

2 蔗渣綜合利用方式

甘蔗渣作為一種生物質(zhì)原料統(tǒng)一由壓榨車間皮帶運送到蔗渣堆場，來源集中且收集方式簡單，節(jié)省大量原料收集成本；蔗渣成分穩(wěn)定，適用于產(chǎn)業(yè)化以及規(guī)模化生產(chǎn)[3]。

2.1 蔗渣飼料開發(fā)

近幾年，馬里農(nóng)業(yè)已進入新的發(fā)展階段，畜牧業(yè)成為增加當(dāng)?shù)厝嗣袷杖牒头睒s經(jīng)濟的重要途徑。馬里國內(nèi)牧場面積超3 000×104hm2，主要畜牧品種有牛、羊，每年畜牧業(yè)產(chǎn)值占國內(nèi)生產(chǎn)總值的10%左右，牲畜存欄數(shù)居西非各國之首。馬里畜牧產(chǎn)品出口幾乎覆蓋西非地區(qū)所有國家，并向歐洲出口。2017 年，馬里出口活禽畜數(shù)量如下：牛28×104頭、羊80.6×104只、山羊13.1×104只、雞19.8×104只。

飼料是畜產(chǎn)品成本的主要構(gòu)成部分，是發(fā)展畜牧業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，將蔗渣制成飼料是蔗渣綜合利用的方向之一。與傳統(tǒng)粗飼料相比，甘蔗渣的優(yōu)點是在飼料短缺的地區(qū)具有較高的利用率和較低的成本。特別是在馬里當(dāng)?shù)?，牲畜基本靠游牧人民放養(yǎng)，隨畜牧業(yè)發(fā)展，大規(guī)模規(guī)范性養(yǎng)殖將成為未來發(fā)展趨勢。此外，多余飼料也可以考慮出口周邊國家，帶動周邊國家畜牧業(yè)發(fā)展。純甘蔗渣作飼料也存在缺點，如蔗渣中難以降解的木質(zhì)素含量高達20%，蛋白含量僅為1.5%～3%，養(yǎng)分不協(xié)調(diào)，營養(yǎng)價值低；蔗渣作為動物飼料時，有機物消化率只有20%～25%或更低[4]，且蔗渣蔗莖表皮存在硅化細胞，適口性差。實踐中，當(dāng)?shù)嘏?、羊并不喜食用蔗渣和糖蜜簡單攪拌制成的飼料，因此，甘蔗渣相對其他飼料?yīng)用還并不廣泛。要大規(guī)模生產(chǎn)蔗渣飼料，首要解決的問題是提高蔗渣飼料的營養(yǎng)以及適口性。

近年來，已有多項研究致力于通過物理處理、化學(xué)處理以及微生物發(fā)酵等方法改良蔗渣飼料。其中化學(xué)處理中堿處理是降解木質(zhì)素最有效的方式之一，作用機理是通過皂化作用打斷木質(zhì)素、半纖維素和纖維素之間的化學(xué)鍵，破壞三者結(jié)合層，從而提高蔗渣的消化率。而利用微生物發(fā)酵處理是近年來的熱點之一，相比其他方式效果更好，對環(huán)境更加友好。利用微生物發(fā)酵不僅可降解木質(zhì)素，還可通過微生物自身代謝生成有機物營養(yǎng)物質(zhì)。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院發(fā)酵工程室的研究結(jié)果表明，通過添加糖蜜并調(diào)整發(fā)酵工藝，可以提高飼料粗蛋白含量，改善香味，適口性較純蔗渣大為改觀[5]。

2.2 蔗渣作為有機肥還田

該糖廠所在區(qū)域土壤本身質(zhì)地影響著甘蔗產(chǎn)量。土壤質(zhì)地為砂壤土，有機質(zhì)含量不足1%，土壤保肥能力差，板結(jié)情況嚴(yán)重，且存在大量寸草不生的禿斑地。甘蔗渣外形膨脹通氣，具有疏松土壤的功能，還有較為豐富的有機質(zhì)，可作為有機肥還田。經(jīng)試驗，甘蔗渣作為有機肥還田可有效改善當(dāng)?shù)赝寥腊褰Y(jié)的現(xiàn)狀，并可有效補充有機質(zhì)，可作為蔗渣綜合利用的方向之一。

使用蔗渣作為有機肥還田，雖操作簡單、成本較低，但投入產(chǎn)出比還需提高。按0.1 m 的厚度鋪設(shè)蔗渣，蔗渣密度為100～120 kg/m3，土地需蔗渣100 t/hm2，1.4×104hm2土地需140×104t 蔗渣，蔗渣量20×104t 遠遠不能滿足該需求。因此，只有當(dāng)蔗渣量足夠多且改善土壤需求足夠迫切時，采用蔗渣還田才可作為一種有效的綜合利用方式。

2.3 蔗渣作為鍋爐燃料用于并網(wǎng)售電

馬里電力嚴(yán)重短缺，用電普及率僅為36%，絕大部分鄉(xiāng)村沒有通電，主要供電方式為進口柴油發(fā)電。近年來，柴油進口價格波動劇烈，價格攀升。在可再生能源供電方面，馬里有3 座水電站，12 座火力發(fā)電站，1 座太陽能電站[4]。為避免出現(xiàn)用電高峰期供電不足的情況，馬里采取了分時定電價，價格依電力情況而定。即便如此，用電高峰期仍頻發(fā)斷電、限制用電的現(xiàn)象。電力價格高且無法保障足量、穩(wěn)定供應(yīng)，對一些工業(yè)投資項目在馬里國家的落地實施造成了影響。馬里政府未來的規(guī)劃目標(biāo)是將可再生能源在全國發(fā)電能源的比例提高至25%，并在2033年前將農(nóng)村電氣化比例提高至61%。

馬里糖廠的蔗渣與中國糖廠相比具有儲存成本低、人力成本低、干燥速度快等優(yōu)勢。因此，在該糖廠蔗渣產(chǎn)出量滿足自身發(fā)電需求后，可根據(jù)馬里當(dāng)?shù)貙嶋H情況在生產(chǎn)期間通過并網(wǎng)系統(tǒng)向馬里國家電網(wǎng)以市場價出售富余電力，有效緩解當(dāng)前和未來用電緊張的情形。按蔗渣熱值和標(biāo)準(zhǔn)煤熱值比為1∶3.68 計算，剩余20×104t的蔗渣用于發(fā)電可折合標(biāo)準(zhǔn)煤超過5×104t，理論可發(fā)電量可超過8 500×104kW/h。因此，根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)需求，在榨季期間糖廠將部分電力用于工廠自身電力消耗；在7 月—10 月的停榨期，電站停止運行，即無電力生產(chǎn)，該糖廠可向電網(wǎng)申請輸送部分電力到工廠以補足電力。該種方式以原有糖廠條件為依托，具有較大的盈利能力，并能承受較大的市場變動風(fēng)險，財務(wù)效益較好，在經(jīng)濟上可行，但也存在一定并網(wǎng)難題。由于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)系統(tǒng)不成熟，還存在改善或新建并網(wǎng)系統(tǒng)的工作，如需要修建安裝與電網(wǎng)連接的升壓站并負責(zé)輸電到交付點的供電工程；糖廠為周期性生產(chǎn)，存在發(fā)電電壓不穩(wěn)、發(fā)電質(zhì)量不能保證的情況，制約著蔗渣發(fā)電規(guī)?；l(fā)展；當(dāng)?shù)卮嬖趹?zhàn)爭、民間暴亂、恐怖行動、疫情、自然災(zāi)害等不可抗力的風(fēng)險，還有工會組織罷工、工人停工等影響工期的風(fēng)險因素。

綜上所述，在充分規(guī)避項目風(fēng)險的基礎(chǔ)上實現(xiàn)盈利，是蔗渣燃料用于并網(wǎng)售電綜合利用方式要達到的目標(biāo)。

2.4 蔗渣制漿造紙

甘蔗皮纖維含量高，中間髓纖維含量低，主要是用甘蔗表皮制漿，蔗髓做燃料。為了降低成本，提高制漿質(zhì)量，蔗渣進入制漿車間第一道工序是除髓，髓含量大約30%。依此計算，1 t蔗渣可以得0.7 t除髓蔗渣，按照得漿率約50%計算，每1 t漿需絕干除髓蔗渣2 t，折算為已除髓（濕）蔗渣（含水50%）為4 t，折算為未除髓（濕）蔗渣為5.7 t，即1 t 蔗渣漿需要5.7 t蔗渣為原料。因此，按照該糖廠20×104t 蔗渣量計算，生產(chǎn)蔗渣漿量約為3.5×104t/年。

馬里糖廠在甘蔗收割季節(jié)一般先采用火燒的方式去除甘蔗的枝葉和干枯的部分，經(jīng)人工砍伐甘蔗，然后通過抓蔗機抓起甘蔗裝入運蔗車廂，運往甘蔗儲存地點。在上述過程中，火燒甘蔗后產(chǎn)生的灰塵以及甘蔗抓運過程中混入的泥砂不可避免的隨著甘蔗進入壓榨工序中，并混合滯留在蔗渣中，導(dǎo)致蔗渣含碳量較大，使再造紙漂白工序難度較大。綜合考慮非洲市場實際情況，衛(wèi)生紙在高收入人群中需求量較大，需求首選為衛(wèi)生紙、包裝紙（瓦楞紙）和制作纖維軟板。從投資收益方面分析，生產(chǎn)衛(wèi)生紙每年可生產(chǎn)約3.8×104t，附加值高，收益較好，出廠價格擁有較好的利潤空間；但從投資方面分析，制漿廠分三大車間，分別為制漿車間、堿回收車間以及配套的動力車間，還需建設(shè)一座污水處理廠，各類所需化輔料均需進口，因此設(shè)備投資較大。

3 基于價值工程理論的方案比選

3.1 價值工程理論

價值工程理論是指以功能分析為核心，通過分析方案功能與成本之間的關(guān)系，力求以最低的壽命周期成本實現(xiàn)產(chǎn)品的必要功能，從而確定重點改進的功能和成本投入的增減，實現(xiàn)方案價值最大化的研究方法。

其一般形式可表示為：

式中：F——功能指數(shù)，即各方案的功能指數(shù)總分/三個方案功能指數(shù)總分之和；C——成本指數(shù)，即各方案的總投資/三個方案的總投資之和；V——價值指數(shù)，即各方案的功能指數(shù)F/各方案的成本指數(shù)C。

V=1 時評價工程的功能比重與成本大致平衡，可以認(rèn)為此評價工程方案為最佳。

V<1 時評價工程的成本比重大于其功能比重，表明成本偏高，投入較大，可能存在生產(chǎn)工藝落后或者功能冗余的情況。此評價工程方案列為待改進對象，改善方向是降低成本。

V>1 時評價工程的成本比重小于其功能比重，表示成本偏低，不能滿足功能的要求，致使功能偏低，此評價工程方案列為待改進對象，改善方向是降低功能水平或增加成本。

為研究在非洲馬里特定經(jīng)濟自然條件下蔗渣綜合利用的最優(yōu)方案，擬運用價值工程理論對方案進行優(yōu)化比選。將技術(shù)與經(jīng)濟相結(jié)合，通過價值比選，充分挖掘項目潛力。

3.2 比選與優(yōu)化的3個階段

引入價值工程對方案進行比選與優(yōu)化大致分為以下3個階段。

3.2.1 信息收集

對馬里當(dāng)?shù)刈匀粭l件、原材料、經(jīng)濟指標(biāo)、基礎(chǔ)設(shè)施、現(xiàn)場地址資料、交通情況等信息進行收集。

3.2.2 功能分析

（1）確定分析對象，提出比選方案。擬選定3個綜合利用方案，具體如下。

方案一：蔗渣飼料開發(fā)。年產(chǎn)20×104t 飼料項目，預(yù)計占地3.33 hm2，建設(shè)有原料庫、成品庫、主生產(chǎn)車間、綜合樓，具有3條以上生產(chǎn)線，預(yù)計總投資5 000×104元。

方案二：蔗渣作為燃料用于并網(wǎng)售電。糖廠自備電站發(fā)電由電力線路輸送到新建變電站，通過變電站升壓，送至馬里電網(wǎng)和周邊用電戶。該糖廠負責(zé)工廠至變電站線路以及變電站的設(shè)計、采購及建設(shè)，預(yù)計總投資6 000×104元。

方案三：蔗渣制漿造紙。年產(chǎn)3.8×104t 生活用紙廠，預(yù)計總投資5 500×104元。

（2）確定功能評價指標(biāo)。此3個方案功能主要體現(xiàn)在：一是銷售穩(wěn)定性，通過判斷是否可建立穩(wěn)定暢通的銷售渠道判斷該項目產(chǎn)品的市場接受度；二是項目的盈利能力，旨在分析項目是否可獲取利潤，主要通過投資內(nèi)部收益率、投資回收率以及償還債務(wù)能力3 項指標(biāo)來進行判斷；三是項目技術(shù)成熟度，主要從項目技術(shù)可行性、技術(shù)在當(dāng)?shù)氐倪m應(yīng)性、是否具備掌握操作運行的項目技術(shù)人員、屬地化員工是否可培訓(xùn)并勝任技術(shù)崗位等方面考慮；四是原材料采購和運輸難度，主要研判在當(dāng)?shù)刭Y源條件下，項目所需原材料采購的難易程度，同時也需考慮國際采購的運輸時效和費用；五是現(xiàn)金流穩(wěn)定性，通過流動比率、速動比率等財務(wù)指標(biāo)進行評估；六是對社會貢獻度如提高當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè)率，改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境等方面進行評定。

（3）權(quán)重的確定。分析研究各項功能指標(biāo)在項目中的地位和作用，通過專家量化打分以及經(jīng)驗分析法確定功能指標(biāo)的權(quán)重，具體見表2。

表2 分析研究各項功能指標(biāo)Tab.2 Analyze and study of the functional indicators

（4）評分。邀請專家小組按各項功能評價指標(biāo)對3 個方案進行評分。

（5）匯總。對3 個方案的每項評價指標(biāo)評分并進行平均加權(quán)匯總，得出各方案的功能指數(shù)總分，具體見表3。

表3 三方案功能指標(biāo)得分表Tab.3 Three program function index score table

3.2.3 功能價值評估

3個方案投資估算成本指數(shù)見表4。

表4 三方案預(yù)算成本指數(shù)Tab.4 Three programme budget cost indices

根據(jù)價值計算公式計算3個方案的價值系數(shù)見表5。

表5 價值指數(shù)表Tab.5 Value index table

綜合以上分析和計算結(jié)果，在滿足各項功能要求的前提下，方案二價值最貼近。因此，將蔗渣作為鍋爐燃料用于并網(wǎng)售電為最佳方案。

4 結(jié)語

本文對馬里糖廠主要的4 種蔗渣高效利用途徑進行分析，基于價值工程理論對其中3 個方案進行綜合比選。經(jīng)計算，將多余蔗渣作為鍋爐燃料并網(wǎng)售電為最佳方案。本文期望根據(jù)糖廠不同經(jīng)營方式和條件，為西非其他糖廠的蔗渣高效利用問題提供參考。