沼气工程热量衡算new.docx
《沼气工程热量衡算new.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《沼气工程热量衡算new.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
沼气工程热量衡算new
沼气工程热量衡算
目录
一.沼气工程需热量计算3
1.罐体总热损值3
2.物料加热所需热量4
3.厌氧罐所需热量4
二.产值和能耗拐点的计算5
1.拐点定义5
2.沼气工程产值5
3.燃煤锅炉拐点6
4.沼气锅炉拐点7
5.沼气发电机的余热满足率和经济效率8
6.经济性对比分析9
三.解决夏季燃煤问题10
1.余热锅炉10
2.太阳能加热10
一.沼气工程需热量计算
1.罐体总热损值
根据我国的年平均温度，将沼气工程按照东北（0℃）、北方（10℃）、南方（15℃）三个地区考虑。
（1）厌氧罐罐体的理论热损失值Q1见表1：
厌氧罐容积（m3）
东北（0℃）
北方（10℃）
南方（15℃）
每天耗煤（kg）
每年耗煤量（t）
每年燃煤费（万）
每天耗煤（kg）
每年耗煤量（t）
每年燃煤费（万）
每天耗煤（kg）
每年耗煤量（t）
每年燃煤费（万）
300
31.2
11.4
1.37
22.3
8.1
0.98
17.8
6.5
0.78
500
45.3
16.5
1.98
32.3
11.8
1.41
25.9
9.5
1.13
800
62.2
22.7
2.72
44.4
16.2
1.94
35.5
13.0
1.55
1000
71.7
26.2
3.14
51.2
18.7
2.24
41
15.0
1.80
1200
81.8
29.9
3.58
58.4
21.3
2.56
46.7
17.0
2.05
1500
89.2
32.6
3.91
63.7
23.3
2.79
51
18.6
2.23
2000
114.3
41.7
5.01
81.6
29.8
3.57
65.3
23.8
2.86
注：
散煤的热值6000kcal/kg，按锅炉实际热效率53%计算，得到煤的热值为6000*4.178*0.53=13280kJ/kg；散煤价格1200元/吨。
（2）由于实际安装过程对保温性能有影响，实际热损失考虑1.6的误差因子，则厌氧罐实际的热损失值见表2：
厌氧罐容积（m3）
东北（0℃）
北方（10℃）
南方（15℃）
每天耗煤（kg）
每年耗煤量（t）
每年燃煤费（万）
每天耗煤（kg）
每年耗煤量（t）
每年燃煤费（万）
每天耗煤（kg）
每年耗煤量（t）
每年燃煤费（万）
300
49.9
18.2
2.19
35.7
13.0
1.56
28.5
10.4
1.25
500
72.5
26.5
3.17
51.7
18.9
2.26
41.4
15.1
1.82
800
99.5
36.3
4.36
71.0
25.9
3.11
56.8
20.7
2.49
1000
114.7
41.9
5.02
81.9
29.9
3.59
65.6
23.9
2.87
1200
130.9
47.8
5.73
93.4
34.1
4.09
74.7
27.3
3.27
1500
142.7
52.1
6.25
101.9
37.2
4.46
81.6
29.8
3.57
2000
182.9
66.8
8.01
130.6
47.7
5.72
104.5
38.1
4.58
2.物料加热所需热量
公式：
Q=Cm△t
式中：
C=4.2KJ/kg*℃；m为需要加热的物料量；△t为物料升高的温度。
进料温度东北按照平均6度计算，北方按照10度计算，南方按照15度计算，对不同地区，不同规模的沼气工程，原料升温至35℃，物料加热所需热量Q2列于表3：
厌氧罐容积（m3）
每天进料量（t）
东北（0℃）
北方（10℃）
南方（15℃）
每天耗煤（kg）
每年耗煤量（t）
每年燃煤费（万）
每天耗煤（kg）
每年耗煤量（t）
每年燃煤费（万）
每天耗煤（kg）
每年耗煤量（t）
每年燃煤费（万）
300
15
137.5
50.2
6.02
118.6
43.3
5.19
94.9
34.6
4.16
500
25
229.3
83.7
10.04
197.7
72.2
8.66
158.1
57.7
6.92
800
40
366.9
133.9
16.07
316.3
115.4
13.85
253.1
92.4
11.09
1000
50
458.6
167.4
20.08
395.3
144.3
17.31
316.3
115.4
13.85
1200
60
550.3
200.8
24.10
474.4
173.2
20.78
379.5
138.5
16.62
1500
75
687.9
251.1
30.13
593
216.4
25.97
474.4
173.2
20.78
2000
100
917.1
334.7
40.17
790.7
288.6
34.63
632.5
230.9
27.7
3.厌氧罐所需热量
厌氧罐所需热量Q＝Q1+Q2+Q3-Q4
Q1——反应罐总热损失；
Q2——原料升温所需热量；
Q3——反应罐内水分蒸发带走的热量；
Q4——厌氧反应放出的热量。
反应罐内水分蒸发带走的热量Q3和厌氧发酵产生的热量Q4，两者都很小，并且相互抵消，可忽略不计。
则厌氧罐所需的总热量Q见表4：
厌氧罐容积（m3）
东北（0℃）
北方（10℃）
南方（15℃）
每天耗煤（kg）
每年耗煤量（t）
每年燃煤费（万）
每天耗煤（kg）
每年耗煤量（t）
每年燃煤费（万）
每天耗煤（kg）
每年耗煤量（t）
每年燃煤费（万）
300
187.4
68.4
8.21
154.3
56.3
6.75
123.4
45
5.41
500
301.8
110.2
13.21
249.4
91.1
10.92
199.5
72.8
8.74
800
466.4
170.2
20.43
387.3
141.3
16.96
309.9
113.1
13.58
1000
573.3
209.3
25.10
477.2
174.2
20.9
381.9
139.3
16.72
1200
681.2
248.6
29.83
567.8
207.3
24.87
454.2
165.8
19.89
1500
830.6
303.2
36.38
694.9
253.6
30.43
556
203
24.35
2000
1100.0
401.5
48.18
921.3
336.3
40.35
737
269
32.28
二.产值和能耗拐点的计算
1.拐点定义
产能：
沼气工程产生的沼气产值。
（即收入）
耗能：
加热原料所需的费用。
（即支出）
拐点：
当产能与耗能相等时，可以看做拐点，随着沼气工程规模的增大，“耗能/产能”比（即支出/收入比）逐渐增小。
说明：
（1）拐点计算周期为1年；
（2）东北地区、北方地区、南方地区耗能差别较大，需分别计算；
（3）调粪水温度不同，耗煤量差别也较大；
（4）耗能分燃煤锅炉、燃气锅炉、发电余热回收三种情况；
（5）1000m3以上的沼气工程，考虑发电余热回收；
（6）发酵温度按35℃计算，产气率按0.8计算，CSTR工艺停留时间按20天计算；
2.沼气工程产值
不同规模的沼气工程，所产生沼气产值列于表5：
厌氧罐容积（m3）
一天产生的沼气量（m3）
一年产生的沼气量（m3）
一年所产沼气燃烧可提供的热量（KJ）
一年产生的沼气产值（万元）
300
240
87600
1101132000
13.1
500
400
146000
1835220000
21.9
800
640
233600
2936352000
35.0
1000
800
292000
3670440000
43.8
1200
960
350400
4404528000
52.6
1500
1200
438000
5505660000
65.7
2000
1600
584000
7340880000
87.6
说明：
沼气价格1.5元/m3；沼气热值根据标准沼气（CH4含60%）的热值2182OKJ/m3计算。
计算过程中，沼气锅炉热效率取80%；考虑热水在循环过程中的热损失等，参照燃煤锅炉，取0.72的校正因子。
则沼气可以提供的热值为：
2182OKJ/m3*0.8*0.72=12570KJ/m3。
3.燃煤锅炉拐点
（1）假设煤的价钱为1200元/吨，则支出/收入比见表6：
厌氧罐容积（m3）
一年产生的沼气产值（万元）
东北（0℃）
北方（10℃）
南方（15℃）
每年燃煤费（万）
耗能/产能比值
每年燃煤费（万）
耗能/产能比值
每年燃煤费（万）
耗能/产能比值
300
13.1
8.21
0.627
6.75
0.515
5.41
0.413
500
21.9
13.21
0.603
10.92
0.499
8.74
0.399
800
35
20.43
0.584
16.96
0.485
13.58
0.388
1000
43.8
25.10
0.573
20.90
0.477
16.72
0.382
1200
52.6
29.83
0.567
24.87
0.473
19.89
0.378
1500
65.7
36.38
0.554
30.43
0.463
24.35
0.371
2000
87.6
48.18
0.550
40.35
0.461
32.28
0.368
（2）假设煤的价钱为1000元/吨，则支出/收入比见表7：
厌氧罐容积（m3）
一年产生的沼气产值（万元）
东北（0℃）
北方（10℃）
南方（15℃）
每年燃煤费（万）
耗能/产能比值
每年燃煤费（万）
耗能/产能比值
每年燃煤费（万）
耗能/产能比值
300
13.1
6.84
0.522
5.63
0.430
4.51
0.344
500
21.9
11.02
0.503
9.1
0.416
7.28
0.333
800
35
17.02
0.486
14.13
0.404
11.32
0.323
1000
43.8
20.93
0.478
17.42
0.398
13.93
0.318
1200
52.6
24.86
0.473
20.73
0.394
16.58
0.315
1500
65.7
30.32
0.461
25.36
0.386
20.29
0.309
2000
87.6
40.15
0.458
33.63
0.384
26.9
0.307
（3）假设煤的价钱为800元/吨，则支出/收入比见表8：
厌氧罐容积（m3）
一年产生的沼气产值（万元）
东北（0℃）
北方（10℃）
南方（15℃）
每年燃煤费（万）
耗能/产能比值
每年燃煤费（万）
耗能/产能比值
每年燃煤费（万）
耗能/产能比值
300
13.1
5.47
0.418
4.69
0.358
3.76
0.287
500
21.9
8.82
0.403
7.58
0.346
6.07
0.277
800
35
13.62
0.389
11.78
0.337
9.43
0.269
1000
43.8
16.74
0.382
14.52
0.332
11.61
0.265
1200
52.6
19.89
0.378
17.28
0.329
13.82
0.263
1500
65.7
24.26
0.369
21.13
0.322
16.91
0.257
2000
87.6
32.12
0.367
28.03
0.320
22.42
0.256
从表中数据对比可以看出，随着燃煤价格的上涨，燃煤锅炉的运行费用已经成为制约沼气工程的关键因素。
4.沼气锅炉拐点
不同地区、不同规模的沼气工程，通过沼气锅炉提供热量，则需要的沼气量和支出/收入比见下表：
（1）东北（0℃）表9：
厌氧罐容积（m3）
一天产生的沼气量（m3）
每天耗煤（kg）
需要热量（kJ/天）
每天所需沼气量（m3）
耗能/产能比（沼气量比）
300
240
187.4
2488672
198
0.825
500
400
301.8
4007904
319
0.797
800
640
466.4
6193792
493
0.770
1000
800
573.3
7613424
606
0.757
1200
960
681.2
9046336
720
0.750
1500
1200
830.6
11030368
878
0.731
2000
1600
1100
14608000
1162
0.727
（2）北方（10℃）表10：
厌氧罐容积（m3）
一天产生的沼气量（m3）
每天耗煤（kg）
需要热量（kJ/天）
每天所需沼气量（m3）
耗能/产能比（沼气量比）
300
240
154.3
2049104
163
0.679
500
400
249.4
3312032
263
0.659
800
640
387.3
5143344
409
0.639
1000
800
477.2
6337216
504
0.630
1200
960
567.8
7540384
600
0.625
1500
1200
694.9
9228272
734
0.612
2000
1600
921.3
12234864
973
0.608
（3）南方（15℃）表11：
厌氧罐容积（m3）
一天产生的沼气量（m3）
每天耗煤（kg）
需要热量（kJ/天）
每天所需沼气量（m3）
耗能/产能比（沼气量比）
300
240
123.4
1638752
130
0.543
500
400
199.5
2649360
211
0.527
800
640
309.9
4115472
327
0.512
1000
800
381.9
5071632
403
0.504
1200
960
454.2
6031776
480
0.500
1500
1200
556
7383680
587
0.490
2000
1600
737
9787360
779
0.487
5.沼气发电机的余热满足率和经济效率
（1）余热满足率
发电机组消耗燃料的能量只有约30-35%被发电机组转化为电能，有55％以上的热量成为余热。
发电机余热一般是从尾气及循环冷却水中回收余热，国外对余热的回收率已经达到80％以上，相当于总能量的44％以上。
发电余热考虑到传热过程中的热损失，被物料所吸收的热量按总能量的27%计算。
工程规模过小不宜发电，考虑1000m3以上的工程沼气用来发电，则不同地区、不同规模的发电余热量满足率为：
东北（0℃）表12：
厌氧罐容积（m3）
全年所需总热量（KJ）
一年所产沼气完全燃烧产生的热量（KJ）
全年可回收的余热量（KJ）
余热满足需热率
1000
2778899760
6371440000
1720288800
0.619
1200
3301912640
7645728000
2064346560
0.625
1500
4026084320
9557160000
2580433200
0.641
2000
5331920000
12742880000
3440577600
0.645
北方（10℃）表13：
厌氧罐容积（m3）
全年所需总热量（KJ）
一年所产沼气完全燃烧产生的热量（KJ）
全年可回收的余热量（KJ）
余热满足需热率
1000
2313083840
6371440000
1720288800
0.744
1200
2752240160
7645728000
2064346560
0.750
1500
3368319280
9557160000
2580433200
0.766
2000
4465725360
12742880000
3440577600
0.770
南方（15℃）表14：
厌氧罐容积（m3）
全年所需总热量（KJ）
一年所产沼气完全燃烧产生的热量（KJ）
全年可回收的余热量（KJ）
余热满足需热率
1000
1851145680
6371440000
1720288800
0.929
1200
2201598240
7645728000
2064346560
0.938
1500
2695043200
9557160000
2580433200
0.957
2000
3572386400
12742880000
3440577600
0.963
对于大型沼气工程，余热可以满足工程每年一半以上的需热量。
发电余热按照国外的吸收能力，余热被物料所吸收的热量按总能量的44%计算。
则东北地区发电余热量满足率见表15：
厌氧罐容积（m3）
全年所需总热量（KJ）
一年所产沼气完全燃烧产生的热量（KJ）
全年可回收的余热量（KJ）
余热满足需热率
1000
2778899760
6371440000
2803433600
1.009
1200
3301912640
7645728000
3364120320
1.019
1500
4026084320
9557160000
4205150400
1.044
2000
5331920000
12742880000
5606867200
1.052
对于大型沼气工程，如果可以将余热充分的回收利用，则基本可以满足加热需要。
（2）发电机的经济效率
表15：
厌氧罐容积（m3）
一年产生的沼气量（m3）
沼气收入（万元）
全年发电量（Kwh）
发电收入（万元）
回收的余热折算成沼气量（m3）
余热折算成支出（万元）
余热+发电收入（万元）
发电机经济效率
1000
292000
43.8
438000
27.59
78840
11.83
39.42
0.90
1200
350400
52.6
525600
33.11
94608
14.19
47.30
0.90
1500
438000
65.7
657000
41.39
118260
17.74
59.13
0.90
2000
584000
87.6
876000
55.19
157680
23.65
78.84
0.90
说明：
沼气按照1.5元/m3计算，电价按0.63元/度计算，发电量按照1.5度/立方米沼气计算，余热折算成沼气计算。
6.经济性对比分析
将燃煤锅炉和燃气锅炉的经济性进行分析对比如表16：
：
厌氧罐容积（m3）
东北（0℃）
北方（10℃）
南方（15℃）
燃气锅炉耗能/产能比（沼气量比）
燃煤锅炉耗能/产能（支出/收入）
燃气锅炉耗能/产能比（沼气量比）
燃煤锅炉耗能/产能（支出/收入）
燃气锅炉耗能/产能比（沼气量比）
燃煤锅炉耗能/产能（支出/收入）
300
0.825
0.722
0.679
0.515
0.543
0.413
500
0.797
0.698
0.659
0.499
0.527
0.399
800
0.770
0.679
0.639
0.485
0.512
0.388
1000
0.757
0.668
0.630
0.477
0.504
0.382
1200
0.750
0.662
0.625
0.473
0.500
0.378
1500
0.731
0.649
0.612
0.463
0.490
0.371
2000
0.727
0.645
0.608
0.461
0.487
0.368
从表中数据可以看出，燃煤锅炉的经济性好于燃气锅炉。
（燃煤价钱按1200元/吨算）
三.解决夏季燃煤问题
我国大部分地区，夏季的平均气温都在20度以上，因此夏季（6、7、8三月）取室外平均温度25℃。
在此温度下不烧锅炉，可以参考以下分析。
1.余热锅炉
余热回收率取27%，利用发电余热可将原料温度提升的度数列于表17：
：
厌氧罐容积（m3）
每天可回收的余热量（KJ）
每天实际热损失（KJ）
余热用于原料升温的热量（KJ）
每天进料量（t）
余热可将原料温度提升的度数（℃）
进料需要的温度（℃）
1000
4713120
435179
4277941
50
20.4
14.6
1200
5655744
496419
5159325
60
20.5
14.5
1500
7069680
541761
6527919
75
20.7
14.3
2000
9426240
6936
升级会员 