沼氣工程熱量衡算

1、沼氣工程熱量衡算目 錄一. 沼氣工程需熱量計算31. 罐體總熱損值32. 物料加熱所需熱量43. 厭氧罐所需熱量4二. 產(chǎn)值和能耗拐點(diǎn)的計算51. 拐點(diǎn)定義52. 沼氣工程產(chǎn)值53. 燃煤鍋爐拐點(diǎn)64. 沼氣鍋爐拐點(diǎn)75. 沼氣發(fā)電機(jī)的余熱滿足率和經(jīng)濟(jì)效率86. 經(jīng)濟(jì)性對比分析9三. 解決夏季燃煤問題101. 余熱鍋爐102. 太陽能加熱10一. 沼氣工程需熱量計算1. 罐體總熱損值根據(jù)我國的年平均溫度，將沼氣工程按照東北（0）、北方（10）、南方（15）三個地區(qū)考慮。（1）厭氧罐罐體的理論熱損失值Q1見表1：厭氧罐容積（m3）東北（0）北方（10）南方（15）每天耗煤（kg）每年耗煤量（t）

2、每年燃煤費(fèi)（萬）每天耗煤（kg）每年耗煤量（t）每年燃煤費(fèi)（萬）每天耗煤（kg）每年耗煤量（t）每年燃煤費(fèi)（萬）30031.211.4 1.37 22.38.1 0.98 17.86.5 0.78 50045.316.5 1.98 32.311.8 1.41 25.99.5 1.13 80062.222.7 2.72 44.416.2 1.94 35.513.0 1.55 100071.726.2 3.14 51.218.7 2.24 4115.0 1.80 120081.829.9 3.58 58.421.3 2.56 46.717.0 2.05 150089.232.6 3.91 63.7

3、23.3 2.79 5118.6 2.23 2000114.341.7 5.01 81.629.8 3.57 65.323.8 2.86 注：散煤的熱值6000kcal/kg，按鍋爐實(shí)際熱效率53%計算，得到煤的熱值為6000*4.178*0.53=13280 kJ/kg；散煤價格1200元/噸。（2）由于實(shí)際安裝過程對保溫性能有影響，實(shí)際熱損失考慮1.6的誤差因子，則厭氧罐實(shí)際的熱損失值見表2：厭氧罐容積（m3）東北（0）北方（10）南方（15）每天耗煤（kg）每年耗煤量（t）每年燃煤費(fèi)（萬）每天耗煤（kg）每年耗煤量（t）每年燃煤費(fèi)（萬）每天耗煤（kg）每年耗煤量（t）每年燃煤費(fèi)（萬）30

4、049.9 18.2 2.19 35.7 13.0 1.56 28.5 10.4 1.25 50072.5 26.5 3.17 51.7 18.9 2.26 41.4 15.1 1.82 80099.5 36.3 4.36 71.0 25.9 3.11 56.8 20.7 2.49 1000114.7 41.9 5.02 81.9 29.9 3.59 65.6 23.9 2.87 1200130.9 47.8 5.73 93.4 34.1 4.09 74.7 27.3 3.27 1500142.7 52.1 6.25 101.9 37.2 4.46 81.6 29.8 3.57 2000182

5、.9 66.8 8.01 130.6 47.7 5.72 104.5 38.1 4.58 2. 物料加熱所需熱量公式：Q=Cmt式中：C=4.2KJ/kg*；m為需要加熱的物料量；t為物料升高的溫度。進(jìn)料溫度東北按照平均6度計算，北方按照10度計算，南方按照15度計算，對不同地區(qū)，不同規(guī)模的沼氣工程，原料升溫至35，物料加熱所需熱量Q2列于表3：厭氧罐容積（m3）每天進(jìn)料量（t）東北（0）北方（10）南方（15）每天耗煤（kg）每年耗煤量（t）每年燃煤費(fèi)（萬）每天耗煤（kg）每年耗煤量（t）每年燃煤費(fèi)（萬）每天耗煤（kg）每年耗煤量（t）每年燃煤費(fèi)（萬）30015137.5 50.2 6.02

6、 118.643.35.1994.934.64.1650025229.3 83.7 10.04 197.772.28.66158.157.76.9280040366.9 133.9 16.07 316.3115.413.85253.192.411.09100050458.6 167.4 20.08 395.3144.317.31316.3115.413.85120060550.3 200.8 24.10 474.4173.220.78379.5138.516.62150075687.9 251.1 30.13 593216.425.97474.4173.220.782000100917.1 3

7、34.7 40.17 790.7288.634.63632.5230.927.73. 厭氧罐所需熱量厭氧罐所需熱量QQ1+Q2+Q3-Q4Q1反應(yīng)罐總熱損失；Q2原料升溫所需熱量；Q3反應(yīng)罐內(nèi)水分蒸發(fā)帶走的熱量；Q4厭氧反應(yīng)放出的熱量。反應(yīng)罐內(nèi)水分蒸發(fā)帶走的熱量Q3和厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的熱量Q4，兩者都很小，并且相互抵消，可忽略不計。則厭氧罐所需的總熱量Q見表4：厭氧罐容積（m3）東北（0）北方（10）南方（15）每天耗煤（kg）每年耗煤量（t）每年燃煤費(fèi)（萬）每天耗煤（kg）每年耗煤量（t）每年燃煤費(fèi)（萬）每天耗煤（kg）每年耗煤量（t）每年燃煤費(fèi)（萬）300187.4 68.4 8.21 154

8、.356.36.75123.4455.41500301.8 110.2 13.21 249.491.110.92199.572.88.74800466.4 170.2 20.43 387.3141.316.96309.9113.113.581000573.3 209.3 25.10 477.2174.220.9381.9139.316.721200681.2 248.6 29.83 567.8207.324.87454.2165.819.891500830.6 303.2 36.38 694.9253.630.4355620324.3520001100.0 401.5 48.18 921.33

9、36.340.3573726932.28二. 產(chǎn)值和能耗拐點(diǎn)的計算1. 拐點(diǎn)定義產(chǎn)能：沼氣工程產(chǎn)生的沼氣產(chǎn)值。（即收入）耗能：加熱原料所需的費(fèi)用。（即支出）拐點(diǎn)：當(dāng)產(chǎn)能與耗能相等時，可以看做拐點(diǎn)，隨著沼氣工程規(guī)模的增大，“耗能/產(chǎn)能”比（即支出/收入比）逐漸增小。說明：（1）拐點(diǎn)計算周期為1年；（2）東北地區(qū)、北方地區(qū)、南方地區(qū)耗能差別較大，需分別計算； （3）調(diào)糞水溫度不同，耗煤量差別也較大； （4）耗能分燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t、發(fā)電余熱回收三種情況； （5）1000m3以上的沼氣工程，考慮發(fā)電余熱回收； （6）發(fā)酵溫度按35計算，產(chǎn)氣率按0.8計算，CSTR工藝停留時間按20天計算；2. 沼氣

10、工程產(chǎn)值不同規(guī)模的沼氣工程，所產(chǎn)生沼氣產(chǎn)值列于表5：厭氧罐容積（m3）一天產(chǎn)生的沼氣量（m3）一年產(chǎn)生的沼氣量（m3）一年所產(chǎn)沼氣燃燒可提供的熱量（KJ）一年產(chǎn)生的沼氣產(chǎn)值（萬元）30024087600110113200013.1500400146000183522000021.9800640233600293635200035.01000800292000367044000043.81200960350400440452800052.615001200438000550566000065.720001600584000734088000087.6說明：沼氣價格1.5元/m3；沼氣熱值根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

11、沼氣（CH4含60%）的熱值2182OKJ/m3計算。計算過程中，沼氣鍋爐熱效率取80%；考慮熱水在循環(huán)過程中的熱損失等，參照燃煤鍋爐，取0.72的校正因子。則沼氣可以提供的熱值為：2182OKJ/m3*0.8*0.72=12570 KJ/m3。3. 燃煤鍋爐拐點(diǎn)（1）假設(shè)煤的價錢為1200元/噸，則支出/收入比見表6：厭氧罐容積（m3）一年產(chǎn)生的沼氣產(chǎn)值（萬元）東北（0）北方（10）南方（15）每年燃煤費(fèi)（萬）耗能/產(chǎn)能比值每年燃煤費(fèi)（萬）耗能/產(chǎn)能比值每年燃煤費(fèi)（萬）耗能/產(chǎn)能比值30013.18.210.627 6.75 0.515 5.41 0.413 50021.913.210.60

12、3 10.92 0.499 8.74 0.399 8003520.430.584 16.96 0.485 13.58 0.388 100043.825.100.573 20.90 0.477 16.72 0.382 120052.629.830.567 24.87 0.473 19.89 0.378 150065.736.380.554 30.43 0.463 24.35 0.371 200087.648.180.550 40.35 0.461 32.28 0.368 （2）假設(shè)煤的價錢為1000元/噸，則支出/收入比見表7：厭氧罐容積（m3）一年產(chǎn)生的沼氣產(chǎn)值（萬元）東北（0）北方（10）南

13、方（15）每年燃煤費(fèi)（萬）耗能/產(chǎn)能比值每年燃煤費(fèi)（萬）耗能/產(chǎn)能比值每年燃煤費(fèi)（萬）耗能/產(chǎn)能比值30013.16.840.522 5.630.430 4.510.34450021.911.020.503 9.10.416 7.280.3338003517.020.486 14.130.404 11.320.323100043.820.930.478 17.420.398 13.930.318120052.624.860.473 20.730.394 16.580.315150065.730.320.461 25.360.386 20.290.309200087.640.150.458 33

14、.630.384 26.90.307（3）假設(shè)煤的價錢為800元/噸，則支出/收入比見表8：厭氧罐容積（m3）一年產(chǎn)生的沼氣產(chǎn)值（萬元）東北（0）北方（10）南方（15）每年燃煤費(fèi)（萬）耗能/產(chǎn)能比值每年燃煤費(fèi)（萬）耗能/產(chǎn)能比值每年燃煤費(fèi)（萬）耗能/產(chǎn)能比值30013.15.470.418 4.690.358 3.760.287 50021.98.820.403 7.580.346 6.070.277 8003513.620.389 11.780.337 9.430.269 100043.816.740.382 14.520.332 11.610.265 120052.619.890.378

15、 17.280.329 13.820.263 150065.724.260.369 21.130.322 16.910.257 200087.632.120.367 28.030.320 22.420.256 從表中數(shù)據(jù)對比可以看出，隨著燃煤價格的上漲，燃煤鍋爐的運(yùn)行費(fèi)用已經(jīng)成為制約沼氣工程的關(guān)鍵因素。4. 沼氣鍋爐拐點(diǎn)不同地區(qū)、不同規(guī)模的沼氣工程，通過沼氣鍋爐提供熱量，則需要的沼氣量和支出/收入比見下表：（1）東北（0）表9：厭氧罐容積（m3）一天產(chǎn)生的沼氣量（m3）每天耗煤（kg）需要熱量（kJ/天）每天所需沼氣量（m3）耗能/產(chǎn)能比（沼氣量比）300240187.424886721980

16、.825500400301.840079043190.797800640466.461937924930.7701000800573.376134246060.7571200960681.290463367200.75015001200830.6110303688780.7312000160011001460800011620.727（2）北方（10）表10：厭氧罐容積（m3）一天產(chǎn)生的沼氣量（m3）每天耗煤（kg）需要熱量（kJ/天）每天所需沼氣量（m3）耗能/產(chǎn)能比（沼氣量比）300240154.32049104163 0.679 500400249.43312032263 0.659 8

17、00640387.35143344409 0.639 1000800477.26337216504 0.630 1200960567.87540384600 0.62599228272734 0.612 20001600921.312234864973 0.608 （3）南方（15）表11：厭氧罐容積（m3）一天產(chǎn)生的沼氣量（m3）每天耗煤（kg）需要熱量（kJ/天）每天所需沼氣量（m3）耗能/產(chǎn)能比（沼氣量比）300240123.41638752130 0.543 500400199.52649360211 0.527 800640309.94115472327 0

18、.512 1000800381.95071632403 0.504 1200960454.26031776480 0.500 150012005567383680587 0.490 200016007379787360779 0.487 5. 沼氣發(fā)電機(jī)的余熱滿足率和經(jīng)濟(jì)效率（1）余熱滿足率發(fā)電機(jī)組消耗燃料的能量只有約 30-35% 被發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)化為電能，有55以上的熱量成為余熱。發(fā)電機(jī)余熱一般是從尾氣及循環(huán)冷卻水中回收余熱，國外對余熱的回收率已經(jīng)達(dá)到80以上，相當(dāng)于總能量的44以上。發(fā)電余熱考慮到傳熱過程中的熱損失，被物料所吸收的熱量按總能量的27%計算。工程規(guī)模過小不宜發(fā)電，考慮1000m

19、3以上的工程沼氣用來發(fā)電，則不同地區(qū)、不同規(guī)模的發(fā)電余熱量滿足率為：東北（0）表12：厭氧罐容積（m3）全年所需總熱量（KJ）一年所產(chǎn)沼氣完全燃燒產(chǎn)生的熱量（KJ）全年可回收的余熱量（KJ）余熱滿足需熱率10002778899760637144000017202888000.61912003301912640764572800020643465600.62515004026084320955716000025804332000.6412000533192000034405776000.645北方（10）表13：厭氧罐容積（m3）全年所需總熱量（KJ）一年所產(chǎn)沼氣完全燃燒產(chǎn)生的熱量（KJ）全年可

20、回收的余熱量（KJ）余熱滿足需熱率10002313083840637144000017202888000.744 12002752240160764572800020643465600.750 15003368319280955716000025804332000.766 2000446572536034405776000.770 南方（15）表14：厭氧罐容積（m3）全年所需總熱量（KJ）一年所產(chǎn)沼氣完全燃燒產(chǎn)生的熱量（KJ）全年可回收的余熱量（KJ）余熱滿足需熱率10001851145680637144000017202888000.929 120022015982407645728000

21、20643465600.938 15002695043200955716000025804332000.957 2000357238640034405776000.963 對于大型沼氣工程，余熱可以滿足工程每年一半以上的需熱量。發(fā)電余熱按照國外的吸收能力，余熱被物料所吸收的熱量按總能量的44%計算。則東北地區(qū)發(fā)電余熱量滿足率見表15：厭氧罐容積（m3）全年所需總熱量（KJ）一年所產(chǎn)沼氣完全燃燒產(chǎn)生的熱量（KJ）全年可回收的余熱量（KJ）余熱滿足需熱率10002778899760637144000028034336001.0091200330191264076457280003364120320

22、1.01915004026084320955716000042051504001.0442000533192000056068672001.052對于大型沼氣工程，如果可以將余熱充分的回收利用，則基本可以滿足加熱需要。（2）發(fā)電機(jī)的經(jīng)濟(jì)效率表15：厭氧罐容積（m3）一年產(chǎn)生的沼氣量（m3）沼氣收入（萬元）全年發(fā)電量（Kwh）發(fā)電收入（萬元）回收的余熱折算成沼氣量（m3）余熱折算成支出（萬元）余熱+發(fā)電收入（萬元）發(fā)電機(jī)經(jīng)濟(jì)效率100029200043.843800027.597884011.8339.420.90120035040052.652560033.119460814.1947.300

23、.90150043800065.765700041.3911826017.7459.130.90200058400087.687600055.1915768023.6578.840.90說明：沼氣按照1.5元/m3計算，電價按0.63元/度計算，發(fā)電量按照1.5度/立方米沼氣計算，余熱折算成沼氣計算。6. 經(jīng)濟(jì)性對比分析將燃煤鍋爐和燃?xì)忮仩t的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析對比如表16：厭氧罐容積（m3）東北（0）北方（10）南方（15）燃?xì)忮仩t耗能/產(chǎn)能比（沼氣量比）燃煤鍋爐耗能/產(chǎn)能（支出/收入）燃?xì)忮仩t耗能/產(chǎn)能比（沼氣量比）燃煤鍋爐耗能/產(chǎn)能（支出/收入）燃?xì)忮仩t耗能/產(chǎn)能比（沼氣量比）燃煤鍋爐耗能/產(chǎn)

24、能（支出/收入）3000.8250.722 0.679 0.515 0.543 0.413 5000.7970.698 0.659 0.499 0.527 0.399 8000.7700.679 0.639 0.485 0.512 0.388 10000.7570.668 0.630 0.477 0.504 0.382 12000.7500.662 0.625 0.473 0.500 0.378 15000.7310.649 0.612 0.463 0.490 0.371 20000.7270.645 0.608 0.461 0.487 0.368 從表中數(shù)據(jù)可以看出，燃煤鍋爐的經(jīng)濟(jì)性好于燃?xì)忮仩t。（燃煤價錢按1200元/噸算）三. 解決夏季燃煤問題我國大部分地區(qū)，夏季的平均氣溫都在20度以上，因此夏季（6、7、8三月）取室外平均溫度25。在此溫度下不燒鍋爐，可以參考以下分析。1. 余熱鍋爐余熱回收率取27%，利用發(fā)電余熱可將原料溫