沼气工程热量衡沼气工程热量衡算aspan class=

沼气工程热量衡算沼气工程热量衡算 一一 沼气工程需热量计算沼气工程需热量计算 1 1 罐体总热损值罐体总热损值 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 东北 0 北方 10 南方 15 厌氧罐 容积 m3 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 30031 211 41 3722 38 10 9817 86 50 78 50045 316 51 9832 311 81 4125 99 51 13 80062 222 72 7244 416 21 9435 513 01 55 100071 726 23 1451 218 72 244115 01 80 120081 829 93 5858 421 32 5646 717 02 05 150089 232 63 9163 723 32 795118 62 23 2000114 341 75 0181 629 83 5765 323 82 86 1 厌氧罐罐体的理论热损失值 Q1见表1 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 13280 kJ 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 东北 0 北方 10 南方 15 厌氧罐容 积 m3 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 30049 918 22 1935 713 01 5628 510 41 25 50072 526 53 1751 718 92 2641 415 11 82 80099 536 34 3671 025 93 1156 820 72 49 1000114 741 95 0281 929 93 5965 623 92 87 1200130 947 85 7393 434 14 0974 727 33 27 1500142 752 16 25101 937 24 4681 629 83 57 2000182 966 88 01130 647 75 72104 538 14 58 2 2 物料加热所需热量物料加热所需热量 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 东北 0 北方 10 南方 15 厌氧 罐容 积 m3 每天 进料 量 t 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 30015137 550 26 02118 643 35 1994 934 64 16 50025229 383 710 04197 772 28 66158 157 76 92 80040366 9133 916 07316 3115 413 85253 192 411 09 1000 50458 6167 420 08395 3144 317 31316 3115 413 85 1200 60550 3200 824 10474 4173 220 78379 5138 516 62 1500 75687 9251 130 13593216 425 97474 4173 220 78 2000 100917 1334 740 17790 7288 634 63632 5230 927 7 3 3 厌氧罐所需热量厌氧罐所需热量 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 东北 0 北方 10 南方 15 厌氧罐容积 m3 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 300187 468 48 21154 356 36 75123 4455 41 500301 8110 213 21249 491 110 92199 572 88 74 800466 4170 220 43387 3141 316 96309 9113 113 58 1000573 3209 325 10477 2174 220 9381 9139 316 72 1200681 2248 629 83567 8207 324 87454 2165 819 89 1500830 6303 236 38694 9253 630 4355620324 35 20001100 0401 548 18921 3336 340 3573726932 28 则厌氧罐所需的总热量 Q 见表4 二二 产值和能耗拐点的计算产值和能耗拐点的计算 1 1 拐点定义拐点定义 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 2 沼气工程产值沼气工程产值 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 30024087600110113200013 1 500400146000183522000021 9 800640233600293635200035 0 1000800292000367044000043 8 1200960350400440452800052 6 15001200438000550566000065 7 20001600584000734088000087 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 3 燃煤锅炉拐点燃煤锅炉拐点 1 假设煤的价钱为1200元 吨 则支出 收入比见表6 东北 0 北方 10 南方 15 厌氧罐容积 m3 一年产生的沼气产值 万元 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 30013 18 210 6276 750 5155 410 413 50021 913 210 60310 920 4998 740 399 8003520 430 58416 960 48513 580 388 100043 825 100 57320 900 47716 720 382 120052 629 830 56724 870 47319 890 378 150065 736 380 55430 430 46324 350 371 200087 648 180 55040 350 46132 280 368 2 假设煤的价钱为1000元 吨 则支出 收入比见表7 3 假设煤的价钱为800元 吨 则支出 收入比见表8 东北 0 北方 10 南方 15 厌氧罐容积 m3 一年产生的沼气产值 万 元 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 30013 15 470 4184 690 3583 760 287 东北 0 北方 10 南方 15 厌氧罐容积 m3 一年产生的沼气产值 万元 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 30013 16 840 5225 630 4304 510 344 50021 911 020 5039 10 4167 280 333 8003517 020 48614 130 40411 320 323 100043 820 930 47817 420 39813 930 318 120052 624 860 47320 730 39416 580 315 150065 730 320 46125 360 38620 290 309 200087 640 150 45833 630 38426 90 307 50021 98 820 4037 580 3466 070 277 8003513 620 38911 780 3379 430 269 100043 816 740 38214 520 33211 610 265 120052 619 890 37817 280 32913 820 263 150065 724 260 36921 130 32216 910 257 200087 632 120 36728 030 32022 420 256 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 4 沼气锅炉拐点沼气锅炉拐点 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 300240187 424886721980 825 500400301 840079043190 797 800640466 461937924930 770 1000800573 376134246060 757 1200960681 290463367200 7506110303688780 731 2000160011001460800011620 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 300240154 320491041630 679 500400249 433120322630 659 800640387 351433444090 639 1000800477 263372165040 630 1200960567 875403846000 625992282727340 612 20001600921 3122348649730 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 300240123 416387521300 543 500400199 526493602110 527 800640309 941154723270 512 1000800381 950716324030 504 1200960454 260317764800 500 1500120055673836805870 490 2000160073797873607790 487 5 5 沼气发电机的余热满足率和经济效率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 10002778899760637144000017202888000 619 12003301912640764572800020643465600 625 15004026084320955716000025804332000 641 200053319200001274288000034405776000 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 10002313083840637144000017202888000 744 12002752240160764572800020643465600 750 15003368319280955716000025804332000 766 200044657253601274288000034405776000 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 10001851145680637144000017202888000 929 12002201598240764572800020643465600 938 15002695043200955716000025804332000 957 200035723864001274288000034405776000 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 10002778899760637144000028034336001 009 12003301912640764572800033641203201 019 15004026084320955716000042051504001 044 200053319200001274288000056068672001 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 100029200043 843800027 597884011 8339 420 90 120035040052 652560033 119460814 1947 300 90 150043800065 765700041 3911826017 7459 130 90 200058400087 687600055 1915768023 6578 840 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 6 经济性对比分析经济性对比分析 东北 0 北方 10 南方 15 厌氧罐容积 m3 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 3000 8250 7220 6790 5150 5430 413 5000 7970 6980 6590 4990 5270 399 8000 7700 6790 6390 4850 5120 388 10000 7570 6680 6300 4770 5040 382 12000 7500 6620 6250 4730 5000 378 15000 7310 6490 6120 4630 4900 371 20000 7270 6450 6080 4610 4870 368 将燃煤锅炉和燃气锅炉的经济性进行分析对比如表16 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 三三 解决夏季燃煤问题解决夏季燃煤问题 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 1 余热锅炉余热锅炉 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