沼气工程热量衡算

1、沼气工程热量衡算目 录一. 沼气工程需热量计算31. 罐体总热损值32. 物料加热所需热量43. 厌氧罐所需热量4二. 产值和能耗拐点的计算51. 拐点定义52. 沼气工程产值53. 燃煤锅炉拐点64. 沼气锅炉拐点75. 沼气发电机的余热满足率和经济效率86. 经济性对比分析9三. 解决夏季燃煤问题101. 余热锅炉102. 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）

2、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）30031.211.4 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：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）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. 物料加热所需热量公式：Q=Cmt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）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. 厌氧罐所需热量厌氧罐所需热量QQ1+Q2+Q3-Q4Q1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）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. 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

10、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）30024087600110113200013.1500400146000183522000021.9800640233600293635200035.01000800292000367044000043.81200960350400440452800052.615001200438000550566000065.720001600584000734088000087.6说明：沼气价格1.5元/m3；沼气热值根据标准

11、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=12570 KJ/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

13、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 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）300240187.424886721980

16、.825500400301.840079043190.797800640466.461937924930.7701000800573.376134246060.7571200960681.290463367200.75015001200830.6110303688780.7312000160011001460800011620.727（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）300240154.32049104163 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：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）300240123.41638752130 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1000m

19、3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10002778899760637144000017202888000.61912003301912640764572800020643465600.62515004026084320955716000025804332000.6412000533192000034405776000.645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

20、回收的余热量（KJ）余热满足需热率10002313083840637144000017202888000.744 12002752240160764572800020643465600.750 15003368319280955716000025804332000.766 2000446572536034405776000.770 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 120022015982407645728000

21、20643465600.938 15002695043200955716000025804332000.957 2000357238640034405776000.963 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10002778899760637144000028034336001.0091200330191264076457280003364120320

22、1.01915004026084320955716000042051504001.0442000533192000056068672001.052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100029200043.843800027.597884011.8339.420.90120035040052.652560033.119460814.1947.300

23、.90150043800065.765700041.3911826017.7459.130.90200058400087.687600055.1915768023.6578.840.90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. 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

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 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