沼气工程热量计算书

1、目录1 .锅炉耗煤量的计算21.1 厌氧罐所需热量21.1.1 热损失Qi的计算21.1.2 原料升温所需热量Q2的计算41.1.3 反应罐内水分蒸发带走的热量Q3和厌氧发酵产生的热量Q441.1.4 厌氧罐所需热量Q41.2 锅炉烧煤量与烧煤时间51.2.1 锅炉烧煤量51.2.2 锅炉烧煤时间61.3 热损失校正因子a1和锅炉总效率校正因子a2的测定61.3.1 热损失校正因子a161.3.2 锅炉总效率校正因子a281.3.3 因子a1和a2的计算92 .产能和耗能拐点的计算102.1 产能计算102.2 耗能计算112.2.1 北方地区全年耗能计算112.2.2 燃煤锅炉的“耗能/产能

2、”比122.2.3 沼气锅炉的“耗能/产能”比122.2.4 沼气发电机的余热满足率和经济效率132.2.5 燃煤锅炉、燃气锅炉和沼气发电机组经济性对比分析152.2.6 “拐点”结论163 .解决夏天烧煤问题分析173.1 沼气发电余热回收173.2 太阳能加热17热量计算书1.锅炉耗煤量的计算1.1厌氧罐所需热量厌氧罐所需热量Qt=Q1+Q2+Q3-Q4Qi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。热损失Qi的计算(1)保温设计标准列于表1:区设计热损失东北(-15C)北方(0C)南方(15C)罐体侧壁保温措施300mm岩棉200mm岩棉

3、100mm岩棉热损失210W/m2210W/m2210W/m=36KJ/m2h罐顶保温措施200mm苯板150mm苯板50mm苯板热损失210W/m2210W/m210W/m缶崔底保温措施无无r无热损失2154W/m22108W/m262W/m附：W=J/s(2)以北方地区的保温标准为例，不同规模的沼气工程在0c时热损失列于表2:厌氧罐容积(m3)厌氧罐侧表面积(m2)厌氧罐顶面积(m2)厌氧罐下底面积(m2)罐体侧壁热损失(W)罐顶热损失(W)罐底热损失(W)总热损失(W)30018248.337.218204833939624250025372.055.425307205871912180

4、0337100.677.4337010068204125801000383116.889.938301168952714525i200432i34.ii03.i4320i34ii0928i6589i50049ii43.iii0.i49i0i43iii665i80062000634i82.4i40.36340i824i4874230382800754229.6i76.675402296i907328909(3)不同温度(ti)下的热损失采用系数6计算公式Qti=erQo由于热损失与温差呈线形关系，所以(7=(35-ti)/35Qo：北方地区0c时的热损失Qti：北方地区ti时的热损失采用该方法求

5、得其他温度条件下的热损失列于表3:厌氧罐容积(m3)-5C(W)0C(W)5c(W)10c(W)15c(W)20c(W)25c(W)30c(W)3007i3462425350445935672675i783892500i04249i2i78i865i552i239092606i303800i4377i2580i078389867i89539i3594i797i000i6600i4525i2450i0375830062254i502075i200i8959i6589i42i9ii84994797ii047402370i50020578i8006i5434i286ii028977i75i45257

6、220002632923038i9747i6456i3i6598736582329i天24h内热损失量列于表4:厌氧罐容积(m3)-5C(KJ)0C(KJ)5c(KJ)10c(KJ)15c(KJ)20c(KJ)25c(KJ)30c(KJ)3006i637853930946224038525730818923112015405177069500900634788054675475562896450317337737225158112579800i242i72i0869i293i65i776390621129465782310522155261i000i434240i254960i07568089

7、6400717120537840358560179280i200i638057i433290i228522i023754818985614304409536204768i500i777939i5557i8i333498iiiii9088896966674944452822222120002274825i990483i706i4ii42i798113745685302756868528434228002497738(4)热损失校正计算热损失与实际热损失的误差采用因子ai校正ai=Qi(real)/Qi实际热损失的测量、计算方法：锅炉停止加热后，罐体温度Ti;经过时间t后，罐体温度T2；则Qi(r

8、eal)=CM(Ti-T2)/t原料升温所需热量Q2的计算公式：Q=CMt式中：C=4.2KJ/kg*C不同进料温度，不同规模的沼气工程，原料升温至35C,每天所需热量列于表5:厌氧罐容积(m3)每天进料量(t)原料升温所需热量(KJ)进料温度0C10c15C20c25c30015220500015750001260000945000630000500253675000262500021000001575000105000080040588000042000003360000252000016800001000507350000525000042000003150000210000012006

9、08820000630000050400003780000252000015007511025000787500063000004725000315000020001001470000010500000840000063000004200000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，可忽略不计厌氧罐所需热量Q以青岛地区，1000m3的沼气工程为例，厌氧罐每天所需热量列于表6:月份平均温度(C)计算热损失Q1(KJ)热损失校正因子a1实际热损失Q1(real)(KJ)原料升温Q2(KJ)厌氧罐每天所需热量(KJ)1-0.712800591.31664077

10、735000090140772-0.412693021.316500937350000900009334.710864371.3141236852500006662368410.58784721.3114201452500006392014515.9684849.61.3890304.542000005090304620.05378401.369919242000004899192723.8401587.21.3522063.442000004722063825.2351388.81.3456805.442000004656805921.54840561.3629272.84200000482

11、92731016.1677678.41.3880981.942000005080982118.9935841.61.3121659442000005416594122.011832481.3153822252500006788222说明：进料温度根据1、2月份为0C,3、4、12月份为10C,5、6、7、8、9、10、11月份为15c计算。锅炉烧煤量与烧煤时间1.2.1锅炉烧煤量以青岛地区，1000m3的沼气工程为例，不同月份每天烧煤量列于表7:月份厌氧罐每天所需热量(KJ)锅炉额定效率(%)锅炉总效率校正因子a?所需煤炭的热量(KJ)所需烧煤量(kg)1901407774r0.8115023

12、46259629000093740.811500015559536662368740.81111039464414639201474r0.811065335642355090304740.81848384133764899192740.8181653203247472206374r0.8178701063128465680574P0.81776134230894829273740.818048788319105080982740.81846830333611541659474r0.819027657358126788222740.8111313704449说明：所需煤量计算根据散煤的发热值60

13、00kcal/kg计算每月烧煤量和全年烧煤量列于表8:月份123456789101112温度(C)-0.7-0.44.710.515.920.023.825.221.516.18.92.0天数312831303130313130313031每天烧煤量596595441423337324312308319336358449(kg)每月烧煤量(t)18.4816.6613.6712.6910.459.729.679.559.5710.4210.7413.92全年烧煤量(t)1461.2.2锅炉烧煤时间根据最冷月1月份的供热量来确定锅炉的输出功率，锅炉工作8小时，每天所需锅炉的供热量为9014077

14、/0.8=11267596KJ,锅炉供热效率为11267596/(8*3600)=391KW选用CLCS-0.46常压燃煤热水锅炉。耗煤量取规定92kg/h,不同月份的烧煤时间列于表9:月份123456789101112温度(C)-0.7-0.44.710.515.920.023.825.221.516.18.92.0每天烧煤量(kg)596595441423337324312308319336358449每天烧煤时间(h)6.56.54.84.63.73.53.43.33.53.63.94.9热损失校正因子ai和锅炉总效率校正因子a2的测定为了使计算值与实际值相吻合，并为今后的工程提供可靠的

15、计算方法，通过热损失校正因子a1和锅炉总效率因子比使理论值与实际值相结合。热损失校正因子ai在实际工程中，实际条件与理论设定的条件之间存在以下差异：(1)岩棉易吸水，苯板易破碎，造成热损失变大；(2)在施工过程中保温层之间、保温层与罐体之间结合不紧密；(3)保温材料的质量存在问题。以上都会造成计算热损失与实际热损失之间存在误差，这种误差可以看作导热系数(或传热系数)的实际值与理论值之间的误差造成的，而热损失与导热系数之间为线性关系，因此采用因子ai校正。ai=Qi(real)/Qi为了测定ai,需要现场测量Qi(real),通过理论计算Qi实际热损失Qi(real)的测量、计算方法：罐体温度升

16、至要求温度，锅炉停止加热，此时罐内温度Ti；经过时间t后,罐体温度T2；则Qi(real)=CM(Ti-T2)/t实际热损失的测定需现场记录数据，表格如下：表i0填表时间年月日工程地点厌氧罐容积每天进料量室外温度锅炉停止加热后罐内温度记录时间(例如8:30)罐内温度记录时间罐内温度记录时间罐内温度记录时间罐内温度记录时间理论热损失Qi的计算方法Qi的计算需核实保温材料数据，列于表ii：罐体保温材料厚度密度或导热系数罐顶保温材厚度密度或导料热系数反应罐基础厚度1.3.2锅炉总效率校正因子a2锅炉的额定热效率是在煤完全燃烧，司炉工完全按照规程操作，管路采用规定保温措施的条件下测定的，实际过程中，锅

17、炉在以下几方面与理想工作状态有偏差：(1)煤燃烧的程度；(2)煤放出的热量被锅炉中的水吸收的效率；(3)锅炉热水在循环过程中的热损失。这就需要通过校正因子来确定锅炉的实际热效率。a2=K(real)/Ke锅炉实际热效率测定方法：K(real)=Q吸/Q放其中，Q吸=CM(ti-t2),M罐体内物料质量；t2锅炉加热前反应罐内物料的温度；t1锅炉加热后反应罐内物料的温度。Q放=EMcE煤完全燃烧放出的热量；Mc每天烧煤量。实际热效率需要通过现场记录数据，列于表12:填表时间年月日工程地点厌氧罐容积每天进料量室外温度锅炉加热前记录时间锅炉加热后记录时间罐内温度（例如8:30）罐内温度锅炉日烧煤量锅

18、炉日运行时间至1.3.3因子ai和a2的计算以即墨移风沼气工程为例，计算因子ai和比。保温措施：罐体尺寸10mx10m罐体侧壁用100mm苯板，罐顶用50mm岩棉；温度：罐体内温度在31C-33c之间，每天降0.4C。进料25C,室外平均25Co进料量：每天10吨水，10吨粪。耗煤量：罐内温度由33c降低到31C,用时10天；罐内温度由31c升高到33C,用时12h,耗煤0.5吨。(1)因子a1的计算计算热损失Q1：苯板导热系数取0.046W/m*C2二H(t-to)2*3.14*10*(33-25)罐体侧壁热损失：Q=1167W1215.1InIn-1r10.0465.0罐顶热损失：罐顶面积

19、S=1.3rR2=1.3*3.14*52=102.05m2-S(t-to),、Q=()=0.046*102.05*(33-25)=751Wd罐底热损失：罐底面积S=nR2=3.14*52=78.5m2Q=，S(；to)=1.54*78.5*(33-25)/0.5=1934W总热损失：Q1=1167+751+1934=3852W实际热损失Q1(real):原料升温需热量计算：Q2=CMT=4.2*20*1000*(33-25)=672000KJ罐体所需热量：Q1(real)+Q2=CM(T1-T2)=4.2*800*1000*0.4=1344000KJQ1(real)=(134000-67200

20、0)/(24*3600)=7778W校正因子ai:ai=Qi(real)/Qi=7778/3852=2.0(2)因子a2的计算原料从31c升温到33C,耗煤0.5吨。按照散煤热值6000kcal/kg计算。原料升温所需热量；Q吸=CM(ti-t2)=4.2*800*1000*(33-31)=6720000KJ煤燃烧放出的热量：Q放=EMc=6000*4.2*500=I2600000KJK(real)=Q吸/Q放=6720000/I2600000=0.53校正因子ai=K(real)/Ke=0.53/0.735=0.722.产能和耗能拐点的计算拐点的含义：产能：沼气工程产生的沼气所含有的能量。耗

21、能：加热原料所需的能量。拐点：随着沼气工程规模的增大，“产能/耗能”比逐渐增大，当产能与耗能相等时，可以看做拐点。说明：(i)拐点计算周期为i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)i000m3以上的沼气工程，考虑发电余热回收；(6)发酵温度按35c计算，产气率按0.8计算，CSTRX艺停留时间为20大；产能计算不同规模的沼气工程，所产生沼气的能量列于表i3：厌氧罐容积(m3)一天产生的沼气量(m3)一年产生的沼气量(m3)一年所产沼气完全燃烧放出的热量(KJ)30024

22、087600i9ii432000500400i460003i85720000800640233600509715200010008002920006371440000120096035040076457280001500120043800095571600002000160058400012742880000注：沼气热值根据标准沼气(CH4含60%的热值2182CKJ/m3计算耗能计算北方地区全年耗能计算以北方地区为例，保温措施按照表1,不同月份平均每天热损失列于表14:厌氧罐容积(m3)1、2、12月(0C)(KJ)3、11月(5C)(KJ)4月(10C)(KJ)5、10月(15C)(KJ)

23、6、7、9月(20C)(KJ)8月(25C)(KJ)全年热损失(KJ)3005393094622403852573081892311201540511337466885007880546754755628964503173377372251581954373888001086912931651776390621129465782310522269553745100012549601075680896400717120537840358560311230080120014332901228522102375481898561430440953635545620215001555718133349

24、8111119088896966674944452838582002120001990483170614114217981137456853027568685493639458以地下水调粪，水温取15C,每天加热原料所需热量列于表15:厌氧罐容积(m3)每天进料量(t)原料每天升温所需热量(KJ)全年原料升温所需热量(KJ)30015126000045990000050025210000076650000080040336000012264000001000504200000153300000012006050400001839600000150075630000022995000002000

25、10084000003066000000全年所需总热量列于表16:厌氧罐容积（m3）全年热损失（KJ）热损失校正系数a1全年实际热损失（KJ）全年原料升温所需热量（KJ）全年所需总热量（KJ）3001337466881.62139947014599000006738947015001954373881.631269982176650000010791998218002695537451.64312859921226400000165768599210003112300801.64979681281533000000203096812812003554562021.656872992318396

26、00000240832992315003858200211.66173120342299500000291681203420004936394581.678982313330660000003855823133燃煤锅炉的“耗能/产能”比表17厌氧罐容积（m3）全年所需总热量（KJ）全年所需煤量（t）耗煤支出（万元）全年产生沼气量（m3）沼气收入（万元）耗能/产能比（支出/收入比）30067389470150.55.058760013.10.384500107919982180.88.0814600021.90.3698001657685992124.112.4123360035.00.35410002030968128152.115.2129200043.80.34712002408329923180.318.0335040052.60.34315002916812034218.421.8443800065.70.33220003855823133288.728.8758400087.60.330说明：计算取值：散煤的热值6000kcal/kg，锅炉实际热效率53%散煤价格1000元/吨，沼气价格1.5元/m3。沼气锅炉的“耗能/产能”比（1）全年“产能/耗能”比不同规模的沼气工程，全年产生和消耗的沼气量列于表18:厌氧罐容积(m3)全年所需总热量(KJ)