沼氣工程熱量衡算.doc

沼氣工程熱量衡算一.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。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（萬）每天耗煤（kg）每年耗煤量（t）每年燃煤費（萬）每天耗煤（kg）每年耗煤量（t）每年燃煤費（萬）30031.211.41.3722.38.10.9817.86.50.7850045.316.51.9832.311.81.4125.99.51.1380062.222.72.7244.416.21.9435.513.01.55100071.726.23.1451.218.72.244115.01.80120081.829.93.5858.421.32.5646.717.02.05150089.232.63.9163.723.32.795118.62.232000114.341.75.0181.629.83.5765.323.82.86（1）厭氧罐罐體的理論熱損失值Q1見表1：注：散煤的熱值6000kcal/kg，按鍋爐實際熱效率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）由于實際安裝過程對保溫性能有影響，實際熱損失考慮1.6的誤差因子，則厭氧罐實際的熱損失值見表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（萬）每天耗煤（kg）每年耗煤量（t）每年燃煤費（萬）每天耗煤（kg）每年耗煤量（t）每年燃煤費（萬）30049.918.22.1935.713.01.5628.510.41.2550072.526.53.1751.718.92.2641.415.11.8280099.536.34.3671.025.93.1156.820.72.491000114.741.95.0281.929.93.5965.623.92.871200130.947.85.7393.434.14.0974.727.33.271500142.752.16.25101.937.24.4681.629.83.572000182.966.88.01130.647.75.72104.538.14.582.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（萬）每天耗煤（kg）每年耗煤量（t）每年燃煤費（萬）每天耗煤（kg）每年耗煤量（t）每年燃煤費（萬）30015137.550.26.02118.643.35.1994.934.64.1650025229.383.710.04197.772.28.66158.157.76.9280040366.9133.916.07316.3115.413.85253.192.411.09100050458.6167.420.08395.3144.317.31316.3115.413.85120060550.3200.824.10474.4173.220.78379.5138.516.62150075687.9251.130.13593216.425.97474.4173.220.782000100917.1334.740.17790.7288.634.63632.5230.927.73.厭氧罐所需熱量厭氧罐所需熱量QQ1+Q2+Q3-Q4Q1反應罐總熱損失；Q2原料升溫所需熱量；Q3反應罐內水分蒸發(fā)帶走的熱量；Q4厭氧反應放出的熱量。反應罐內水分蒸發(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。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（萬）每天耗煤（kg）每年耗煤量（t）每年燃煤費（萬）每天耗煤（kg）每年耗煤量（t）每年燃煤費（萬）300187.468.48.21154.356.36.75123.4455.41500301.8110.213.21249.491.110.92199.572.88.74800466.4170.220.43387.3141.316.96309.9113.113.581000573.3209.325.10477.2174.220.9381.9139.316.721200681.2248.629.83567.8207.324.87454.2165.819.891500830.6303.236.38694.9253.630.4355620324.3520001100.0401.548.18921.3336.340.3573726932.28則厭氧罐所需的總熱量Q見表4：二.產(chǎn)值和能耗拐點的計算1.拐點定義產(chǎn)能：沼氣工程產(chǎn)生的沼氣產(chǎn)值。（即收入）耗能：加熱原料所需的費用。（即支出）拐點：當產(chǎn)能與耗能相等時，可以看做拐點，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）調糞水溫度不同，耗煤量差別也較大； （4）耗能分燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、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)標準沼氣（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=12570KJ/m3。3.燃煤鍋爐拐點（1）假設煤的價錢為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（萬）耗能/產(chǎn)能比值每年燃煤費（萬）耗能/產(chǎn)能比值每年燃煤費（萬）耗能/產(chǎn)能比值30013.18.210.6276.750.5155.410.41350021.913.210.60310.920.4998.740.3998003520.430.58416.960.48513.580.388100043.825.100.57320.900.47716.720.382120052.629.830.56724.870.47319.890.378150065.736.380.55430.430.46324.350.371200087.648.180.55040.350.46132.280.368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（萬）耗能/產(chǎn)能比值每年燃煤費（萬）耗能/產(chǎn)能比值每年燃煤費（萬）耗能/產(chǎn)能比值30013.16.840.5225.630.4304.510.34450021.911.020.5039.10.4167.280.3338003517.020.48614.130.40411.320.323100043.820.930.47817.420.39813.930.318120052.624.860.47320.730.39416.580.315150065.730.320.46125.360.38620.290.309200087.640.150.45833.630.38426.90.307（2） 假設煤的價錢為1000元/噸，則支出/收入比見表7：（3）假設煤的價錢為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（萬）耗能/產(chǎn)能比值每年燃煤費（萬）耗能/產(chǎn)能比值每年燃煤費（萬）耗能/產(chǎn)能比值30013.15.470.4184.690.3583.760.28750021.98.820.4037.580.3466.070.2778003513.620.38911.780.3379.430.269100043.816.740.38214.520.33211.610.265120052.619.890.37817.280.32913.820.263150065.724.260.36921.130.32216.910.257200087.632.120.36728.030.32022.420.256從表中數(shù)據(jù)對比可以看出，隨著燃煤價格的上漲，燃煤鍋爐的運行費用已經(jīng)成為制約沼氣工程的關鍵因素。4.沼氣鍋爐拐點不同地區(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）300240187.424886721980.825500400301.840079043190.797800640466.461937924930.7701000800573.376134246060.7571200960681.290463367200.75015001200830.6110303688780.7312000160011001460800011620.727（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）300240154.320491041630.679500400249.433120322630.659800640387.351433444090.6391000800477.263372165040.6301200960567.875403846000.62515001200694.992282727340.61220001600921.3122348649730.608（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）300240123.416387521300.543500400199.526493602110.527800640309.941154723270.5121000800381.950716324030.5041200960454.260317764800.5001500120055673836805870.4902000160073797873607790.4875.沼氣發(fā)電機的余熱滿足率和經(jīng)濟效率（1）余熱滿足率發(fā)電機組消耗燃料的能量只有約30-35%被發(fā)電機組轉化為電能，有55以上的熱量成為余熱。發(fā)電機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)達到80以上，相當于總能量的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1000m3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10002778899760637144000017202888000.61912003301912640764572800020643465600.62515004026084320955716000025804332000.641200053319200001274288000034405776000.645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）全年可回收的余熱量（KJ）余熱滿足需熱率10002313083840637144000017202888000.74412002752240160764572800020643465600.75015003368319280955716000025804332000.766200044657253601274288000034405776000.770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10001851145680637144000017202888000.92912002201598240764572800020643465600.93815002695043200955716000025804332000.957200035723864001274288000034405776000.963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10002778899760637144000028034336001.00912003301912640764572800033641203201.01915004026084320955716000042051504001.044200053319200001274288000056068672001.052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)電機的經(jīng)濟效率表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)電機經(jīng)濟效率100029200043.843800027.597884011.8339.420.90120035040052.652560033.119460814.1947.300.90150043800065.765700041.3911826017.7459.130.90200058400087.687600055.1915768023.6578.840.90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)濟性對比分析厭氧罐容積（m3）東北（0）北方（10）南方（15）燃氣鍋爐耗能/產(chǎn)能比（沼氣量比）燃煤鍋爐耗能/產(chǎn)能（支出/收入）燃氣鍋爐耗能/產(chǎn)能比（沼氣量比）燃煤鍋爐耗能/產(chǎn)能（支出/收入）燃氣鍋爐耗能/產(chǎn)能比（沼氣量比）燃煤鍋爐耗能/產(chǎn)能（支出/收入）3000.8250.7220.6790.5150.5430.4135000.7970.6980.6590.4990.5270.3998000.7700.6790.6390.4850.5120.38810000.7570.6680.6300.4770.5040.38212000.7500.6620.6250.4730.5000.37815000.7310.6490.6120.4630.4900.37120000.7270.6450.6080.4610.4870.368將燃煤鍋爐和燃氣鍋爐的經(jīng)濟性進行分析對比如表16：從表中數(shù)據(jù)可以看出，燃煤鍋爐的經(jīng)濟性好于燃氣鍋爐。（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.余熱鍋爐厭氧罐容積（m3）每天可回收的余熱量（KJ）每天實際熱損失（KJ）余熱用于原料升溫的熱量（KJ）每天進料量（t）