沼气工程热量计算书.doc
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目录
1.锅炉耗煤量的计算 2
1.1厌氧罐所需热量 2
1.1.1热损失Q1的计算 2
1.1.2原料升温所需热量Q2的计算 4
1.1.3反应罐内水分蒸发带走的热量Q3和厌氧发酵产生的热量Q4 4
1.1.4厌氧罐所需热量Q 4
1.2锅炉烧煤量与烧煤时间 5
1.2.1锅炉烧煤量 5
1.2.2锅炉烧煤时间 6
1.3热损失校正因子a1和锅炉总效率校正因子a2的测定 6
1.3.1热损失校正因子a1 6
1.3.2锅炉总效率校正因子a2 8
1.3.3因子a1和a2的计算 9
2.产能和耗能拐点的计算 10
2.1产能计算 10
2.2耗能计算 11
2.2.1北方地区全年耗能计算 11
2.2.2燃煤锅炉的“耗能/产能”比 12
2.2.3沼气锅炉的“耗能/产能”比 12
2.2.4沼气发电机的余热满足率和经济效率 13
2.2.5燃煤锅炉、燃气锅炉和沼气发电机组经济性对比分析 15
2.2.6“拐点”结论 15
3.解决夏天烧煤问题分析 16
3.1沼气发电余热回收 16
3.2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-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。
1.1.1热损失Q1的计算
（1）保温设计标准列于表1：
地区
设计
热损失
东北
（-15℃）
北方
（0℃）
南方
（15℃）
罐体侧壁
保温措施
300mm岩棉
200mm岩棉
100mm岩棉
热损失
10W/m2
10W/m2
10W/m2=36KJ/m2h
罐顶
保温措施
200mm苯板
150mm苯板
50mm苯板
热损失
10W/m2
10W/m2
10W/m2
罐底
保温措施
无
无
无
热损失
154W/m2
108W/m2
62W/m2
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0℃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）
300
182
48.3
37.2
1820
483
3939
6242
500
253
72.0
55.4
2530
720
5871
9121
800
337
100.6
77.4
3370
1006
8204
12580
1000
383
116.8
89.9
3830
1168
9527
14525
1200
432
134.1
103.1
4320
1341
10928
16589
1500
491
143.1
110.1
4910
1431
11665
18006
2000
634
182.4
140.3
6340
1824
14874
23038
2800
754
229.6
176.6
7540
2296
19073
28909
（3）不同温度（t1）下的热损失采用系数σ计算
公式Qt1=σ×Qo
由于热损失与温差呈线形关系，所以σ=（35-t1）/35
Qo：
北方地区0℃时的热损失
Qt1：
北方地区t1时的热损失
采用该方法求得其他温度条件下的热损失列于表3：
厌氧罐容积（m3）
-5℃
（W）
0℃
（W）
5℃
（W）
10℃
（W）
15℃
（W）
20℃
（W）
25℃
（W）
30℃
（W）
300
7134
6242
5350
4459
3567
2675
1783
892
500
10424
9121
7818
6515
5212
3909
2606
1303
800
14377
12580
10783
8986
7189
5391
3594
1797
1000
16600
14525
12450
10375
8300
6225
4150
2075
1200
18959
16589
14219
11849
9479
7110
4740
2370
1500
20578
18006
15434
12861
10289
7717
5145
2572
2000
26329
23038
19747
16456
13165
9873
6582
3291
一天24h内热损失量列于表4：
厌氧罐容积（m3）
-5℃
（KJ）
0℃
（KJ）
5℃
（KJ）
10℃
（KJ）
15℃
（KJ）
20℃
（KJ）
25℃
（KJ）
30℃
（KJ）
300
616378
539309
462240
385257
308189
231120
154051
77069
500
900634
788054
675475
562896
450317
337737
225158
112579
800
1242172
1086912
931651
776390
621129
465782
310522
155261
1000
1434240
1254960
1075680
896400
717120
537840
358560
179280
1200
1638057
1433290
1228522
1023754
818985
614304
409536
204768
1500
1777939
1555718
1333498
1111190
888969
666749
444528
222221
2000
2274825
1990483
1706141
1421798
1137456
853027
568685
284342
2800
2497738
（4）热损失校正
计算热损失与实际热损失的误差采用因子a1校正。
a1=Q1（real）/Q1
实际热损失的测量、计算方法：
锅炉停止加热后，罐体温度T1；经过时间t后，罐体温度T2；则
Q1（real）=CM（T1-T2）/t
1.1.2原料升温所需热量Q2的计算
公式：
Q=CM△t
式中：
C=4.2KJ/kg*℃
不同进料温度，不同规模的沼气工程，原料升温至35℃，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
0℃
10℃
15℃
20℃
25℃
300
15
2205000
1575000
1260000
945000
630000
500
25
3675000
2625000
2100000
1575000
1050000
800
40
5880000
4200000
3360000
2520000
1680000
1000
50
7350000
5250000
4200000
3150000
2100000
1200
60
8820000
6300000
5040000
3780000
2520000
1500
75
11025000
7875000
6300000
4725000
3150000
2000
100
14700000
10500000
8400000
6300000
4200000
1.1.3反应罐内水分蒸发带走的热量Q3和厌氧发酵产生的热量Q4
两者都很小，并且相互抵消，可忽略不计
1.1.4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（℃）
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
-0.7
1280059
1.3
1664077
7350000
9014077
2
-0.4
1269302
1.3
1650093
7350000
9000093
3
4.7
1086437
1.3
1412368
5250000
6662368
4
10.5
878472
1.3
1142014
5250000
6392014
5
15.9
684849.6
1.3
890304.5
4200000
5090304
6
20.0
537840
1.3
699192
4200000
4899192
7
23.8
401587.2
1.3
522063.4
4200000
4722063
8
25.2
351388.8
1.3
456805.4
4200000
4656805
9
21.5
484056
1.3
629272.8
4200000
4829273
10
16.1
677678.4
1.3
880981.9
4200000
5080982
11
8.9
935841.6
1.3
1216594
4200000
5416594
12
2.0
1183248
1.3
1538222
5250000
6788222
说明：
进料温度根据1、2月份为0℃，3、4、12月份为10℃，5、6、7、8、9、10、11月份为15℃计算。
1.2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a2
所需煤炭的热量
（KJ）
所需烧煤量
（kg）
1
9014077
74
0.81
15023462
596
2
9000093
74
0.81
15000155
595
3
6662368
74
0.81
11103946
441
4
6392014
74
0.81
10653356
423
5
5090304
74
0.81
8483841
337
6
4899192
74
0.81
8165320
324
7
4722063
74
0.81
7870106
312
8
4656805
74
0.81
7761342
308
9
4829273
74
0.81
8048788
319
10
5080982
74
0.81
8468303
336
11
5416594
74
0.81
9027657
358
12
6788222
74
0.81
11313704
449
说明：
所需煤量计算根据散煤的发热值6000kcal/kg计算。
每月烧煤量和全年烧煤量列于表8：
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
温度（℃）
-0.7
-0.4
4.7
10.5
15.9
20.0
23.8
25.2
21.5
16.1
8.9
2.0
天数
31
28
31
30
31
30
31
31
30
31
30
31
每天烧煤量（kg）
596
595
441
423
337
324
312
308
319
336
358
449
每月烧煤量（t）
18.48
16.66
13.67
12.69
10.45
9.72
9.67
9.55
9.57
10.42
10.74
13.92
全年烧煤量（t）
146
1.2.2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9014077/0.8=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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
温度（℃）
-0.7
-0.4
4.7
10.5
15.9
20.0
23.8
25.2
21.5
16.1
8.9
2.0
每天烧煤量（kg）
596
595
441
423
337
324
312
308
319
336
358
449
每天烧煤时间（h）
6.5
6.5
4.8
4.6
3.7
3.5
3.4
3.3
3.5
3.6
3.9
4.9
1.3热损失校正因子a1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计算方法，通过热损失校正因子a1和锅炉总效率因子a2使理论值与实际值相结合。
1.3.1热损失校正因子a1
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a1校正。
a1=Q1（real）/Q1
为了测定a1，需要现场测量Q1（real），通过理论计算Q1
①实际热损失Q1（real）的测量、计算方法：
罐体温度升至要求温度，锅炉停止加热，此时罐内温度T1；经过时间t后，罐体温度T2；则
Q1（real）=CM（T1-T2）/t
实际热损失的测定需现场记录数据，表格如下：
表10
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
②理论热损失Q1的计算方法
Q1的计算需核实保温材料数据，列于表11：
罐体保温材料
厚度
密度或导热系数
罐顶保温材料
厚度
密度或导热系数
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（t1-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=EMc
E——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
罐内温度
记录时间
（例如8：
30）
锅炉加热后
罐内温度
记录时间
锅炉日烧煤量
锅炉日运行时间
至
1.3.3因子a1和a2的计算
以即墨移风沼气工程为例，计算因子a1和a2。
保温措施：
罐体尺寸Φ10m×10m
罐体侧壁用100mm苯板，
罐顶用50mm岩棉；
温度：
罐体内温度在31℃-33℃之间，每天降0.4℃。
进料25℃，室外平均25℃。
进料量：
每天10吨水，10吨粪。
耗煤量：
罐内温度由33℃降低到31℃，用时10天；罐内温度由31℃升高到33℃，用时12h，耗煤0.5吨。
（1）因子a1的计算
①计算热损失Q1：
苯板导热系数取0.046W/m*℃
罐体侧壁热损失：
Q===1167W
罐顶热损失：
罐顶面积S=1.3ПR2=1.3*3.14*52=102.05m2
Q==0.046*102.05*（33-25）=751W
罐底热损失：
罐底面积S=ПR2=3.14*52=78.5m2
Q==1.54*78.5*（33-25）/0.5=1934W
总热损失：
Q1=1167+751+1934=3852W
②实际热损失Q1（real）:
原料升温需热量计算：
Q2＝CM△T=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=1344000KJ
Q1（real）=（134000-672000）/（24*3600）=7778W
③校正因子a1：
a1=Q1（real）/Q1=7778/3852=2.0
（2）因子a2的计算
原料从31℃升温到33℃，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（t1-t2）=4.2*800*1000*（33-31）=6720000KJ
煤燃烧放出的热量：
Q放=EMc=6000*4.2*500=12600000KJ
K（real）=Q吸/Q放=6720000/12600000=0.53
校正因子a1=K（real）/Ke=0.53/0.735=0.72
2.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：
（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工艺停留时间为20天；
2.1产能计算
不同规模的沼气工程，所产生沼气的能量列于表13：
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）
300
240
87600
1911432000
500
400
146000
3185720000
800
640
233600
5097152000
1000
800
292000
6371440000
1200
960
350400
7645728000
1500
1200
438000
9557160000
2000
1600
584000
12742880000
注：
沼气热值根据标准沼气（CH4含60%）的热值2182OKJ/m3计算。
2.2耗能计算
2.2.1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（0℃）
（KJ）
3、11月
（5℃）
（KJ）
4月
（10℃）
（KJ）
5、10月
（15℃）
（KJ）
6、7、9月
（20℃）
（KJ）
8月
（25℃）
（KJ）
全年热损失
（KJ）
300
539309
462240
385257
308189
231120
154051
133746688
500
788054
675475
562896
450317
337737
225158
195437388
800
1086912
931651
776390
621129
465782
310522
269553745
1000
1254960
1075680
896400
717120
537840
358560
311230080
1200
1433290
1228522
1023754
818985
614304
409536
355456202
1500
1555718
1333498
1111190
888969
666749
444528
385820021
2000
1990483
1706141
1421798
1137456
853027
568685
493639458
以地下水调粪，水温取15℃，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）
300
15
1260000
459900000
500
25
2100000
766500000
800
40
3360000
1226400000
1000
50
4200000
1533000000
1200
60
5040000
1839600000
1500
75
6300000
2299500000
2000
100
8400000
3066000000
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）
300
133746688
1.6
213994701
459900000
673894701
500
195437388
1.6
312699821
766500000
1079199821
800
269553745
1.6
431285992
1226400000
1657685992
1000
311230080
1.6
497968128
1533000000
2030968128
1200
355456202
1.6
568729923
1839600000
2408329923
1500
385820021
1.6
617312034
2299500000
2916812034
2000
493639458
1.6
789823133
3066000000
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