CN109912153A - 一种沼气发酵系统的热平衡分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种沼气发酵系统的热平衡分析方法，沼气发酵系统包括用于收集太阳能热量的温室，所述温室内设有用于预热物料的预热室和用于发酵物料的发酵室，所述发酵室采用生物质锅炉供热以维持发酵室内的温度稳定；通过对太阳辐射能量、污水生物能、围护结构传热、地面传热、渗透热损失等能量的热平衡分析和计算，可以发现系统结构是否合理和生产过程中的薄弱环节，从而提出改进措施。

Description

一种沼气发酵系统的热平衡分析方法

技术领域

本发明属于沼气发酵技术领域，具体涉及一种沼气发酵系统的热平衡分析方法。

背景技术

在可再生能源资源中，生物质是唯一可转化为固态、液态和气态能源的可再生资源，蕴藏量巨大，生物质能已经成为世界可再生能源发展的重点方向。我国生物质能资源丰富，仅各类农业废弃物(如秸秆)的资源量每年即有7亿吨左右，折合标煤3亿吨以上，加上人畜粪便、城市垃圾等资源总量可达6.5亿吨标煤以上。长期以来，农作物秸秆一直是农村地区生活用能和动物饲料的主要来源，但随着商品能源的普及，尤其是电能和高品位的液化石油气的广泛使用，秸秆的使用量逐步降低，逐步成为农业生产的废弃物而得不到有效利用，荒烧、堆放不仅严重危害了环境质量，也破坏了正常的农业生态环境。近年来，在广大农村地区，针对农作物秸秆禁烧采用行政手段干预，进一步增加了管理成本。

同时，随着社会对肉蛋奶等需求量的增加也使畜禽养殖业得到了飞速发展，畜禽养殖废弃物的产生量也逐年增加，畜禽粪便使用及排放过程中产生的环境问题引起社会广泛关注。根据污染源普查数据，2014年畜禽养殖业主要水污染物排放量中化学需氧量、氨氮排放量分别为当年工业源排放量的3.23和2.30倍，达到1148万吨和65万吨，占全国排放总量的45％、 25％，畜禽养殖污染已经成为环境污染的重要来源。相对于化石能源而言，以农作物秸秆和畜禽粪便为代表的生物质能源属于低碳能源，其使用过程中环境危害小，属于清洁且可再生能源。将资源丰富的农业生物质用于沼气发酵对改善我国能源消费构成、缓解环境压力、减少农业废弃物管理成本具有重大意义。

由于受到季节温度变化的影响，沼气发酵系统大都存在着底物降解率和沼气产率低、发酵体系温度不稳定以及工业化水平低等问题，严重制约着生物质沼气发酵可再生能源技术的发展。为了解决因发酵温度低沼气池低温季节下正常使用的难题，就需要对沼气池的能量流动过程进行研究，为保证发酵系统的温度恒定打下基础。

发明内容

本发明针对现有技术中沼气发酵温度不能稳定保持的技术问题，提供一种沼气发酵系统的热平衡分析方法，通过热平衡的分析和计算，可以发现系统结构是否合理和生产过程中的薄弱环节，从而提出改进措施。

本发明采用如下技术方案：

一种沼气发酵系统的热平衡分析方法，沼气发酵系统包括温室，所述温室内设有用于预热物料的预热室和用于发酵物料的发酵室，所述发酵室采用生物质锅炉供热以维持发酵室内的温度稳定，热平衡分析方法包括以下步骤：根据能量守恒定律，

(1)所述预热室的能流图示意如图1所示，所述预热室的热平衡方程式如下式1：

Q_m1+Q₁＝Q_m2+Q_a (1)

式中 Q_m1———污水进入预热室时的生物能；

Q₁———预热室从温室吸收的热量；

Q_m2———污水离开预热室时的的生物能；

Q_a———预热室的散热量；

预热室的散热量Q_a很小，一般忽略不计，故得式(2)

Q₁＝Q_m2-Q_m1 (2)

(2)所述发酵室的能流图示意如图2所示，所述发酵室的热平衡方程式如下式3：

Q_m2+Q_h＝Q_b+Q_c+Q_m3+Q_g (3)

式中

Q_h———供热系统供热量；

Q_b———发酵室的散热量；

Q_c———发酵微生物呼吸释放的热量；

Q_m3———发酵后污水离开发酵室的生物能；

Q_g———沼气生物能；

(3)所述温室的能流图示意如图3所示，所述温室的热平衡方程式如下式4：

Q_s+Q_m1+Q₁+Q_a+Q_i+Q_h+Q_b+Q_c＝Q_m3+Q_g+Q_p+Q_w+Q_f (4)

式中 Q_s———温室吸收的太阳辐射热量；

Q_i———污水输送管道的散热量；

Q_p———渗透热损失；

Q_w———温室围护结构传热量；

Q_f———地面传热量；

由式1、3、4得式5：

Q_s+2(Q_m1+Q₁+Q_h)+Q_i＝2(Q_m3+Q_g)+Q_p+Q_w+Q_f (5)

在上述得失热量中，污水输送管道的散热量Q_i一般较小，可以忽略不计，为了方便计算，能量流动过程按照有太阳光的天气状态下进行：

即供热系统供热量Q_h可简化为下式6：

Q_h＝[2(Q_m3+Q_g)+Q_p+Q_w+Q_f-(Q_s+2Q_m1+2Q₁)]/2 (6)；

在计算得到Q_h后，可进一步得出在阳光辐射热低的条件下，生物质锅炉的供热量。

进一步地，污水进出温室时损失的生物能如下式7：

Q_m＝Q_m3-Q_m1＝cm(t₃-t₁)＝cρv(t₃-t₁) (7)

式中 c——污水的比热容；

ρ——污水的密度；

v————污水每日的进料量；

t₁为污水进入预热室时的温度，t₃为发酵后污水离开发酵室的温度。

进一步地，在任何时期温室内吸收的太阳辐射热量Q_s如下式8：

Q_s＝τsA_s(1-ρ) (8)

式中 s——室外水平面太阳总辐射照度；

A_s——温室地面面积；

ρ——室内日照反射率；

τ——温室覆盖材料对太阳辐射的透过率。

进一步地，所述温室围护结构的传热量Q_w如下式12：

式中 t_i——室内温度；

t_o——室外温度；

A_gj——温室各部分围护结构的面积；

K_j——温室各部分围炉结构的传热系数；

j——温室各部分围护结构。

进一步地，所述地面传热量Q_f如下式14：

Q_f＝∑k_iA_i(t_i-t_o) (14)

式中 K_i——第i地带地面传热系数；

A_i——第i区面积。

进一步地，所述渗透热损失Q_p如下式15：

Q_p＝0.5K_风速VN(t_i-t_o) (15)

式中 t_i——室内温度；

t_o——室外温度；

V——温室体积；

N——每小时换气次数；

K_风速——风力因子。

进一步地，所述沼气的生物能如下式16：

其中 沼气中含有60％CH₄和40％CO₂，——甲烷的热值；

c_gρ_gv_gt_g＝(0.6c_g1ρ_g1+0.4c_g2ρ_g2)v_gt_g

式中 c_g1——甲烷离开发酵室时的比热容；

ρ_g1——甲烷离开发酵室时的密度；

c_g2——二氧化碳离开发酵室时的比热容；

ρ_g2——二氧化碳离开发酵室时的密度；

v_g————沼气每日产生的体积；

t_g————沼气温度。

进一步地，在阴天或夜晚即太阳辐射热低的条件下，供热系统即为生物质锅炉，则所述生物质锅炉供热量Q_t即为供热系统供热量Q_h，如下式18：

Q_t＝m·η·Q_net,ar (18)

式中 m——燃料消耗量；

Qnet.ar——生物质低位发热量；

η——热效率；

进而根据所得燃料消耗量和燃烧时间得出生物质锅炉的燃耗速率。

本发明的有益效果如下：

对于沼气工程，由能量守恒定律可知，输出(损失)的能量和输入(获得)的能量应相等，才能保证整个系统的温度恒定。故通过对温室进行热平衡分析来动态地反映温室的能量流动状况保证输入与输出之间的能量相等具有十分重要的意义。

在沼气发酵过程中，因为要保持发酵池温度一直要比地温高(即30℃左右)，本发明采用太阳能集热和生物质锅炉燃烧进行加热来保持发酵室恒温，以保持较高的产气效率。其中生物质锅炉的运行根据天气变化进行，当阴天或下雨天等没有太阳的天气以生物质锅炉加热为主要增温途径，这样解决了传统型沼气池夜间或阴雨天气发酵温度低，产气率不高，发酵温度受环境影响较大，产气量小且不稳定等问题。

但是沼气发酵室的温度要保持30℃左右，就需要对温室结构和生物质锅炉的燃耗速率精确预算，为此，本发明通过对整个发酵系统的能量流动过程进行模拟研究，从理论上确定该系统的能量流动的稳定性，动态地反映温室的能量流动状况。通过温室热平衡的分析和计算，可以发现系统结构是否合理和生产过程中的薄弱环节，从而为温室结构设计提出改进参考，为生物质锅炉的燃耗速率做出精准预计，由此既保证了发酵过程的温度稳定，不受天气变化的影响，产气效率高，又提高了太阳能和生物质的能量转化利用效率。

附图说明

图1是预热室的能流图；

图2是发酵室的能流图；

图3是整个沼气发酵系统的能流图。

具体实施方式

为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作出进一步的说明。

一种沼气发酵系统的热平衡分析方法，沼气发酵系统包括用于收集太阳能热量的温室，所述温室内设有用于预热物料的预热室和用于发酵物料的发酵室，所述发酵室采用生物质锅炉供热以维持发酵室内的温度稳定；

①温室热交换的基本原理

发酵温室是一个封闭的热力系统，它随时受到室内外诸多扰量的影响。其中，室外扰量有空气温度、湿度、太阳辐射强度、风速、风向等，室内扰量包括围护结构的散热，地面土壤的潮湿状况，缝隙漏风等。在这些干扰量作用下，温室内的空气始终保持着动态热平衡。

②温室及其内的能流图

(1)温室中预热室的能流图如图1所示，根据能量守恒定律，预热室的热平衡方程式由式(1)给出：

Q_m1+Q₁＝Q_m2+Q_a (1)

式中 Q_m1———污水(15℃)进入预热室时的生物能，w；

Q₁———预热室从温室吸收的热量，w；

Q_m2———污水离开预热室时(20℃)的生物能，w；

Q_a———预热室的散热量，w；

预热室的散热量Q_a很小，一般忽略不计，故得式(2)

Q₁＝Q_m2-Q_m1 (2)

(2)温室中发酵室的能流图如图2所示，根据能量守恒定律，发酵室的热平衡方程式由式(3)给出：

Q_m2+Q_h＝Q_b+Q_c+Q_m3+Q_g (3)

式中 Q_m2———进入发酵室的污水(20℃)的生物能，J；

Q_h———补充供热量(温室供热系统热负荷)，KJ/d；

Q_b———发酵室的散热量，w；

Q_c———发酵微生物呼吸释放的热量，w；

Q_m3———污水离开发酵室时(30℃)的生物能，J；

Q_g———沼气生物能，J；

(3)温室的能流图如图3所示，根据能量守恒定律，温室系统的热平衡方程式由式(4) 给出：

Q_s+Q_m1+Q₁+Q_a+Q_i+Q_h+Q_b+Q_c＝Q_m3+Q_g+Q_p+Q_w+Q_f (4)

式中 Q_s———温室内吸收的太阳辐射热量，w；

Q_i———污水输送管道的散热量，w；

Q_p———渗透热损失，w；

Q_w———围护结构传热量(导热、辐射、对流等)，w；

Q_f———地面传热量，w；

由式(1)、(3)、(4)得式(5)

Q_s+2(Q_m1+Q₁+Q_h)+Q_i＝2(Q_m3+Q_g)+Q_p+Q_w+Q_f (5)

在上述得失热量中，污水输送管道的散热量Q_i一般较小，可以忽略不计，为了方便计算，能量流动过程按照有太阳光的天气状态下进行，

即采暖系统的热负荷Q_h可简化用式(6)表示：

Q_h＝[2(Q_m3+Q_g)+Q_p+Q_w+Q_f-(Q_s+2Q_m1+2Q₁)]/2 (6)

本发明采用的沼气工程温室设计的基本参数如下：池容产气率0.6m³/m³·d；气体储存形式，湿式气柜，容积200m³，日进料31m³；大棚内温度t₂＝20℃；进料温度t₁＝15℃；发酵室温度t₃＝30℃；大棚的覆盖材料：双层玻璃纤维板；大棚的尺寸：12000×30000×5000(mm)；设计用的气象资料：郑州(河南省)，纬度L＝34°43ˊ。

以上各热量值的具体计算过程如下：

1、污水进出温室时携带的生物能

污水进出温室时损失的生物能由式(7)给出

Q_m＝Q_m3-Q_m1＝cm(t₃-t₁)＝cρv(t₃-t₁) (7)

式中 c——污水的比热容，c＝4.2kJ/(kg·℃)；

ρ——污水的密度，ρ＝1.0×10³㎏/m³；

v————污水每日的进料量，v＝31m³/d；

t₁＝15℃ t₃＝30℃；

经计算得 Q_m≈1.953×10⁶KJ/d

2、温室内吸收的太阳辐射热量

太阳能是植物生长所必需的，因此温室覆盖材料应有较高的太阳透射率，特别是在光照较弱的冬季。投射到温室覆盖材料表面的太阳辐射，部分被覆盖层反射，部分被吸收，大部分透射入温室内，透过覆盖层的太阳辐射辐射能与总太阳辐射能之比称为覆盖材料对太阳辐射的透射率。而进入温室内的太阳辐射能又有少部分将被室内的地面、植物等反射出去。因此，在任何时期温室内吸收的太阳辐射热量Q_s由式(8)给出：

Q_s＝τsA_s(1-ρ) (8)

式中 s——室外水平面太阳总辐射照度，W/㎡；

A_s——温室地面面积，㎡；

ρ——室内日照反射率，一般约为0.1；

τ——温室覆盖材料对太阳辐射的透过率，见表3-1；

表3-1各种透光覆盖材料对太阳辐射的透射率

水平面上的太阳辐射照度S是随着时间和地点变化的。时间接近中午或是所在地点的纬度越低，太阳辐射照度越大，可按式(9)进行计算：

S＝(C+sinα)Ae^-B/sinα W/m² (9)

式中 A，B,C——常数，见表3-2

α——太阳高度角

太阳高度角α为太阳与观察地点联线与地平线之夹角，可按式(10)计算：

sinα＝cos L cosδcos H+sin L sinδ (10)

式中 L——所在地的北纬纬度，度

H——时间角，H＝15(t-12)(此角等于15×时数，从偏离正午的小时数，从中午12时到午夜为正，从午夜到中午12时为负)，度

t——一天中的时间(0～24时)

δ——太阳赤纬角，度；

δ可按式(11)计算

式中 n——日期，从1月1日算起的天数

如计算中午的高度角α为：α＝90—(L—δ)

表3-2太阳辐射照度计算常数

经计算：Q_s＝τsA_s(1-ρ)≈5.061×10⁶KJ/d(按每天8小时的辐射量算)

其中 τ＝0.62，ρ＝0.1，n＝80，(设日期为3月21日)A_s＝12×30＝360㎡.

3、通过围护结构材料的传热量

温室的围护结构有的全部采用透明覆盖材料，有的采用部分透明覆盖材料和其他建筑材料汇合组成。透过温室透明覆盖材料的传热形式不仅有其内外表面与温室内外空气间的对流换热和覆盖材料内部的导热，温室内的地面、植物等还以长波热辐射的形式，透过覆盖材料与大气进行换热。但在计算通过温室围护结构材料的传热量时，这部分热量和其他形式热量一并计算。因此，通过温室围护结构材料的传热量Q_w由式(12)给出：

式中 t_i——室内温度，℃；

t_o——室外温度，℃；

A_gj——温室围护结构各部分面积，W/㎡；

K_j——温室各部分维护结构的传热系数，W/㎡·℃；

温室透明覆盖材料的总传热系数参见表3-3

表3-3温室透明覆盖材料的总传热系数

为了减少温室夜间的散热损失，一些温室在非采光面(如北墙等)采用非透明材料围护，或在原透明覆盖材料上夜间覆盖非透明的保温层，对于这样形成的非透明多层围护结构，其传热系数K′可按式(13)计算：

式中 α_i、α_o——温室覆盖层内表面及外表面换热系数，W/㎡·℃；

δ_k——温室各层覆盖材料的厚度，m；

λ_k——温室各层覆盖材料的导热系数，W/㎡·℃；

经计算：

其中，K_j＝3.0W/㎡·℃；t_i＝20℃；t_o＝15℃；A_gj＝π×6×5+16.952×30㎡。

4、地面传热量

地面传热情况比较复杂，其传热量与地面的状况、土壤状况及其含水量等因素有关。按离外围护结构的远近对地面面积进行划分，不同的部分具有不同的传热系数K取值。温室内地面的传热系数随着离外墙的远近而有变化，但在离外墙约8米以远的地面，传热就基本不见。基于上述情况，在工程上一般采用近似计算方法，把地面沿外墙平行的方向分成四个计算地带，第一地带靠近墙角的地面面积需要计算两次。

地面传热量Q_f由式(14)给出

Q_f＝∑k_iA_i(t_i-t_o) (14)

式中 K_i——第i地带地面传热系数(见表3-4)，W/㎡·k；

A_i——第i区面积，㎡；

表3-4非保温地面的热阻和传热系数

经计算：Q_f＝∑k_iA_i(t_i-t_o)＝3.188×10⁴KJ/d

其中 K₁＝0.47 A₁＝84㎡ K₂＝0.12 A₂＝64㎡

K₃＝0.23 A₃＝72㎡ K₄＝0.07 A₄＝144㎡

5、渗透热损失

室内外空气进行热交换时，包含显热和潜热两部分，但在进行热负荷计算时，所需要的环境条件基本在冬季凌晨，潜热部分所占比例很小，在工程上可忽略不计。因此渗透热损失 Q_p由式(15)给出：

Q_p＝0.5K_风速VN(t_i-t_o) (15)

式中 V——温室体积，m³；

N——每小时换气次数，(见表3-5)h^-1；

K_风速——风力因子，(见表3-6)

注：渗透损失随风速的增大而增大

表3-5每小时换气次数N推荐值

表3-6风力因子K_风速

经计算：Q_p＝0.5K_风速VN(t_i-t_o)＝3.174×105KJ/D

其中 V＝1413m³ N＝1.0 K_风速＝1.04

6、沼气离开温室时携带的生物能

沼气离开温室时携带的生物能由式(16)给出

其中 沼气中含有60％CH₄和40％CO₂，查资料得甲烷的热值

c_gρ_gv_gt_g＝(0.6c_g1ρ_g1+0.4c_g2ρ_g2)v_gt_g

式中 c_g1——甲烷离开反应器装置时的比热容，c_g1＝2230J/Kg·K；

ρ_g1——甲烷离开反应器装置时的密度(30℃)，ρ_g1＝0.72㎏/m³；

c_g2——二氧化碳离开反应器装置时的比热容，c_g2＝1040J/Kg·K；

ρ_g2——二氧化碳离开反应器装置时的密度(30℃)，ρ_g2＝1.98㎏/m³；

v_g————沼气的每日产生的体积，v_g＝0.6×300m³/d；

t_g＝30℃

经计算：Q_g≈2.334×10⁶KJ/d

7、太阳能集热器的采光面积

将以上结果代入式(6)得Q_h≈3.994×10⁶KJ/d

郑州地区3月份平均太阳辐射照度I约为17.92MJ/(㎡·d)。

则由式Q_h＝AIη_i(1-η_s) (17)

得太阳能集热器的采光面积A≈451㎡

式中 I—————集热面上日平均辐射强度，MJ/(㎡·d)；

η_j—————集热器全日集热效率，取0.55

η_s—————管路及储水箱热损失率，取0.1

8、生物质锅炉供热量

在夜晚没有太阳的辐射热，阴雨天太阳辐射热低，所以为了保持发酵有效的运行，采用生物质锅炉加热系统来保证发酵温度，供热系统即为生物质锅炉，则所述生物质锅炉供热量Q_t即为供热系统供热量Q_h，如下式18

Q_t＝m·η·Q_net,ar (18)

式中

m——燃料消耗量，kg；

Qnet.ar——生物质低位发热量，取14600kJ/kg；

η——热效率，取90％；

得出m＝304kg。因燃烧时间为24h，可计算出锅炉的燃耗速率为12.67kg/h。

最后所应说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种沼气发酵系统的热平衡分析方法，沼气发酵系统包括温室，所述温室内设有用于预热物料的预热室和用于发酵物料的发酵室，所述发酵室采用生物质锅炉供热以维持发酵室内的温度稳定，热平衡分析方法包括以下步骤：根据能量守恒定律，

(1)所述预热室的热平衡方程式如下式1：

Q_m1+Q₁＝Q_m2+Q_a (1)

式中Q_m1———污水进入预热室时的生物能；

Q₁———预热室从温室吸收的热量；

Q_m2———污水离开预热室时的的生物能；

Q_a———预热室的散热量；

预加热发酵装置的散热量Q_a很小，一般忽略不计，故得式(2)

Q₁＝Q_m2-Q_m1 (2)

(2)所述发酵室的热平衡方程式如下式3：

Q_m2+Q_h＝Q_b+Q_c+Q_m3+Q_g (3)

式中Q_h———供热系统供热量；

Q_b———发酵室的散热量；

Q_c———发酵微生物呼吸释放的热量；

Q_m3———发酵后污水离开发酵室的生物能；

Q_g———沼气生物能；

(3)所述温室的热平衡方程式如下式4：

Q_s+Q_m1+Q₁+Q_a+Q_i+Q_h+Q_b+Q_c＝Q_m3+Q_g+Q_p+Q_w+Q_f (4)

式中Q_s———温室吸收的太阳辐射热量；

Q_i———污水输送管道的散热量；

Q_p———渗透热损失；

Q_w———温室围护结构传热量；

Q_f———地面传热量；

由式1、3、4得式5：

Q_s+2(Q_m1+Q₁+Q_h)+Q_i＝2(Q_m3+Q_g)+Q_p+Q_w+Q_f (5)

在上述得失热量中，污水输送管道的散热量Q_i一般较小，可以忽略不计，为了方便计算，能量流动过程按照有太阳光的天气状态下进行：

即供热系统供热量Q_h可简化为下式6：

Q_h＝[2(Q_m3+Q_g)+Q_p+Q_w+Q_f-(Q_s+2Q_m1+2Q₁)]/2 (6)。

2.根据权利要求1所述的沼气发酵系统的热平衡分析方法，其特征在于：污水进出温室时损失的生物能如下式7：

式中c——污水的比热容；

ρ——污水的密度；

v_————污水每日的进料量；

t₁为污水进入预热室时的温度，t₃为发酵后污水离开发酵室的温度。

3.根据权利要求1所述的沼气发酵系统的热平衡分析方法，其特征在于：在任何时期温室内吸收的太阳辐射热量Q_s如下式8：

Q_s＝τsA_s(1-ρ) (8)

式中s——室外水平面太阳总辐射照度；

A_s——温室地面面积；

ρ——室内日照反射率；

τ——温室覆盖材料对太阳辐射的透过率。

4.根据权利要求1所述的沼气发酵系统的热平衡分析方法，其特征在于：所述温室围护结构的传热量Q_w如下式12：

式中t_i——室内温度；

t_o——室外温度；

A_gj——温室各部分围护结构的面积；

K_j——温室各部分围炉结构的传热系数；

j——温室各部分围护结构。

5.根据权利要求1所述的沼气发酵系统的热平衡分析方法，其特征在于：所述地面传热量Q_f如下式14：

Q_f＝∑k_iA_i(t_i-t_o) (14)

式中K_i——第i地带地面传热系数；

A_i——第i区面积。

6.根据权利要求1所述的沼气发酵系统的热平衡分析方法，其特征在于：所述渗透热损失Q_p如下式15：

Q_p＝0.5K_风速VN(t_i-t_o) (15)

式中t_i——室内温度；

t_o——室外温度；

V——温室体积；

N——每小时换气次数；

K_风速——风力因子。

7.根据权利要求1所述的沼气发酵系统的热平衡分析方法，其特征在于：所述沼气的生物能如下式16：

其中沼气中含有60％CH₄和40％CO₂，Q_CH4——甲烷的热值；

c_gρ_gv_gt_g＝(0.6c_g1ρ_g1+0.4c_g2ρ_g2)v_gt_g

式中c_g1——甲烷离开发酵室时的比热容；

ρ_g1——甲烷离开发酵室时的密度；

c_g2——二氧化碳离开发酵室时的比热容；

ρ_g2——二氧化碳离开发酵室时的密度；

v_g————沼气每日产生的体积；

t_g————沼气温度。

8.根据权利要求1所述的沼气发酵系统的热平衡分析方法，其特征在于：在阴天或夜晚，供热系统即为生物质锅炉，则所述生物质锅炉供热量Q_t即为供热系统供热量Q_h，如下式18：

Q_t＝m·η·Q_net,ar (18)

式中m——燃料消耗量；

Qnet.ar——生物质低位发热量；

η——热效率；

进而根据所得燃料消耗量和燃烧时间得出生物质锅炉的燃耗速率。