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不锈钢材料在沼气项目中的应用—绿色能源的可持续性之道

创建时间：2023-08-03 09:26

STALLKAMP

全球气候正在变暖的事实在科学界中基本上是无可争议的。包括监测的大气中温室气体含量、气象记录、极地冰融化数据和生态系统明显变化在内的大量数据支持了这一结论。

从国际能源署（IEA）发布的数据可知，生物质能和再生能源的产量在2009年至2035年间几乎翻了一番。平均增长率预计为2.5％。预计同期煤炭能源的消耗量以平均每年1.4％的速度下降。

除水力发电外，生物质能源是最便宜的可再生能源之一。然而，适合水力发电厂的地点有限，并且前期投资巨大。当今，生物质源与不可再生能源的成本已经非常接近。随着技术的不断成熟，预计生物质能源的成本还将继续下降。

随着减少废弃物的重要性日益增加，许多国家的环保机构正在寻求减少垃圾填埋量和利用其中能源的方法。有机废弃物生产沼气就非常有吸引力，因为：

可产生沼气，用于产生能量；
可作为有机原料，有相对恒定的有机废物供应量；
垃圾填埋场的垃圾量减少，减轻了垃圾处理的问题；
减少了用于生产有机物能源原料的土地面积，土地可以更多用于粮食生产。

不锈钢在沼气工厂里的应用

像H2S、NH3等腐蚀性气体是沼气生产过程中不可避免的副产品。厌氧发酵罐中的所有设备都与这些腐蚀性元素接触。除非使用耐腐蚀材料，否则这些气体会对设备造成损坏。一旦损坏，厌氧罐必须清空、进行设备的维修更换，然后重启发酵罐，这是一个费时费力费钱的工作。而且更换下来的部件后续处理也非常困难。因此，必须避免因腐蚀造成的设备损坏。

选择合适型号的不锈钢可以承受沼气工厂的腐蚀性物质的侵蚀。这就是为什么不锈钢通常用于以下部位：

沼气发酵罐
泵和阀门
搅拌器
管道和配件
沼气净化设备

厌氧消化（发酵罐）中的不锈钢利用

由于混凝土的成本优势和灵活性，使得混凝土是目前用于建造沼气池广泛使用的材料。然而，结构笨重、密封困难、安装周期长，需要安装机械设备多等诸多弊端。典型沼气工厂的混凝土发酵罐的建设如图所示。

Biogas

在使用过程中，定期维护对于防止泄漏非常重要！来自发酵罐产生的气体、水和气味的泄漏会对沼气工厂造成严重的问题。即使使用特殊的涂层系统，也难以避免混凝土发酵罐的腐蚀。

Biogas

如果使用不锈钢罐，这些问题就可以避免。用于沼气发酵罐的不锈钢板的厚度一般小于6.0mm，并且非常容易加工、运输和安装。不锈钢沼气罐从上到下组装，并使用并联的液压/机械系统提升到位。

不锈钢减少了施工时间和物流成本。

它具有优异的抗腐蚀性（抗H2S或NH3）。这使得罐体维护更容易，通常情况下，一次安装合格，后续维护工作非常少。

Biogas

by Stallkamp

不锈钢发酵罐在沼气工厂应用中有许多优点，包括：

降低建设成本：典型的罐体可在一周内安装完成；
最小的占地要求：几乎可以在任何区域建造沼气厂；
由于不锈钢的耐腐蚀性，后续无需维修；
气密性和水密性好：接头易于密封，板材易于打孔，并可做到完全防止气体泄漏；
剩余价值：在其使用寿命结束时，不锈钢还具有很高的废料价值

除了用于制作厌氧发酵罐外，粪便、水、沼渣和沼液等储存罐也可使用不锈钢材质。

Biogas

by Stallkamp

Biogas

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泵和阀门

泵和阀门用于处理含有腐蚀性物质的沼液、沼渣和产生的气体。这部分需要设备的抗腐蚀能力一定要强，否则很容易发生危险，而不锈钢材质天然具有这方面的优势！

搅拌器

搅拌器有助于使生物质的物料混合均匀，温度均匀化，提高产气率并减少罐体顶部结构和底部沉淀。它们与腐蚀性元素（气体和液体）持续接触。所以需要设备具有很强的抗腐蚀性。选择合适型号的不锈钢，是保证设备运行正常的必要条件。

管道和配件

不锈钢适用于沼气工厂的管道和配件，具有耐腐蚀性和优异的成形性。其传热系数也优于塑料。等级En 1.4404 / AISI 316L是这些应用的首选。（En1.4404是欧盟的钢材牌号，相当于国内的不锈钢牌号是：022Cr17Ni12Mo2，添加Mo(2-3%),优秀的耐蚀性,高温蠕变强度优秀。对应美国钢材牌号：不锈钢316L）

沼气提纯

由厌氧发酵罐产生的甲烷生物气体含有许多杂质（通常是H2S）和水蒸气，这两种杂质都是需要从沼气中去除的。H2S有毒，并且有臭鸡蛋的气味，而水蒸气会降低沼气发电时的效率。这就需要沼气脱水机能提供有效的除湿，并易于安装和维护。

在大多数情况下，除湿过程在除去H2S之前进行。不锈钢（等级En 1.4404 / AISI 316L）通常用于与湿沼气接触的除湿系统部件，因为它可以承受气体所含H2S的腐蚀作用。

Biogas

项目案例

Saxony-Anhalt biogas plant

-Könnern, Germany

萨克森-安哈尔特沼气工厂-肯嫩，德国

世界上最大的沼气工厂之一，位于德国的könnern（肯嫩）工业区。它由WELTEC BIOPOWER GmbH为总承包商建设而成。该工厂有4个5000m³的预处理罐（每个罐φ=32.95m,H=6.0m）,16个3500m³的厌氧发酵罐(每个罐φ=25.34m,H=6.36m)，16个4600m³的沼液储存罐（每个罐φ=32.0m,H=6.0m）。分为四个区域运行。超过120,000t/y的畜禽粪尿和玉米青贮被用作原料。这是正常沼气工厂规模的五倍以上。该工厂每年生产高达1500万m³的生物天然气，由原始沼气提纯而成。该项目的所有不锈钢罐体、搅拌器和观察窗、安全阀、进出料系统等附属设施都是由德国Erich Stallkamp ESTA GmbH公司生产。罐体材质由不锈钢En1.4301/AISI304（液体接触部分）和En1.4571/AISI 316（气体接触部分）制成。

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