沼气发电

在德国汉诺威举行的欧洲分布式能源展（Energy Decentral），公布了沼气产业最新动态，也汇集了当前最高科技的重磅产品。今天，小编就带大家盘点一下这个国际性专业展会上出现的沼气发电机企业，和大家一起感受一下，牛B轰轰的海外先进技术！ Agrikomp 1990年创立迄今，服务的沼气发电厂超过800个，总装机容量约250兆瓦。 MTU Onsite Energy 劳斯莱斯动力系统公司的核心品牌之一，拥有一个多世纪的柴油机工程经验，产品组合包括高达3250kW的柴油发电机组，高达2500kW的燃气废热发电系统和高达50000kW的燃气轮机。 GE Jenbacher 归属于克拉克能源公司（Clarke Energy），总部位于奥地利蒂罗尔州的Jenbach小镇，于1957年开始生产燃气发动机，包括热电联产厂使用的燃气发动机和集装箱式发电机组。这家公司的发动机号称领先同级效率高达47.8％，具有出色的燃油经济性。 MWM Mannheim-based公司旗下品牌，公司位于德国曼海姆，成立已超过140年之久，在天然气、沼气和其他特种气体的燃气发动机和发电机的开发和优化上经验丰富。 LIEBHERR（利勃海尔） 由汉斯利勃海尔在1949年创立，半个多世纪过去，这个家族企业已经发展成为公司集团，业务范围广泛，拥有大约 26000 名员工，在各大洲建立起 100 余家公司。值得一提的是，中国海尔就起源于德国利勃海尔引进国内的一个冰箱生产线项目，可以说，"德国海尔"是中国海尔的启蒙老师。 Sandfirden Technics 始于1947年，由经营船舶发动机、变速箱和舵机起家，后来渐渐从海洋工业积极拓展到更广泛的工业市场，并自主研发燃气发动机和发电机组。 2G能源股份公司 基于天然气、沼气、垃圾填埋气及氢气为燃料的分布式能源与热电联产燃气发动机厂商，成立于1995年，产品组合包括20?4000kW的发电机组。 Emission Partner 沼气并入天然气网，或用于车用燃料、发电、燃料电池等，一般都对沼气各组分有严格的要求。作为德国的沼气催化剂供应商，他们的使命，就是致力于为上面这些燃气发动机提供燃烧的优化方案。 看到最后一个，相信大家都有同感：沼气工程是一个有机整体，从厌氧发酵系统，到沼气提纯、沼气工程监测系统，再到热电联产机组，都是紧密地连结在一起，互相配合，不可分割的。 众所周知，德国在沼气技术发展和应用方面一直处于全球领先地位，并引领着整个新能源产业的发展。纵观我国沼气产业现状，一大差距就体现在沼气工程缺少必要的传感单元、缺乏可靠的控制系统、缺乏优化测控的模型算法，以及缺乏全面的工程系统统筹，这就使得我们的沼气工程大都停留在原生态。 拿汽车做类比，如果说全自动运行的燃气发电机组相当于汽车引擎，那么沼气工程监测系统就相当于汽车的电控总成，监测系统数据是汽车质量的直观表现，同样也是沼气工程运行状况的直接体现。 沼气及生物天然气工程作为能源和环保工程，需要从整个生产过程的有机整体考虑，需要有集中的测控系统支撑才能实现高效运行，而加强厌氧发酵、提纯过程的测控技术研究，也可以显著提高沼气和生物天然气工程的经济效益。 四方仪器是国内最早研发沼气工程远程监测系统的企业，其监测系统以自主研发的先进气体成分和流量传感器为依托，结合软件开发技术构建而成，目前已实现了多个省市沼气工程的远程监控。来源：微信公众号@沼气工程及其测控技术，转载请务必注明出处

多年来，得益于中央投资的带动，中国沼气事业得到了快速发展。国家发改委日前发布《全国农村沼气发展“十三五”规划》，提出到2020年我国沼气总产量要达到207亿立方米，截至目前，我国沼气总产量为158亿立方米，这意味着未来5年内，沼气总产量将再增31.1%。 据悉，生物天然气工程和大型沼气工程已成为国家发改委、农业部推进农村沼气转型升级的核心方向，这两项工程的总投资超过“十三五”农村沼气工程总投资的60%。 总体来说，中国沼气正在逐步由过去的以户用沼气为主向多元化发展新格局转变。回顾过去，农村沼气可以用“成绩巨大、问题不少”来概括，究其原因，就在于业主对沼气工程各个环节上疏于管理。生物天然气工程是一个更为复杂的系统，从原料收集到生产过程再到副产品的利用消纳都必须保证中间环节的通畅，其整个过程就必须要集中的监测技术作为支撑，才能实现高效运行，进而显著提高经济效益。一、优化监测与厌氧发酵 厌氧消化器是大中型沼气工程的核心设备，微生物的繁殖、有机物的分解转化、沼气的生成都是在消化器里进行的。厌氧发酵是一个复杂的过程,预处理、接种比例、总固体浓度、原料、温度和外源添加物等因素都对厌氧发酵有显著影响。因此，除了要根据发酵原料选择适宜的工艺类型和消化器结构，通过监测系统掌握厌氧消化器的运行情况也是保障沼气工程高效运行的重点。通过监测数据对厌氧发酵工艺进行深入研究，探索改良性能的潜在可能，对发酵条件进行及时调整及优化，对提升产气效率和提高甲烷含量具有重要意义。 产甲烷菌二、优化监测与沼气提纯 沼气的主要成分是CH4和CO2，此外，还含有一些其他微量成分，如H2、H2S等。沼气并入天然气网，或用于车用燃料、发电、燃料电池等，一般都对其各组分有严格的要求。例如，沼气中通常含有60%以上的甲烷，而汽车天然气甲烷含量在90%以上。因此，需要通过采用变压吸附(PSA)、水洗、碳酸丙烯酯和碱溶液吸收等物理和化学方法，对沼气去杂纯化，使之成为CH4含量高、热值和杂质气体组分品质符合天然气标准要求的高品质生物天然气。 沼气经提纯成为生物天然气，既可替代汽油，也可替代现有的CNG作为车用燃料。与天然气相比，它具有可利用废弃物生产、不受气源和地域限制、可再生等特点。日产沼气3至4万立方米的沼气工程，提纯后可产2万立方米以上天然气，效益十分可观。使用沼气分析仪监测甲烷含量，掌握甲烷回收率、脱硫效率等关键数据，并据此进行厌氧发酵、提纯过程的工艺优化，可以显著提高沼气和生物天然气工程的经济效益。相应的，对沼气工程各个环节疏于管理，则会直接造成利润下滑，这也是为什么我国中小型沼气工程多数亏损的重要原因之一。 提纯装置出口沼气分析仪 三、优化监测与热电联产 在热电联产项目中，燃气轮机和热交换器被用来加热厌氧消化池和发电。沼气驱动的燃气发动机，通常要求沼气预处理系统的硫化氢（H2S）去除能力达到99.9%，因此需要进行沼气质量检验。持续的沼气监测使得燃料条件达到要求，从而保护发电机不会因为出现损坏和非计划停用而造成收益损失，并且能够帮助工作人员对内部再循环率和预处理水平进行调整，起到优化燃烧的作用。可以进一步说，提高燃烧效率和设备利用时间就是提高生物天然气工程的利润空间。 德国、瑞典等欧洲国家非常重视技术的持续创新，通过监测技术来提高产气效率和设备稳定性，同时降低沼气工程运行成本、人工和维护费，实现了沼气工程的产业化和市场化，并形成了行业的良性发展，他们的成功经验值得我们借鉴。 我国农村沼气转型升级的序幕已经拉开，在新的形势下，沼气产业要做大做强和实现可持续发展，就必须强化科技支撑和监管能力。展望沼气产业的未来，沼气工程专业化是大势所趋，沼气监测设备，不仅在支撑沼气工程高效运行、提升生物天然气经济效益上发挥着不可或缺的重要作用，也将成为推动沼气产业变革的一股不容小觑的积极力量。 版权声明:本文转载自微信公众号@沼气工程及其测控技术，如欲转载，请务必注明来源，违者必究。

沼气发酵是整个沼气工程的核心，对沼气生产效率和工程经济具有决定性的影响。因此必须对沼气发酵过程进行有效的监测，一般可以选择一些沼气成分监测设备，如沼气分析仪Gasboard-3200，用户可根据沼气中甲烷、二氧化碳、硫化氢、氧气等成分对沼气发酵的工艺过程进行调控，可以有效提高沼气产气量。 除此之外，选择合适的沼气发酵装置也是十分必要的，根据建造材料，沼气发酵装置可分为钢筋混凝土结构、钢结构（包括钢板焊接结构、钢板卷制结构、钢板拼装结构）和软体沼气发酵装置。下面介绍几种钢结构发酵罐与软体沼气池，希望能帮助大家更全面系统的了解沼气工程常见的几种沼气发酵装置。 一、钢板焊接结构沼气发酵罐 钢板焊接结构沼气发酵罐最大的优点是技术成熟，可以现场制作，不需要专用的设备和工装，但防腐工艺相对复杂。其设计的一般规定为： 1）沼气发酵罐的设计压力通常取常压或接近常压，负压不应小于0.49kPa。 2）设计条件不应少于以下内容：发酵罐容积或直径、高度；地震设防烈度、风载荷、雪载荷、气温条件及地址条件；操作压力及操作温度（取罐体正常操作时，罐体金属可能达到的最高或最低温度。在寒冷地区，对无加热也无保温的罐体，设计温度建罐地区最低日平均温度加13℃）；介质种类及密度。 3）厚度附加量应考虑钢板负偏差和腐蚀余量。 钢板焊接发酵罐多采用立式圆筒形，其结构设计最主要在于钢板的厚度和焊缝设计。从用材角度考虑，立式圆筒形罐体径高比为1:1时最节省材料。钢板越宽，在发酵罐制作过程中焊缝越少，相应地减少了焊缝渗漏的可能性，同时加快了制作速度，节约了焊接的人工费用。目前国内市场最容易买到的钢板宽度规格尺寸是250mm和1500mm。而发酵罐罐体尺寸的确定可以从三个方面同时考虑：径高比宜为1:(0.6~1.2)；尽量采用宽度大的钢板；尽量采用同一规格尺寸的钢板。 对于钢板焊接发酵罐的腐蚀问题，我们一般可以按中等腐蚀强度来考虑。对钢材（不包括镀锌材料）表面焊缝进行除锈处理后，再在罐体表面刷一层防锈底漆，一般不超过6h。油漆防腐的施工方法：油漆稀释后用滚筒从上到下均匀涂刷，涂膜总厚度0.15~0.20mm，分两至三道完成，发酵罐外表面面漆应选用与底漆结合良好的配套使用，外壁有保温层时可不刷面漆，发酵罐内壁不刷面漆。 二、钢板卷制结构沼气发酵罐 钢板卷制结构沼气发酵罐也就是俗称的“利浦罐”。利浦罐应用金属塑性加工硬化和薄壳结构的原理，采用螺旋、双折边、咬合工艺和专用滚压、咬合、压紧成型设备来建造沼气发酵罐。采用该技术制作的罐体，施工周期短，节约钢材，罐体自重轻，使用寿命一般可达20年以上，具有相当大的环拉强度。但需要专门设备进行制作，其使用的钢板材料不是市面上的通用规格，且建造容积一般不宜过大，单池容积一般不超过5000m3。 利浦罐使用的材料通常为495mm宽，2~4mm厚的镀锌钢板或不锈钢-镀锌钢板复合板。从强度理论上讲，罐体的钢板厚度可以比2mm更小，但从结构稳定性角度考虑，选用材料一般不小于2mm，鉴于制罐机械咬合紧密度和压紧强度的限制，选用材料一般不大于4mm。 由于利浦罐体所用材料较少，因而利浦罐对底板基础的要求远远小于钢筋混凝土罐对底板基础的要求。在基础底板浇筑时，按所要制作的罐体直径在底板表面留一条宽150mm，深100mm的预留槽，槽内按直径均匀放置一定数量的锚形不锈钢预埋件，利浦罐制作完成后将被准确地放入预留槽内，用螺栓将罐体和预埋件固定，然后用膨胀混凝土和沥青、油毡等材料来密封此槽，最后覆细石混凝土保护层。 对于防腐问题，虽然使用镀锌钢板制作的利浦罐具有一定的防腐作用，但是钢板表面附着的镀锌层不足以抵抗料液和气体对其的腐蚀，特别是在开孔处和安装平台、栏杆、保温层固定件等焊接处，钢板表面镀锌层容易遭到破坏，所以在罐体制作完成、实验合格后仍然需要进行防腐处理。同样采用利浦制罐技术的沼气发酵罐也需要制作保温结构。其防腐处理方法与钢板焊接结构的发酵罐相同。 三、钢板拼装结构沼气发酵罐 钢板拼装罐是采用钢板搭结技术利用螺栓进行连接紧固安装而成，罐体及罐顶材料均采用符合国家标准的钢板，在工厂内将钢板机械加工处理后进行纵向、横向搭结，搭结处采用专业高分子密封材料聚硫胶将其密封拼装组合。按其表面材料不同又可细分为：搪瓷拼装罐、热喷涂拼装罐、电泳漆拼装罐等。 1.搪瓷拼装罐 搪瓷拼装罐是基于薄壳结构原理，采用预制柔性搪瓷钢板以螺栓连接方式及橡胶密封拼装制成的罐体，简称搪瓷钢板拼装罐或搪瓷拼装罐。搪瓷钢板基板为低碳钢冷轧板，屈服强度≤280MPa，抗拉强度270~410MPa，搪瓷瓷釉是多种无机化工原料共同高温烧制反应而成，搪瓷钢板通过钢板基材表面涂敷搪瓷浆料并进行焙烧而成。搪瓷钢板拼装罐具有耐腐蚀性好、施工周期短、节约钢材、罐体自重轻、易拆卸等优点，其缺点是螺栓连接的方式带来了渗漏的可能，不方便施工现成开孔方位的调整。 2.热喷涂拼装罐 热喷涂拼装罐是热喷涂技术和拼装罐结合的产物，热喷涂技术是指将两根带电的金属丝电弧熔融，并通过压缩空气喷吹、雾化，使金属喷涂至经处理的基体表面，形成结合良好、致密的金属涂层，然后用封闭剂对金属涂层表面进行封闭，最终形成长效防腐复合涂层。电弧喷涂锌、铝涂层外加有机封闭涂层的长效防腐蚀复合涂层能够实现30年内不维护的要求。电弧喷涂层与钢结构基体以机械镶嵌和微冶金的结合，提高了涂层结合力，在轻微碰撞或冲击下也能确保防腐涂层不起皮、不脱落，使得涂层质量 完全满足长效防腐蚀的要求，从而减少了钢板结构在服役期间的维护费用，减少了涂料施工带来的环境污染，延长了钢板结构的使用寿命。 3.电泳漆拼装罐 电泳漆拼装罐的钢板表面防腐运用了“阴极电泳处理”技术，阴极电泳处理是一种特殊的防腐方法，该方法以拼装钢板为阴极，即将钢板浸渍在装满水离子浓度比较低的电泳槽中作为阴极，在槽中另设置与其相对应的阳极，所采用的电泳涂料是阳离子型（带正电荷），在两极间通以直流电，在钢板上就会析出防腐膜，钢板经过酸洗、磷化、电泳等防腐处理后，再进行喷粉处理，就可使钢板具有双层防腐的功效，电泳层和钢板之间的结合力很强，电泳涂层作为保护层不仅能阻止罐体腐蚀，且具有抗强酸、强碱的功能和极强的抗磨损性。 电泳漆与传统防腐处理技术相比具有防腐效果好、耐高温、耐低温、耐磨、抗冲击等优点，在运输过程中可减少或避免罐体碰撞损坏。此外，还克服了搪瓷拼装罐运输及安装过程中因碰撞而造成掉瓷和大面积爆瓷的现象。 四、软体沼气发酵装置 软体沼气发酵装置，是一种新型沼气设备。主要包括：软体可折叠沼气发酵袋、沼气储气袋、沼气升压泵、脱硫器、分水器、沼气输送管及相关管件等。设备的主体是软体可折叠沼气发酵袋，采用高强度塑性材料制成，设有出气孔，进、出料口。其发酵原料来源广泛，可将大量的生活垃圾转化为价格极低的燃气。目前较为常用的软体沼气发酵装置主要有两种：黑膜软体沼气池和红泥软体沼气池。 1.黑膜软体沼气池 黑膜软体沼气池，学名“全封闭厌氧塘”，是养殖场沼气制取装置中的一个重要部分。黑膜软体沼气池是在开挖好的土方基础上，由底膜和顶膜密封形成的一种厌氧反应器。该沼气池集发酵、贮气于一体，采用防渗膜材料将整个厌氧塘进行全封闭，其粪污处理原理与其他厌氧生物处理过程一样，依靠厌氧菌的代谢功能，使有机底物得到降解并部分转化生成沼气。其特点如下： 1）建设成本低，施工方便 2）停留时间长，出水效果好 3）吸热性能好，增温保温效果好，产气量高 4）防渗膜材料抗拉强度高，抗老化、耐腐蚀 5）超大贮气容积，可实现一体化贮气 6）池底设自动排泥装置，能很好的实现排渣功能 从建设成本、维护管理，及产气、发电、污水处理等多方面来说，黑膜软体沼气池有着天然的优势，因而有着较好的经济效益、社会效益和生态效益。较适用于大型养殖场与“水泡粪”工艺养殖场的养殖排泄物的处理。但黑膜软体沼气池占地面积大，如果要进行沼气发电的话，还需增加一个防腐防爆的增压器。 2.红泥软体沼气池 红泥软体沼气池是指利用新技术新材料制作而成并且可折叠的沼气池，主要由沼气发酵池、沼气池储气袋组成。发酵池主要分为茶壶形和浮罩形；储气袋一般分为圆柱形和长方形。红泥软体沼气池比一般的PVC多了红泥成份，红泥胶皮是一种改性合金塑料，是一般塑料无法比拟的。虽然红泥软体沼气池容易受外界锐器，老鼠啃咬等损坏，造价较黑膜软体沼气池高，但具有如下优势： 1）使用条件不受季节、地域气候的限制 2）阻燃、抗老化、耐腐蚀、耐低温、防震，使用寿命长 3）制作简便，运输方便，对存放点基础无特别要求，施工方便 4）建设工期短，投资少，比低压湿式贮气柜减少投资40%以上 6）安装拆卸容易，维修、搬迁方便简单 7）可根据产气量、贮气量大小随时增减贮气袋数量 8）商品化程度高，可以实现专业化、规范化、工厂化生产（来源：沼气圈）