Барбара Эдер, Хайнц Шульц. Биогазовые установки. Практическое пособие

Подождите немного. Документ загружается.

 Водосборники в газопроводах приводят к повышенным потерям давления

 Влажные фильтры для газа также ведут к потерям газа

 Если вода будет конденсироваться в двигателе, это ухудшит его

эффективность

 Вода при взаимодействии с сероводородом образовывает серосодержащие

кислоты, способные вызывать сильную коррозию.

Очистка газа от влаги также является эффективной мерой по повышению качества

(смотр. Очистка газа).

Обнаружение утечки газа

Для обнаружения мест вытекания в газовой сети существуют приборы для

нахождения мест утечки. При помощи такого переносного прибора можно

обнаружить такие места на ферментаторе, трубопроводе и газгольдерах (стоимость:

около 30 Евро). Стационарное размещение такого прибора рекомендуется делать в

машинном отделении, в котором находятся газовые штреки, генератор или газовый

котел.

Потребление и производство электроэнергии

Чтобы иметь данные о потреблении газа биогазовой усвтановкой, то

подключения всех важнейших потребителей – насосов для субстрата, мешалок,

насоса отопления и вытяжек аварийного охлаждения должны проходить через

промежуточный счетчик. Теоретический подсчет потребления через общую

потребляемую мощность двигателей и их рабочее время будет слишком

неточным, поскольку нагрузка, а таким образом и потребление тока может

колебаться в больших пределах.

Для измерения выработанной энергии от установки по выработке тепловой и

электрической энергии необходимо иметь как минимум два счетчика: один для учета

общего производства, а другой для учета подаваемой в электросети общественного

пользования. Из разницы можно произвести расчет собственного потребления.

Потребление мазута газожидкостными двигателями

Стоимость этого фактора часто недооценивают. Можно вести очень точный

учет количества мазута постоянно и очень точно с помощью расходомера мазута,

который однако относительно дорого стоит. Для двигателей, работающих всегда в

одинаковом режиме загрузки, будет достаточно регулировки веса и объемо в ручном

режиме. Для этого двигатель должен отсасывать мазут на протяжении часа из

резервуара, в который возвращается пролитое масло из сопел вбрызгивания.

Запас энергии потребляемого мазута в соотношении с общей

энергопроизводительностью (сумма количества энергии) показывает сколько

процентов потребляемый мазут составляет от общего потребления. Поскольку

мазут в большинстве случаев не имеет свое происхождение из невозобновляемых

и не нейтральных к CO2 источников, то его потребление лучше держать на как

можно более низком уровне. На практике приемлемым часто является 10% мазута в

сыръе для выработки электричества. Расчитывается его процесс по такой схеме:

Частка мазута=

эффективность генератора в % х 10 х мазут в л/день: произведенная

электроэнергия кВт*ч =

30% х 10 х 80 л/день: 2600 кВт*ч/день = 9,23%

Новые газожидкостные генераторы потребляют мазута 2-4%. После

вступления в силу нового закона ЕС о энергетике, газожидкостные генераторы,

установленные после 1.1.2007 могут использовать пусковую жидкость только

регенеративного происхождения. Это нововведение не относится к генераторам,

которые были введены в эксплуатацию до этой даты.

4.8.3 Оборудование для управления и контроля

Возможности по управлению и автоматизации биогазовых установок не имеют

границ. В зависимости от размеров установки существует даже градация по

требованиям к автоматизации. Определяющим для уровня автоматизации будет

однако являться наличие свободного времени, которое можно уделять

обслуживанию установки. Мы бы порекомендовали как минимум следующее:

 Автоматическая регулярная подача субстрата в ферментатор.

Это необходимо для обеспечения стабильной работы процесса с

биологической точки зрения и постоянной выработки газа.

 Автоматическое включение-выключение мешалок. Регулярное

перемешивание особенно важно для густых субстратов, которые на

сегодняшний день используются все чаще.

 Урегулированный обогрев резервуара ферментатора при помощи

термостата для стабильного удерживания температуры ферментатора.

 Автоматическое управление потребления газа, чтобы обеспечить как можно

более высоку эффетивность.

Дополнительно для некоторых агрегатов рекомендуется устанавливать

контролирующее оборудование, которое бы в случае остановки автоматически

извещало обслуживающий персонал. Остановка в работе следующих агрегатов за

короткое время приведет к большим проблемам или потерям и поэтому они должны

быть оснащены контролирующими и оповещающими приборами:

 Мешалка : остановка мешалок если субстрат очень густой может привести к

повышению уровня содержимого ферментатора.

Пузырьки газа поднимают

густой субстрат как дрожжевое тесто. Сила, которая при этом возникает

настолько сильная, что может поднять например перекрытие ферментатора.

Такое случилось на биогазовой установке „Карлсхоф” возле города Мюнхена

в 2004 году (смотр. Изобр.4.51). Установка по этой причине не работала на

протяжении многих недель. Кроме того в случае остановки мешалки

случается наравномерное распределение температуры и субстрата, что в

свою очередь приводит к нарушению биологии процесса. Чтобы этого

избежать, мешалка должна быть оснащена прибором, контроллирущим

двигатель и потребляемую мощность. Бродильная камера оснащается

прибором, контроллирующим уровень наполнения камеры.

 Насосы: центробежные насосы должны быть дополнительно оснащены

контролирующими давление приборами. Все силовые установки должны

контролироваться. Самовсасывающие плунжерные насосы должны иметь

защиту от работы всухую и сенсор давления.

 Газгольдер: для пленочных газгольдеров с зажимным профилем необходимо

регулярно проверять давление в зажимающем шланге. ЭПДМ-газгольдеры

должны быть оснащены предохранителем граничного наполнения. Держащие

форму газгольдеры из ПВХ должны также иметь предохранитель граничного

наполнения. Все газгольдеры должны иметь предохранитель от чрезмерно

низкого давления. Очень низкое давление в пленочном газгольдере

разрушает его и вредит опорной конструкции. Недопустимые низкие-высокие

давления должны выравниваться при помощи автономного предохранителя.

 Подача субстрата: остановка подачи субстрата хоть непосредственно и не

вызывает повреждений, но влияет на биологические процессы в

ферментаторе и, в первую очередь, на производство газа и рентабельность. В

случае простоя на этом теряются наличные деньги.

 Генератор: остановка генератора также напрямую не ведет к поломкам, но

при определенных обстоятельствах, газ в таких случаях необходимо спускать,

что несет за собой экономический вред.

Автоматический учет качества газа, анализ субстрата (уровень рН, буфферный

потенциал, кислоты, СВ и т.д.) и регулирование соответствующих агрегатов хоть и

обляегчают работу, но стоят тоже не дешево и не могут полностью заменить

ежедневный визуальный контроль. Это же касается и регулирования температуры

процесса Большая масса субстрата оказывает такой же инертный эффект

отопительной системы. Поэтому большинство фермеров регулируют температуру

процесса в ручном режиме путем изменения времени обогрева или меняя

количество потока обогревающей воды.

Контроль и профилактические осмотры

Биогазовые установки требуют постоянного контроля. К ежедневной работе

относится обход установки и проверка возможных повреждений; в частности к этому

относится:

 Запись показаний газомера и рабочих часов двигателя.

 Контроль уровня масла в двигателе.

 Проверка помещения возле распределителя на предмет свечения аварийных

ламп.

 Контроль поломки электрических приводных аппаратов, потребление

электроэнергии мешалками и насосами.

 Проверка давления воды в системе отопления.

 Проверка исправности компрессоров нагнетания воздуха системы очистки от

серы.

 Контроль температуры брожения.

 Подобрать интервалы перемешивания таким образом, чтобы не

образовывались

плавающие корки или осадочных наслоений.

 Убедиться, что выдерживаются все процессуально-технические требования к

перемещению потока навоза-субстрата, убедиться в исправности притока-

оттока.

 Убедиться, что поток нагнетаемого воздуха, необходимый для очистки от

серы соответствует количеству вырабатываемого газа (макс. 12% от общего

объема воздуха).

 Проверить уровень наполнения ферментатора и лагуны.

 Проверить подключения мембраны (

напр. газгольдера) на предмет утечки

газа.

Еженедельный контроль должен в себя включать:

 Уровень наполнения в погружных сосудах предохранителья чрезмерно

высокого-низкого давления и сепараторах конденсата.

 Проверить мешалку, понаблюдать нет ли вибрации.

 Визуальная проверка двигателя и трубопроводов.

 Проверка магнитного клапана на функциональность и загрязненность.

 Проверить промежуточную камеру самозапорного клапана для газа на

непроницаемость.

Ежемесячный контроль должен в себя включать:

 Все шиберы проверить на функциональность по несколько раз, чтобы

убедиться что они не зажаты.

Один раз в полгода необходимо проверять:

 Систему притока и вывода воздуха в машинном отделении генератора.

 Электрические установки на предмет повреждения и коррозии.

 Исправность предохранителя низкого давления газа.

 Исправность газовых сенсоров и системы противопожарной безопасности.

Один раз в год проверяется:

 Газопроводы на повреждение, утечку и коррозию.

 Непромерзаемость запорной жидкости.

 Исправность огнетушителя.

4.9 Опорожнение тяжелой массы

В проточных биогазовых установках с вертикальными ферментаторами,

вытекание субстрата в лагуну в большинстве случаев происходит вследствии

проталкивания отработанной массы свежим субстратом. Поскольку отработанный

материал тяжелее еще активного и выпускающего газ субстрата, то сливную трубу

выводят почти с дна резервуара. Если свежий субстрат закачивают быстро, то

вначале уровень субстрата в ферментаторе повышается и тем самым начинает

давить на переброженный субстрат чтобы тот вытекал в лагуну.

Тяжелая масса, состоящая из песка, непереваренных остатков корма и т. п.,

часто не удается вывести описанным выше способом. Из-за разложения

органической субстанции теряется вязкость субстрата. Таким образом теряется его

способность удерживать песок во взвешенном состоянии. Вследствие чего он

выпадает в осадок. Поэтому ничего не даст, если установить песколовку перед

ферментатором. Лишь если вязкость уже в свежем субстрате настолько

незначительная – например в жидком свинном навозе, что могут возникнуть

осадочные наслоения, то опорожнение песка будет иметь смысл. Следует также

обратить внимание чтобы целью эксплуатации каждой биогазовой установки должно

быть использование как можно более свежего субстрата в ферментаторе.

Длительное ожидание с промежуточным пребыванием в сепараторе для песка

является нецелесообразным.

Принципиально, существует четыре варианта борьбы с осадками в

ферментаторе:

 Постоянно перемешивают с такой силой, чтобы тяжелые вещества

пребывали во взвешенном состоянии.

 Кроме «обычного» перелива, ведущего в дображиватель,

предусмотрительно устанавливают один или более отводов для осадков.

 Тяжелым веществам дают возможность осесть, ферментатор время от

времени открывают и выгружают осадок

 Резервуар с самого начала оснащают устройством по удалению песка. При

строительстве устанавливаются пескоулавливающие ниши, механические

скребки и опорожняющие шнеки.

Если осадок образовывается в уже существующем ферментаторе, то в

первую очередь необходимо попытаться путем сильного перемешивания в нижней

части перед подачей получить как можно хорошее перемешивание содержимого

ферментатора. Путем подачи свежего навоза также происходит регулярное

удаление части тяжелых материалов. В зависимости от вязкости, от содержания СВ

и количества осаждающихся компонентов это требует большей работы мешалки.

При этом следует учесть, что это отражается не только на размере инвестиций, но и

на производственных затратах. Поэтому такой вариант применим только к уже

построенным установкам, где (временно) используют содержащие большое

количество осаждающихся веществ субстраты.

Донный слив состоит из трубы, соединяющей кратчайшим путем с

резервуаром предварительного

смешивания либо специальный улавливающий

резервуар. Еще не затвердевшие осадочные наслоения можно сливать через нее

при открывании шибера, если они находятся в непосредственной близости от

сливного отверстия. Для вертикальных ферментаторов с плоским или слегка

наклоненным дном эффективность такого шага резко ограничивается. В

дальнейшем при сливе, тоесть в ситуации, когда уровень субстрата

понижается,

необходимо предпринять соответствующих конструкторских решений для того,

чтобы предотвратить образование в ферментаторе низкого давления.

Очень прагматическим решением, особенно актуальным для биогазовых

установок с двумя ферментаторами, является принятие определенного количества

осаждающихся слоев. В зависимости от количества осадков необходимо каждые 4-5

лет открывать ферментатор и полностью очищать его. Это длится как минимум один

день. Для этого уже на этапе планирования необходимо предусмотреть

соответствующее отверстие и/или подъезд. Для эксплуатации важно знать, что

используемый объем резервуара с течением времени постепенно уменьшается из-

за увеличения оседающих отложений. В такой же мере естественно также

ухудшается стабильность процесса. Преимущество этого метода предельно

понятно: он работает. На практике также оказалось, что частое открывание

резервуара будет необходимым также для проведения ремонтно-профилактических

работ либо для замены на более мощные компоненты. Недостатком конечно же

является потеря газа и стабильности процесса, который придется возобновлять.

Если возникнет необходимость удаления большего количества тяжелых

материалов, то уже на стадии планирования необходимо предусмотреть монтаж

специального устройства для удаления. К сожалению для ферментаторов с

плоским либо слегка наклоненным дном до сих пор не было найдено оптимального

решения. Уровень технического развития позволяет установить донный скребок,

приводящийся в движение расположенным внешне двигателем. Приводной вал

располагается в ферментаторе вертикально. Кронштейн донного скребка делает

ротационные движения вокруг центрального вала. На рукаве устанавливаются

выводящие уголки, подающие тяжелые материалы в зумпф для осадка. Оттуда

тяжелые материалы при помощи длинного шнека поступают в плоский бункер или

контейнер. Шнек должен быть настолько высоким, чтобы он выступал за уровень

наполнения субстратом.

Описанная выше техника достигает границ своих возможностей тогда, когда

выпадает большое количество тяжелых материалов или в сопереработку берется

большое количество соломы. Настает такой момент, когда потенциал скребка

исчерпывается, при чем максимальное количество подаваемого материала в

зависимости от вида бродильного субстрата и параметров предприятия сильно

отличаются.

До последнего времени на работающих предприятиях эмпирическим путем

определяли как долго должен работать донный скребок и выводящий шнек

ежедневно, в зависимости от вносимого материала, чтобы обеспечить надежное

удаление тяжелых материалов.

Если перемешивание в ферментаторе ведется централизованно сверху и

резервуар имеет мешалки соответствующей мощности, то осаждаемость

ограничивается лишь придонным уровнем. В придонной зоне устанавливаются

вытяжки для шлама, с номинальным внутренним диаметром 200 мм, в зависимости

от объема резервуара около 3-6 штук. Эти вытяжки ежегодно подключают к

резервуарам (цистернам) для транспортировки навоза под давлением, заполняемые

под собственным давлением.

5 Накопление газа, его очистка и использование

Для вступления важная информация: все работы на газопроводных системах

могут проводить лишь соответствующие специали, имеющие для этого разрешение!

5.1 Накопление газа

По сравнению с энергией солнца и ветра, биогаз имеет то преимущество, что

его можно производить последовательно и накапливать. Тепло и электроэнергию,

получаемые от солнца и ветра, в настоящее время можно накапливать лишь с

существенными потерями. Приходится учитывать потери температуры и тепловой

энергии из-за теплопроводности в „накопителе” для теплп от солнечной батареи или

энергопотери из-за саморазряда аккумулятора, называемого в повседневности

также батареей.

Если накапливать биогаз в газонепроницаемом резервуаре, то содержащаяся в

нем,

химически связанная энергия может храниться очень долгое время и ее можно

использовать без потерь. Еще одним преимуществом по сравнению с жидким или

твердым топливом является содержание метана на сероводороде, 4 атома которого

с кислородом из воздуха сгорают до 2 молекул воды, оказывая

природосберегающий эффект, и лишь один атом углевода образовывает диоксид

углерода. Главным недостатком биогаза является его относительно небольшая,

связанная с объемом плотность энергии. Так 1 м³ биогаза в зависимости от

содержания метана содержит лишь такое количество энергии, которое можно

сравнить с 0,6-0,7 л мазута. Но зато для накопления без давления необходимо

иметь большой объем резервуара хранения.

Размер газонакопителя биогазовой установки определяется объемом

газопроизводства и процессом потребления. Поэтому его необходимо расчитывать

для каждой установки отдельно. При выработке тепла из биогаза выбирают такой

объем накопителя, чтобы можно было в нем хранить все количество газа,

выработанное за 1 день. При производстве электроэнергии удается обходиться

значительно меньшим накопителем, достаточным чтобы принять 20-50%

ежедневной выработки газа, если установка работает круглые сутки с полной

загрузкой. Колебания в потреблении тепловой энергии для хазяйства, подсобных

помещений, сушарки и ферментатора можно выровнять тем, что отходящее тепло

двигателя можно накапливать в водосборнике для теплой воды. Обходиться

полностью без газгольдера невозможно, поскольку на протяжении дня газ

производится неравномерно, что среди прочего обусловлено перемешиванием и

закачиванием субстрата.

Газгольдеры для биогаз различаются между собой в первую очередь по

строению и размеру, а также рабочему давлению, с которым они работают (сравн.

Таблица 5.1).

Степени накопления давления в газгольдерах для биогаза

Уровень

давления

мбар Рабочее

давление

мм ВС

бар Принятая

величина

м³

Конструкция

Низкое

20 - 50

0,05 – 0,5

200 – 500

0,5 - 5

5– 200

10 – 2000

Газометр с

погружными

сосудами,

пленочный

колпак, -

резервуар

Среднее

5 – 20 1 – 100 Жележный

резервуар под