Барбара Эдер, Хайнц Шульц. Биогазовые установки. Практическое пособие

Подождите немного. Документ загружается.

Дальнейшие практические рекомендации

Ниже приводятся наиболее важные рекомендации по установке:

 Циркуляционного насоса с охлаждающей жидкостью на двигателе как правило

не достаточно для преодоления гидродинамического сопротивления при

использовании избыточного тепла; его необходимо заменить циркуляционным

насосом системы отопления.

 Двигатель должен автоматически отключаться в случае, если давление масла

слишком низкое, а температура слишком высокая.

 Чтобы увеличить интервалы смены масла и уменьшить потребление масла,

можно установить фильтр сверхтонкой очистки для индуктивного тока.

 Отложения мела в системе охлаждения двигателя и теплообменниках можно

предотвратить при помощи показанной на Изображении 5.13 открытой

системе, когда дождевую воду используют для наполнения и пополнения

накопителя.

 Круговорот охлаждающей жидкости должен не превышать давление свыше 1

бара. Если в процесс вовлечены накопители под давлением или работа

ведется под более высоким давлением, то накопитель должен наполнятся

после теплообменника.

 В системе круговорота охлаждения должны быть все переходы от двигателя к

теплообменникам и проложенным зафиксированным трубопроводам с

гибкими шлангами чтобы избежать передачи колебаний.

 Для звукоизоляции себя хорошо зарекомендовали тяжело воспламеняемые

плиты из звукопоглощающего пенопласта, которыми облицовывают стены и

перекрытие технического помещения.

5.4.5 Виденье будущего - двигатель Стирлинга

Некоторое облегчение в вопросе износа и затрат на обслуживание могли бы

предложить двигатели Стирлинга (Изобр. 5.14). Изобретатель Роберт Стирлинг

вместе со своим братом Джеймсом разработал еще в 1816 г. простой, надежный и

экономичный аппарат по производству тепловой и электрической энергии.

Вначале его использовали для водоотвода при ведении горных разработок.

Первые двигатели Стирлинга по своей производительности могли сравниться с

паровыми двигателями. В течении дальнейших десятилетий двигатели Стирлинга

производились небольшими партиями разными компаниями. В конкурентной борьбе

за производительность на пике столетий они проиграли двигателям внутреннего

сгорания. Первая полвина 30-х гг. прошлого столетия дала новые разработки,

сделанные фирмой «Филипс». Предприятие в течении последующих лет продавало

разные лицензии.

Рабочий материал (газ) постоянно передвигается туда и обратно в закрытом

цикле между двумя поршнями (рабочий и проталкивающий поршень) между

горячими (нагреватель) и холодными (охладитель) участками. Подогретый газ

расширяется, охлажденный сжимается. Таким образом повышается давление в

рабочей среде. Давление газа через рабочие поршни воздействует на кривошипный

привод. Механическая энергия при помощи электрогенератора преобразовывается в

электрическую энергию. Между головкой нагревателя и охладителем находится

регенератор, который забирает тепло у газа во время его перемещения от

нагревателя к охладителю и возвращает во время обратного движения. В последние

годи были найдены современные материалы, уплотнители, эффективная передача

тепла и выгодные соотношения между течениями, позволяющие применять

двигатели Стирлинга для объединенной выработки тепловой и электрической

энергии.

Двигатели Стирлинга почти не требуют обслуживания и выделяют мало шума,

имеют небольшие выбросы, поскольку речь не идет о внутреннем сгорании в

двигателе. КПД относительно низкий и составляет 24-28%. Для непосредственного

применения двигателя Стирлинга а децентрализованном производстве

электроэнергии из биомассы необходимо еще проделать некоторые технические

работы по совершенствованию. В настоящее время использование двигателей

Стирлинга при производстве электроэнергии из биогаза не играет никакой роли.

5.4.6 Непосредственное производство электроэнергии в топливном

элементе

Технология топливных элементов была изобретена еще более 100 лет назад и

несколько лет назад при использовании высокого давления была внедрена в

практическое применение. Первыми сферами применения были системы по

выработке тепловой и электрической энергии (блочные генераторы), а также в

качестве источника энергии для электротранспорта.

В отличие от работающих на батареях электрических средств передвижения,

транспортные средства с топливными элементами достигают удельной мощности и

дальности пробега традиционных транспортных средств с двигателями внутреннего

сгорания. Существенный прогресс в материаловедении за последние десятилетия

значительно продвинули технологии использования топливных элементов.

Топливные элементы представляют собой электрохимические системы (Изобр.

5.16), превращающие химическую энергию вследствие процессов окисления

непосредственно в электрическую. В топливном элементе водород (Н2) и кислород

(О

2) реагируют в воду.

При этом возникает электрическая энергия и тепло. Как горючее вещество

водород, так и кислород должны быть в как можно более чистом виде. Топливный

элемент имеет невероятно высокого КПД – 50%. Биогаз дляя этого необходимо

обогащать и очищать, чтобы потом можно было из молекулы метана расщепить 4

атома водорода. Самый большой недостаток топливных элементов является

слишком большая стоимость – от 12 000 Евро за кВт.

5.4.7 Микрогазовая турбина

Микрогазовые турбины представляют собой турбины, работающие с большой

скоростью при количестве оборотов до 100 000 оборотов в минуту. Продаются они с

мощностью от 30 до 500 кВт. В этом классе мощности по причине физических

граничных условий возможен КПД лишь менее чем 20%. Микрогазовые турбины,

однако, как правило имеют рекуператор, внутренний теплообменник, которые

подогревают уплотненный воздух из камеры сгорания теплом отработанного газа.

Это позволяет достигать электрического КПД на уровне 28-35%.

Большинство микрогазовых турбин являются устройствами с одним валом.

Компрессор, турбина и генератор расположены на одном валу. Принцип работы

аналогичен большим стационарным газовым турбинам. Воздух всасывается,

уплотняется и разогревается в камере сгорания. В качестве горючего газа можно

использовать биогаз. Разогретые газы взаимодействуют с турбиной и приводят в

движение генератор и компрессор. Таким образом возникает высокочастотный ток,

который при помощи силовой полупроводниковой техники преобразовывается в ток,

сопоставимый с существующим в сети.

Биогаз для такого применения, также как и для сжигания в газовом двигателе

должен быть предварительно очищен и осушен. Важно, что микрогазовые турбины

выдерживают содержание метана от 35 до 100%. Турбины очень устойчивы к

содержанию сероводорода и могут выдерживать его содержание до 70 000 ppm.

Кроме того они имеют минимальные эмиссии.

По причине своего строения, имея лишь одну подвижную часть и продуманную

систему расположения, турбины требуют минимального обслуживания. Поскольку

не надо использовать смазочных масел, то и замена масла полностью отсутствует.

Первая проверка проходит после 4000 рабочих часов и включает в себя лишь

контроль и очистку воздушного фильтра, а также контроль фильтра горючего.

И, как всегда это бывает с новыми разработками, стоимость в настоящее время

на 20% выше чем для похожих генераторов. В Бад-Херсфельде в

сельскохозяйственном центре замке Айххоф с начала 2005 г. проходила проверку

микрогазовая турбина по работе с биогазом (Изобр. 5.17, дальнейшую информацию

об этом можно получить через ISET, смотрите список адрессов). Результаты этой

работы регулярно публикуются на странице www.mikrogasturbine.de.

6 Техника безопасности и запуск в работу

6.1 Техника безопасности

К сожаление, тяжелые нещасные случаи бывают и в биогазовой отрасли, иногда

даже с летальным исходом. Кроме того количество несчастных случаев

увеличилось. Причиной наверняка является более частое использование техники,

но также слабо укорененное осознание того, что работы ведутся с

воспламеняющимся и взрывоопасным газом. По этой причини тробования,

предъявляемые к технике безопасности были существенно повышены.

Биогазовые установки могут во многих случаях выступат источником опасности:

 Если вдохнуть биогаз достаточной концентрации и продержать его

определенное время, то он может вызвать смерть вследствие отравления

либо удушья. Если биогаз не очищен от серы, то сероводород оказывает

сильное токсическое воздействие. Особенно опасный момент возникает,

когда при высокой концентрации, гнилостной запах сероводорода больше

не воспринимается и человек не воспринимает опасности (смотр. Таблица

6.1).

 Биогаз, очищенный от серы может привести к смерти через задуху из-за

недостатка кислорода. Хоть биогаз и легче чем воздух (спец. плотность =

1,2 кг/НМ³), но склонен к расслоению. При этом тяжелый углекислый газ

собирается (спец. плотность = 1,85 кг/Нм³) внизу, в то время как более

легкий метан (спец. плотность = 0,72 кг/Нм³) поднимается к верху.

Последствия похожие, как если бы углекислый газ собрать в силосе для

зеленого корма.

 Биогаз в смеси с воздухом может взорваться, если процент содержания в

общей смеси составляет 6-12% и появляется источник поджога с

температурой более 700˚ С. Опасность взрыва возникает также для смеси

биогаза с воздухом, если содержание биогаза более 12%.

 Опасность несчастногисходит от вращающихся частей установки, от

электрических приборов, от трубопроводов под давлением и резервуаров,

а также от падения лестниц.

Токсическое влияние сероводорода

Концентрация в воздухе Воздействие

0,03-0,15 ppm Волна восприятия, запах тухлых яиц

15-75 ppm Раздражение глаз, тошнота, рвота, головная боль

150-300 ppm ∆ 0,015-0,03% Паралич нервов осязания

> 375 ppm ∆ 0,038% Смерть вследствие отравления (через несколько

часов)

> 750 ppm ∆ 0,075% Потеря сознания и смерть от остановки дыхания в

течении 30-60 минут

От 1000 ppm ∆ 0,1% Мгновенная смерть из-за паралича органов

дыхания в течение нескольких минут

Ppm = Parts per million (с англ. частиц на миллион) = 0,0001%

Таблица 6.1: Токсическое воздействие сероводорода (общие химические

показатели).

Благодаря соблюдению соответствующих правил техники безопасности и норм

можно ограничить степень опасности, исходящую от биогазовой установки.

Специально для биогазовых установок Федеральный союз сельскохозяйственных

работников и Профсоюз Биогазовой отрасли разработали очень обширные

«Правила техники безопасности для сельскохозяйственных биогазовых установок».

Все сельскохозяйственные биогазовые установки подлежат этим нормам техники

безопасности и должны выполнять заложенные в них требования. Поэтому

рекомендуем уже на стадии планирования соблюдать эти правила техники

безопасности, чтобы не пришлось позже при сдаче работ или при запуске

задействовать дорогие непредвиденные инвестиции. Как при планировании

установки или при покупке установки «под ключ» необходимо заложить в контракт

соблюдение действующих правил техники безопасности для сельскохозяйственных

биогазовых установок.

Дальнейшие требования и законы по технике безопасности и применении

технических средств защиты – без претензии на полноту изложения – изложены в

Таблице 6.2.

Регулирующие документы для эксплуатации сельскохозяйственных

биогазовых установок

Регулируемый вопрос Законы, предписания

Безопасность установки во время

строительства и при эксплуатации

Хакон о безопасности при работе с

оборудованием и на производстве

Нормы по безопасности при работе с

взрывчатыми веществами BGR 104, BGR 132

Безопасность эксплуатации предприятия

Европейские нормативы 94/9/ЕС

Нормы по предотвращению нещасных случаев и

профсоюзные требования

Безопасность при работе с техникой на

производстве

Закон о безопасность в работе с техникой и на

производстве, Европейские нормы

Нормы по работе с техникой и на производстве:

минимальные требования

GPSGV 1 нормы о работе с низким напряжением

GPSGV 9 нормы по обращению с техникой

GPSGV 11 и 14

Техника безопасности трудящихся на рабочем

месте

Закон о защите труда

Нормы о безопасности работы предприятия

Нормы о работе с биовеществами, Нормы

предотвращения нещасных случаев на рабочем

месте,

Нормы в сельском хозяйстве по технике

безопасности и сохранению здоровья

Таблица 6.2: Документы, регулирующие эксплуатацию сельскохозяйственных

установок, согласно [69].

Правила техники безопасности для биогазовых установок сельскохозяйственного

назначения дают обширное и детальное описание техники безопасности при

обращении с отдельными строительными элементами, помплектации технических

помещений по сжиганию газа и размещению генератора, приему выполненных

работ, эксплуатации и отключению установки, организации зон повышенной

опасности (взрывоопасных участков), предотвращению нещасных случаев,

получению разрешения на строительство и строительному законодательству.

К этому добавляются требования по охране труда, поскольку на

сельскохозяйственных установках работает отдельный персонал. Работодатель

должен предоставить документ с взрывоопасными зонами, по которому можно было

бы определить:

 Где могут образовываться взрывоопасные газовые смеси и насколько

велика их опасность

 Какие

меры предпринимаются для уменьшения этой опасности

 Схематическое изображение взрывоопасных зон (Изобр. 6.1).

В рамках этого документа было бы невозможно изложить все нормы и

требования к технике безопасности. Поэтому рекомендуется внедрять хотя бы

следующие

Образец инструкции по обслуживанию биогазовой установки

в случае поломки

Газгольдер

 Перекрыть подачу газа

 Выпустить газ с газгольдера

 Доступ для персонала только после надлежащего проветривания;

обязательное присутствие

третьего человека (который будет находиться

вблизи входного отверстия газгольдера) и наличие страховки в виде

спасательного троса

Отопление

 Внимание! Если вода вытекает из системы отопления, то существует

опасность ожога!

Машинное отделение и генератор

 Прекратить подачу газа за пределы машинного помещения

 Выключить работу техники при помощи выключателя, находящегося вне

машинного отделения

 В случае необходимости прибегнуть к принудительному проветриванию

(напр. в случае появления запаха газа)

 При появлении запаха газа отказаться от включения освещения, открытого

пламени и искрообразования! Опасность взрыва!

Электротехника

 Работы с электрооборудованием могут проводить только специалисты

Трубопроводы для навоза и шиберы, насосы и миксеры

 Безотдагательно устранять засорения

 В случае поломки системы насосов: закрыть все шиберы; после полной

остановки насоса, отключит подачу электроэнергии и поставить

предохранители с целью несанкционированного включения. Особенно

это касается проведения работ в предварительных резервуарах и

бродильных резервуарах!

Котлованы и шахты

 Внимание: при вхождении и во время пребывания в котлованах и

каналах необходимо убедиться, что не существует опасности

удушья/отравления и достаточно кислорода для дыхания

 Оборудование должно быть надежно защищено от включения

 Необходимо следить за надлежащим проветриванием



В случае недостаточного проветривания возникает опасность

удушья, отравления, пожара и взрыва.

Таблица 6.3: Образец инструкции для биогазовой установки в случае поломки

[70].

стандартные требования по технике безопасности (Фрагменты из [69]):