В нашем хозяйстве есть все возможности, чтобы частично не зависеть от государства, производя для собственных нужд электроэнергию, природный газ, тепло и, кроме того, получать еще и готово ценное органическое удобрение для выращивания экологической продукции. Но не понятно, что этому препятствует: или нежелание зарабатывать дополнительно, отсутствие капиталовложений, давление со стороны государства, все вместе. Возможно, вам как читателям не совсем понятно, о чем сейчас идет речь, и вы подумаете: что за чушь, которые органические удобрения и при чем здесь электроэнергия, газ и т.д.? Теоретически все очень просто: вы покупаете биогазовую установку, наполняете отходами органического происхождения и по желанию получаете электроэнергию, газ, тепло и на выходе - органическое удобрение.
Что такое биогазовая станция?Биогазовая станция производит способом бескислородного брожения (анаэробного брожения) биогаз и биоудобрения из биоотходов сельского хозяйства, пищевой промышленности и специально выращиваемых энергетических культур.Промышленная биогазовая станция - это строительный объект, где доля оборудования составляет 50-60%. Это закрытые реакторы (фермертеры, биореакторы), выполненные из монолитного железобетона или стали с покрытием. Большинство видов сырья можно смешивать, отличие - только в устройствах загрузки сырья. Для твердых видов сырья - это шнековые загрузчики, для жидких - приемные резервуары с насосной станцией. Конструкция - модульная с диаметром от 8 до 24 м и высотой до 9 м. В случае необходимости увеличения мощности биогазовой станции увеличивается количество реакторов.
Принцип работы биогазовой установкиЖидкие биоотходы перекачивают на биогазовой установке фекальными насосами бардопроводом или трубопроводом навозоудаления. Твердые отходы (навоз, помет) доставляются транспортерной лентой, а из хранилища помета или навоза - трактором.Жидкие отходы попадают не напрямую в реактор, а в предыдущую емкость, где происходит гомогенизация массы и ее подогрева (иногда - охлаждение) до нужной температуры. Твердые отходы могут выгружаться в емкость с жидкими отходами и перемешиваться с ними, или же только твердые отходы загружаются в специальный шнековый загрузчик.Из емкости гомогенизации, или загрузчика твердых отходов, навоз, помет или кукурузный силос поступает в реактор (биореактор). Реактор (биореактор) является газонепроницаемым, полностью герметичным резервуаром из кислотоупорной железобетона. Эту конструкцию теплоизолюють слоем утеплителя. Толщину утеплителя рассчитывают под конкретные климатические условия. Внутри реактора поддерживается фиксированная для микроорганизмов температура. Температура в реакторе мезофильные (30 ... 41 ° С), в отдельных случаях применяют реакторы с термофильным режимом (около 55 ° С).
Перемешивания биомассы происходит несколькими способами. Способ перемешивания выбирают в зависимости от типа сырья, влажности и других параметров.Перемешивание осуществляют миксерами, сделанные из нержавеющей стали. В отдельных случаях перемешивание не механическое, а гидравлическое. Есть масса распадается насосами по трубкам в слой, где живут колонии бактерий. Реакторы бывают с деревянным и железобетонным сводом, срок службы - 25-30 лет.Реактор подогревается теплой водой. Температура воды на входе в реактор - 60, на выходе - около 40 ° С. Система подогрева - это сеть трубок, находящиеся внутри стенки реактора или на ее внутренней поверхности. Если биогазовую установку укомплектован когенерационной установкой (теплоелектрогенератором), тогда воду от охлаждения генератора используется для подогрева реактора. Вода после охлаждения генератора с температурой 90 ° С смешивается с 40-градусной водой и поступает в реактор уже с температурой 60 ° С. Вода специально подготовленная и рециркуляционные. В зимний период биогазовой установке требуется около 70% вторичного тепла, отводимого от теплоелектрогенератора, в летний - около 10 процентов.
Если биогазовая установка работает только на производство газа, тогда теплую воду берут из специального водонагревательного котла. Расхода тепловой и электрической энергии на нужды самой установки составляют 5-15 всей энергии, которую дает биогазовая установка.Средний срок гидравлического отстаивания внутри реактора (в зависимости от субстратов) - 20-40 дней. В течение этого времени органические вещества внутри биомассы метаболизируются (преобразовываются) микроорганизмами. Для кукурузного силоса период брожения составляет 70-160 дней, его продолжительность зависит от объема реактора.Весь процесс брожения отходов выполняют анаэробные микроорганизмы. В реактор микроорганизмы вводят один раз - при первом его запуске, далее никаких добавок микроорганизмов и дополнительных расходов не требуется. Микроорганизмы вводят одним из трех способов: 1) введением концентрата микроорганизмов, 2) добавлением свежего навоза, 3) добавлением биомассы с другой работающего реактора.
Чаще используют второй и третий способы, потому что они дешевле. В навозе уже есть микробы, которые попадают туда еще из кишечника животных. Эти микроорганизмы полезны и не наносят вреда человеку и самим животным. К тому же, реактор - это герметичная система. Поэтому реакторы (биореакторы, фермертеры) размещают вблизи фермы или производства и таким образом имеют два продукта: биогаз и биоудобрения.Биогаз хранят в емкости, которая называется газгольдер. В ней выравниваются давление и состав газа. Газгольдер представляет собой трехслойную конструкцию из специальной ткани. Материал купола устойчив к солнечному свету, осадков и испарений в реакторе. Срок службы газгольдера - 15 лет. Фото вместимости объема - 0,5-1 день.Из газгольдера биогаз непрерывно подается в газовый или дизель-газовый теплоелектрогенератор. Здесь и производятся тепло и электричество: с 1 м3 газа можно получить 2 кВт / ч электрической и 2 кВт / ч - тепловой энергии. Крупные биогазовые установки имеют еще и факельные установки, использующие в том случае, когда не работает двигатель / двигатели и биогаз надо сжечь. Управление системой осуществляется автоматически. Система контролирует работу насосной станции, мешалок, системы подогрева, газовой автоматики, генератора. Для управления достаточно одного работника на 2 ч в день, он осуществляет контроль с помощью обыкновенного компьютера. Подготовить человека к такой работе можно всего за две недели.
Биогазовая станция не способна работать полностью автономно, а лишь параллельно в сети, если на производстве, скажем, падает напряжение при запуске сушильного комплекса или, наоборот, высокое напряжение растет, тогда функция ее заключается в том, чтобы подбирать или отдавать электроэнергию. На мегаваттную такую станцию потребуется 60 т / сутки кукурузного силоса (20000 тыс. т / год) при урожайности 30-35 т / га нужно иметь 700 га земли. Если использовать высокоэнергетические сорта кукурузы, эту площадь можно сократить до 400-500 гектаров.
Далеко Европа?В Германии, когда только начали строить биогазовые установки, их назначением была переработка органических отходов, преимущественно от животноводства, с целью получения перегноя, позже научились получать газ и электроэнергию. С увеличением количества биогазовых установок продуктов переработки стало не хватать, поэтому встал вопрос использования кукурузного силоса, таким образом на сегодня в этой стране почти все биогазовые установки работают на кукурузном силосе.Семейное хозяйство Брьоккер расположено в 60 км северо-восточнее Мюнстера. Сейчас здесь обрабатывают 200 га земли, из них собственной - 112 га, несколько лет назад докупили 7 га, остальные земли - арендуют.Цена земли на сегодня в Германии составляет 5,70 евро/м2, или 57000 евро / га, арендная плата ежегодно составляет от 6000 до 9000 евро / га. Во всем мире цена земли зависит от бонитета почвы, только в Германии она одинакова - по той причине, что без земельного участка (любой) вы не начнете собственного производства. На единицы земельной площади (1 га) фермер, согласно федеральному закону, может содержать, например, четыре головы КРС. И если он желает расширять животноводство, но его земельная площадь не позволяет этого сделать, тогда ему нужно ее докупать или брать землю в аренду, а если он не сможет этого сделать, приходится регистрировать себя уже как промышленное предприятие, но тогда меняется система налогообложения, и процентная ставка по налогу уже увеличивается, что делает агробизнес крайне нерентабельным.В структуре посевных площадей хозяйство имеет 20 га естественных пастбищ, 30 - пшеницы, остальные 150 га - кукуруза. Распределение поступления прибыли в хозяйстве: 25% - свиноводство, 25% - скот на откорме, 50% - биогазовая установка.Более 15 лет назад руководство Германии захотело перейти от обычных до альтернативных источников энергии. Сначала были заложены хорошие предпосылки для начинающих, и многие фермеры инвестировали свои средства именно в биогазовые установки, но руководство не учло проблем, которые неизбежно будут возникать в дальнейшем. Данный проект, по мнению фермера, более пригодный для внедрения где хозяйства имеют большие площади и возможность высевать больше различных культур.
Немецким законом о возобновляемые источники энергии (в частности, биогазовые установки) не разрешается строить биогазовую установку мощностью свыше 500 кВт / ч. И есть одно предположение, с чем это может быть связано: руководством государства было принято решение сделать оптимальную мощность биогазовой установки 500 кВт / ч, если же эта мощность будет превышать норму, опять же придется менять форму собственности и регистрироваться как промышленное предприятие, а при такой схеме биогазовые установки могут строить абсолютно все фермеры. В некоторых регионах Германии в радиусе 5 км находится в среднем шесть биогазовых установок, и на территории, где они расположены, выращивают, в основном, кукурузу (кое ходят слухи даже о целых кукурузных лесах!) В Германии есть понятие соблюдения ландшафтного парка, когда выращивание всех присущих данному региону видов сельхозживотных и растений является обязательной нормой, а с появлением биогазовых установок эта ситуация может измениться на американскую, когда повсюду растет только кукуруза.
Каждые четыре года закон о возобновляемые источники энергии пересматривается, и в следующем пункте этого закона, чтобы решить частично проблему с кукурузными лесами, предполагается использовать только силосную кукурузу для биогазовой установки, предшественником которой была пшеница. Цены на электроэнергию постоянно растут, сейчас 1 кВт стоит 18 центов, к тому же, существует такая зависимость: чем меньше электроэнергии потребляет фермер, тем дороже он за нее платит. За 1 кВт выработанной электроэнергии с помощью биогазовой установки государство выплачивает 20 центов, за 1 кВт солнечной электроэнергии - 40 центов и 1 кВт с ветрогенераторов - 9 центов. Цены разработаны таким образом, чтобы каждая область, в которой вырабатывается электроэнергия, была экономически выгодной. Для предотвращения возникновения перенапряжения в сети некоторых фермеров отсоединяют от сети, но при этом также выплачивают средства в полном объеме за простой.
Назад
agroinformer.com
Еще одним способом получения тепла является когенерация. Когенераторы – устройства для получения из биогаза (и не только) одновременно нескольких видов энергии, обычно электрической и тепловой. Бывают поршневые и газотурбинные когенераторы. В первом случае работает классический двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, топливом для которого служит биогаз. Иногда это может быть дизельный двигатель, работающий на смеси солярки и биогаза. Тепловая энергия снимается с такого когенератора в виде горячей воды температурой около 750C, циркулирующей через теплообменник когенератора и нагревающейся там. А теплообменник, в свою очередь, может греться теплоносителем, охлаждающим рубашку двигателя, маслом картера и выхлопными газами. Тепловой КПД при этом может достигать 35-40%. Это неплохо, учитывая еще электрический КПД 30-33%.
Во втором случае работает газовая турбина на биогазе. Тепловая энергия снимается тоже в виде горячей воды, циркулирующей через теплообменник.
Таким образом, утилизация тепла, выработанного из биогаза, зависит от вида нагретого рабочего тела. Горячую воду направляют циркулировать по различным трубам и батареям отопления.
Горячими продуктами сгорания биогаза непосредственно греют емкости с водой, пищей, поверхности нагревателей и т.п. Попросту говоря, применение биогаза для получения тепловой энергии ничем кардинально не отличается от применения для этих же целей природного газа или сжиженного пропан-бутана.
5.3. Электроэнергия.
Самым широко распространенным способом получения электрической энергии из биогаза является использование газопоршневых генераторов на базе двигателей внутреннего сгорания. В данном случае топливом для такого двигателя служит биогаз. С выходным валом такого двигателя соединен электрический генератор. Чаще всего это генератор переменного тока. В большинстве случаев, а для генераторов мощностей от 10 кВт и выше - поголовно, генератор этот вырабатывает трехфазный переменный ток той частоты и напряжения, которые приняты в качестве стандартных в стране применения этого генератора. Так, например, для европейских стран, в т.ч. и стран бывшего СССР, это 50 Гц 400 В. Почему 400 В, а не 380 В? Потому что обычно такой генератор подсоединяют к общей электрической сети, соответственно, напряжение на выходе генератора должно быть немного больше (в холостом режиме), чем напряжение в этой сети, чтобы ток пошел из генератора в сеть, а не обратно.
Частота вращения электрогенератора 50 Гц обеспечивается электронной системой управления двигателя внутреннего сгорания, регулирующей подачу топлива в зависимости от скорости вращения выходного вала. Эта система также может синхронизировать частоту вращения вала с частотой в общественной сети, к которой подключен генератор.
Вторым способом получения электрической энергии из биогаза является использование газотурбинного двигателя. Частота вращения вала турбины в газотурбинном двигателе на порядки выше, чем частота вращения вала поршневого двигателя внутреннего сгорания. Из-за большого момента инерции турбины невозможно резко изменять частоту ее вращения. Поэтому обычно турбина вращает генератор постоянного тока. Постоянный ток проходит через электронный инвертор и на выходе формируется ток заданного напряжения, частоты и фазности. Точно такие же инверторы ставятся для получения электроэнергии от ветряков и солнечных панелей. И точно так же, как и в этих случаях, в газотурбинных генераторах применяются еще и аккумуляторные батареи, которые демпфируют неравномерность потребления электрического тока переменной нагрузкой у потребителя. Поэтому удельная стоимость одного киловатта электрической мощности газопоршневого генератора существенно ниже, чем газотурбинного. Но при этом стоимость технического обслуживания газопоршневых генераторов существенно выше, а срок службы до капитального ремонта – существенно ниже.
Газопоршневые двигатели чувствительны к примесям, содержащимся в биогаза. Остатки таких агрессивных газов, как аммиак или сероводород, вызывают коррозию металлических поверхностей цилиндра и поршня, выхлопных труб, окисляют масло, циркулирующее в системе смазки, из-за чего оно теряет свои смазывающие свойства. От содержания углекислого газа в биогазе зависят детонационные свойства горючей смеси воздуха с биогазом (для бензинов характеризуется октановым числом), соответственно, усложняется система регулировки угла опережения зажигания, нарушается оптимальное соотношение степени сжатия и объема камеры сгорания и т.д. И, хотя режим работы на газообразном топливе является более щадящим для поршневых двигателей внутреннего сгорания, чем режим работы на жидком топливе, вышеописанные факторы заметно ограничивают моторесурс газопоршневых генераторов, работающих на биогазе. Для промышленных устройств моторесурс обычно не превышает 5 лет непрерывной работы, предусматривающей лишь остановки для проведения ТО и регламентных работ (замена масла, свечей, прокладок и т.п.). Маломощные генераторы имеют моторесурс не более 1 года, и обычно не рассчитаны на непрерывную работу.
Газотурбинные генераторы выпускаются только большой мощности. Преимуществом их является нечувствительность к примесям в биогазе, минимальная потребность в ТО.
Из одного кубометра биогаза можно получить 1,8-2,3 кВт*ч электроэнергии, в зависимости от содержания метана в биогазе и типа примененного генератора.
5.4. Биогумус.
В процессе работы биогазовой установки выделяется не только биогаз. Точнее сказать, не все поступающее в реактор биогазовой установки сырье превращается в биогаз. Во-первых, разложению подвергается только органическое сухое вещество. Такие составляющие субстрата, как вода и неорганические включения (песок, зола и пр.) выходят из реактора в неизменном виде. В биогаз, воду и минеральные соли превращается обычно 40-60% органического вещества. Глубина разложения редко превышает 80%. Соотношение органического сухого вещества к общей массе субстрата обычно составляет не более 10%, поэтому при добавлении свежего субстрата в реактор биогазовой установки из него выливается почти столько же шлама (переброженного субстрата), сколько залилось субстрата. Этот шлам (метановый эффлюент, метановая бражка) представляет собой прекрасное удобрение чисто органического происхождения. В процессе брожения субстрата в реакторе все потенциально вредные для окружающей среды факторы, присутствующие в исходном сырье, исчезают.
Неприятный запах в навозах и подобном сырье обуславливается ароматическими углеводородами и аммиаком. В процессе брожения ароматические углеводороды разлагаются, азот из аммонийной формы частично переходит в нитратную форму, уменьшая концентрацию аммиака. Поэтому шлам обычно имеет слабый запах печеного хлеба.
Зерна растений в процессе брожения обычно частично или полностью разлагаются, как минимум – разлагается их оболочка, поэтому они теряют всхожесть. То есть, шлам биогазовой установки уже не может быть источником сорняков после внесения в почву.
Яйца гельминтов (глистов) тоже разлагаются в процессе брожения в реакторе. Поэтому выходной шлам обеззаражен.
Практически все вредные для живых существ на Земле бактерии – аэробные. Для их размножения и существования нужен кислород. Внутри реактора созданы анаэробные условия. Поэтому все другие бактерии гибнут и служат пищей для анаэробных бактерий.
Попросту говоря, те бактерии, которые участвуют в процессе анаэробного брожения внутри реактора биогазовой установки, "съедают" любую органику, которая попадает в реактор, или хотя бы "надкусывают". Поэтому и разлагаются все живые организмы, изначально присутствующие в субстрате, а в шлам попадают только те бактерии, которые участвуют в процессе анаэробного брожения. Бактерии эти не представляют вреда для птиц и животных в обычных природных условиях, потому что обычно они живут с ними в симбиозе, находясь в кишечном тракте этих птиц и животных.
Итак, выходной шлам биогазовой установки состоит из воды, неорганических нерастворимых веществ, неорганических растворимых солей, среди которых преобладают соли, содержащие азот, фосфор и калий, частично разложенных органических соединений, среди которых есть такие полезные вещества, как гуминовые кислоты, фульвокислоты, различные витамины, и бактерий, которые обеспечивали процесс анаэробного брожения. Все эти составляющие, за исключением нерастворимых неорганических веществ, при внесении в почву обеспечивают питание для растений, ускоряют их рост, улучшают их сопротивляемость болезням. Факторов положительного воздействия таких органических удобрений, каким является шлам биогазовой установки, на рост растений так много, что их трудно описать полностью, а воздействие оказывается в комплексе. Каждый отдельный фактор не дал бы должного эффекта без других.
Растворимые неорганические соли – это фактически те же минеральные удобрения, только полученные природным органическим путем, а не синтезированные искусственно. Но эти соли физически связаны остатками органических веществ, имеющих коллоидную структуру (кисель), поэтому они не вымываются из почвы первым же дождем.
Гуминовые и фульвокислоты в сочетании с остатками органических веществ превращают (дают право называть) почву, в которую они внесены, гумусом.
Витамины действуют на рост растений, как биологически активные добавки, то есть, растения существенно быстрее и полнее усваивают минеральные растворимые соли, содержащие азот, фосфор, калий и другие, нужные для роста растений элементы.
profilib.net
Для биогазовых генераторов используют серийные газодизельные двигатели внутреннего сгорания, при этом в сжатую смесь из газа и воздуха через сопла вбрызгивания подают небольшое количество пусковой жидкости. Это делают не только при запуске и прогреве двигателя на холостом ходу, а постоянно. В качестве пусковой жидкости как правило используют легкий мазут, количество которого может колебаться в пределах 4-30%, причем большее его содержание соответствует для работы с низкой нагрузкой.
Поскольку пусковая жидкость до последнего времени всегда имела ископаемое происхождение, то для поставляющих электроэнергию компаний иногда возникали проблемы с оплатой электроэнергии, когда процент пусковой жидкости был слишком высоким. Хоть юридически и не требуется, но рекомендуется ограничить потребление пусковой жидкости до уровня 10% от общего потребления топлива (пусковая жидкость и биогаз), поскольку лишь ее содержание в таком количестве акцептируется поставляющими электроэнергию компаниями.
Двигатели преимущественно берут из производства тяговых машин и грузового транспорта, которые изменяют под потребности переработки биогаза в электроэнергию. Двигатели внутреннего сгорания работают по принципу дизельных двигателей, тоесть они самозажигающиеся. Небольшое количество добавляемой пусковой жидкости оказывает охлаждающий эффект на сопла вбрызгивания, что может привести к забиванию и повышенному износу.
Электр. КПД генератора с газожидкостным двигателем внутреннего сгорания достигает уровня 25-40%. Для фермеров перерабатывающих биогаз на электроэнергию,
Таблица 5.7: Преимущества и недостатки двигателей, работающих по газожидкостному принципу и принципу бензинового двигателя
|
Газожидкостный двигатель |
Газовый двигатель |
|
Преимущества
|
Преимущества
|
|
Недостатки
|
Недостатки
|
Потребление ископаемой пусковой жидкости является необходимой вынужденной мерой, а не долгосрочное решение проблемы. С экономической точки зрения затраты выравниваются при уровне цен на мазут до 0,40 Евро/л (лишь при базовой оплате) или 0,62 Евро/л (включая бонус за возобновляемые источники энергии) от прибыли за дополнительно произведенную электроэнергию.
Таблица 5.8: Граничные показатели эмиссии для двигателей переработки газа в электроэнергию согласно требований технического отдела «Воздушный бассейн».
|
КПД для газожидкостных и газовых двигателей генератора
Для рентабельности биогазовой установки решающим фактором является КПД при выработке электроэнергии. 1% в разнице эффективности для генератора на 100 кВт может влиять на 4000 Евро прибыли или убытков в год. При сравнении эффективности выработки энергии различают такие уровни эффективности: 1. Механический КПД двигателя в генераторе – соотношение между выработанной в двигателе механической энергией и потенциалом энергии использованного горючего. Часто механический и электр. КПД генератора упрощенно приравнивают (среди прочего чтобы получит преимущества перед конкурентами), чего допускать не следует. Механическое КПД зависит от типа двигателя и его размеров, для газовых и газожидкостных двигателей он составляет до 45%. 2. КПД генератора: в генераторе просходит преобразование механической энергии в электрическую. КПД остальных генераторов с мощностью более 20 кВт составляет 90-96%. Все остальное превращается в тепло генератора. 3. Электрический КПД: чтобы рассчитать электр. КПД генератора, необходимо механичекий КПД умножить на КПД генератора. Пример: 40% механич. КПД и 93% КПД генератора дают электр. КПД 0,40 х 0,93 = 37,2% 4. Термический КПД: кроме механической энергии при переходе энергии от одного вида в другой в двигателе возникает большое количество избыточного тепла, частично в виде отработанных газов, а частично в охлаждающей жидкости, все остальное содержится в тепловом излучении. Термический КПД как правило выше электрического; он достигает в зависимости от типа строения двигателя и размеров, а также температуры используемого отводимого тепла до 55%. Термическому КПД длительное время придавали мало значения. Лишь после вступления в силу нового Законодательства ЕС в 2004 о бонусе для генераторов он приобрел поистине экономического значения (смотр. Раздел 5.5.4: Доплата за объединенную выработку тепловой и электрической энергии). 5. Общий КПД можно рассчитать в виде суммы из электрического и термического КПД: Пример: - электрический КПД: 37,2% - термический КПД: 52,7% - общий КПД: 89,9% При оценке КПД газовых и газожидкостных двигателей генераторов следует обратить внимание на следующее: 1. Электрический КПД генератора с газожидкостным двигателем при одинаковой мощности как правило на 3-4% выше чем у генератора с газовым двигателем. Эта разница тем меньше, чем выше сравниваемые мощности. 2. Электрический КПД зависит от размера генератора, но возрастает не линеарно с ним (смотр. Изобр. 5.13). 3. Термический КПД генератора с газожидкостным двигателем почти независим от размеров генератора. 4. Термический КПД генератора с газовым двигателем для небольших установок выше чем у больших. 5. Общий КПД генератора с газовым двигателем выше чем генератора с газожидкостным двигателем. |
|||||
|
Границы выбросов для двигателей переработки газа в электроэнергию согласно требований Технического отдела «Воздушный бассейн» |
|||||
|
Тепловая мощность при сгорании |
Единица измерения |
Газовый двигатель менее 3 МВт |
Газовый двигатель более 3 МВт |
Газожидкостный двигатель менее 3 МВт |
Газожидкостный двигатель более 3 МВт |
|
СО |
мг/м³ |
1000 |
650 |
2000 |
650 |
|
NOx |
мг/м³ |
500 |
500 |
1000 |
500 |
|
Диоксид серы |
мг/м³ |
350 |
350 |
350 |
350 |
|
Ощее пыли |
мг/м³ |
20 |
20 |
20 |
20 |
|
Формальдегид |
мг/м³ |
60 |
20 |
60 |
60 |
Первые опыты по замене мазута растительным маслом уже начаты. С 1.1.2007 г. для новостроящихся объектов имеющих генераторы с газожидкостными двигателями разрешено применять лишь запальное топливо биогенного происхождения. В этом случае применяют чистое растительное масло или растительное масло-сложный метиловый эфир. С 2007 г. при покупке газожидкостных двигателей следует обращать внимание на совместимость с растительным маслом. Запущенные в работу генераторы с газожидкостными двигателями до этой даты можно и дальше эксплуатировать на ископаемых энергоносителях.
Сопоставление характеристик включая преимущества и недостатки двигателей приводится в Таблице 5.7.
Из нее видно что именно в нижнем диапазоне газожидкостных двигателей по причине их низкой стоимости и высокой эффективности находятся основные преимущества. Для электр. мощности от 300 кВт преимущества имеют газовые двигатели. При покупке генератора кроме этих аспектов необходимо обратить внимание на опыт и обслуживание продающей компании.
К этому также относится, что по близости должно быть хотя бы одно представительство компании-продавца, чтобы можно было быстро решить проблемы на месте. Иначе чего стоит предложение услуг «все включено», если к месту ремонта необходимо ехать целый день, пока обслуживающий персонал окажется на месте поломки. Простои на протяжении многих дней очень плохо сказываются на установке, окружающей среде и рентабельности.
При сжигании биогаза преимущественно образовывается СО2, О2 и вода. Кроме того еще образовываются вредные газы как то СО, NO и NO2 (сведены в общее понятие NOх), SO2, формальдегид и углеводороды. Для вредных газов СО и NOх существуют граничные показатели, которые различаются между собой в зависимости от принципа работы двигателя и тепловой мощности при сгорании (Таблица 5.8).
Агрегаты более чем на 1 МВт общей тепловой мощности попадают под Федеральное распоряжение о регулировании эмиссий и должны выдерживать заложенные в нем граничные показатели. Для генераторов менее 1 МВт эти нормы не обязательны, но применяются как ориентировочные данные.
Чтобы держать эмиссии на низком уровне, то генераторы должны работать на так называемой объединенной смеси с λ = 1,2 – 1,6. Коэффициент избыточного воздуха лямбда (λ) показывает соотношение между попадающим воздухом и топливом. Для генераторов, работающих на объединенной смеси, мощность и КПД уменьшаются малозначительно.
www.rosbiogas.ru
Развитие биогазовых тракторов является довольно актуальным и востребованным в наше время. Владельцы различных хозяйств ожидают от таких моделей высокой производительности и соответствия задачам как при работа на дизельном топливе, так и на биогазе. По сути, оператор трактора не должен замечать, на каком топливе работает техника. Другими ключевыми принципами являются высокая эффективность и производительность, оптимизацию использования биогаза и контроль за вредными выбросами. Для владельцев хозяйств ключевым моментом является значительная экономия на топливных затратах.
Тракторы с двухтопливными двигателями могут работать как на дизеле, так и на смеси биогаза и дизельного топлива. Во втором случае, количество сгораемого дизельного топлива значительно уменьшается. Для того, чтобы двигатель работал только на биогазе, двигателю потребуются специальные свечи, однако в этом случае трактор не сможет работать только на дизеле.
Схема биогазовых двигателей тракторов Valtra
Когда как первые тракторы с двухтопливными двигателями от Valtra использовали смесь из 83% биогаза и 17% дизеля, новые модели меняют данное соотношение в зависимости от условий работы. Например, при холодном запуске трактор может работать только на дизеле, в то время как при высоких нагрузках будет происходить сгорание смеси, состоящей на 90% из биогаза.
Тракторы Valtra с двухтопливными двигателями были разработаны в сотрудничестве с шведским государственным проектом MEKA и баварским проектом, спонсируемым Германией. Это обусловлено тем, что целью государственных проектов является подготовка нормативной базы для возможной законодательной регулировки эксплуатации биогазовых тракторов в Европейском Союзе, поскольку сейчас для использования тракторов с двухтопливными двигателями требуется специальное разрешение из-за отсутствия необходимых норм законодательства.
Трактор Valtra на биогазе в работе
Последние разработки была направлены на увеличение производительности и контроле вредных выбросов. По существу тракторы на биогазе являются экологически чистыми, поскольку они работают на возобновляемом топливе. Тем не менее, продолжается работа над уменьшением в выбросах оксида азота, твердых частиц, а особенно метана. Прогрессивные системы управления двигателем и различные каталитические конверторы разработаны для сокращения вредных выбросов.
Для облегчения серийного производство и поставок запасных частей для двухтопливных тракторов, все детали стандартизованы и задокументированы. Например, топливные баки и рамы для них поставляются в одном корпусе, выхлопная труба была переработана специально под биогазовые тракторы, а также каталитический конвертор соответствует традиционным дизельным фильтрам окисления.
Трактор Valtra — дверь кабины 
Биогазовый двигатель трактора Valtra 
Трактор Valtra на биогазе в работе Источник: интернет-магазин Nova-Shina AGRO – Шины для сельхозтехники
nova-shina.com.ua
Частота вращения электрогенератора 50 Гц обеспечивается электронной системой управления двигателя внутреннего сгорания, регулирующей подачу топлива в зависимости от скорости вращения выходного вала. Эта система также может синхронизировать частоту вращения вала с частотой в общественной сети, к которой подключен генератор.
Вторым способом получения электрической энергии из биогаза является использование газотурбинного двигателя. Частота вращения вала турбины в газотурбинном двигателе на порядки выше, чем частота вращения вала поршневого двигателя внутреннего сгорания. Из-за большого момента инерции турбины невозможно резко изменять частоту ее вращения. Поэтому обычно турбина вращает генератор постоянного тока. Постоянный ток проходит через электронный инвертор и на выходе формируется ток заданного напряжения, частоты и фазности. Точно такие же инверторы ставятся для получения электроэнергии от ветряков и солнечных панелей. И точно так же, как и в этих случаях, в газотурбинных генераторах применяются еще и аккумуляторные батареи, которые демпфируют неравномерность потребления электрического тока переменной нагрузкой у потребителя. Поэтому удельная стоимость одного киловатта электрической мощности газопоршневого генератора существенно ниже, чем газотурбинного. Но при этом стоимость технического обслуживания газопоршневых генераторов существенно выше, а срок службы до капитального ремонта – существенно ниже.
Газопоршневые двигатели чувствительны к примесям, содержащимся в биогаза. Остатки таких агрессивных газов, как аммиак или сероводород, вызывают коррозию металлических поверхностей цилиндра и поршня, выхлопных труб, окисляют масло, циркулирующее в системе смазки, из-за чего оно теряет свои смазывающие свойства. От содержания углекислого газа в биогазе зависят детонационные свойства горючей смеси воздуха с биогазом (для бензинов характеризуется октановым числом), соответственно, усложняется система регулировки угла опережения зажигания, нарушается оптимальное соотношение степени сжатия и объема камеры сгорания и т.д. И, хотя режим работы на газообразном топливе является более щадящим для поршневых двигателей внутреннего сгорания, чем режим работы на жидком топливе, вышеописанные факторы заметно ограничивают моторесурс газопоршневых генераторов, работающих на биогазе. Для промышленных устройств моторесурс обычно не превышает 5 лет непрерывной работы, предусматривающей лишь остановки для проведения ТО и регламентных работ (замена масла, свечей, прокладок и т.п.). Маломощные генераторы имеют моторесурс не более 1 года, и обычно не рассчитаны на непрерывную работу.
Газотурбинные генераторы выпускаются только большой мощности. Преимуществом их является нечувствительность к примесям в биогазе, минимальная потребность в ТО.
Из одного кубометра биогаза можно получить 1,8-2,3 кВт*ч электроэнергии, в зависимости от содержания метана в биогазе и типа примененного генератора.
5.4. Биогумус.
В процессе работы биогазовой установки выделяется не только биогаз. Точнее сказать, не все поступающее в реактор биогазовой установки сырье превращается в биогаз. Во-первых, разложению подвергается только органическое сухое вещество. Такие составляющие субстрата, как вода и неорганические включения (песок, зола и пр.) выходят из реактора в неизменном виде. В биогаз, воду и минеральные соли превращается обычно 40-60% органического вещества. Глубина разложения редко превышает 80%. Соотношение органического сухого вещества к общей массе субстрата обычно составляет не более 10%, поэтому при добавлении свежего субстрата в реактор биогазовой установки из него выливается почти столько же шлама (переброженного субстрата), сколько залилось субстрата. Этот шлам (метановый эффлюент, метановая бражка) представляет собой прекрасное удобрение чисто органического происхождения. В процессе брожения субстрата в реакторе все потенциально вредные для окружающей среды факторы, присутствующие в исходном сырье, исчезают.
Неприятный запах в навозах и подобном сырье обуславливается ароматическими углеводородами и аммиаком. В процессе брожения ароматические углеводороды разлагаются, азот из аммонийной формы частично переходит в нитратную форму, уменьшая концентрацию аммиака. Поэтому шлам обычно имеет слабый запах печеного хлеба.
Зерна растений в процессе брожения обычно частично или полностью разлагаются, как минимум – разлагается их оболочка, поэтому они теряют всхожесть. То есть, шлам биогазовой установки уже не может быть источником сорняков после внесения в почву.
Яйца гельминтов (глистов) тоже разлагаются в процессе брожения в реакторе. Поэтому выходной шлам обеззаражен.
Практически все вредные для живых существ на Земле бактерии – аэробные. Для их размножения и существования нужен кислород. Внутри реактора созданы анаэробные условия. Поэтому все другие бактерии гибнут и служат пищей для анаэробных бактерий.
Попросту говоря, те бактерии, которые участвуют в процессе анаэробного брожения внутри реактора биогазовой установки, «съедают» любую органику, которая попадает в реактор, или хотя бы «надкусывают». Поэтому и разлагаются все живые организмы, изначально присутствующие в субстрате, а в шлам попадают только те бактерии, которые участвуют в процессе анаэробного брожения. Бактерии эти не представляют вреда для птиц и животных в обычных природных условиях, потому что обычно они живут с ними в симбиозе, находясь в кишечном тракте этих птиц и животных.
Итак, выходной шлам биогазовой установки состоит из воды, неорганических нерастворимых веществ, неорганических растворимых солей, среди которых преобладают соли, содержащие азот, фосфор и калий, частично разложенных органических соединений, среди которых есть такие полезные вещества, как гуминовые кислоты, фульвокислоты, различные витамины, и бактерий, которые обеспечивали процесс анаэробного брожения. Все эти составляющие, за исключением нерастворимых неорганических веществ, при внесении в почву обеспечивают питание для растений, ускоряют их рост, улучшают их сопротивляемость болезням. Факторов положительного воздействия таких органических удобрений, каким является шлам биогазовой установки, на рост растений так много, что их трудно описать полностью, а воздействие оказывается в комплексе. Каждый отдельный фактор не дал бы должного эффекта без других.
Растворимые неорганические соли – это фактически те же минеральные удобрения, только полученные природным органическим путем, а не синтезированные искусственно. Но эти соли физически связаны остатками органических веществ, имеющих коллоидную структуру (кисель), поэтому они не вымываются из почвы первым же дождем.
Гуминовые и фульвокислоты в сочетании с остатками органических веществ превращают (дают право называть) почву, в которую они внесены, гумусом.
Витамины действуют на рост растений, как биологически активные добавки, то есть, растения существенно быстрее и полнее усваивают минеральные растворимые соли, содержащие азот, фосфор, калий и другие, нужные для роста растений элементы.
Бактерии, участвовавшие в процессе анаэробного брожения внутри реактора биогазовой установки, будучи внесенными в почву, продолжают работать, хотя и менее интенсивно, чем в реакторе. В глубине почвы для них обеспечиваются более-менее анаэробные условия. Это бактерии, во-первых, продолжают разлагать другие болезнетворные бактерии, а во-вторых, разлагают имеющуюся в почве органику, вырабатывая питательные минеральные соли для растений. Этот процесс называют азотфиксацией. Это означает, что бактерии захватывают атомы азота (и не только) из окружающей среды, где они находились в виде, непригодном для усвоения растениями, и вставляют в минеральные соединения солей азота (и другие минеральные соли). То есть, внося эти бактерии в почву, мы вносим «кормильцев», которые преобразуют несъедобные для растений элементы почвы и воздуха в съедобные, тем самым регулярно питая растения.
Из-за таких свойств оздоровления, создания и поддержания почвенного слоя шлам биогазовой установки часто называют биогумусом. Особенно часто это название применяют для отсепарированного шлама, то есть отжатого до влажности 75%. Такой отжатый шлам по внешнему виду уже сам по себе напоминает слой плодородной почвы.
Нормативы внесения шлама в почву (удельное количество на единицу посевной площади) существенно меньше, чем исходного сырья (если исходное сырье вообще могло быть применено в качестве биоудобрения). Если выразить нормативы внесения шлама в количествах азота, фосфора и калия, то они также будут ниже, чем подобные нормативы для внесения искусственно синтезированных минеральных удобрений.
Страницы:
www.betontrans.ru
Оборудование для анализа газомоторных масел:
ИК-спектрометры IR Sphinx ATR, IR Sphinx Portable
Измерения производимые анализатором:
PDF: Окисление масла
PDF: Значение PH
PDF: Общее щелочное число
Биогаз становиться все более важным возобновляемым источником энергии. Среди основных биологических преимуществ биогаза - СО2-нейтральность вследствие чего уменьшается образование парниковых газов.
Основными компонентами биогаза являются метан (СН4) и диоксид углерода (CO2), но он также содержит значительные количества нежелательных соединений, таких как сероводород (h3S), аммиак (Nh4) и силоксаны. Эти компоненты могут навредить двигателя и даже разрушить его так как они поглощаются маслом и вызывают коррозию.
Биогазовые двигатели, используемые для выработки электроэнегрии как правило размещены в так называемых ТЭЦ (комбинированное производство тепловой и электрической энергии). Тепловая энергия здесь используется для оптимизации процесса ферментации отходов или биоразлагаемых материалов. Как правило для активации данного процесса требуется температурный режим 35-60 С. Биогаз, образующийся во время процесса ферментации используется для производства электроэнергии.
Газы полученные из биологических процессов таких как ферментация содержат загрязнения, такие как вода, сероводород и силоксаны. Все эти загрязняющие вещества могут отрицательно сказываться на сроке службы и эффективности двигателей, негативно влияя на масло.
Вода может находиться в биогазе в форме водяного пара из-за природы используемого сырья. Количество в воды в биогазе зависит от температуры и от источника биогаза. Если количество воды, содержащейся в биогазе достаточно высоко, сжигание такого газа может быть затруднено и в сочетании с сероводородом может конденсироваться в серную кислоту.
Сероводород (h3S) появляется в биогазе из исходного сырья богатого серой. Сера достаточно распространенный в природе и в органических соединениях она входит в состав белков и аминокислот. Сероводород (h3S) реагирует с водой с образованием серной кислоты. Серная кислота является достаточно агрессивным, вызывающим коррозию, компонентом, наличие которого в масле может привести к повреждению газового (биогазового) двигателя.
Стандартное время работы масла в газовых (биогазовых) двигателях составляет 1500 часов. Очень важно отслеживать и контролировать время работы смазки, т.к. простой двигателя во время работ по замене масла влечет за собой существенные расходы.
newstyle-y.ru
Главной проблемой при производстве электроэнергии из биогаза, является изобрести такой двигатель внутреннего сгорания, который бы соответствовал следующим важным требованиям:
Если внимательно рассмотреть разные предложения по двигателям, то можно заметить, что очень тяжело найти технику, соответствующую в полной мере всем требованиям. Таким образом приходится искать компромиссы. В первую очередь это касается соотношения цена-мощность при длительном сроке эксплуатации и хорошей эффективности в работе.
Для практического применения в биогазовых установках подходящими считаются газовые двигатели Отто, дизельные двигатели, переделанные на работу на газе, а также газодизельные двигатели внутреннего сгорания. Газовые двигатели Отто могут работать исключительно на биогазе либо в аварийном режиме на сжижженом газе. Для них необходимо иметь зажигание через зажигательную свечу.
Также можно использовать переведенные на работу на газу бензиновые и дизельные двигатели, оснащенные смесителем для газа и зажигательным устройством вместо устройства для вбрызгивания. В Таблице 5.6 собраны все важнейшие характеристики двигателей.
Таблица 5.2: Основные характеристики биогаза (состав: 60% метан, 38% углекислый газ, 2% газовые примеси) по сравнению с другими горючими газами).
|
Основные характеристики горючести биогаза и других газов |
||||||
|
Газ |
|
Биогаз |
Природный газ |
Пропан |
Метан |
Водород |
|
Теплота сгорания |
кВт*ч/м³ |
6 |
10 |
26 |
10 |
3 |
|
Плотность |
кг/м³ |
1,2 |
0,7 |
2,01 |
0,72 |
0,09 |
|
Соотношение плотности с воздухом |
|
0,9 |
0,54 |
1,51 |
0,55 |
0,07 |
|
Температура воспламенения |
˚С |
700 |
650 |
470 |
650 |
585 |
|
Максимальная скорость распостранения пламени в воздухе |
м/с |
0,25 |
0,39 |
0,42 |
0,47 |
0,43 |
|
Предел воспламенения, газа в воздухе |
% |
6-12 |
5-15 |
2-10 |
5-15 |
4-80 |
|
Теоретическая потребность в воздухе |
м³/м³ |
5,7 |
9,5 |
23,9 |
9,5 |
2,4 |
www.rosbiogas.ru
