Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Средняя теплота сгорания биогаза, содержащего около 60% метана, равна 22 МДж/м3. Поскольку горючая часть биогаза состоит из метана, его можно причислить к семейству газов «П» (природные газы). И без того очень низкая скорость распространения пламени в ме­тано-воздушной смеси (примерно 43 см/с), характерная для природного газа, при использовании биогаза сни­жается еще больше из-за высокой доли С02 (эта ско­рость для смеси воздуха и светильного газа равна 65 см/с, для воздушно-водородной смеси — 265 см/с). Метан имеет также самую высокую — около 645°С — темпера­туру воспламенения по сравнению с другими горючими газами. Во всех сферах применения биогаз ведет себя аналогично природному газу, но дает несколько худшие показатели. В стандарте ФРГ DIN 3362 перечислены раз­личные подвергаемые стандартным испытаниям газы, на которые ориентируется промышленность. Так, напри­мер, вся аппаратура, рассчитанная на применение лю­бого газа, должна быть приспособлена к работе на пе­речисленных в стандарте газах или образцовых газовых смесях. Собственно биогаз не входит в этот перечень. Ближе всего он подходит к образцовой газовой смеси 627, состоящей из 82% метана и 18% инертного N2. Ниж­нее значение числа Воббе, которое служит для сравнения взаимозаменяемости газов, составляет для биогаза с теп­лотой сгорания 22 МДж/м3 около 24,5. Г азы с таким же числом Воббе и равным давлением истечения обычно могут использоваться один вместо другого без замены горелки или форсунки. Правда, этот показатель не ох-

снергоиоситель	Теплота сгорания Qrl (МДж на ед. отпуска)	Биогаз (на 1 м3) с содержанием СН4	Природный газ (на 1 м3)	Свети­ льный гиз
56%	62%	70 %	(на 1м1)
Биогаз 56% СН4	20 МДж/м3	і	0,91	0,8	0,60	1,19
То же, 62 %	22,1 МДж/м3	їді	1	0,88	0,66	1,32
» 70 %	25 МДж/м3	1,25	1,13	1	0,75	1,48
Природный	33,5 МДж/м3	1,68	1,52	1,34	1	1,99
газ «Л»
Светильный газ	16,8 МДж/м3	0,84	0,76.	0,67	0,50	1
Пропан	46 МДж/кг	2,3	2,08	1,84	1,37	2,73
Котельное топливо	36 МДж/л	1,8	1,63	1,44	1,07	2,15
То же	42,3 МДж/кг	2,12	1,91	1,69	1,26	2,52
Дизельное топливо 36 МДж/л	1,8	1,63	1,44	1,07	2,15
Бензин	30,5 МДж/л	1,53	1,38	1,22	0,91	1,82
Кокс	27,6 МДж/кг МДж	1,38	1,25	1,1	0,82	1,64
Электрический ток	3,6—— кВт-ч	0,18	0,16	0,14	0,11	0,22

ватывает такой характеристики, как возможность об­ратного удара пламени. Наиболее исчерпывающие ха­рактеристики горючих газов можно найти в инструкции DVGW G 260.

В общем рабочее давление биогаза должно прибли­жаться к нижней границе минимального давления, не­обходимого для работы аппаратуры,’ т. е. примерно к 0,7… 1 кПа. Современные сети природного газа работа­ют с давлением у газового прибора 2 кПа. Это означа­ет, что биогаз по сравнению с природным газом обла­дает несколько худшей способностью к воспламенению, меньшей устойчивостью пламени и поэтому представля­ет большие трудности при регулировании последнего, например при установке крана на «малый огонь» в ку­хонных плитах. Пламя в этом случае может срываться в сторону.

Все это соответствует также более ранним исследо­ваниям по использованию бпогаза [45]. Теплоту сго­рания и рабочее давление можно без особых трудностей поддерживать на относительно постоянном уровне, на­пример с помощью балластного груза в газгольдере или при слишком большом предварительном давлении газа путем включения в магистраль промежуточного газового регулятора. Следовательно, при переходе на биогаз не­обходимы лишь незначительные изменения в аппаратуре,

	Пропан (на 1 кг)	Котельное топливо (на 1 л)	Котельное топливо (па 1 кг)	Дизельное топливо (на 1 л)	Бензин (на 1 л)	Кокс (на 1 кг)	Электри­ческий ток (на 1 кВтч)
	0,44	0,56	0,47	0,56	0,66	0,72	5,6
	0,48	0,61	0,52	0,61	0,72	0,80	6,1
	0,54	0,69	0,59	0,69	0,82	0,90	6,9
	0,73	0,93	0,79	0,93	1,10	1,21	9,3
	0,36	0,47	0,40	0,47	0,55	0,61	4,7
	1	1,28	1,09	1,28	1,50	1,66	12,8
	0,78	1	0,85	1	1,18	1,30	10,0
	0,92	1.17	1	1.17	1,39	1,51	11,7
	0,78	1	0,85	1	1,18	1,30	10,0
	0,66	0,85	0,72	0,85	1	1,10	8,50
	0,60	0,77	0,65	0,77	0,90	1	7,70
	1 0,07	0,1	0,08	0,1	0,12	0,13	1

чтобы приспособить ее к метану (например, замена фор­сунок), но в принципе не существует сколько-нибудь серьезных проблем при использовании биогаза в аппа­ратуре для природного газа. Первые переговоры с из­готовителями газоаппаратуры подтвердили это мнение, несмотря даже на отсутствие опыта применения биогаза в традиционных газовых приборах. В ближайшее время несколько фирм собираются провести испытания в целях подтверждения гипотез о горючих свойствах биогаза. Поэтому цены на биогазовую аппаратуру в значитель­ной мере будут аналогичны ценам на приборы для при­родного газа. Из-за небольших переналадок и отсутст­вия крупносерийного выпуска они могут быть даже несколько более высокими.

Для сравнения биогаза с другими видами топлива по их теплоте сгорания и стоимости можно воспользо­ваться данными диаграммы (рис. 24) и таблицы 12[24]. Если стоимость производства биогаза относится к удельной стоимости других энергоносителей так же, как соответствующие значения энергии в единицах, принятых при ее отпуске, то цену биогаза можно считать приемлемой с экономической точки зрения.

Коммуникации между газовыми приборами должны устанавливать квалифицированные специалисты с уче­том «Технических правил монтажа газопроводов»

і:

I £3 Ї Cj, •C. Co* Ox 5 о сь 5: є

Рис. 24. Диаграмма сравнения стоимости бногаза со стоимостью дру­гих видов топлива [24] (например, при цене котельного топлива 0,35 марки ФРГ за 1 л, включая затраты на тару, стоимость равного но удельной энергетической ценности количества биогаза будет сос­тавлять лишь около 0,24 марки ФРГ за 1 м3).

(TRGI). Газовые приборы должны удовлетворять тре­бованиям «Закона о технических средствах труда» (за­кон о защитных устройствах для машин) с приложени­ем А и В. Для большинства газовых приборов уже из­даны стандарты DIN или инструкции по эксплуатации (DVGW—VFG).

По поводу отдельных приборов, в которых можно использовать биогаз, необходимо сказать следующее.

Горелка для отопительных установок. Используется в системе отопления жилых помещений как в виде обычных горелок с забором атмосферного воздуха, так и в виде горелки с дутьем, кроме того, для подо­грева воздуха в различных сушилках, кондиционирова­ния воздуха в помещениях и в винокуренном производ­стве. Некоторые предприниматели уже используют го­релки на газе, получаемом при очистке сточных вод (например, для отопления общественных плавательных бассейнов) как с забором атмосферного воздуха, так и с подачей воздуха под давлением. В принципе здесь не ожидаются какие-либо трудности, если использовать аппаратуру в варианте для природного газа. Другие фирмы готовы провести исследования процессов горе­
ния биогаза, чтобы соответствующим образом приспосо­бить свои горелки к переходу на этот вид топлива. Из-за меньшей, чем у природного газа, скорости горения в газовых котлах, очевидно, следует несколько уменьшить нагрузку горелок во избежание срыва пламени. Поэтому максимальные значения тепловой мощности горелок бу­дут несколько ниже. Для нормальной работы горелок с дутьем требуется давление истечения газа на входе в горелку порядка 1 … 1,5 кПа. Это не приведет к су­щественному удорожанию аппаратуры. Серийный вы­пуск аппаратуры для биогаза требует специального раз­решения DVGW. Впрочем промышленность уже постав­ляет двухтопливные горелки для. работы как на газе, так и на котельном топливе.

Водонагреватели. Здесь не следует ожидать каких — либо трудностей в эксплуатации. Так называемые уни­версальные газовые приборы подходят для работы на всех перечисленных в стандарте DIN 3362 газах и га­зовых смесях.

Газовые плиты с горелками на верхней поверхности и с духовками. Здесь тоже идет речь в общем об исполь­зовании «универсальных» газовых приборов. При ис­пользовании биогаза в духовках никаких трудностей не предвидится. Часть предпринимателей придерживаются мнения, что кухонные газовые плиты должны работать на биогазе с теплотой сгорания ^ 22 МДж/м3 и рабочем давлении 0,4 кПа при условии переделки горелок для получения так называемого ползущего пламени. Это поз­волит обеспечить работу плиты с открытыми горелками в положении «малый огонь». Другие изготовители счи­тают, что давление газа должно быть не менее 0,75… 0,8 кПа, иначе вследствие недостаточного подсоса воз­духа нельзя гарантировать полное сгорание в соответст­вии с гигиеническими требованиями. Такое давление можно обеспечить в любом случае. Как следует из приведенных выше данных, использование газовых при­боров с давлением до 5 кПа (в пропановых установках) не представляет каких-либо затруднений. Представля­ется целесообразным выбрать единое базовое значение предварительного давления газа, на которое могут ориентироваться все фирмы-изготовители при конст­руировании биогазовой аппаратуры. В противном случае придется устанавливать газовые редукторы, что связано с неоправданным удорожанием аппаратуры.

Холодильные установки. Здесь речь идет о холодиль­ных машинах абсорбционного типа. Будет изготавли­ваться «универсальная» газовая аппаратура. Необходимо провести соответствующие эксперименты с биогазом. Компрессорных установок малой мощности, приводимых в действие газовым двигателем, пока не существует. Принципиальных трудностей при создании соответству­ющих газовых двигателей не должно возникнуть, хотя вряд ли возможно крупносерийное производство дви­гателей для упомянутых небольших мощностей. Про­блемы могут появиться при разработке автоматического пуска (см — также раздел 7. 2). Сейчас ведутся работы по проектированию ‘абсорбционных тепловых насосов с непосредственным использованием газа для подогрева. Такие насосы задуманы как для тепло-, так и для холо — доснабжения климатических установок [113, 114].

Инфракрасные излучатели. Все инфракрасные излу­чатели подлежат обязательной приемке соответствую­щими институтами, занимающимися проблемами ис­пользования горючих газов, и пользоваться ими можно лишь с ведома DVGW. Один из изготовителей «универ­сальных» газовых излучателей считает, что путем за­мены нагреваемой газом керамической пластины и фор­сунки можно обеспечить удовлетворительную работу прибора на биогазе. Другие предприниматели придер­живаются мнения, что инфракрасные излучатели, пред­назначенные для использования сжиженного газа, на биогазе работать не будут, так как эти излучатели рас­считаны на маленькое пламя и высокие скорости горения, а это принципиально не подходит для биогаза. В подобной ситуации только опыты по практическому использованию биогаза могут дать достоверную инфор­мацию о необходимости тех или иных изменений вплоть до переделки конструкции горелки. Самый важный кри­терий для получения разрешения DVGW на использова­ние биогазовых инфракрасных излучателей — это отсут­ствие СО в газообразных продуктах сгорания. В прин­ципе «универсальные» газовые инфракрасные излучатели должны быть пригодными для этой цели. Предложенное ранее решение — использовать для зажигания горелки сжиженный газ, а затем переключать ее на питание биогазом — представляется нежелательным.

Стационарные двигатели внутреннего сгорания. Опыт работы с газовыми двигателями, использующими био­газ в качестве топлива, имеется на различных предприя­тиях по очистке стоков, где двигатели служат для при­вода вентиляционных установок и генераторов, как пра­вило, большой мощности.

В других местах также применяют стационарные или автомобильные двигатели, работающие на пропане или метане.

Фирмы-изготовители газовых двигателей:

РІенбахер верке, РІенбах-Австрия (серийный выпуск га­зовых двигателей эффективной мощностью 30…2200 кВт); Машиненверке, Манхейм (серийные двигатели на

65.. . 1200 кВт);

Машиненфабрик, Аугсбург-Нюрнберг (двигатели на при­родном газе мощностью 99-.. 130 кВт);

Даймлер-Бенц, Штутгарт (двигатель на приоодном газе М 407 hG);

Фордверке (15…36 кВт, сконструированный для неболь­ших нагрузок).

В 50-е годы многие сельскохозяйственные тракторы работали на сжатом (до 35 МПа) биогазе, помещавшем­ся в баллонах [108]. Высокое сжатие газа необходимо для перевозки его на тракторе, чтобы можно было за­пасать в баллонах необходимое количество этого топли­ва. Но такое применение биогаза неэкономично, во-пер­вых, из-за необходимости в многоступенчатой компрес­сорной установке, во-вторых, из-за очень жестких тре­бований к технике безопасности (см. также главу 6). Это значит, что сегодня речь может идти о применении газа только в стационарном газовом двигателе низкого давления, например для привода вентиляторов, насосов, транспортеров, генераторов и др. Для уменьшения пов­реждений от коррозии необходимо удалять H2S.

Биогаз имеет октановое число 100… ПО (ROZ> 100; CZ< 10; метановое число 135), т. е. он хорошо подхо­дит для двигателей с выской степенью сжатия, но обла­дает очень низкой способностью к самовоспламенению. Обычная степень сжатия — от 8 до 11.

В основном речь может идти об использовании газа в одном из двух циклов сгорания, характерных для га­зовых двигателей: в газовом цикле Отто (с искровым зажиганием) и газодизельном цикле (с впрыскиванием небольшой дозы запального дизельного топлива).

Обычные двигатели, работающие по циклу Отто (карбюраторные двигатели), относительно легко пере­вести на газ: достаточно лишь заменить карбюратор на смеситель (так переоборудуют в отдельных случаях дви­гатели легковых и малых грузовых автомобилей).

Газодизельный цикл осуществляется без принуди­тельного зажигания. Около 10.-. 15% необходимого пол­ного топливного заряда впрыскивается в виде дизель­ного топлива в цилиндр для воспламенения топливо — воздушной смеси, поскольку точка вспламенения газо­воздушной смеси выше точки воспламенения распылен­ного дизельного топлива. Если не имеется достаточного количества биогаза, можно воспользоваться вариантами работы с переменой цикла по газодизельному или чисто дизельному циклу. Однако следует отметить, что самый экономичный из них — газовый цикл Отто.

При переводе дизелей, например от старых тракто­ров, на газовое топливо рекомендуется (по данным про­мышленности) проделать следующие операции.

При переводе на газовый цикл Отто:

— заменить головку цилиндров и свечи;

— поставить новые поршни, обеспечивающие уменьше­ние степени сжатия и изменение конфигурации каме­ры сгорания;

— сиять топливный насос;

— снять механизм опережения подачи топлива;

— поставить новый корпус привода для регулятора и прерывателя-распределителя зажигания;

— поставить новый газовый смеситель, который обычно монтируется на всасывающем патрубке дизеля и представляет собой простой смеситель с дроссельной заслонкой;

— установить перед газовым смесителем газовый ре­дуктор (регулятор давления газа);

— поставить новый предельный регулятор частоты вра­щения, предотвращающий разнос двигателя посред­ством дополнительной дроссельной заслонки во вса­сывающем патрубке;

— поставить новую систему зажигания (бобину, пре­рыватель-распределитель, провода, свечи).

При переводе на газодизельный цикл:

— заменить поршни, обеспечивая изменение степени сжатия;

— поставить новый смеситель;

— установить новые регулирующие органы (на впуск­ном и выпускном патрубках);

Рис. 25. Средние значения удельной стоимости: а — газовый двигатель; б — газовый двигатель с устройством для утилизации теплоты; в — газовый двигатель с устройством для утилизации теплоты и ге­нератором; г — аварийный дизель-геиератор; д — газовый двигатель, работаю­щий по циклу Отто (а, б, в,— для длительной работы).

— поставить новый газовый редуктор, гарантирующий

постоянное предварительное давление газа.

Переоборудование дизелей, например от старых тракторов, используемых на стационаре, тоже возмож­но, но до сих пор ни одна из фирм не выпускает необхо­димые для этого наборы деталей. Интерес к производ­ству таких наборов может появиться лишь при увели­чении возможностей их сбыта, в противном случае от этого варианта придется отказаться в пользу новых специализированных газовых двигателей. Естественно, что переоборудование возможно лишь в больших, хоро­шо оснащенных специальных мастерских или на заводах самой фирмы-изготовителя. Затраты на переоборудова­ние пока еще не определены.

Перевод на газ влечет за собой уменьшение мощ­ности двигателей. Соответствующие цифровые показа­тели несколько колеблются и достигают в сумме 30% (с дизельного на природный газ — около 20%; с при­родного газа на биогаз — около 10%)- Минимально до­пустимое давление истечения биогаза, поступающего в двигатель, должно быть не меньше 0,4 кПа. Удельный расход топлива при работе на биогазе (60% метана) при полной загрузке двигателя составляет около 0,65 м3/(кВт-ч). Исходя из этого, для непрерывной ра­боты двигателя мощностью 50 кВт требуется 32,5 м3 биогаза в час, а при средней загрузке — около 60 м3 на половину смены. 1 м3 биогаза соответствует примерно 0,5 кг дизельного топлива. Чистота биогаза способствует существенному уменьшению износа двигателя по срав­нению с работой по дизельному циклу. По имеющимся данным, ежегодные расходы на техническое обслужива­ние и ремонт газовых двигателей составляют около 1 %

ОТ ИХ СТОИМОСТИ-

Получение электроэнергии с помощью стационарных газовых двигателей. Все чаще указывается на возмож­ность использовать излишки биогаза из средних и ма­лых установок для получения электроэнергии с помощью газовых двигателей. Для этой цели промышленность ФРГ (например, фирмы Йенбахер верке, Машиненверке — Манхейм) предлагает комплектные установки из газо­вых двигателей и генераторов на электрическую мощ­ность 30…220 кВА. Насколько экономично такое полу­чение электроэнергии, можно сказать, лишь проведя точный расчет затрат на производство 1 кВт-ч. В ка­честве нижней границы мощности агрегатов для рацио­нального получения электроэнергии таким способом не­однократно называлась цифра 100 кВА. На рисунке 25 приведены значения средней удельной стоимости газо­вых двигателей и комплектных агрегатов, включающих в себя устройства для утилизации теплоты. С помощью этих данных можно проводить ориентировочные расче­ты затрат.

Если допустить, что 1 м3 биогаза в зависимости от КПД дает 1,6… 1,9 кВт-ч электроэнергии, стоимость 1 кВт-ч сразу же возрастает на величину, рав­ную 52 …65% стоимости получения 1 м3 биогаза. Сюда прибавляется часть стоимости агрегата (га­зовый двигатель и электрогенератор), равная в зависимости от его годовой загрузки 0,02 …0,07 марки ФРГ на 1 кВт-ч, а также часть расходов на оп­лату труда обслуживающего персонала и возможные расходы на резервный источник энергии, предоставляе­мый энергоснабжающей организацией. Использование отбросной теплоты двигателя, позволяющее повысить общий КПД установки до 70%, несколько снижает зат­раты. (Более подробно об этом см. в разделе 7.2.) В каждом конкретном случае следует оговорить с энерго­снабжающей организацией расход вырабатываемой электроэнергии на собственные нужды и частичную от­дачу ее в общественную энергосеть (параллельное ис­пользование энергии), а также виды и формы примене­ния получаемой электроэнергии.

Возможны следующие варианты использования энер­гии.

1. Стопроцентная передача ее энергоснабжающей ор­ганизации для питания общественной энергосети (аналогично гидроэлектростанции). Соответствующий тариф в настоящее время составляет 0,05 марки ФРГ за 1 кВт-ч. Собственные потребности хозяйства в электроэнергии полностью покрываются, как обычно, энергоснабжающей организацией. Такие небольшие поставщики электроэнергии не очень ценятся энерго­снабжающими организациями из-за трудностей регу­лирования сети.

2. Автономное производство. Полное обеспечение собст­венной электроэнергией. Никакого резервирования со стороны энергоснабжающей организации. При этом, однако, бывает трудно приспособиться к изменяю­щимся потребностям хозяйства в электроэнергии. При авариях или недостаточном выходе газа производство обесточивается.

3. Обеспечение собственной электроэнергией или частич­ное обеспечение своей энергией с аварийным резер­вированием за счет энергоснабжающей организации. В связи с необходимостью заключения специального контракта это резервирование должно обойтись от­носительно дорого.

Отсюда следует, что производство электроэнергии из биогаза если и может быть целесообразным, то лишь при продолжительной эксплуатации генераторной уста­новки. Однако для этого необходимо располагать соот­ветствующим количеством газа (табл. 13). Производ­ство электроэнергии для собственных нужд при хутор­ской системе и отсутствии общественных энергосетей необходимо оценивать иным образом.

Комментарии запрещены.