Gasanalyse

Biogas optimal verbrennen

14. November 2021 by Michael Wentzke

Wer sein Biogas-BHKW profitabel betreiben möchte, muss sein Biogas zu einem möglichst hohen Prozentsatz in elektrische und thermische Leistung umsetzen. Eine wichtige Voraussetzung hierfür ist, dass Biogas optimal verbrennen kann. Daher erhält der Verbrennungsprozess im Biogasmotor seine große Bedeutung. Die Anzahl der Störfaktoren ist in der Praxis leider groß. Neben dem Verschleiß der Bauteile im Brennraum spielen der Zustand und die Zusammensetzung von Biogas und Ansaugluft eine große Rolle. Ebenso der (Wartungs-) Zustand der dabei durchströmten Komponenten.

Biogas ist ein anspruchsvoller Kraftstoff, der problematische Bestandteile enthalten kann. Diese können dann im Biogasmotor zu Störungen führen. Die wichtigsten seien hier auf aufgelistet:

Schwefelwasserstoff führt zur Versauerung des Schmieröles (mangelnde Feinentschwefelung), Schäden der Lager und zu hoher Korrosion
Aus dem Fermenter mitgezogene feine Staubpartikel sorgen für hohen Laufbuchsenverschleiß
Substratbestandteile können im Brennraum zu Quarzverbindungen oxidieren und den Verschleiß erhöhen (u.a. auch in Klärgasanlagen)
Langkettige Kohlenwasserstoffe können die Klopfneigung des Motors erheblich verstärken (Abfallvergärung)
Auskondensierende Feuchtigkeit des Biogases sorgt für ein Absetzen der Partikel im Biogas im Nulldruckregler und Gemischregler und führt dort zu Störungen.

Damit sind noch nicht alle Störfaktoren erfasst, die verhindern, dass Biogas optimal verbrennen kann. Eine ganze Reihe von Wartungsmaßnahmen und Betriebsdaten-Auswertungen allein in der Biogasaufbereitung sind erforderlich, um einen störungsfreienn Verbrennungsprozess zu gewährleisten.

Ohne Raumluft- und Ansaugluft-KIimatisierung drohen Motoren-Probleme

Biogasmotoren sind „Sensibelchen“, was allein schon die Ansaugluft-Temperatur angeht. Diese darf nicht zu hoch sein, anderenfalls droht gefährliches Motor-Klopfen. Mehr hierzu gibt es in unserem Technik-Spezial Motorklopfen. Die Temperatur darf aber auch nicht zu tief sein: mit frostkalter Luft und einem sehr dichten Biogas-Luftgemisch in Richtung Volllast zu fahren, bedeutete den sicheren Tod der Lager und damit einen Totalausfall des Motors. Deshalb verhindern kluge Motorsteuerungen genau dies und erzwingen eine starke Lastreduktion. Oder unterbinden gar den Motorbetrieb mit mehr als niedriger Teillast, bis ein ausreichend hohes Temperaturniveau im BHKW-Betriebsraum durch die Strahlungswärme des Motors erreicht ist.

Die üblicherweise im Sommerhalbjahr verstärkt auftretende Staubbelastung ist ein Verschleißtreiber der Laufbuchsen und hat neben erhöhtem Schmierölverbrauch und größerer thermischer Belastung des Motors auch zur Folge, dass eine Revision früher fällig wird. Eine zuverlässige Raumluftfilterung ist daher kein Luxus, sondern ein Beitrag zur Senkung der Instandsetzungs- und Betriebskosten.

Gut eingestellte Gasregelstrecke, damit Biogas optimal verbrennen kann

Selbst ohne Probleme bei der Gasaufbereitung und Nacherwärmung kann auf dem Weg durch die Gasregelstrecke in den Eintritt des Turboladers noch so viel passieren, dass es zu Störungen der Gemischbildung kommen kann. Kondensatbildung schon im Gasfiltergehäuse und saures Kondensat im Nulldruckregeler sorgen dort für starke Korrosion und Belastung mit Schmutzpartikeln des Biogases. In der Praxis zeigen sich dann Startschwierigkeiten und Leistungsschwankungen des Motors.

Die Magermixmotoren mit ca. 50 bis 80% Luftüberschuss zeigen nur dann ein ruhiges Laufverhalten, wenn alle Komponenten der Gasregelstrecke bis hin zur Zündanlage und zum Gemischkühler gut gewartet und korrekt eingestellt sind. Häufig werden Gemischregler zu „fett“ eingestellt, um ein unruhiges Laufverhalten des Motors mit Zündaussetzern zu kompensieren, was auf der anderen Seite eine höhere thermische Belastung des Motors (bis hin zum Motorklopfen) mit sich bringt.

Was noch zum optimalen Verbrennungsprozess gehört

Wird der Gemischkühler nicht auf seine Kühlleistung überprüft und korrigiert, droht Ungemach. Dann überschreitet gerade im Sommerhalbjahr die Gemischtemperatur die zulässige Temperaturgrenze. Entweder reduziert die Motorsteuerung die Leistung oder es entsteht im schlimmsten Fall ein Motorschaden, der durch Motorklopfen verursacht wird. Dies tritt ein, wenn z.B. keine Klopfsensorik zum Motorschutz eingreifen kann.

Kolben thermisch überlastet durch Überhitzung im Brennraum — Kolben benötigt Schutz vor thermischer Überlastung

Soll Biogas optimal verbrennen, müssen Ölnebeldämpfe vom Brennraum ferngehalten werden. Dies erfolgt über eine Ölnebeldampfabscheidung mit entsprechendem Filter, der regelmäßig gewechselt werden muss. Ölnebel bildet sich nicht nur im Kurbelgehäuse des Motors, sondern auch bei undichtem Turbolader im Ausgang der Verdichterstufe und bei versprödeten Ventilschaftabdichtungen der Einlassventile des Zylinderkopfes.

Es gibt also viel zu tun – sowohl für den Betreiber, als auch für den Servicepartner, um einen störungsfreien und wirtschaftlichen Verbrennungsprozess des Biogases sicherzustellen. Ausführliche Tipps zur Abhilfe und Schadensprävention gibt es daher in unserem Online-Seminar „Optimaler Verbrennungsprozess im Biogasmotor“. Termine werden hierfür in Kürze freigeschaltet.

Auffrischung Betriebssicherheit

3. September 2020 by Michael Wentzke

Auffrischungsseminar Betriebssicherheit am 5.11.2020 in Büdelsdorf gemäß TRGS 529 und TRAS 120 — Auffrischungs-Seminar Betriebssicherheit
in Büdelsdorf am 5.11.2020

Nach der zweitägigen Grundlagenausbildung zum Thema Betriebssicherheit ist der Betreiber einer Biogasanlage verpflichtet, nach vier Jahren eine Auffrischung für den Unternehmer und eine zweite Person durchzuführen. Das wird von vielen Betrieben zunächst einmal als Verpflichtung verstanden, die Zeit und Geld kosten. Auf der anderen Seite zeigen die Schadensfälle, wie wichtig Grundlagenwissen in der Praxis ist. Es geht darum, unerwünschte Konsequenzen aus Personen-, Sach- und Umweltschäden zu vermeiden. Da die „Kurve des Vergessens“ bei jedem mehr oder minder stark zuschlägt, ist eine Auffrischung immer hilfreich. Zumal dann, wenn wichtige Themen in Form von neuen gesetzlichen Auflagen hinzukommen.

Beobachtungen zum Thema Betriebssicherheit

Die IG Biogasmotoren wird regelmäßig mit Blick auf das Biogas-BHKW in Schadensfällen angesprochen, die sehr unterschiedlichen Urspungs sind. Fehlerhafte Instandsetzungsarbeiten am BHKW führen oft zu Sachschäden am Motor und wegen seines Ausfalls auch zu einer Betriebsunterbrechung. Fehler sind menschlich und können überall passieren. Es kommt dann für den Betreiber darauf an, wer übernimmt hierfür die Verantwortung. Servicebetriebe sind gegen Mitarbeiterfehler beim Kunden im Regelfall versichert. Sodass in diesem Fall nicht die Versicherungen des Betreibers für einen Instandsetzungsfehler einspringen, sondern die Haftpflichtversicherung des Servicebetriebes. Diese Fälle lassen sich besonders gut aufklären, wenn die Betriebsdaten des BHKWs gut dokumentiert sind.

Routine im Schadensfall wünscht sich keiner,

Auffrischungs-Seminar Betriebssicherheit gemäß TRGS 529 und TRAS 120 am 6.11.2020 in Rotenburg (Wümme) — Auffrischungs-Seminar Betriebssicherheit
in Rotenburg (Wümme) am 6.11.2020

aber sie wäre oftmals hilfreich. BHKW-Brände sind ausgesprochen unangenehm, da diese oft in der Nähe von gasgefüllten Fermentern passieren. Als betroffener Betreiber steht dieser oft auch unter Schock, was nur zu verständlich ist. Wenn dann Alarmierungsketten ins Leere laufen und die Feuerwehr in großem Respektsabstand erst einmal vorsichtig sondiert, geht oft wertvolle Zeit verloren. Eine Feuerwehrübung als Bestandteil eines Konzeptes zur Betriebssicherheit ermöglicht auch sicheres Vorgehen der Feuerwehr bei der Brandbekämpfung, weil diese dann genau weiß, wie sie vorzugehen hat. Ein aktuell gehaltenes Telefonverzeichnis wird im Notfall geschätzt, die Ansage „kein Anschluss unter dieser Nummer“ dagegen eher nicht.

Wenn dann noch die Stromversorgung abgeschaltet werden muss oder unterbrochen ist, bekommt ein Notstromkonzept ein ganz anderes Gewicht. Die Notstromversorgung der Fackel und der Gebläse zur Stabilisierung der Fermenterhauben wäre dann sicherzustellen.

Versicherer schauen sich BHKW-Betriebsdaten gern an, um zu prüfen, ob Betreiber-Pflichten zur Betriebsführung des BHKWs erfüllt wurden. Darüber hinaus lassen sich Umsatzausfälle für Strom und Wärme sauber nachweisen, ebenso eine ordnungsgemäße Wartung des Aggregates. Hier sei der Hinweis erlaubt, dass nicht nur Motor und Generator der Wartung bedürfen, sondern auch die Peripherie. Das Gasgebläse, die Gasaufbereitung und die Schaltschränke sowie der Transformator sind ebenso regelmäßig zu warten, damit diese die Anforderungen an Betriebssicherheit erfüllen. Für Komponenten der Gärstrecke gilt dies natürlich ebenfalls.

Sicherheit auch für unsere Seminarteilnehmer

In der Vorbereitung der Präsenzseminare zur Auffrischung und Aktualisierung der geforderten Fachkunde sind wir auch mit den unterschiedlichen regionalen Sicherheitsbestimmungen zur Seminardurchführung konfrontiert. Die eingebundenen Tagungshotels können für unsere Seminare die Konformität zu diesen Vorschriften sicherstellen und verfügen jeweils über ein eigenes Hygienekonzept. Auch im Präsenz-Seminar zu Corona-Zeiten möchten wir, dass Sie gesund bleiben. Den Anmeldeflyer für das Seminar in Büdelsdorf und Rotenburg finden Sie im jeweiligen Ortsnamen verlinkt.

BHKW-Betriebsdaten: der Schlüssel für wirksame Schadenprävention

15. April 2019 by Michael Wentzke

Kavitationsschaden durch zu niedrigen Kühlmittel-
Druck Quelle Pixabay

Ein kürzlich mit einem Betreiber einer KWK-Anlage geführtes Gespräch machte es deutlich: BHKW-Betriebsdaten in der Hand einer technischen Betriebsführung können zu einem mächtigen Istrument zur Vermeidung ungeplanter Stillstände und zur Senkung der Instandsetzungskosten werden.

Dieser Betreiber erhebt täglich seine BHKW-Betriebsdaten und erhält über die Visualisierung seiner Betriebsführungs-Software den Verlauf der relevanten Motordaten. Ein Beispiel: während der Wartungsarbeiten gemessene Ventilrückstandsmaße werden pro Zylinder sauber protokolliert. Die Betriebsführung erkennt im Zeitablauf die Ausreißer und kann entsprechende Maßnahmen einleiten.

Betriebsdatenauswertung: Lebensversicherung für das BHKW

Es ist relativ einfach, die dem Motor zwischen zwei Schmieröl-Wechselterminen zugeführte und abgesaugte Schmierölmenge zu messen. In Verbindung mit der in dieser Zeitspanne erzeugten Strommenge berechnet die Betriebsführungssoftware den Schmierölverbrauch. Dieser ist ein zuverlässiger Indikator für den Verschleiß-Zustand der Laufbuchsen mit den Kolben und Kolbenringen.

BHKW-Betriebsdaten erlauben nicht nur Aussagen über den Verschleißzustand des Motors und seiner Nebenaggregate, sondern auch über entstehende Schäden. Im ersten Fall erhält der Betreiber einen Hinweis über eine früher oder später fällig werdende Servicearbeit. Im zweiten Fall dienen diese Daten auch der Schadenprävention.

Technische Betriebsführung ist ohne ausreichende Betriebsdaten hilflos

Wer die BHKW-Betriebsdaten regelmäßig erfasst und bewertet, hat die Chance, seine Instandhaltungskosten zu reduzieren. Ohne damit Gefahr zu laufen, ein Ausfallrisiko einzugehen. Der Verschleißvorrat z.B. eines Zylinderkopfes oder auch der einer Aktivkohle wird bis zu einem kleinen Sicherheitsabstand ausgeschöpft. Dieser schützt dann vor einem Ventilschaden oder einem Durchbruch von Schwefelwasserstoff.

Dies erfordert

eine ausreichende Anzahl von Messstellen am BHKW,
eine regelmäßige Bewertung dieser Daten und
eine Abstimmung mit dem Servicepartner, welche Instandhaltungsmaßnahmen wann notwendig werden.

Die starken Unterschiede in der Erfassung und Bewertung dieser Daten zeigen das Verbesserungspotenzial in der Praxis des BHKW-Betriebes. Diese wirken sich aus auf

die Höhe der Instandhaltungskosten
die Anzahl ungeplanter Stillstände durch Schäden am BHKW und
den damit einhergehenden Risiken für die Bereiche Personal, Umwelt, Versicherung und Finanzierung

Betriebsdatenauswertung: Hand am Puls gerade im Flexbetrieb wichtig

Schon für den Grundlast-Betrieb von BHKWs nutzen Betreiber die Betriebsdaten oft nur unzureichend – aus den oben dargelegten Gründen. Leider gilt dies für den Flex-Betrieb von BHKWs noch viel stärker: sowohl Betreiber als auch Servicepartner haben wegen fehlender Erfahrungswerte keine oder nur unzureichende Vorstellungen, wie sich der Verschleiß an den relevanten Bauteilen im Flex-Betrieb entwickeln wird. Die IG Biogasmotoren bietet daher erstmalig einen Workshop mit dem Thema „Flex-BHKW – worauf ist für den störungsfreien Betrieb zu achten“ am 21.05.2019 in Nienburg an. Anmeldung zu diesem Workshop und detaillierte Informationen zu Ort, Zeit, Agenda und Kosten finden Sie hier .