BIogasaufbereitung Archives - Interessen Gemeinschaft Biogasmotoren

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.

Prozesse im BHKW-Alltag

27. Oktober 2021 by Michael Wentzke

Prozesse zur Unterstützug der technischen Betriebsführung — Wartungsarbeiten am Biogas-BHKW

Es wäre ja zu schön, um wahr zu sein: das Biogas-BHKW erhält Biogas und Ansaugluft und liefert Strom und Wärme. Ganz automatisch und störungs- und unterbrechungsfrei. Schön wäre es, wird mancher Betreiber denken. Die Realität sieht ja auch anders aus: das Biogas-BHKW ist eine überwachungsbedürftige Anlage, die zahlreiche Prozesse (regelmäßig wiederkehrender Arbeiten) notwendig macht.

Schuld daran sind die zahlreichen Schnittstellen des BHKWs, die selbst im Zeitablauf zahlreiche Veränderungen erfahren. Dies beginnt bei Umgebungstemperaturen, der Luftfeuchtigkeit sowie dem Staubgehalt der Luft. Und setzt sich fort über chemische Veränderungen der Betriebsstoffe wie Schmieröl und Kühmittel in ihren jeweiligen Kreisläufen. Alle Bauteile des Motors, die sich drehen oder auf- und ab bewegen, verschleißen unter dem Einfluss der Reibung mehr oder minder stark.

Die Betriebsdaten des Motors bewegen sich in ihren zulässigen Betriebsfenstern, bis Verschleiß die Grenzwerte über- oder unterschreiten lassen. Spätestens dann werden Korrekturen notwendig, die Betreiber mit dem jeweils passenden Prozess anstoßen.

Prozesse technischer Betriebsführung

Die tägliche Aufnahme der BHKW-Betriebsdaten ist ein ganz entscheidender Ausgangspunkt. Denn ohne dieses Aktivität ist der Istzustand des BHKWs und die in Kürze zu erwartende Entwicklung der Betriebsdaten nicht bewertbar. Sowohl der absolute Wert der Betriebsdaten als auch deren Zeitreihe sind bedeutsame Kriterien in der Datenbewertung. Diese entscheidet darüber, welche weiteren Prozesse angestoßen werden.

Dies könnten z.B. weitere detailliertere Untersuchungen am Motor sein, um Verschleiß-ursachen festzustellen und den genauen Verschleißfortschritt zu messen. Davon würden dann die angemessenen und notwendigen Instandsetzungsmaßnahmen abhängen.

Je früher signifikante Abweichungen von den Normalwerten der Betriebsdaten festgestellt werden, deso leichter lassen sich ungeplante Anlagenstllstände vermeiden. Diese Betrachtung darf sich nicht nur auf die Motor-Betriebsdaten erstrecken. Auch Zustandsgrößen der Biogasaufbereitung, insbesondere Temperatur und Feuchte, sind wichtige Messgrößen, um Aussagen über möglicherweise auftretendes Kondensat zu treffen.

Es ist nicht notwendig, alle Einzeldaten jeden Tag zu überprüfen und zu erfassen. Daher ist es zweckmäßig, sich einen Prüfplan zu erstellen, um diejenigen Zustandsdaten zu erfassen, deren viertel- oder halbjährliche Messung und Bewertung ausreicht, wie z.B. der Zustand des Kühlmittels in Kühlkreisläufen. Gerade auch unscheinbare Komponenten, wie ein Gasgebläse, danken es, wenn diese auch gemäß ihrem Wartungsplan überprüft werden, was ca. alle 2-3 Jahre erfolgen sollte.

Sicherheitstechnische Überprüfungen nicht vergessen

Die Betriebssicherheitsverordnung schreibt Anlagenbetreibern vor, die jeweils notwendigen sicherheitstechnischen Prüfungen in einem Prüfplan zusammenzufassen und diese terminlich nachzuhalten. Es ist hilfreich, die nicht täglich oder wöchentlich durchzuführenden Wartungs-Maßnahmen ebenfalls in einer Terminübersicht festzuhalten. So kann beispielsweise eine jährlich durchgeführte Kühlmittelanalyse frühzeitig darüber aufklären, ob sich saure Abbauprodukte gebildet haben, die zu gravierenden Motorschäden führen können.

Die vielen kleinen aber auch aufwendigeren Prozesse zur technischen Betriebsführung leisten ihren Beitrag zur Vermeidung ungeplanter BHKW-Stillstände, senken die Instandsetzungskosten und erhöhen die Anlagenverfügbarkeit. Die richtige Einstellung der vielen Stellglieder am Biogas-BHKW wirken sich auf den Ertrag der Anlage sehr positiv aus.

Fachsymposium Biogasmotoren: wo Betreibern der Schuh drückt

9. September 2017 by Michael Wentzke

Der Biogas-BHKW-Betrieb ist nach wie vor für viele Betreiber mit beträchtlichen Kostenrisiken verbunden. Ungeplante Anlagenstillstände sorgen in Verbindung mit den Reparaturkosten und Umsatzausfällen für empfindliche Gewinneinbußen. Das Fachsymposium Biogasmotoren bot den mehr als 90 Teilnehmern am 5. September 2017 in Hamburg gute Gelegenheit, ein paar Stellschrauben kennenzulernen, um die Kosten der Instandhaltung zu senken.

„Wir Betreiber stehen vor vielen Herausforderungen. Dazu gehört, unter der Vielzahl von Anbietern und Dienstleistern diejenigen auszuwählen, die uns wirklich helfen können“, sagte Peter Krabbe. Als Vorstand der IG Biogasmotoren und selbst Betreiber einer Biogasanlage, moderierte er die Tagung und kommentierte manchen Vortrag mit kritischen Fragen.

17 Vorträge – Inhalte kurz auf den Punkt bringen

Das Konzept, mehrere Fachthemen in 15 Minuten mit klarem Fokus zu präsentieren, fand die Zustimmung der Teilnehmer. Auch wenn einzelne Theme mit Beispielen ( wie Service-Verträge) mehr Zeit für eine detailliertere Ausleuchtung benötigen. Die Referenten hielten sich an die knappen zeitlichen Vorgaben. Vereinzelt wurde moniert, dass die Unternehmen ihren „Werbeblock“ hätten kürzer fassen müssen zugunsten der gewünschten Wertbeiträge für Betreiber.

Gerade im letzten Themenblock gab es durchaus kontrovers diskutierten Themen der Serviceverträge. Es wurde deutlich, dass Anlagenbauer sich noch nicht ausreichend mit den deutlich anderen Rahmenbedingungen des flexiblen Betriebes auseinandergesetzt hatten. Hier ergäben sich im Wettbewerb große Chancen zur Differenzierung im Markt. Der Vertrieb von Flex-BHKWs und Serviceverträgen bringt dies in der Kundenkommunikation noch nicht ausreichend „auf die Straße“.

Flex-BHKWs in die jeweilige betriebliche Umgebung einzupassen, ist beratungsintensiv. Das Anforderungsprofil muss gemeinsam mit dem Kunden erarbeitet werden, damit eine projektierte Anlage die erwarteteten Ergebnisse auch in der Praxis bringen kann.

Fachbeiträge zeigen Ursache-Wirkungs-Ketten für Schadensprävention

Fachsymposium Biogasmotoren in Hamburg — BIldnachweis Dierk Jensen: Kühlmittelauswahl für den Biogasmotoren-Betrieb

Die gerade in den beiden ersten Themenblöcke gezeigten Vorträge machten den Teilnehmern deutlich, dass sich Probleme in der Biogasaufbereitung bis in den Abgastrakt hinein bemerkbar machen. Eine Symptombehandlung löst keine Probleme. Erst die Klärung von Ursache-Wirkungs-Beziehungen schafft nachhaltige Abhilfe.

Dies gilt um so mehr für den flexiblen Betrieb, da die zahlreichen Abkühl- und Aufwärm- sowie Vorwärmprozesse in ihren technische Auswirkungen nüchtern bewertet werden müssen. Sorgfältige Planung und eine angemessene Ausstattung des BHKWs mit den notwendigen Messstellen einschließlich der Regelungstechnik wird erst den Anforderungen des Fahrplanes gerecht. So werden Betreiber entlastet und erhalten die Voraussetzung für einen wirtschaftlichen Betrieb des BHKWs.

Die vorgestellten Themen werden wir in den nächsten Fachseminaren vertiefen. Der Workshop-Charakter mit mehr Zeit wird sich dann intensiver den Details widmen können.