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Interessen Gemeinschaft Biogasmotoren

Damit Biogasmotoren problemlos laufen

Hitzekollaps im BHKW

Hitzekollaps im BHKW

7. August 2020 by Michael Wentzke

Drohender Hitzekollaps für Biogas-Motoren

Biogas-Blockheizkraftwerke in Containeraufstellung droht in diesen Tagen der Hitzekollaps. Die BHKW-Container haben keine starke Isolierung und sind der starken Sonneneinstrahlung ausgeliefert. Alle Kühleinrichtungen arbeiten nun auf Hochtouren, um dem Biogas-Aggregat die geforderte Leistung zu ermöglichen, ohne Schaden zu nehmen. Die externe Aufheizung des Containers führt zu hohen Raumlufttemperaturen, die in Verbindung mit der Strahlungswärme des laufenden Motors die Gemischkühlung vor große Aufgaben stellt.

Mechanik und Elektronik leiden in gleicher Weise unter der Hitze

Bei den hohen sommerlichen Temperaturen kommen nicht nur der Motor ins Schwitzen, sondern auch die Schaltschränke. Deren Komponenten erleiden den Hitzekollaps, wenn die elektronischen Bauelemente Temperaturen von mehr als 45°C ausgesetzt sind. Das wird auch in Schaltschrankräumen zum Problem, wenn es nur eine Lüftung dieses Raumes gibt und kein Klimagerät zur Kühlung im Schaltschrank. Stehen die Schaltschränke an einer südlich ausgerichteten Containerwand, strahlt diese Wand mit zum Teil deutlich mehr als 45°C in den Schaltschrank auf die dort an der Rückseite verbauten Komponenten.

Wenn es die Kühlkreisläufe für den Motor und das Gemisch nicht mehr packen, dann schützt den Motor nur noch eine Leistungsreduktion in Verbindung mit einer Klopfsensorik. Die wenigsten Kühlkreisläufe wurden auf Außentemperaturen von 35°C ausgelegt, daher leiden viele Biogas-BHKWs in Containeraufstellung bei diesen Außentemperaturen unter Hitzestress. Zum Hitzekollaps kommt es dann, wenn es keine Schutzeinrichtungen gibt. Dauerhaftes Klopfen des Biogasmotors endet oft mit einem Kolbenfresser. Daher sind Warnmeldungen der Motorsteuerung unbedingt ernst zu nehmen, um kapitale Motorschäden zu verhindern.

Wie sich Betreiber gegen den Hitzekollaps schützen können

Gerade bei knapp ausgelegten Kühlkreisläufen müssen die vorhandenen in guter Verfassung sein. Dazu gehören unter anderem

  • kalkfreie Wärmetauscher,
  • ausreichend hoher Kühlmitteldruck, entlüftete Kühlkreisläufe,
  • kein Ölnebeldampf im Gemischkühler und
  • Notkühler ohne „Bioteppich“

Wärmetauscher sollten stets mit ausreichender Verschmutzungs- und Leistungsreserve dimensioniert sein. Anlagenbauer weichen aus Kosten- und Wetbewerbsgründen hiervon oft ab, die Konsequenzen erlebt der Betreiber erst im Sommer. Dann reduziert jedes Grad weniger Bauteiltemperatur den Verschleiß oder das Schadensrisiko. Betroffene Bauteile sind Zylinderköpfe, Kolben, Laufbuchsen und Zündkerzen, deren Standzeiten sinken oder zum Versagen mit Motorschaden führen.

Wenn es die Kühlkreisläufe nicht ausreichend schaffen, ist eine Leistungsreduktion in der Größenordnung von 5 bis 20 % das kleinere Übel im Vergleich zum Motorschaden mit Instandsetzungs- und Betriebsunterbrechungskosten.

Generatoren mögen es auch nicht so heiß

Frische Raumluft durchströmt zuerst den Generator und dann erst am Motor entlang. Die Kühlkanäle des Generators nehmen so „kalte“ Frischluft auf. Und sorgen dafür, dass Wicklungen, Kabelverbindungen und elektronische Komponenten nicht zu heiß werden und verspröden. Dies funktioniert aber nur, wenn die Zuluft frei von Staub und Schmutz ist, da sich anderenfalls die Kühlkanäle zusetzen. Ein weiterer Grund, nur gefilterte Frischluft in den BHKW-Container zu lassen. Auch die Zuluftführung ist zu beachten: ein Teil des Luftstromes muss die Chance haben, in den Generator hineinzukommen und nicht nur über den Generatorkasten hinwegzufegen…

Für Schaltschränke sind diese Maßnahmen zur Vorbeugung angezeigt:

  • Ungestörter Luftstrom zur Be- und Entlüftung im Schaltschrank
  • Ausreichend groß bemessene Querschnitte zur Schaltschrankraum-Belüftung
  • Isolierung des Schaltschrankraumes zum Motorbetriebsraum hin (inkl. Kabelschächte)
  • Einsatz eines kleinen Klimagerätes im Schaltschrank (thermostatgesteuert)

Bei Schaltschränken im Betriebsraum des Biogasaggregates sollten diese (mit dem Generator) zuerst von der Frischluft angeströmt werden, damit deren Komponenten überleben. Hilfreich sind auch hier bauteilnah eingesetzte kleine Klimageräte in den Schaltschränken.

Weitere Beiträge zu „heißen“ Themen des BHKW-Betriebes finden Betreiber, die noch kein Mitglied sind, unter diesem Link.

Betriebsführung, Schadensursachen, Wartung Tagged: Bioteppich, Gemischkühlung, Hitzekollaps, Hitzeschäden, Hitzestress, Kühlmitteldruck, Leistungsreduktion, Motorklopfen, Motorkühlung, Notkühler, Schaltschrankkühlung

Motorklopfen wird teuer

Motorklopfen wird teuer

17. Mai 2020 by Michael Wentzke

Klopfschaden an einem Gasmotor-Zündkerze
Verbrannte Zündkerze durch
Ölnebeldämpfe

Bedingt durch Motorklopfen treten leider häufig bei  Biogasmotoren schwere Motorschäden mit zum Teil mehreren Kolbenfressern, abgerissenen Pleuelstangen oder durchgeschlagenen Kurbelgehäusen auf. Für betroffenen Betreiber war dies nicht selten mit einer kostspieligen Instandsetzung und einem kräftigen Betriebsunterbrechungs-Schaden verbunden.

Was ist Motorklopfen? Das Gas-Luftgemisch verbrennt mit einem zu großen Druckanstieg und einem zu hohen Spitzendruck zu einem zu frühen Zeitpunkt. Dies sorgt nämlich für das sehr harte Verbrennungsgeräusch, da die Druckwellen im Brennraum mit sehr großer Geschwindigkeit auf den – sich noch zum oberen Totpunkt bewegenden – Kolben treffen.

Manche Betreiber kamen mit einem blauen Auge davon, wenn der „klopfende“ Motor instandgesetzt werden konnte. Doch ereilte häufig diesen wenig später erneut das gefürchtete Motorklopfen, weil eine weitere Ursache unentdeckt blieb. Und davon gibt es in der Praxis zumeist mehrere. Servicebetriebe stehen vor der Herausforderung, im Schadensfall alle vorhandene Ursachen für das Motorklopfen aufzudecken. Aber auch Betreiber können wichtige Vorboten erkennen und frühzeitig schlimme Schäden verhindern.

Ursachen für Motorklopfen

Es gibt mehr als ein dutzend Ursachen, die dieses gefährliche Phänomen auslösen. Manche sind relativ leicht auch vom Betreiber zu entdecken, andere stellen selbst erfahrenes Servicepersonal auf die Probe. Es gibt hierzu im Mitgliederbereich der IG Biogasmotoren ein Technik-Spezial, das kostenfrei zugänglich ist, und detaillierte Hinweise hierzu gibt.

Die Ursachen für Motorklopfen lassen sich jedoch nach einer klaren Systematik ordnen:

  1. Das Gemisch aus Gas und Luft ist zu heiß oder zu kalt,
  2. das Gemisch enthält zuviel Gas (entweder zu fett eingestellt oder um Ölnebeldämpfe angereichert),
  3. es ist zuviel Gemisch im Brennraum (Ladedruck zu hoch),
  4. die Kühlkreisläufe für den Motor und das Gemisch stellen keine ausreichende Kühlleistung bereit,
  5. der Zündzeitpunkt erfolgt zu früh und / oder es gibt weitere Zündquellen durch heiße Ablagerungen im Brennraum.

Mit Blick auf die Kühlkreisläufe kann der Betreiber schon klären, ist ausreichender Kühlmitteldruck vorhanden, sind die Wärmetauscher und Notkühler  „fit“ und nicht verschmutzt und wann wurde das Kühlmittel auf seine chemische Zusammensetzung (z.B. wegen aggressiver Abbauprodukte durch Überhitzung) zuletzt geprüft.

Klopfschäden sind daher tückisch, da sich manche Ursache gut versteckt und nach einer Reparatur des Symptoms wieder wirksam wird und so zum wiederholten Mal zuschlägt. Damit dies nicht passiert, empfehlen wir einen Blick ins Technik Spezial Motorklopfen unseres Mitgliederbereiches, das auch den Club-Mitgliedern kostenfrei zum Kennenlernen zur Verfügung steht.

Schadensursachen, Wartung Tagged: Gemischbildung, Gemischtmperatur, Kühlkreisläufe, Ladungsgewicht, Motorklopfen, Ölnebeldampf, Schadensanalyse, Zündzeitpunkt

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