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 по удельной энергетической ценности количества биогаза будет составлять лишь около 0,24 марки ФРГ за 1 м).

(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 D1N 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/м^ 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 соответствуюшие эксперименты с биогазом. Компрессорных установок малой мошности, приводимых в действие газовым двигателем, пока не сушествует. Принципиальных трудностей при создании соответству-юших газовых двигателей не должно возникнуть, хотя вряд ли возможно крупносерийное производство двигателей для упомянутых небольших мошностей. 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 иасосы задуманы как для тепло-, так и для холо-доснабжения климатических установок [113, 114].

Инфракрасные излучатели. Все инфракрасные излучатели подлежат обязательной приемке соответствую-шпми институтами, занимаюшимися 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, иа 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 нспользоваиию 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, используюш1:ми био-

газ 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: Р1енбахер верке, Йенбах-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); Даимлер-Беиц, Штутгарт (двигатель на приоодиом газе M 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... 110 (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 газодизельно.м цикле (с впрыскиванием небольшой дозы запального дизельного топлива).

Обычные двигатели, работающие по циклу Отто (карбюраторные двигатели), относительно легко пере-

7,j

вести 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;

—снять топливный насос;

—спять 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);

2000

О 20 НО 60 80 100 т 180 210 2В0 Мощность привода, кВт

Рис. 25. Средние значения удельной стоимости:

а — газовый двигатель; б — газовый двигате.ть 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, тол<е 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 м7(кВт-ч). Исходя из этого, для непрерывной ра-