Как работает газогенератор на дровах

Как работает газогенератор на дровах

Газогенератор — устройство для преобразования твёрдого или жидкого топлива в газообразную форму. Наиболее распространены газогенераторы, работающие на дровах, древесном угле, каменном угле, буром угле, коксе и топливных пеллетах. Газогенераторы, использующие в качестве топлива мазут и другие виды жидкого топлива, применяются значительно реже.

Обеспечивая более полное сгорание отходов деревообработки и сельскохозяйственной продукции (опилки, лузга семечек и т. д.), использование газогенератора позволяет сократить выбросы в атмосферу.

Газогенератор позволяет газифицировать твёрдое топливо что делает его использование более удобным и эффективным, будь то отопительный котёл, двигатель внутреннего сгорания, газовая турбина или химическая промышленность.

В газогенераторе протекает несколько основных химических реакций. При горении с обедненным количеством кислорода (пиролиз) протекают реакции окисления угля и углеводородов:

C + O 2 → C O 2 <displaystyle C+<2>>
ightarrow <2>>> 2 H 2 + O 2 → 2 H 2 O <displaystyle <2H_<2>>+<2>>
ightarrow <2H_<2>O>> с выделением тепловой энергии

После чего реакции восстановления:

C + C O 2 → 2 C O <displaystyle C+<2>>
ightarrow <2CO>> C + H 2 O → C O + H 2 <displaystyle C+<2>O>
ightarrow +<2>>> с потреблением тепловой энергии

Активная часть газогенератора состоит из трёх перетекающих участков: термического разложения топлива, окисления, восстановления. Кроме устройств с внешним подводом тепла, где зоны окисления нет.

Основными горючими компонентами в получаемом «генераторном газе» являются водород H 2 <displaystyle <2>>> , оксид углерода C O <displaystyle > , метан C H 4 <displaystyle <4>>> , и непредельные углеводороды C x H x <displaystyle H_>> . Прочие вещества, в основном C O 2 <displaystyle <2>>> , O 2 <displaystyle <2>>> , N 2 <displaystyle <2>>> , H 2 O <displaystyle <2>O>> , являются балластом и за исключением кислорода не участвуют в процессе сгорания газа в двигателе, либо препятствуют ему. Состав получаемых газов сильно зависит от типа топлива и конструкции газогенератора. При работе газогенератора обращенного процесса на сухом древесном топливе (дровах) на горючие компоненты приходится чуть более 1/3 объемного содержания ( H 2 <displaystyle <2>>> : 15-17 %, C O <displaystyle > : 20-21 %). Большую часть составляют азот N 2 <displaystyle <2>>> (около 50 %) и углекислый газ C O 2 <displaystyle <2>>> (около 10 %).

Калорийность генераторного газа зависит от состава газа обдува [1] :

Воздух 3,8 — 4,5 МДж/м 3
Воздух + водяной пар 5 — 6,7 МДж/м 3
Кислород + водяной пар 5 — 8,8 МДж/м 3
Водяной пар 10 — 13,4 МДж/м 3

Существуют три основных типа газогенераторного процесса: прямого, обращённого и горизонтального. Также известны и газогенераторы двухзонного процесса, которые представляют собой комбинацию прямого и обратного процессов.

Содержание

Прямой процесс [ править | править код ]

Преимущество прямого процесса — простота исполнения. Недостаток — большое содержание влаги и смол. Данный недостаток можно устранить, используя очищенное топливо: древесный уголь или кокс.

Обращённый процесс [ править | править код ]

Обратный процесс имеет самое меньшее содержание смол потому, что газ разложения топлива проходит самую высокотемпературную зону «окисления», что приводит к практически полному его разложению. На практике исполняется немного сложнее, чем прямой.

Горизонтальный процесс [ править | править код ]

Горизонтальный процесс имеет умеренное количество смол. Газ разложения проходит зону восстановления, но часть его не полностью разлагается, Преимущество — простая конструкция.

Водяной пар подается отдельно от газа обдува, предварительно разогретым, в зону восстановления. Генераторный газ при этом имеет большую калорийность но общая тепловая мощность установки падает, поэтому в тепловых котлах подача пара не используется.

Газогенераторы различаются системой загрузки топлива и отбора золы. Беспрерывная система подачи и отбора более технологична, часто используется в промышленности (в основном на лесопилках).

Читайте также:  Как сделать декупаж на горшке

Оговоримся сразу: если автомобиль ездит на дровах, это не значит, что он — паровоз без рельсов. Низкий КПД паровой машины с ее отдельной топкой, котлом и цилиндрами двойного-тройного расширения оставил паровые автомобили в числе забытой экзотики. А сегодня мы поговорим о "дровяном" транспорте с привычными нам ДВС, моторами, сжигающими топливо внутри себя.

Разумеется, затолкать дрова (или нечто подобное) в карбюратор вместо бензина пока еще никому не удавалось, а вот идея прямо на борту авто получать из древесины горючий газ и подавать его в цилиндры как топливо прижилась на долгие годы. Речь идет о газогенераторных автомобилях, машинах, чей классический ДВС работает на генераторном газе, который получают из древесины, органических брикетов, или угля. От привычного жидкого топлива, кстати, такие машины тоже не отказываются — они способны работать и на бензине.

Автомобиль с газогенераторной установкой. Фото wikipedia.org

Святая простота

Генераторный газ — это смесь газов, состоящая в основном из окиси углерода СО и водорода Н2. Получить такой газ можно, сжигая размещенную толстым слоем древесину в условиях ограниченного количества воздуха. На этом несложном принципе работает и автомобильный газогенератор, простой по сути агрегат, но громоздкий и конструктивно осложненный дополнительными системами.

Также, помимо собственно производства генераторного газа, автомобильная газогенераторная установка охлаждает его, очищает и смешивает с воздухом. Соответственно, конструктивно классическая установка включает в себя сам газогенератор, фильтры грубой и тонкой очистки, охладители, электровентилятор для ускорения процесса розжига и трубопроводы.

НПЗ вожу с собой

Простейший газогенератор имеет вид вертикального цилиндра, в который почти доверху загружается топливо — дрова, уголь, торф, прессованные пеллеты и т.п. Зона горения расположена внизу, именно здесь, в нижнем слое горящего топлива создается высокая температура (до 1 500 градусов по Цельсию), необходимая для выделения из более верхних слоев будущих компонентов топливной смеси — окиси углерода СО и водорода Н2. Далее горячая смесь этих газов поступает в охладитель, который снижает температуру, повышая таким образом удельную калорийность газа. Этот довольно крупный узел обычно приходилось помещать под кузовом машины. Расположенный следом по ходу газа фильтр-очиститель избавляет будущую топливную смесь от примесей и золы. Далее газ направляется в смеситель, где соединяется с воздухом, и окончательно приготовленная смесь направляется в камеру сгорания двигателя автомобиля.

Схема автомобиля ЗИС-21 с газогенератором

Как видите, система производства топлива прямо на борту грузовика или легковушки занимала довольно много места и немало весила. Но игра стоила свеч. Благодаря собственному — и к тому же дармовому — топливу свой автономный транспорт могли себе позволить предприятия, расположенные за сотни и тысячи километров от баз снабжения ГСМ. Это достоинство долго не могло затмить все недостатки газогенераторных автомобилей, а их было немало:

— существенное сокращение пробега на одной заправке;
— снижение грузоподъемности автомобиля на 150-400 кг;
— уменьшение полезного объема кузова;
— хлопотный процесс "дозаправки" газового генератора;
— дополнительный комплекс регламентных сервисных работ;
— запуск генератора занимает от 10-15 минут;
— существенное снижение мощности двигателя.

ЗиС 150УМ, опытная модель с газогенераторной установкой НАМИ 015УМ

Читайте также:  Технология устройства монолитной фундаментной плиты

В тайге заправок нет

Древесина всегда являлась основным топливом для газогенераторных автомобилей. В первую очередь, конечно, там, где дров в избытке, — на лесозаготовках, в мебельном и строительном производстве. Традиционные технологии лесопереработки при промышленном использовании древесины в эпоху расцвета "газгенов" около 30% от массы леса отпускали в отходы. Их и использовали как автомобильное топливо. Интересно, что правилами эксплуатации отечественных "газгенов" строжайше запрещалось использование деловой древесины, так как и отходов лесной промышленности было с избытком. Для газогенераторов годились как мягкие, так и твердые породы дерева.

Единственное требование — отсутствие на чурках гнили. Как показали многочисленные исследования, проведенные в 30-е годы в Научном автотракторном институте СССР, лучше всего в качестве топлива подходят дуб, бук, ясень и береза. Чурки, которыми заправлялись котлы газогенераторов, чаще всего имели прямоугольную форму со стороной 5-6 сантиметров. Сельскохозяйственные отходы (солома, лузга, опилки, кора, шишки и пр.) прессовали в специальные брикеты и также "заправляли" ими газогенераторы.

Главным недостатком "газгенов", как мы уже говорили, можно считать малый пробег на одной заправке. Так, одной загрузки древесными чурками советским грузовикам (см. ниже) хватало не более чем на 80-85 км пробега. Учитывая, что "заправляться" руководство по эксплуатации рекомендует при опустошении бака на 50-60%, то и вовсе пробег между заправками сокращается до 40-50 км. Во-вторых, сама установка, вырабатывающая генераторный газ, весит несколько сотен килограммов. К тому же двигатели, работающие на таком газе, выдают на 30-35% меньше мощности, чем их бензиновые аналоги.

Доработка автомобилей под дрова

Для работы на генератором газе автомобили приходилось приспосабливать, но изменения не были серьезными и порой были доступны даже вне заводских условий. Во-первых, в моторах повышали степень сжатия, чтобы не так существенна была потеря мощности. В некоторых случаях для улучшения наполнения цилиндров двигателя применялся даже турбонаддув. На многие "газифицированные" авто устанавливался генератор электрооборудования с повышенной отдачей, поскольку для вдувания воздуха в топку использовался достаточно мощный электровентилятор.

Для сохранения тяговых характеристик, в особенности это касалось грузовиков, при снизившейся мощности двигателя передаточные числа трансмиссии делали более высокими. Скорость движения падала, но для автомобилей, использующихся в лесной глуши и прочих пустынных и отдаленных районах это не имело решающего значения. Чтобы компенсировать изменившуюся из-за тяжелого газогенератора развесовку, в некоторых машинах усиливали подвеску.

Помимо того, из-за громоздкости "газового" оборудования отчасти приходилось перекомпоновывать автомобиль: менять, сдвигать грузовую платформу или урезать кабину грузовика, отказываться от багажника, переносить выхлопную систему.

Золотая эра "газгена" в СССР и за границей

Эра расцвета газогенераторных автомобилей пришлась на 30-40-е года прошлого века. Одновременно в нескольких странах с большими потребностями в автомобилях и малыми разведанными запасами нефти (СССР, Германия, Швеция) инженеры крупных предприятий и научных институтов взялись за разработку автотранспорта на дровах. Советские специалисты больше преуспели в создании грузовых автомобилей.

С 1935 года и до самого начала Великой Отечественной войны на разных предприятиях Министерства лесной промышленности и ГУЛАГа (Главное Управление ЛАГерей, увы, реалии той поры) "полуторки" ГАЗ-АА и "трехтонки" ЗИС-5, а также автобусы на их базе переделывались для работы на дровах. Также отдельными партиями газогенераторные версии грузовиков производились самими заводами-изготовителями машин. Например, советские автоисторики приводят цифру 33 840 — столько было выпущено газогенераторных "полуторок" ГАЗ-42. Газогенераторных ЗИСов моделей ЗИС-13 и ЗИС-21 в Москве выпущено более 16 тыс. единиц.

Читайте также:  Каркас для гипсокартона на перегородку своими руками

За довоенное время советскими инженерами было создано более 300 различных вариантов газогенераторных установок, из которых 10 дошли до серийного производства. Во время войны серийными заводами были подготовлены чертежи упрощенных установок, которые могли изготавливаться на местах в автомастерских без применения сложного оборудования. По воспоминаниям жителей северных и северо-восточных регионов СССР, грузовики на дровах можно было встретить в глубинке вплоть до 70-х годов ХХ века.

В Германии во время Второй Мировой войны наблюдался острый дефицит бензина. КБ двух компаний (Volkswagen и Mercedes-Benz) получили задание разработать газогенераторные версии своих популярных компактных машин. Обе фирмы в довольно сжатые сроки справились с поставленной задачей. На конвейер встали Volkswagen Beetle и Mercedes-Benz 230. Интересно, что у серийных авто дополнительное оборудование даже не выступало за стандартные габариты "легковушек". В Volkswagen пошли еще дальше и создали опытный образец "дровяного" армейского Volkswagen Тур 82 ("кюбельваген").

Volkswagen Тур 82

Дровяные машины сегодня

К счастью, главное достоинство газогенераторных автомобилей — независимость от сети АЗС, сегодня стало малоактуальным. Однако в свете современных экологических веяний на первый план вышло другое достоинство автомобилей на дровах — работа на возобновляемом топливе без какой-либо его химической подготовки, без дополнительной траты энергии на производство топлива. Как показывают теоретические расчеты и практические испытания, мотор на дровах меньше вредит атмосфере своими выбросами, чем аналогичных двигатель, но уже работающий на бензине или солярке. Содержание выхлопных газов очень схоже с выбросами ДВС, работающих на природном газе.

И тем не менее тема с автомобилями на дровах утратила свою былую популярность. Забыть о газогенераторах не дают в основном инженеры-энтузиасты, которые ради экономии на топливе или в качестве эксперимента переоборудуют свои личные машины для работы на генераторном газе. На постсоветском пространстве есть удачные примеры "газгенов" на базе легковушек АЗЛК-2141 и ГАЗ-24, грузовика ГАЗ-52, микроавтобуса РАФ-2203 и пр. По словам конструкторов, их творения могут проезжать на одной заправке до 120 км со скоростью 80-90 км/ч.

К примеру, переведенный житомирскими инженерами в 2009 году на дрова ГАЗ-52 расходует около 50 кг древесных чурок на 100 км пробега. По словам конструкторов, подкидывать дровишки нужно каждые 75-80 км. Газогенераторная установка традиционно для грузовиков расположилась между кабиной и кузовом. После розжига топки должно пройти около 20 минут, прежде чем ГАЗ-52 сможет начинать движение (в первые минуты работы генератора выработанный им газ не имеет нужных горючих свойств). По расчетам разработчиков, 1 км на дровах обходится в 3-4 раза дешевле, чем на дизельном топливе или бензине.

Газогенераторная установка ГАЗ-52

Единственная на сегодняшний день страна, в которой массово используются автомобили на дровах, — это Северная Корея. В связи с тотальной мировой изоляцией там наблюдается определенный дефицит жидкого топлива. И дрова снова приходят на выручку тем, кто оказался в нелегком положении.

Ссылка на основную публикацию
Как провести свет от выключателя к лампочке
Многие, сталкиваются с проблемой, когда выходит из строя выключатель. Во многих домах и квартирах одноклавишные выключатели часто используются как устройства...
Как прикрутить ручки к фасадам кухни
Не так давно сделал ремонт на кухне. Мебель решил собирать сам. К самостоятельной сборке мебели подтолкнуло два фактора. Первый-ценник за...
Как приподнять угол деревянного дома
Применение древесины для изготовления коттеджей и дачных построек пользуется популярностью. Многие отдают предпочтение бревнам, щитовым конструкциям и брусьям, отличающимся экологической...
Как провести электричество на лоджию
Каждый мастер знает, что хорошая подготовка является залогом качественно выполненной работы. Прежде всего, нам нужно определиться с выбором электрооборудования, то...
Adblock detector