Обзор основных технических средств для получения генераторного газа

АННОТАЦИЯ

В статье проведен обзор основных устройств для производства генераторного газа, определено различие между основными типами газогенераторных установок, рассмотрены некоторые особенности автомобильных газогенераторов, отмечены их недостатки и предложен ряд способов устранения.

ABSTRACT

The article provides the overview of main devices for the production of producer gas, the difference between basic types of gas-producer plants is determined, some features of automotive gas generators are considered, their shortcomings are marked and a number of ways to eliminate them are proposed. 

В настоящее время рынок наполнен различными коммерческими структурами, предлагающими к производству и реализации различные типы «газогенераторов», для утилизации промышленных отходов и получения «дешевой энергии». К сожалению, в рекламных буклетах происходит подмена понятий «газогенератора» и «газификатора». Процессы, протекающие в этих устройствах, похожи – окисление твердого топлива растительного происхождения в условиях контролируемого кислородного голодания, но конструктивное исполнение, а, следовательно, и функциональные возможности газогенераторов и газификаторов, различны [8]. Газификатор – это устройство, предназначенное для получения тепловой энергии из твердого топлива растительного происхождения. Процесс протекает в два этапа:

1) В камере газификации происходит окисление твердого топлива при недостатке кислорода (топливо медленно тлеет). Общий тепловой эффект газификации твердого топлива – положительный (т.е. реакции газификации протекающие с выделением теплоты преобладают).

2) В газовой камере происходит дожигание оксида углерода и продуктов сухой перегонки твердого топлива с целью получения тепловой энергии.

Рисунок 1. Отопительная печь "Бренеран" с газификатором

Конструктивно камера газификации и камера дожигания (рисунок 1) могут быть объединены, как, например, в газогенераторной печи Bullerjan или разнесены, как, например, в газогенераторных котлах ATMOS [1, 9, 11].

Газогенератор – это устройство, предназначенное для получения из твердого топлива растительного происхождения газообразного топлива и дальнейшего его использования в технологических процессах, например, как топливо для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) [7]. В камере газификации газогенератора происходит окисление твердого топлива при недостатке кислорода (топливо медленно тлеет), общий тепловой эффект так же положительный. Полученный генераторный газ перед использованием в ДВС охлаждается и фильтруется [4]. Газогенераторы развиваются по двум основным направлениям: 1) Газогенератор транспортного типа. 2) Газогенератор стационарного типа, работающий совместно с ДВС электростанции.

Подвидом второго направления развития является газогенератор стационарного типа, работающий совместно с ДВС электростанции и котельной, с целью получения тепла.

Газогенераторы транспортного типа в настоящее время наиболее распространены за границей (южная и юго-восточная Азия, южная Америка и т.д.). То есть там, где есть проблемы с ископаемыми жидкими и газообразными углеводородами, есть поддержка альтернативной энергетики на государственном уровне или озабоченность охраной окружающей среды. Среди них встречаются как раритеты, сохранившиеся с ХХ века и надо отдать должное до сих пор исправно работающие, так и современные конструкции.

Газогенераторные автомобили – имеют существенное отличие от традиционных бензиновых автомобилей, и даже автомобилей работающих на газу, основное отличие заключается в наличии газогенераторной установки, установленной на шасси транспортного средства или на специальном прицепе, а также конструктивными особенностями двигателя, возможны некоторые изменения в шасси. Установки для выработки генераторного газа, монтируемые на автомобилях, должны иметь минимально возможные габариты и вес. В зависимости от вида применяемого топлива, удельный вес установки в среднем может составлять от 4 до 7 кг/м3 газа. Газогенераторные автомобили можно разделить на две основные группы:

-автомобили, которые переоборудованы из традиционных автомобилей для временной работы на генераторном газе;

-автомобили, специально изготовленные для постоянной работы на генераторном газе.

Обычно с целью унификации конструкции и снижения себестоимости производства газогенераторных автомобилей их конструировали с расчетом использования на шасси и агрегатах существующих моделей бензиновых или дизельных автомобилей. Газогенераторную установку ЗИС-5 на автомобилях обычно монтировали сзади кабины водителя. При этом грузовая платформа или укорачивается на необходимую длину (0,4-0,5 м), или отодвигается назад. В обоих случая происходило увеличение нагрузки на заднюю ось автомобиля при транспортировке груза, что не являлось желательным, поскольку такие изменения вносились без корректировки прочностных параметров рамы и ходовой части. Подобное размещение газогенераторной установки было реализовано на автомобилях, работающих на древесных чурках (рисунок 2).

Газогенераторная установка располагалась сзади кабины таким образом, чтобы не занимать полезную площадь кузова и не портить внешний вид автомобиля. Конструктивно большинство автомобильных газогенераторов представляют собой чаще всего цилиндрический корпус, выполненный из 2мм листовой стали [3]. Внизу имеется люк для загрузки топлива. К нижней части приварена камера газификации. В верхней части корпуса газогенератора расположен газоотборный патрубок, через который газ попадает сначала в фильтр тонкой очистки газа, а затем в двигатель.

Рисунок 2. Грузовой автомобиль с газогенераторной установкой

Одним из основных недостатков транспортного газогенератора является его работа на переходных режимах, когда в зависимости от режимов работы двигателя необходимо изменять количество вырабатываемого газа. И если снижение нагрузки на двигатель не критично для газогенератора и излишки газа выйдут с отработавшими газами, то увеличение нагрузки на двигатель приведет к увеличению потребления газа, а при его недостатке последует снижение числа оборотов и останов двигателя [5, 6]. Другими словами не реализовано управление процессом газификации, и в данном случае генератор управляет двигателем, а не двигатель задает импульс генератору для увеличения количества вырабатываемого генераторного газа.

Вопросу управления процессом газификации посвящен ряд работ, подтвержденных патентом, позволяющих путем применения форсажного контура [2], и управления процессом газификации в объеме [10] повысить эффективность работы газогенератора.

На данный момент вопрос использования альтернативных источников энергии стоит довольно остро и использование газогенераторов полностью себя не исчерпало, развитие электронно-управляющих устройств позволит повысить эффективность работы газогенераторных установок.