Применение древесины в качестве топлива для газогенераторов егэ по русскому языку

Под местными видами топлива будем подразумевать биомассу и торф.

Биомасса — это углеродсодержащие органические вещества растительного и животного происхождения (древесина, солома, растительные остатки сельскохозяйственного производства, навоз и др.). Также к ней относят органическую часть твердых бытовых отходов и иногда торф. Для производства энергии преимущественно применяют твердую биомассу и полученные из нее жидкие и газообразные топлива — биогаз, биодизель, биоэтанол (последние были рассмотрены выше).

В качестве биотоплива могут быть использованы: древесина и отходы древесины, образующиеся при ее рубке и обработке; биомасса быстрорастущих кустарниковых и травянистых растений; лигнин; горючая часть коммунальных отходов; отходы, получаемые при мелиоративных работах, расчистке территорий под новое строительство; отходы растениеводства; горючие отходы перерабатывающей и пищевой промышленности, животноводства.

1. Мировой опыт использования местных видов топлива

Биомасса на сегодняшний день четвертое по значению топливо в мире, дающее около 2 млрд т условного топлива (у.т.) в год, что составляет около 14 % общемирового потребления первичных энергоносителей (в развивающихся странах — более 30 %, а иногда и 50…80 %).

В развитых странах Европы использование биомассы для производства тепла значительно выросло со времени нефтяного кризиса в конце ХХ в. и заняло определенное и стабильное место в топливном балансе с тенденцией увеличения. Особенно это относится к тем странам, в которых нет своей добывающей топливной промышленности с возможностями экспорта, таких как Дания, Швеция, Финляндия, Голландия и т.д.

И в настоящее время производство энергии из возобновляемых источников, в том числе биомассы, динамично развивается в большинстве стран Европы. В 1995 г. в ЕС на долю возобновляемых источников энергии приходилось 74,3 млн т нефтяного эквивалента (н.э.), что составляло около 6 % общего потребления первичных энергоносителей. Из них доля биомассы находилась на уровне более 60 %, что составляло около 3 % общего потребления первичных энергоносителей. В отдельных странах доля биомассы в общем потреблении первичных энергоносителей значительно превышала среднеевропейскую: в Финляндии — 23 % (мировой лидер среди развитых стран), в Швеции — 18 %, в Австрии — 12 %, в Дании — 8 %, в Канаде и Германии — 6 %, в США — 3 %. Прогнозируется, что к 2020 г. в странах ЕС доля возобновляемых источников энергии и биомассы в потреблении всей энергии составит 20 % и 14 % соответственно. Следовательно, биомасса является наиболее мощным сектором возобновляемых источников энергии в ЕС. Ни одна из развитых стран мира не заявила о планах по сокращению потребления энергии биомассы. Наоборот, национальные энергетические программы стран ЕС, США и Канады содержат планы по дальнейшему существенному росту этого сектора возобновляемых источников энергии.

Твердая биомасса — древесина и остаточные сельскохозяйственные материалы, такие как солома, — является, вероятно, наиболее рентабельным типом возобновляемых энергоносителей. Увеличение использования биомассы является наиболее важным элементом в стратегии ЕС, нацеленной на удваивание применения возобновляемых энергоносителей в период с 1995 по 2010 г., но развитие в 15 странах ЕС идет не так быстро, как ожидалось. В Дании использование древесины и соломы увеличилось в 2,4 раза за период с 1980 по 2001 г. и в настоящее время покрывает более 5 % основного потребления энергии. Для Беларуси эта цифра составляет 3…4 %, несмотря на то, что имеющийся потенциал гораздо больше.

Использование соломы в качестве топлива практикуется довольно давно. Эта технология успешно применяется на Западе, в США и Китае.

Во многих странах мира энергетика на растительной и древесной биомассе становится эффективной самоокупаемой отраслью, конкурентоспособной по отношению к энергетике на ископаемом топливе.

Широкое использование биомассы для производства энергии в Финляндии объясняется сотрудничеством между компаниями лесного сектора, энергетическими предприятиями и муниципалитетами. Лесное хозяйство — крупнейшая отрасль промышленности Финляндии: целлюлоза, бумага и другие продукты переработки древесины приносят более 35 % экспортной выручки страны. Многие финские целлюлозно-бумажные комбинаты имеют собственные котельные для производства тепла и электроэнергии из древесных отходов и растворов целлюлозного производства. Некоторое количество древесины также специально выращивается для нужд энергетики. Топки с кипящим слоем, широко используемые в лесной промышленности, позволяют применять различные виды топлива и сжигать биомассу с высоким содержанием влаги. Теплоэлектроцентрали, которые часто строятся совместно муниципалитетами и энергетическими предприятиями, могут снабжать теплом местные отопительные системы и электричеством местные сети.

Крупнейшая теплоэлектроцентраль, работающая на биомассе, была пущена недалеко от города Jacobstad/Pietarsaari в декабре 2001 г. энергетической компанией Alholmens Kraft на западном побережье Финляндии. Основные функции станции: эффективная утилизация биомассы побочных продуктов соседних целлюлознобумажных и лесопильных производств, генерация электроэнергии для поставок на рынок (мощность 240 МВт), производство промышленного пара (100 МВт), снабжение паром для отопления производств и районной отопительной сети (60 МВт). Эта теплоэлектроцентраль использует смесь различных видов древесного биологического топлива: кору, опилки, щепу, торф, а уголь — в качестве резервного топлива.

Широко использовать биомассу для производства тепла начали в Чехии. В качестве топлива служат древесные отходы, щепа, опилки, брикеты, гранулы, солома и другая биомасса. Первые котлы, работающие на биомассе, в Чехию завезли, как и в Латвию, из Западной Европы. Чехи отмечают, что первые проекты, осуществляемые с участием иностранных государств, были сравнительно дороги, не была установлена самая современная техника, которая широко используется в Западной Европе. С первыми проектами было довольно много проблем, которые разрешались постепенно. Со временем Чехия сама освоила производство котлов на биомассе и с помощью этого добилась технического соответствия котлов для условий страны, а также уменьшения стоимости котлов до 50 %. Чехи производят котлы как для местного (децентрализованного) отопления, так и для централизованного теплоснабжения. Большое внимание в Чехии уделяется разнообразию используемой биомассы. Выращиваются быстрорастущие деревья, травы и специальные зерновые культуры для нужд энергетики.

В Литве самый используемый вид биомассы — древесина. Леса занимают 2,02 млн га, или 30,9 % площади страны. Ежегодный прирост древесной массы оценивается в 11,7 млн м3. Объем лесопереработки в государственных лесах достигает 5 млн м3 в год с предполагаемым ростом на 46 % в течение последующих 10 лет. В Литве на древесине работают более 90 котлов с общей мощностью 230 МВт. Эта мощность в ближайшие годы должна увеличиться на 40…50 МВт. Древесину в основном используют для производства тепла, кроме того, на отходах древесины работает теплоэлектростанция деревообрабатывающей компании Pjurio Mediena, где установлена паровая турбина мощностью 1,5 МВт. Производством котлов, работающих на древесине, занимается достаточно много литовских предприятий, самое крупное из них — Kazlu Rudos metalas, которое установило и реконструировало 43 котла в 37 котельных с общей мощностью 97,4 МВт и производит котлы для латвийского, российского и белорусского рынков.

Сжигание соломы для производства тепла в Литве началось в 1996 г. С этого времени в стране развернулось строительство котельных на соломе для централизованного теплоснабжения, и их общая мощность составляет 7 МВт. Общие ежегодные ресурсы соломы в Литве достигают приблизительно 3,5…4,0 млн т в год, из них объем, используемый в энергетике, — около 10…12 %, или 400 тыс. т в год. Котлы мощностью 15…340 МВт, работающие на соломе, в Литве производят многие предприятия. Котлы на соломе используют для обогрева деревенских школ, больниц и частных домов. В энергетическом балансе Литвы объем используемой биомассы древесины и соломы составляет 8,7 % от общего потребления энергии.

В Словакии основная энергетическая биомасса — древесина от лесозаготовительной и деревоперерабатывающей промышленности. Каждый год для производства тепла используют около 400 тыс. т древесины.

В Эстонии объем древесины для производства тепла составляет 14 % от общего количества топлива. В Польше биомасса, в том числе древесина и солома, составляет 4,6 % от потребления топлива. Уже больше 10 котельных общей мощностью 0,5…7 МВт, использующих отходы деревообработки, подключены к системе централизованного теплоснабжения.

В Словении к началу 2000 г. удельный вес древесной биомассы в топливном балансе централизованного теплоснабжения достиг 3,5 %.

В Карелии с 2003 г. Союз промышленников и предпринимателей реализует программу внедрения высокотехнологичного топлива из отходов лесопереработки.

Лидирующими странами по использованию биоресурсов в Европе, как уже говорилось, являются Финляндия, Швеция и Австрия, при этом Финляндия, Германия и Швеция являются основными странами, где развивается и продвигается биоэнергетика, в основном благодаря должным регулятивным механизмам, которые позволяют обеспечить конкурентоспособность биоэнергетического топлива по сравнению с ископаемыми топливами. Основным источником биоэнергетических ресурсов является твердая биомасса (табл. 1).

Таблица 1. Баланс биоэнергетических ресурсов, млн т н.э.

Реально биоэнергетика в Европе развивается довольно быстро. За 2001–2002 гг. число заводов по производству топлива из древесных отходов в странах Европы удвоилось.

С 1996 г. в Европе наблюдается бум в спросе на топливные гранулы. Реализуются программы развития биоэнергетики Дании, Швеции, Норвегии на основе использования топливных гранул, в том числе выполняется перевод теплоустановок с потребления щепы на потребление гранул.

Финляндия за 1998–2002 гг. увеличила производство древесных гранул в 50 раз: с 5 тыс. т в год до 250 тыс. т в год. Много гранул поставляется на экспорт, например в Швецию. Таким образом, производство топливных гранул имеет две составляющие: для нужд собственной теплоэнергетики и для поставок на экспорт.

Что же касается России, то в настоящее время дрова там используют более 5 млн семей. На эти цели расходуется свыше 50 млн м3 древесины. Централизованно топливоснабжающими предприятиями различных форм собственности реализуется около 6 млн м3 дров.

Объем потребления местных видов топлива и вторичных энергоресурсов в 2005 г. составил 411,9 тыс. т у.т., в том числе дров и древесных отходов — 181,5 тыс. т, торфа и торфобрикетов — 70,9 тыс. т, вторичных энергоресурсов и отходов производства — 172,1 тыс. т. Потребление попутного газа снизилось более чем на 28 тыс. т у.т.

Важной темой при использовании древесины как топлива является производство рафинированного древесного топлива, которому в нашей республике до последнего времени не уделялось должного внимания. Но тем не менее определенные знания и практические заделы в создании технологий, оборудования и производства рафинированного древесного топлива (гранул и брикетов) в нашей стране есть. Древесные гранулы в небольших объемах на несовершенном, в основном бывшем в употреблении оборудовании уже более двух лет производятся в Беларуси и успешно экспортируются в страны ЕС (СООО «ЭКОГРАН», СООО «Профисистем», УП «Ива» и др.).

Одним из местных видов топлива является торф. Доля использования торфа как энергетического сырья в различных странах следующая (млн т у.т.): Россия, Беларусь, Украина — 3; Ирландия — 1,4; Финляндия — 1,4; Швеция — 0,3; Китай — 0,2; Эстония — 0,1; Латвия — 0,09; Литва — 0,02.

До начала 1990-х гг. Россия занимала ведущие позиции в мире по добыче и использованию торфа. Мощности по добыче достигали 150 млн т в год, производилось более 40 видов различной продукции. В настоящее время эти мощности значительно снизились и составляют 25 млн т для всех направлений использования торфа.

В энергетике России объем потребления торфяного топлива в 1990-е гг. составлял 30 млн т, число электростанций на торфе приближалось к 80, а мощность их достигала 3800 МВт. Сейчас добыча торфа на топливо, которое используется на 11 электростанциях и лишь на 3 теплоэлектроцентралях, составляет 2,5 млн т. В малой теплоэнергетике используется примерно 700 тыс. т фрезерного торфа, 200 тыс. т брикета и 100 тыс. т кускового торфа. Удельный вес торфа в общем топливопотреблении электростанций, запроектированных для работы на этом виде топлива (32 электростанции), снизился до неоправданно низкого уровня: с 21 % до 0,27 %.

Значительное внимание использованию торфа в энергетических целях уделяют страны с высоким темпом развития экономики, а также страны с суровым климатом. Например, в Финляндии ежегодно добывается около 10 млн м3 торфа для нужд энергетики. Удельный вес его использования в выработке теплоэнергии составляет 20 %.

В современном обществе постоянно наращивается темп потребления, что, в свою очередь, приводит к увеличению отходов. Темпы накопления отходов опережают экономический рост, поэтому вполне целесообразно использовать данные ресурсы для выработки энергии за счет термических и ферментационных процессов. В некоторых странах – членах ЕС ресурсы мусорных свалок остаются незадействованными на 80 %. Согласно Директиве ЕС по утилизации мусорных свалок (1999/31/ЕС) страны – члены ЕС должны постепенно сократить объемы органических выбросов до 35 % от уровня 1995 г.

В настоящее время в 18 европейских странах действуют 304 мусоросжигательных завода, и 96 % из них вырабатывают энергию за счет утилизации отходов. В среднем объемы утилизации составляют 177 тыс. т в год на фабрику. Однако лишь биоразложимая часть отходов может считаться биомассой. В статистических данных такое разграничение между возобновляемыми и невозобновляемыми потоками отходов по-прежнему либо отсутствует, либо проводится нечетко. Согласно статистике Международного энергетического агентства (МЭА) объемы поставок первичных энергоресурсов за счет возобновляемых источников энергии, полученных после утилизации твердых коммунальнобытовых отходов, составляют 5,1 млн т н.э.

2. Источники получения местных видов топлива

Основные источники местных видов топлива:

• древесные отходы (отходы лесохозяйственных и строительных комбинатов);
• лесосечные отходы;
• лесные массивы с коротким циклом (ива, тополь, эвкалипт);
• солома;
• органические фракции коммунально-бытовых твердых отходов и осадки сточных вод;
• промышленные отходы (например, от бумажно-целлюлозной и пищевой промышленности);
• торфяные месторождения.

В последние десятилетия в мире уделялось достаточно большое внимание расширению плантационных посадок, в частности плантаций ускоренного роста. Были достигнуты фантастические результаты по повышению интенсивности роста древесины. Так, средняя продуктивность сосны в Бразилии составляет 28,5 м3 с гектара в год, эвкалипта — 37 м3 с гектара в год. На некоторых экспериментальных участках в Бразилии годовой прирост эвкалипта достиг 119 м3 с одного гектара в год. Однако анализ этих данных показывает, что они относятся в первую очередь к Южному полушарию. Развитие плантаций ускоренного роста в Южном полушарии позволяет в стратегическом плане решить проблемы устойчивого лесопользования и обеспечения мировой целлюлознобумажной промышленности волокнистым сырьем на длительную перспективу.

Одним из перспективных направлений производства биотоплива признаны короткоцикловые плантационные посадки быстрорастущих пород ивы, для которых среднегодовой прирост биомассы превышает 25 м3/га. Серьезное внимание использованию плантационных посадок древесных пород с коротким циклом ротации уделяется в США, где таких плантаций насчитывается около 23 тыс. Они дают до 20 т/га сухого вещества в год, часть его используется для целлюлозно-бумажной промышленности, часть — для биоэнергетики. Канадские специалисты считают, что многоцелевые древесные плантации могут стать неиссякаемым источником энергетической биомассы. Вопрос ставится даже так, что существующая в настоящее время система сельскохозяйственного землепользования может быть существенно улучшена путем введения древесных плантаций для энергетических целей с коротким циклом ротации. В Западной Европе общая площадь таких посадок превышает 1 млн га. Имеется специальное Постановление Европейского экономического сообщества № 797/85 о выращивании быстрорастущих древесных пород для использования в промышленности и биоэнергетике (Carona Piermario, 1993).

В странах СНГ выращивание быстрорастущих пород деревьев и кустарников в основном рекомендуется в качестве источника технического сырья для переработки. В России быстрорастущим породам уделяется весьма большое внимание. Их рассматривают в качестве резерва повышения продуктивности лесов, увеличения запасов древесины и сокращения сроков ее выращивания. Защитные и озеленительные насаждения, созданные из быстрорастущих пород, достигают необходимых размеров за более короткий срок и выполняют свою служебную роль в сравнительно молодом возрасте. На Украине лесоводы намечают плантационные посадки быстрорастущих тополей.

Наряду с быстрорастущими породами древесины разрабатываются проекты и проводятся эксперименты по выращиванию быстрорастущих культур, биомасса которых могла бы использоваться для производства экологически чистого биотоплива. Одним из источников получения растительного сырья для производства биотоплива в условиях Беларуси может быть выращивание быстрорастущих травянистых культур семейства гречишных, обладающих:

• высокой продолжительностью жизни одного растения (до 15 и более лет), что значительно снижает трудоемкость производства биотоплива;
• высоким выходом биомассы (до 300 т зеленой массы с гектара);
• высокоразвитой корневой системой;
• зимостойкостью;
• высокой технологичностью всех операций от посева до производства биотоплива, что позволит механизировать работы на базе отечественных видов техники;
• способностью к извлечению из почвы радионуклидов, что особенно важно для освоения загрязненных и выведенных из оборота в результате аварии на ЧАЭС территорий Гомельской и Могилевской областей.

Получены данные о возможности использования для целей производства биотоплива быстрорастущих травянистых культур семейства гречишных: горца сахалинского, горца забайкальского, горца Вейриха и сильфии пронзеннолистной.

Топливо на основе биомассы гречишных имеет благоприятные энерготехнологические свойства: теплота сгорания — 2431 ккал/кг (при влажности 16 %), зольность — 1,1 %, содержание серы — 0,2 %, выход летучих веществ — 76,5 %.

Также важным источником получения местных видов топлива являются торфяные месторождения. В Беларуси не все из них могут бесперебойно удовлетворять потребности предприятий энергетического профиля. Приблизительные расчеты показывают, что для обеспечения работы теплоэлектроцентрали мощностью 100 МВт расход торфяного топлива составляет 700 тыс. т в год. Это около 30 % от ежегодно добываемого в республике объема торфа. Соответственно и геологические запасы торфа на таком месторождении должны составлять не менее 42 млн т, что при существующих технологиях добычи эквивалентно 21 млн т промышленных запасов. Это обеспечит функционирование теплоэлектроцентрали названной мощности на протяжении 25…30 лет. Торфопредприятие с учетом сезонов должно ежемесячно добывать 220 тыс. т торфа.

Энергию можно получать из коммунально-бытовых твердых отходов посредством улавливания газов на мусорных свалках или при помощи специализированных фабрик по анаэробному сбраживанию. Не менее важным способом утилизации отходов является сжигание мусора на специальных заводах или его использование в качестве дополнительного топлива, сжигаемого на электростанциях и промышленных предприятиях.

3. Характеристика местных видов топлива

Древесное топливо имеет малую зольность (0,4…1,5 %), незначительное содержание серы (менее 0,05 %) и углекислотную нейтральность, так как при его сжигании выделяется такое же количество диоксида углерода СО₂, как и при естественном гниении древесины. Содержание компонентов в золе натуральной древесины следующее (мг/кг сухого вещества, менее): СаО — 40; Р₂О₅ — 5; SiO₂ — 30; NaO — 10; K₂O — 1.

Обезвоженная древесина отличается химической стабильностью органической массы, постоянной удельной теплотворной способностью (18,7…19,1 МДж/кг для разных пород дерева), а также высоким содержанием летучих веществ (80…85 %) (табл. 2). Горючими веществами в древесине, как и в других видах растительной биомассы, являются углерод (около 51 %) и водород (около 6 %) (табл. 3). Остальные вещества — это балласт. К тому же обезвоживание древесины требует значительных затрат энергии как при прямом сжигании, газификации и т.д., так и при предварительной сушке.

Таблица 2. Основные характеристики натуральной топливной древесины

Таблица 3. Основные характеристики натуральной топливной древесины

Таким образом, энергетическое использование первичного вида древесного топлива (дров, щепы) с относительной влажностью 45…60 % в 1,8–3,5 раза снижает теплотворную способность древесины (рис. 1).

Биомасса может быть получена из лесных и сельскохозяйственных ресурсов, из отходов. Лесохозяйственные и деревообрабатывающие предприятия производят древесину, которая является крупнейшим источником твердой биомассы, в том числе биотоплива: дров, опилок, пеллет и др., имеющих разные характеристики (табл. 4).

Рис. 1. Зависимость низшей теплоты сгорания древесного топлива от относительной влажности

Таблица 4. Сравнение различных видов биотоплива и угля

Древесные гранулы, или пеллеты (pellets), представляют собой палочки диаметром 6…8 мм и длиной от 5 до 25 мм (наподобие обломков карандаша) желтого цвета удельной массой 1300…1400 кг/м3. Такие гранулы дают великолепную возможность для развития мирового рынка биоэнергетики в связи с их высокой энергоемкостью и стандартизированными характеристиками.

Оценочные теплотехнические показатели древесных топливных гранул по сравнению с топливной щепой приведены в табл. 5, из которой следует, что по теплоэнергетической эффективности подготовленное (концентрированное по горючей массе, имеющее стабильные физико-химические и механические характеристики), т.е. рафинированное, древесное топливо — гранулы — в несколько раз превосходит первичное древесное топливо — щепу.

Таблица 5. Оценочные теплотехнические показатели древесных топливных гранул в сравнении с топливной щепой

Низкая влажность древесных топливных гранул, однородность и стабильность их физико-химических и механических характеристик повышают теплотворную способность, эффективность процессов горения, упрощают конструкцию теплоэнергоустановок, процессы регулирования и управления ими, увеличивают КПД.

Гранулирование используется:

• для повышения удельной теплотворной способности топлива;
• увеличения эффективности работы и полной автоматизации теплоэнергетических установок мощностью от 10…40 кВт до 10…20 МВт с реальным КПД 80…85 % (для теплоэнергоустановок большей мощности гранулы измельчаются в тонкодисперсный порошок, который сжигается в камерных топках по аналогии с технологией сжигания угля, при этом КПД повышается до 90 %);
• повышения физической и насыпной плотности топлива;
• упрощения оборудования для хранения топлива, включая технологический, межоперационный транспорт;
• существенного снижения затрат на транспортировку и хранение топлива, так как гранулы плотные, не боятся атмосферной влажности, что важно при транспортировке (обычно насыпью);
• возможности длительного хранения топлива без ухудшения его качественных характеристик, отрицательного влияния на окружающую среду, на здоровье обслуживающего персонала и пожаровзрывобезопасность;
• улучшения условий труда обслуживающего персонала.

По комплексной оценке скандинавских энергопроизводителей, древесные топливные гранулы (пеллеты) эффективнее дров и щепы в 5–6 раз. Этим, по-видимому, можно объяснить бум производства и энергетического использования пеллет в странах ЕС, США, Канаде, а в последние три года — и в России.

Топливные гранулы производятся из древесных отходов: опилок, стружки, щепы древесины любых пород (хвойных, лиственных), а также из коры.

Технологическая цепочка производства гранул:

• подготовка исходного сырья: щепы или опилок;
• измельчение исходного сырья;
• сушка до технологически установленной влажности;
• дробление до мелкой фракции в молотковой дробилке (в древесную муку);
• гранулирование и охлаждение;
• отправление на склад.

Собственно гранулирование биомассы используется в мире более 30 лет. Гранулировать можно все: бумагу, солому, торф, хлопок, оливковые косточки и т.д.

Солома — сложный вид топлива. Она неоднородная, достаточно влажная и объемная. Для получения одинаковой энергии объем соломы должен примерно в 10–20 раз превышать объем угля.

Для удобного сбора, транспортировки, хранения и доставки в котельную используют прессование соломы в тюки. В энергетике применяют круглые и прямоугольные, среднего и большого размера тюки. Обычно высота круглых тюков составляет 1,2 м, диаметр — 1,5 м. Масса в зависимости от уровня влажности меняется в пределах от 200 до 300 кг.

Теплотворная способность соломы прямо пропорциональна содержанию влажности. Как показывает практика, теплотворная способность соломы уменьшается на 1,5 % при увеличении влажности на 1 %. Важно, чтобы солома для сжигания была достаточно сухой. В процессе сушки цвет соломы меняется с желтого на серый. Таким образом, уровень влажности соломы можно определить визуально по цвету соломы. Максимально допустимая влажность соломы 20…22 %, оптимальная — 15 %.

Предусмотрены различные топки котлов для сжигания соломы, позволяющие сжигать солому как в тюках, так и в разрыхленном виде. Использование разрыхленной соломы позволяет полностью автоматизировать подачу топлива и процесс горения.

При сжигании соломы остается зола, которая составляет приблизительно 4 % от веса используемой соломы. Около 70 % продуктов сгорания — это летучие газы. Высокое содержание летучих газов выдвигает особые требования для конструкции топок и горелок для сжигания соломы. В соломе много хлорсодержащих веществ, что может вызвать коррозию, особенно при высоких температурах. Из-за значительного содержания щелочных металлов температура размягчения и плавления золы соломы сравнительно низкая. При низких температурах могут образовываться шлаки. Твердые куски шлаков очень трудно отделить и удалить из котла. Чтобы предупредить образование шлаков, пользуются добавками к топливу. Золу, в которой содержатся питательные вещества, в основном натрий, можно использовать как удобрение.

Цикл интенсивного горения топлива зависит от его химического состава — соотношения летучих газообразных компонентов и твердого углерода. Солома сама по себе уже отчасти выполняет функции колосника. Тонна соломы горит 5 ч, а теплоемкость ее выше, чем у тонны древесины. С 1 га получается примерно 3 т соломы. Этим количеством в условиях средней полосы России и Беларуси можно обогревать в течение года 10 м2 помещений. Данное соотношение (1 га = 10 м2) принято и для условий Алтая.

Торф — горючее полезное ископаемое растительного происхождения, предшественник генетического ряда углей. Торф представляет собой органическое вещество, образовавшееся в результате отмирания и неполного распада болотных растений в условиях повышенной влажности и затрудненного доступа воздуха. Ежегодный прирост растительной массы зависит от вида растений, климатических условий, типа болота. В среднем он колеблется от 10 до 25 мм в год.

Торф является практически единственным возобновляемым природным минерально-сырьевым ресурсом. Прирост слоя торфяной залежи составляет от 0,8 до 1,2 мм в год в зависимости от режима питания торфяного болота и геоклиматических условий.

По данным Международного торфяного общества, ежегодно в мире образуется почти 3 млрд м3 торфа, что превышает объемы его использования примерно в 120 раз. Ежегодный прирост торфа на месторождениях России составляет 250 млн т, Беларуси — примерно 1 млн т. В России прирост торфа в 83 раза превышает его добычу. В Республике Беларусь наблюдается иная картина. Ежегодное уменьшение запасов торфа с учетом добычи, потерь от минерализации органического вещества, ветровой, водной эрозии и пожаров составляет 13…14 млн т. Это свидетельствует об отрицательном балансе возобновления торфяных ресурсов.

4. Термохимические методы конверсии биомассы

Сжигание биомассы является наидревнейшим способом получения теплоты для приготовления пищи и обогрева жилья.

Сжигание древесины для производства тепла является основным процессом, применяемым в мировой биоэнергетике; при этом постоянно ведутся работы по его усовершенствованию и снижению выбросов. В зависимости от размера можно выделить несколько топочных систем. В небольших отопительных системах для домохозяйств, как правило, используются пеллеты или дрова. В средних системах целесообразно сжигать древесную щепу в решетчатых бойлерах. В крупных бойлерах можно сжигать широкий спектр топлив, включая древесные отходы и некондиционное топливо.

В настоящее время основным методом производства электричества и когенерации тепловой и электрической энергии является сжигание, однако при этом появляются и новые технологии, такие как газификация, а в среднесрочной перспективе и пиролиз.

Влагосодержание древесного топлива существенно влияет на механизмы и эффективность процессов горения и теплообмена в энергогенерирующих установках. Устойчивое, стабильное горение происходит при влажности, например топливной щепы, до 40…45 %. Горение возможно также и при влажности щепы до 56…57 % с коэффициентом избытка воздуха от 2 до 4…5, но оно неустойчиво. В отдельных дорогостоящих топочных устройствах можно сжигать щепу с предельно допустимой влажностью 60 и даже 65 % или использовать дополнительные источники тепла, сжигая другое топливо (газовая, мазутная подсветка и т.д.). Такие технологии целесообразно использовать для утилизации древесных отходов, а не для производства тепловой энергии.

Другими важнейшими факторами, существенно влияющими на эффективность топочных процессов, являются неоднородность и непостоянство физико-механических характеристик первичных видов древесного топлива. Необходимо также отметить, что технологии энергетического использования первичного древесного топлива требуют дорогостоящего, сложного и громоздкого оборудования при его заготовке, измельчении, хранении и транспортировке.

Для эффективного использования древесного топлива необходимо должным образом подготовить исходную топливную древесину: высушить, гомогенизировать, т.е. придать ей стабильные физико-химические и механические параметры и свойства. Это позволит в 2–3 раза повысить удельную теплотворную способность древесины, оптимизировать топочные процессы, увеличить КПД теплогенерирующего оборудования, его эффективность (в 1,3–2,8 раза), а также снизить стоимость оборудования и затраты на его эксплуатацию. Использование рафинированных видов древесного топлива и эффективное теплопроизводящее оборудование позволят получить в 2–4 раза больше тепловой энергии из имеющегося потенциала топливной древесины по сравнению с технологиями сжигания, газификации и т.д. первичных видов древесного топлива.

Сжигание газа и жидких видов топлива не требует каких бы то ни было особых конструкций котла. Все просто: соответствующая горелка и простейший водотрубный теплообменник, никаких футеровок топки, никаких отдельных устройств топливоподачи. Местные же виды топлива (торф и его продукты, опилки, стружка, пеллеты, дрова, солома низкокачественный уголь и т.д.) требуют создания специальных условий для сжигания. Мало того, чтобы уйти от ручной загрузки топлива, необходимо снабжать котел достаточно сложными устройствами подачи топлива.

К специальным условиям сжигания можно отнести конструкцию топки. В газовых или жидкотопливных котлах топливо прекрасно сгорает в факеле, формируемом горелкой, топка является активной частью теплообменника и отбирает солидную долю тепла, передаваемую излучением. Котлы для твердого топлива (особенно низкокалорийного) содержат топки различных конструкций. Дело в том, что если отбирать лучистую часть энергии в топке, то при поступлении новой порции топлива она может не разгореться (не хватит энергии разогреть новую порцию до температуры горения). Отбор лучистой энергии блокируется футеровкой топочного пространства, материал которой, нагреваясь, аккумулирует тепло, а затем отдает его новой порции топлива, способствуя поддержанию горения. Также существуют различные способы организации поддува воздухом. Они улучшают процесс горения, способствуют при правильной организации более полному сжиганию топлива и повышению общего КПД.

Отдельной частью является устройство подачи топлива в топку. Разработано достаточное количество методов реализации таких устройств, все они имеют те или иные преимущества и недостатки. Самой распространенной является шнековая подача ввиду своей простоты и надежности. Однако подача шнеком сильно ограничена по фракции топлива. Второй по распространенности является подача поршнем. В этом случае увеличивается максимальный размер фракции подаваемого топлива. Например, брикет, уголь, древесные отходы с включениями от 3535 до 5035 автоматически в топку можно подать только поршнем.

Далее поданное топливо необходимо сжечь. Несмотря на то что сжигание твердого топлива для различных видов имеет общие черты, имеется и ряд существенных различий. Дрова, например, имеют низкую зольность и не шлакуются, уголь имеет существенно более высокую зольность и шлакуется. Под каждый вид твердого топлива есть оптимизированные топки с неподвижными элементами, они надежны и относительно дешевы. Более универсальными являются топки с подвижными колосниками, которые позволяют эффективно сжигать в одной конструкции и уголь, и древесные отходы различной фракции.

Пиролиз — термическое разложение биомассы в процессе ее нагрева без кислорода или частичное сжигание при малом количестве кислорода.

Среди современных технологий энергетического использования растительной биомассы термохимическая конверсия (пиролиз, или сухая перегонка) является наиболее универсальной. Она позволяет получать качественное, экологически безопасное твердое, жидкое и газообразное топливо из практически любого сырья (древесина, отходы при переработке древесины, твердые бытовые отходы, уголь, подсушенный навоз, включая полимеры искусственного происхождения), содержащего органические компоненты. При этом энергетические затраты на обеспечение термохимического процесса обычно не превышают 5 % от теплотворной способности получаемых энергетических продуктов.

Чтобы процесс пиролиза шел успешно, должны соблюдаться определенные условия. Подаваемый материал предварительно сортируют для снижения негорючих примесей, подсушивают (следует в то же время избегать подачи пересушенного материала), измельчают. Критическим параметром, влияющим на температуру и на соотношение видов получаемых продуктов, является соотношение воздух — горючее. Проще всего управлять блоком, работающим при температуре ниже 600 °С. При более высоких температурах (от 600 до 1000 °С) блоком управлять труднее, но количество водорода в вырабатываемом газе увеличивается. При температуре ниже 600 °С можно выделить четыре стадии перегонки:

• 100…120 °С — подаваемый в газогенератор материал, опускаясь вниз, освобождается от влаги;
• 275 °С — отходящие газы состоят в основном из N₂, СО и СО₂; извлекаются уксусная кислота и метанол;
• 280…350 °С — начинаются экзотермические реакции, в процессе которых выделяется сложная смесь летучих химических веществ (кетоны, альдегиды, фенолы, эфиры);
• свыше 350 °С — выделяются все типы летучих соединений; одновременно с образованием СО происходит увеличение образования Н₂, часть углерода сохраняется в форме древесного угля, смешанного с зольными остатками.

Разновидности топлива, получаемого в результате пиролиза, обладают меньшей по сравнению с исходной биомассой суммарной энергией сгорания, но отличаются большей универсальностью применения:

• твердый остаток (максимальная массовая доля 25…35 %). Современные установки для получения древесного угля, работающие при температуре 600 °С, преобразуют в требуемый продукт от 25 до 35 % сухой биомассы. Древесный уголь на 75…85 % состоит из углерода, обладает теплотой сгорания около 30 МДж/кг;
• жидкости (конденсированные испарения, максимальная массовая доля около 30 %). Делятся на вязкие фенольные смолы и текучие жидкости, пиролигенные кислоты, в основном уксусную кислоту, метанол (максимум 2 %) и ацетон. Жидкости могут быть отсепарированы либо могут использоваться вместе в качестве необработанного топлива с теплотой сгорания около 22 МДж/кг;
• газы (максимальная массовая доля, получаемая в газогенераторах, составляет примерно 80 %). Смесь выделяющихся при пиролизе газов с азотом известна как древесный газ, синтетический газ, генераторный газ или водяной газ. Теплота сгорания на воздухе составляет 5…10 МДж/кг (от 4 до 8 МДж/м3 при нормальных условиях). Эти газы могут быть использованы непосредственно в дизелях или в карбюраторных двигателях с искровым зажиганием, при этом основная трудность — избежать попадания в цилиндры золы и конденсирующихся продуктов пиролиза. Газы в основном состоят из N₂, H₂ и CO с малыми добавками CH₄ и CO₂. Их можно накапливать в газгольдерах при давлении, близком к атмосферному.

Для повышения выхода пиролизного газа технологический цикл может также включать стадию дополнительного нагрева парообразных продуктов до 900…1500 °С. Дополнительный нагрев осуществляется непосредственно в реакторе пиролиза растительной биомассы или в отдельной камере. Путем изменения ограниченного количества технологических параметров, таких как температура и время обработки, удается в широких пределах изменять химический состав продуктов и, соответственно, выход твердой, жидкой и газообразной фракций биотоплив.

Самое молодое направление термохимической технологии производства биотоплива — «быстрый» пиролиз. Экспериментально было установлено, что при умеренных температурах (450…600 °С) и небольшой продолжительности (в пределах 2 с) термического воздействия на растительную биомассу удается повысить выход бионефти — жидкого продукта технологического процесса — до 75…80 % от сухой массы исходного органического вещества. Было предложено несколько способов реализации процесса быстрого пиролиза, из которых наибольшее распространение получил метод кипящего слоя. Во многом это объясняется тем, что к моменту зарождения быстрого пиролиза технология кипящего слоя уже давно и широко использовалась в котлах, работающих на твердом топливе.

Реакторы кипящего слоя представляют собой достаточно громоздкие и сложные сооружения, требующие больших капиталовложений, которые окупаются только при достаточно большом объеме производства биотоплива. Оценки показывают, что установки производительностью менее 0,5 т сухой массы в час нерентабельны даже при нулевой стоимости растительного сырья. Производительность первого коммерческого комбината по производству бионефти из древесных отходов, построенного в Канаде компанией DynaMotive Energy Systems, составляет 10 т/ч. В соответствии с проектом комбинат будет перерабатывать в бионефть 100 т отходов древесины в сутки. Это даст деревообрабатывающему предприятию годовую экономию природного газа, которая в энергетическом выражении составит 400 000 ГДж (при цене 7 дол. США за 1 ГДж).

При температуре 450…500 °С можно получить наилучший по качеству древесный уголь, теплота сгорания которого 30 МДж. Он широко применяется в качестве топлива в быту в развивающихся странах, в медицине, химической и металлургической промышленности.

Термическая газификация — термальная обработка биомассы при помощи окислителя (например, воздуха) с ограниченной подачей кислорода, в результате чего образуется газовая смесь (содержащая CO и H₂), которая может использоваться для энергетических нужд.

В настоящее время имеются два освоенных в промышленных масштабах способа энергетического использования растительной биомассы: одностадийное (прямое) сжигание и двухстадийное сжигание.

Традиционный одностадийный способ сжигания широко применяется для получения тепловой энергии из древесины и отходов ее переработки. Однако трудности в обеспечении полноты сгорания твердого топлива и неравномерность температурного поля в факеле пламени приводят к образованию вредных ПАУ и термических окислов азота. По данным различных исследователей, содержание ПАУ и NO_х в продуктах сгорания влажной древесины может доходить соответственно до 400 мг/кг и 1000 мг/кг. В дымовых газах может также присутствовать значительное количество угарного газа (до 30 г/кг). Существенную долю в объеме растительной биомассы, доступной для использования, составляют сельскохозяйственные отходы (солома, лузга семян, кукурузные стержни и др.). При их сжигании в топочных устройствах часто возникают технические проблемы (шлакование колосников, унос мелкой фракции, отложения на поверхностях нагрева и др.), которые существенно снижают показатели работы оборудования.

Указанные выше недостатки практически полностью устраняются при использовании способа двухстадийного сжигания, включающего стадию термической переработки растительной биомассы в горючий газ (газификацию) и стадию сжигания генераторного газа. Так, по данным финских исследователей, выбросы вредных веществ при двухстадийном сжигании существенно снижаются, не превышая по окиси углерода 4 г/кг, по ПАУ — 100 мг/кг. Температура горения низкокалорийного генераторного газа не превышает 1500 °С, что исключает образование термических окислов азота. Перевод топочного устройства, сжигающего жидкое или газовое топливо, на местные растительные отходы не связан со значительной реконструкцией топки, если реализуется двухстадийная схема. В этом случае модернизация топки сводится только к замене горелочного устройства. Эксплуатационные характеристики котлоагрегата на генераторном газе выше, чем на твердом топливе. Устраняется необходимость периодической остановки котла для очистки конвективных поверхностей нагрева от внешних отложений и для ремонта колосниковой решетки.

В настоящее время в промышленности разных стран работают газогенераторные установки разнообразных конструкций и принципов действия. Существуют многочисленные способы газификации: слоевая газификация по прямому и обращенному процессам, газификация с кипящим и циркулирующим кипящим слоем, атмосферная газификация и под давлением, газификация при воздушном, паровоздушном и кислородном дутье и др. Наибольшее распространение получили газогенераторы «плотного» и «кипящего» слоя. В соответствии с современными тенденциями газогенераторы «кипящего» слоя обслуживают энергетические установки тепловой мощностью 10…100 МВт по сжигаемому газу.

Для установок малой и средней мощности (до 10 МВт), работающих на влажном полифракционном топливе, при необходимости широкого диапазона регулирования их работы наиболее эффективно применение газогенераторов «плотного» слоя. Определенные достижения в создании газогенераторных установок на растительной биомассе в Финляндии и России были достигнуты благодаря государственным программам, поддерживающим развитие этого направления. Усилия белорусских ученых были объединены программой «Экологически чистая энергетика» (1992–1997 гг.). В ходе ее осуществления разработаны газогенераторы, отличительной особенностью которых является работа по обращенной схеме газификации. Эта схема (рис. 7) предусматривает движение слоя биомассы и образующегося газа в одном направлении (прямотоком).

Растительная биомасса загружается в верхнюю часть газогенератора и движется в нижнюю часть аппарата по мере выгорания материала. При этом происходит ее сушка и термолиз за счет тепла, выделяющегося в зоне горения, и тепла, отводимого от генераторного газа при его движении вдоль внутренних стенок аппарата.

Рис. 7. Схема газогенератора: 1 — биомасса; 2 — зона горения; 3 — теплообменник; 4 — колосниковая решетка; 5 — отвод пара; 6 — выгрузка золы; 7 — футеровка

Для поддержания реакций горения в газогенератор через фурны подается дутьевой воздух, который предварительно нагревается во встроенном в корпус газогенератора теплообменнике. В нижней части аппарата находится колосниковая решетка, при вращении которой выгружается зола и коксовый остаток — остаточные продукты процесса. Генераторный газ отводится из-под колосников и после охлаждения выводится из аппарата.

Получаемое газовое топливо содержит малое количество паров смол и кислот (менее 5 г/м3), так как продукты термолиза проходят через высокотемпературную (около 1100 °С) зону горения, где осуществляется их крекинг. Основными горючими компонентами генераторного газа являются СО (10…20 %), Н₂ (10…15 %) и C_nH_m (1…3 %). В газе также содержатся СО₂ (10…15 %), N₂ (40…50 %) и Н₂О (10…25 %). Теплота сгорания сухого генераторного газа в зависимости от его состава меняется от 3,5 до 5,5 МДж/м3. Она может быть повышена до 10…12 МДж/м3 при переходе на кислородное дутье в газогенераторе.

Достигнутые в ходе эксплуатации параметры работы российских газогенераторов различной мощности приведены в табл. 6.

Таблица 6. Параметры работы газогенераторов

* Газогенератор работает по схеме противотока.

Газогенераторы, представленные в табл. 31, были созданы, чтобы снабжать газом различные энергетические установки. Например, газогенератор 2,8 МВт вырабатывал газ для котлоагрегата КЕ-10-14 МТ, газогенератор 0,6 МВт поставлял газ в камеру сгорания сушилки АВМ-0,65 РЖ, а газогенератор 0,1 МВт обеспечивал работу двигателя внутреннего сгорания мощностью 35 кВт.

Подготовка генераторного газа к сжиганию в топочном устройстве обычно ограничивается его очисткой от пылевидных частиц в инерционно-осадительном аппарате. Сжигание генераторного газа в двигателе внутреннего сгорания требует более тщательной очистки газа от пыли (до 0,02 г/м3) и низкокипящих смол (до 0,03 г/м3), а также охлаждения до температуры около 40 °С. Способы охлаждения и очистки в основном известны и базируются на использовании серийного оборудования (рекуперативные теплообменники, циклоны, скрубберы, электрофильтры и др.).

Таким образом, газогенераторы, получающие горючий газ из биомассы, позволяют решить проблему самообеспечения потребителей, удаленных от централизованных источников энергии, тепловой и электрической энергией, т.е. перейти на автономное энергообеспечение на основе местных ресурсов. Именно это направление автономного энергообеспечения признано перспективным для лесоизбыточных стран в отчете FAO. Возможно также использование генераторного газа для газоснабжения сельских и лесных поселков, для получения синтез-газа (смесь окиси углерода с водородом) с последующим производством метанола, этанола, бензина. Введенные в эксплуатацию российские газогенераторы вырабатывают горючий газ в основном из древесных отходов, имеющих низкую зольность (около 1 %) и относительно высокую температуру плавления золы (1400 °С).

В технологиях по газификации достигнут значительный прогресс. Газификаторы с циркулирующим кипящим слоем успешно применяются при производстве газа, служащего топливом для существующих угольных бойлеров, например в Лати (Финляндия), Руен (Бельгия), Амер (Нидерланды) и т.д. Подобная технология позволяет использовать влажные топлива и топлива, полученные за счет утилизации мусорных отходов, при относительно низких удельных инвестициях и операционных затратах. В настоящее время технологическая проблема заключается в использовании очищенного газа. Недавно созданная технология обращенного газогенератора с неподвижным слоем может применяться на малых станциях когенерации (мощность газификатора до 1 МВт тепловой энергии) благодаря относительно высокой электрической эффективности. Некоторые компании в Европе уже предлагают данную технологию.

В свете поиска новых жидких топлив для транспортного сектора открываются новые возможности для газификации. Синтезгаз содержит большое количество водорода, который можно извлекать более эффективными способами по сравнению с традиционными процессами гидролиза и ферментации. Синтез-газ может быть также переработан в метанол, диметиловый эфир или дизель по методу Фишера — Тропша. В настоящее время такой дизель производится на экспериментальном уровне и характеризуется более благоприятными химическими свойствами с точки зрения воздействия на окружающую среду, биоразложимости, внедрения в существующую топливную инфраструктуру.

5. Экологическая оценка использования местных видов топлива

Как указывалось выше, древесное топливо имеет малую зольность (0,4…1,5 %), незначительное содержание серы (менее 0,05 %) и углекислотную нейтральность, так как при его сжигании выделяется такое же количество диоксида углерода (СО₂), как и при естественном гниении древесины (табл. 7).

Таблица 7. Средние значения эмиссии СО₂ и SO₂ топлива

* Данный показатель измерен в кг СО₂/1000 м3.

Тот углекислый газ, который образуется при сжигании биотоплива, т.е. древесины и ее компонентов, не засчитывается в общий объем выбросов парниковых газов, потому что он является частью непосредственного природного карбонового цикла.

Солома — воспроизводимый ресурс, и она поддерживает баланс двуокиси азота в атмосфере: сколько СО₂ выделится при ее сжигании, столько потом будет потреблено в течение следующего лета в ходе роста зерновых.

Необходимо подчеркнуть чрезвычайно положительную экологическую роль торфа при его использовании, которая включает в себя:

а) снижение уровня загрязнения CO₂ атмосферного воздуха; б) повышение экологической чистоты сельскохозяйственных

продуктов и детоксикации почв при применении торфа в качестве органического удобрения и использовании торфяной золы как минерального удобрения, богатого микроэлементами;

в) при добыче торфа происходит снижение агрессивной ландшафтной составляющей болот, в первую очередь олиготрофной, изменяющей (уменьшающей) площади и структуру лесных массивов в сторону их заболачиваемости;

г) получение широкого ассортимента продукции (сорбентов, нефтепоглотителей, фильтров и т.д.), применяемой для решения проблем охраны окружающей среды.

Например, при замене угля, сланцев и мазута на торф снижается загрязнение атмосферного воздуха выбросами оксидов серы: по сравнению с углем — в 4–24 раза (в зависимости от зольности и угольного бассейна), со сланцем — в 9 раз, с мазутом — в 6 раз, а выброс твердых взвешенных частиц — в 2–19 раз по сравнению с углем, в 36 раз — по сравнению со сланцем. Оставшаяся от торфа зола прекрасно утилизируется как удобрение.

Просмотров:
692

Газогенераторный автомобиль

Во время Второй мировой войны в Европе почти каждое транспортное средство было переоборудовано на использование дров в качестве топлива.
Автомобили, работающие на древесном газу
(также еще называемые газогенераторные автомобили
) хоть и теряют свою элегантность во внешнем виде, но очень эффективны, по сравнению со своими бензиновыми собратьями, в плане экологичности и могут равняться с электромобилями.
Рост цен на топливо приводит к возобновлению интереса к этой почти забытой технологии: во всем мире, десятки любителей разъезжают по улицам городов на своих самодельных газогенераторных автомобилях.

Процесс образования газогенераторного газа (синтез газа)
, при котором органический материал превращается в горючий газ, начинает происходить под воздействием тепла при температуре 1400 ° C .

Первое использование древесины для образования горючего газа начинается с 1870 года, тогда его использовали для уличного освещения и приготовления пищи.

В 1920-х годах, немецкий инженер Жорж Эмбер
разработал генератор,
вырабатывающий древесный газ для мобильного использования. Получаемый газ очищался, немного охлаждался, а затем подавался в камеру сгорания двигателя автомобиля, при этом, двигатель практически не нуждался в переделке.

С 1931 года началось массовое производство генераторов Эмбера. В конце 1930-х годов, уже около 9000 транспортных средств использовали газогенераторы исключительно в Европе.

Вторая мировая война

Газогенераторные технологии стали обычным явлением во многих европейских странах во время Второй мировой войны, из-за ограничения и дефицита ископаемых и жидких видов топлива. В одной только Германии, к концу войны, около 500.000 автомобилей были дооборудованы газогенераторами для эксплуатации на древесном газу.

Газогенераторные гражданские автомобили времен Второй мировой войны

Было построено около 3000 «заправочных станций», где водители могли запастись дровами. Не только легковые автомобили, но и грузовые автомобили, автобусы, трактора, мотоциклы, корабли и поезда были оснащены газогенераторными установками. Даже некоторые танки были оборудованы газогенераторными установками, хотя для военных целей немцы производили жидкие синтетические топлива (сделанные из дерева или угля).

500.000 газогенераторных гражданских автомобилей к концу войны в Германии

В 1942 (когда технология еще не достигла пика своей популярности), насчитывалось около 73000 газогенераторных автомобилей в Швеции, во Франции 65000, 10000 в Дании, 9000 в Австрии и Норвегии, и почти 8000 в Швейцарии. В Финляндии числилось 43000 газогенератрных машин в 1944 году, из которых 30000 были автобусы и грузовые автомобили, 7000 легковые автомобили, 4000 тракторов и 600 лодок.

Газогенераторные автомобили также появилась в США и в Азии. В Австралии насчитывалось около 72000 газогенераторных автомобилей. В общей сложности более миллиона автомобилей использующих древесный газ находилось в эксплуатации во время Второй мировой войны.

После войны, когда бензин стал вновь доступен, газогенераторные технологии почти мгновенно канули в лету. В начале 1950-х годов, в Западной Германии осталось только около 20000 газогенераторов.

Программа исследований в Швеции

Рост цен на топливо и глобальное потепление привело к возобновлению интереса к дровам, как к непосредственному топливу. Многие независимые инженеры по всему миру занялись переоборудованием стандартных автомобилей на использование древесного газа в качастве автомобильного топлива. Характерно, что большая часть этих современных газогенераторов разрабатывается в Скандинавии.

В 1957 году правительство Швеции создало исследовательскую программу для подготовки к возможности быстрого перехода автомобилей на использование древесного газа, в случае внезапной нехватки нефти. Швеция не имеет запасов нефти, но у нее есть огромные лесные массивы, которые могут использоваться в качестве топлива. Целью этого исследования была разработка улучшенной, стандартизированной установки, которая может быть адаптирована для использования на всех видах транспортных средств. Это исследование поддерживалось производителем автомобилей Volvo. В результате изучения работы автомобилей и тракторов на протяженности 100.000 км пробега, были получены большие теоретические знания и практический опыт.

Некоторые финские любители инженеры использовали эти данные для дальнейшего развития технологии, например Юха Сипиля (на изображении слева).

Газогенераторная установка вырабатывающая древесный газ, выглядит как большой подогреватель воды. Эту установку можно разместить на прицепе (хотя это затрудняет парковку автомобиля), в багажнике автомобиля (занимает почти все багажное отделение) или на платформе в передней или задней части автомобиля (наиболее популярный вариант в Европе). На американских пикапах, генератор помещается в кузове. Во время Второй мировой войны, некоторые автомобили были оснащены встроенным генератором, полностью скрытым от глаз.

Топливо для газогенератора

Топливо для газогенераторных автомобилей состоит из древесины или щепы (фото слева). Древесный уголь также может быть использован, но это приводит к потере до 50 процентов энергии, содержащейся в оригинальной биомассе. С другой стороны, уголь содержит больше энергии за счет более высокой калорийности, так что спектр топлив может быть разнообразен. В принципе, любой органический материал может быть использован. Во время Второй мировой войны, уголь и торф использовались, но лес был основным видом топлива.

Голландская Volvo 240

Один из наиболее удачных газогенераторных автомобилей был построен в 2008 году голландцем Джоном. Многие автомобили, оборудованные газогенераторами, имели громоздкую конструкцию и не очень привлекательный вид. Голландская Volvo 240, укомплектована современной газогенераторной системой из нержавеющей стали, и имеет современный элегантный вид.

“Получить древесный газ не так уж трудно”, говорит Джон, намного труднее получить чистый древесный газ. У Джона есть много нареканий на автомобильные газогенераторные установки, так как производимый ими газ содержит много примесей.

Джон из Голландии твердо уверен, что газогенераторные установки вырабатывающие древесный газ намного перспективнее использовать стационарно, например, для отопления помещения и для бытовых нужд, для производства электроэнергии, и для подобных производств. Газогенераторный автомобиль Volvo 240 рассчитан прежде всего для демонстрации возможностей газогенераторной технологии.

Возле автомобиля Джона и возле подобных газогенераторных автомобилей всегда собирается много восхищенного и заинтересованного народа. Тем не менее автомобильные газогенераторные установки для идеалистов и на время кризиса — считает Джон.

Технические возможности

Газогенераторная Volvo 240 достигает максимальной скорости 120 километров в час (75 миль / ч) и может поддерживать крейсерскую скорость 110 км / ч (68 миль / ч). “Топливный бак” может содержать 30 кг (66 фунтов) древесины, этого достаточно для примерно 100 километров пробега (62 миль), что сравнимо с электромобилем.

Если заднее сидение загрузить мешками с древесиной, то дальность пробега увеличивается до 400 километров (250 миль). Опять же, это сравнимо с электромобилем, если пространство для пассажира приносится в жертву для установки дополнительных батарей, как в случае с Tesla Roadster или электромобилем Mini Cooper. (В газогенераторе дополнительно ко всему, периодически нужно брать мешок с древесиной из заднего сидения и высыпать в бак).

Прицепной газогенератор

Существует принципиально другой подход к переоборудованию автомобилей газогенераторными системами. Это способ размещения газгена на прицепе. Такой подход избрал Веса Микконен. Последняя его работа — это газогенераторный Lincoln Continental 1979 Mark V, большой тяжелый американский автомобиль класса купе. Lincoln потребляет 50 кг (110 фунтов) древесины на каждые 100 километров пробега(62 миль) и является значительно менее экономным, чем Volvo Джона. Вес Микконен также переоборудовал Toyota Camry, более экономичный автомобиль. Этот автомобиль потребляет всего 20 кг (44 фунтов) древесины при таком же пробеге. Однако прицеп остался почти таким же большим, как и сам автомобиль.

Оптимизация электромобилей может происходить за счет уменьшения размеров и облегчения общего веса. С двоюродными братьями газогенераторными автомобилями такой способ не подходит. Хотя со времен Второй мировой войны газогенераторные автомобили стали намного совершеннее. Автомобили военных времен могли проезжать 20 — 50 километров на одной заправке, имели низкие динамические и скоростные характеристики.

Газогенераторный деревянный автомобиль Джоста Конина

«Передвигаться по миру при помощи пилы и топора», — под таким девизом голландец Джост Конин (Joost Conijn) на своем газогенераторном автомобиле с прицепом, совершил двухмесячное путешествие по Европе, абсолютно не беспокоясь о заправочных станциях (которых он не видел в Румынии).

Хотя прицеп в данном автомобиле использовался для других целей, для хранения дополнительного запаса дров, благодаря чему увеличивалось расстояние между «заправками». Интересно то, что Джост использовал древесину не только в качестве топлива автомобиля, но и как строительный материал для самого автомобиля.

В 1990-х годах водород рассматривали в качестве альтернативного топлива будущего. Затем большие надежды возлагались на биотопливо. Позже большое внимание привлекло развитие электрических технологий в автомобилестроении. Если и эта технология не получит дальнейшего продолжения (тому есть объективные предпосылки), тогда наше внимание вновь сможет переключиться на газогенераторные автомобили.

Несмотря на высокое развитие промышленных технологий, использование древесного газа в автомобилях, представляет интерес с экологической точки зрения, по сравнению с другими альтернативными видами топлива. Газификация древесины несколько более эффективна, по сравнения с обычным сжиганием древесины, так как при обычном сжигании теряется до 25 процентов содержащейся энергии. При использовании газогенератора в автомобиле возрастает потребление энергии в 1,5 раза по сравнению с автомобилем работающем на бензиновом топливе (включая потери на предварительный нагрев системы и увеличение веса самой машины). Если принять к сведению, что необходимая для нужд энергия транспортируется, а затем вырабатывается из нефти то и газификация древесины остается эффективна по сравнению с бензином. Так же следует учитывать, что древесина является возобновляемым источником энергии, а бензин нет.

Преимущества газогенераторных автомобилей

Самое главное преимущество газогенераторных автомобилей заключается в том, что в нем используется возобновляемое топливо без какой-либо предварительной обработки. А на преобразование биомассы в жидкое топливо, такое как этанол или биодизель, может расходоваться энергии (в том числе и СО2) больше, чем содержится в изначальном сырье. В газогенераторном автомобиле для производства топлива энергия не используется, за исключением порезки и рубки древесины.

Газогенераторный автомобиль не нуждается в мощных химических аккумуляторных батареях и это является преимуществом перед электромобилем. Химические аккумуляторы имеют свойство саморазряжаться и нужно не забывать их заряжать перед эксплуатацией. Устройства, вырабатывающие древесный газ являются, как бы, натуральными аккумуляторами. Отсутствует необходимость в высокотехнологичной обработке отработавших и неисправных химических аккумуляторных батарей. Отходами работы газогенераторной установки является зола, которая может быть использована в качестве удобрения.

Правильно сконструированный автомобильный газогенератор значительно меньше засоряет воздушное пространство, чем бензиновый или дизельный автомобиль.

Газификация древесины значительно чище, чем непосредственное сжигание древесины: выбросы в атмосферу сопоставимы с выбросами при сжигании природного газа. При эксплуатации электромобиль не засоряет атмосферу, но позже, для зарядки аккумуляторов нужно приложить энергию, которая, пока что добывается традиционным путем.

Недостатки газогенераторных автомобилей

Несмотря на многие преимущества в эксплуатации газогенераторных автомобилей, следует понимать, что это не самое оптимальное решение. Установка, производящая газ, занимает много места и весит несколько сотен килограммов — и весь этот «завод» приходится возить с собой и на себе. Газовое оборудование имеет большой размер из-за того, что древесный газ имеет низкую удельную энергию. Энергетическая ценность древесного газа составляет около 5,7 МДж / кг, по сравнению с 44 МДж / кг у бензина и 56 МДж / кг у природного газа.

При работе на газогенераторном газе не удается достигнуть скорости и ускорения, как на бензине. Так происходит потому, что древесный газ состоит примерно из 50 процентов азота, 20 процентов окиси углерода, 18 процентов водорода, 8 процентов двуокиси углерода и 4 процента метана. Азот не поддерживает горение, а углеродные соединения снижают горение газа. Из-за высокого содержания азота двигатель получает меньше топлива, что приводит к снижению мощности на 30-50 процентов. Из-за медленного горения газа практически не используются высокие обороты, и снижаются динамические характеристики автомобиля.

Опель Кадет, оснащенный газогенераторной установкой

Автомобили с небольшим объемом двигателя тоже можно оборудовать генераторами древесного газа (например, Opel Kadett на рисунке выше), но все же лучше оснащать газогенераторами большие автомобили с мощными двигателями. На маломощных двигателях, в некоторых ситуациях, наблюдается сильная нехватка мощности и динамики двигателя.

Сама газогенераторная установка может быть изготовлена и меньшего размера для небольшого автомобиля, но это уменьшение не будет пропорциональным размеру автомобиля. Были сконструированы газогенераторы и для мотоциклов, но их габаритные размеры сопоставимы с мотоциклетной коляской. Хотя этот размер значительно меньше, чем устройства для автобуса, грузовика, поезда или корабля.

Удобство использования газогенераторного автомобиля

Еще одна известная проблема газогенераторных автомобилей заключается в том, что они не очень удобны в использовании (хотя и значительно улучшились по сравнению с технологиями, используемыми во время войны). Тем не менее, несмотря на улучшения, современному газогенератору требуется около 10 минут, чтобы выйти на рабочую температуру, поэтому не получится сесть в автомобиль и немедленно уехать.

Кроме того, перед каждой последующей заправкой необходимо извлечь лопаткой золу — отработку предыдущего горения. Образование смол уже не так проблематично, чем это было 70 лет назад, но и сейчас это очень ответственный момент, так как фильтры должны очищаться регулярно и качественно, что требует дополнительного частого обслуживания. В общем, газогенераторный автомобиль требует дополнительных хлопот, полностью отсутствующих в работе бензинового автомобиля.

Высокая концентрация смертельного угарного газа требует дополнительных мер предосторожности и контроля от возможной протечки в трубопроводе. Если установка находится в багажнике, то не следует экономить на датчике СО в салоне автомобиля. Нельзя запускать газогенераторную систему в помещении (гараже), так как при запуске и выходе на рабочий режим должно быть открытое пламя (рисунок слева).

Массовое производство газогенераторных автомобилей

Газогенераторный Volkswagen Beetle, выпускаемый на заводе

Все транспортные средств, описанные выше, построены инженерами любителями. Можно предположить, если бы было решено выпускать газогенераторные автомобили профессионально в заводских условиях, то, скорее всего, многие недостатки были бы устранены, а преимуществ стало бы больше. Такие автомобили могли бы выглядеть более привлекательно.

Например, в автомобилях Volkswagen, выпускаемых в заводских условиях во время Второй мировой войны, весь газогенераторный механизм был скрыт под капотом. С передней стороны в капоте находился только люк для загрузки дров. Все остальные части установки не были видны.

Еще один вариант газогенераторного автомобиля выпускаемого в заводских условиях — Mercedes-Benz. Как видно на фотографии ниже, весь механизм газогенератора скрыт под капотом багажника.

Вырубка леса

К сожалению, увеличение использования древесного газа и биотоплива может привести к образованию новой проблемы. И массовое производство газогенераторных автомобилей может усугубить эту проблему. Если начать значительно увеличивать количество автомобилей, использующих древесный газ или биотопливо, то в таком же количестве начнут снижаться запасы деревьев, а сельскохозяйственные земли будут принесены в жертву для выращивания культур, перерабатываемых на биотопливо, а это может привести к образованию голода. Использование газогенераторной техники во Франции во время Второй мировой войны стало причиной резкого уменьшения лесных запасов. Так же и другие технологии производства биотоплива приводят к уменьшению выращивания полезных для человека растений.

Хотя, наличие газогенераторного автомобиля может привести к более умеренному его использованию:
прогревать в течении 10 минут газогенератор или использовать велосипед для перемещения в магазин за продуктами — скорее всего выбор будет сделан в пользу последнего;
рубить в течении 3-х часов дрова для поездки на пляж или воспользоваться поездом — вероятно выбор будет в пользу последнего.

На запуск и разогрев газогенератора нужно потратить минимум 10 минут времени

Как бы там ни было, газогенераторные автомобили не могут равняться с бензиновыми и дизельными автомобилями. Только глобальная нехватка нефти или очень большое удорожание ее сможет заставить нас пересесть на газогенераторный автомобиль.

По материалам: sintezgaz.org.ua

газогенератор,газогенератор своими руками,Газогенератора,газогенераторы бытовые,генератор, газогенераторный автомобиль

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.

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

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.

ЗИС-13

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.

ГАЗ-42

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.

ЗИС-21

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.

ГАЗ-52

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.

Исторически лесохимия возникла
задолго
до появления
нефтехимии. Углежогное дело, например, имеет
тысячелетнюю
историю, а
угольщик (англ. charcoal-burner или collier, нем. Köhler)
является персонажем многих народных сказок. В
старину
выделку
древесного угля осуществляли в буртах или
ямах, сейчас для этого используют специальное
оборудование. Европа
потребляет
большое количество древесного угля и сейчас. В
России
лесохимические производства начали интенсивно развиваться
в петровскую
эпоху.

Вопросами лесохимии занимались известные
отечественные химики Д.И. Менделеев, В.Е.Тищенко,
Е.И.Орлов и др.

В советский период многочисленные лесохимические
(биохимические)
фабрики имелись едва ли не в
каждой области и республике СССР. С развитием нефтехимии
лесохимические
предприятия несколько
утратили свое значение и некоторые из них были
перепрофилированы на
выпуск другой продукции. Например,
известная
московская фабрика мягкой мебели «Кузьминки» в 50-е годы
прошлого века
была лесохимическим заводом.
В период «перестройки» многие отечественные
лесобиохимические заводы по
ряду
объективных и субъективных причин обанкротились, как
впрочем, и многие
другие высоко технологические предприятия. Поэтому
уксусную
кислоту и др. продукты лесохимии наша страна сейчас
импортирует.

За рубежом дело обстоит иначе. Интерес к
использованию
биологических возобновляемых ресурсов (биомассе) постоянно
возрастает.
Биома́сса (биоматерия, биота)- совокупная масса
растительных и животных
организмов, присутствующих в биогеоценозе планеты
составляет примерно 2,4 ∙ 10 12 т,
97 %
из
этого
количества
занимают
растения
и
3 %
–
животные
организмы. Техническая переработка
биоресурсов
(biorafinery) является одной из наиболее
быстрорастущих отраслей
науки, техники и бизнеса.

Ресурсы
биомассы для газификации

В нашей стране экономически доступного
биологического сырья очень много — дрова, кора, ветви, пни
и др.
лесосечные отходы, отходы деревообрабатывающих и мебельных
производств,
лигнин, отходы зерноочистительных производств, различные
виды соломы
и стеблей растений (пшеница, рис, лен, кукуруза,
подсолнечник,
хлопчатник и пр.), тростник, плодовые косточки и ореховая
скорлупа,
различные промышленные и бытовые отходы. Во многих
местах сырье
для газификации буквально валяется под ногами. По разным
оценкам в
Россия ежегодно
накапливается до 300 млн. тонн различных органических
отходов, в т.ч.
до 50
млн. т. бытового мусора
.

Некоторые свойства различных лигносодержащих отходов в
сравнении с
каменным углем:

Существует шесть основных направлений
использования энергетического
потенциала
биологического сырья и отходов:

Газификация биомассы является одним из
наиболее дешевых и экологически
безопасных способов получения электрической и тепловой
энергии.
Существует два прямых способа получения газа из биомассы —
микробиологический и термический (пиролитический).
Древесина содержит
мало воды и довольно медленно поддается биоразложению.
Поэтому для нее
и большинства целлюлоза- и лигниносодержащих отходов
наиболее простым и эффективным способом газификации
является
термическая (пиролитическая) газификация.

Что такое пиролиз?

Пиролиз (от греч. pyr —
огонь и
lysis —
разложение) — представляет собой процесс термического
разложения органических соединений под действием высокой температуры.
Простейшим
видом
пиролиза
является
обычное
горение
материалов
(дров,
угля,
торфа
и
пр.)
в
костре,
на
пожаре
или
в
печи,
а
процессы
пиролиза
органики
играют
важную
роль
в
кулинарии.
Пиролиз
иногда
называют
еще
сухой
перегонкой
(dry
distillation).

Пиролиз является одним из важнейших химических процессов,
используемых
в энергетике и различных промышленных производствах —
металлургии,
нефтехимии и пр. Например, методом пиролиза получают такие
экономически
и технически важные
вещества как древесный уголь, кокс, дивинил, этилен,
пропилен, бензол и
др. В промышленности пиролизу подвергают нефть, уголь,
торф, древесину,
сельскохозяйственные отходы, промышленные отходы, бытовой
мусор и пр.

Пиролиз является одним из важных направлений в лесохимии и
используется
для выработки древесного угля, скипидара, дегтя, уксусной
кислоты,
метилового
спирта, ацетона и др. веществ.

Промышленный пиролиз древесины и др. видов биомассы — это
сложный химический процесс, происходящий в виде
разнообразных
реакций и превращений и осуществляется в ограниченном
(регулируемом) присутствии кислорода воздуха.
Универсального описания
процессов, происходящих при пиролизе биомассы не
существует, т.к. эти
процессы многокомпонентные и многофакторные.

В зависимости от условий процесса (вида
сырья,
степени его измельчения,
температуры,
давления, концентрации кислорода, воды, присутствия
катализаторов) и
конструкции реактора (печи,
колонны, реторты и т.п.) пиролиз происходит по разному с
выходом
различных твердых, жидких и
газообразных веществ. Типов
пиролитических реакторов (печей, реторт, колонн и пр.)
существует
несколько десятков. Следует иметь ввиду,
что разные
виды целлюлозосодержащего сырья имеют различающийся
химический состав,
что в определенной степени влияет на выход получаемых
продуктов
пиролиза.

Термическое разложение сложных органических
соединений биологического
происхождения начинается при
температурах близких к 100 ° С.
Разложение
основных
веществ
древесины
в
ходе
пиролиза
начинается
при
температуре
около
200 ° С,
однако
главные процессы происходят при температурах 400-800 ° С.
В
некоторых
случаях
пиролиз
органики
проводят
при
еще
более
высоких
температурах
1300-1800 ° С,
в т.ч. с использованием электрических плазмогенераторов.

В состав древесины входит 45–60% целлюлозы, 15–35%
лигнина и 15–25% гемицеллюлоз, а также пектаты
кальция
и магния, смолы,
камеди, жиры, танины, пигменты и минеральные вещества.
Сухое вещество древесины содержит около 50% углерода, 6%
водорода, 44%
кислорода, около 0,2 % азота и не более 1 % серы. Содержание
минеральных
веществ
(зольность)
древесины
0,2
—
1%. В
древесных сучьях золы может быть до 2%, в корнях до 5%.
От
10
до
25%
процентов
древесной
золы
(Na2CO3
и
K2CO3)
растворимы
в
воде,
из
нерастворимых
веществ
золы
важнейшими
являются
известь,
углекислые,
кремнекислые
и
фосфорнокислые
соли
магния,
железа
и
марганца. Температура
плавления
древесной
золы
1400
° С.

Существуют различные виды
пиролизных систем, ориентированные на получение различных
твердых,
жидких и газообразных продуктов —
древесного угля, спирта, кислоты, жидкого синтетического
топлива и
генераторного газа и др.

При пиролизе на древесный уголь полезный
выход
составляет
примерно
до
1
т
угля
из
8
—
12
плотных
кубометров
дров. Энергия,
выделяющаяся
в этом процессе, используется в главным образом на его
обеспечение. При газификации биомассы,
напротив,
подавляющая часть сырья превращается в горючий высококалорийный
газ, обеспечивающий выработку
электроэнергии
(примерно 1000 кВт/ч из 1,4
— 1,8 тонны
сырья).

В последнее время связи с
необходимостью
экономии углеводородных топлив интерес к газификации
твердых топлив возрос. К достоинствам газификации
древесины и др. видов биомассы, в отличие от обычного
сжигания в
топках, следует отнести незначительное
количество
веществ, загрязняющих окружающую
среду т.е. благоприятные экологические показатели по
сравнению с
другими энергетическими технологиями.

Получение
генераторного
газа и выработка
электроэнергии

Сейчас на промышленных предприятиях отходы древесины
и др.
биопродукты в лучшем случае сжигаются в печах и топках
котлов, которые
загружают измельченной щепой или топливными гранулами.
Однако,
стандартные топки имеют низкий КПД, требуют регулярной
очистки и
ремонтов, а в
атмосферу
в виде дыма выбрасываются не сгоревшие сложные и вредные
углеводородные
соединения и зольная пыль.

Генераторный газ, как топливо, имеет
несомненные
преимущества перед прямым сжиганием древесины и др. видов
биомассы. Генераторный
газ,
подобно
природному
газу,
может
быть
передан
на
большое
расстояние
по
трубопроводам
и
в
баллонах;
его
удобно
использовать
в
быту
для
приготовлении
пищи,
для
отопления
и
нагревания
воды,
а
также
в
технологических
и
силовых
установках.
Сжигание
газа
легко автоматизировать; продукты сгорания
менее токсичны, чем продукты прямого сжигания древесины и
др. видов
биомассы.

Генераторный газ используется как сырье для дальнейшей
химической
переработки и в качестве удобного и эффективного топлива
для горелок
сушилок,
печей, котлоагрегатов, газовых турбин, но
чаще, — газопоршневых установок. Таким образом по
свойствам он похож на
природный газ
и может использоваться взамен последнего.

Технология газификации твердых
топлив для
получения горючего газа не
является новой. Пионерами газификации были
британцы, немцы и французы (прибл.
1805 —
1815 г.г .). Сначала газ
использовался для только
для освещения улиц и жилищ при помощи фонарей и
ламп, а затем и
как топливо. В Москве оборудование для
получения
искусственного газа появилось на полвека позднее
(1865 г.). Тогда
английские
подрядчики получили монопольное право на освещение города,
а также на
беспошлинный ввоз оборудования для строительства завода по
производству
искусственного газа, газопроводов, фонарей, горелок,
счетчиков и
пр. Уголь для газификации также ввозился из Англии.
К 1905 г.
Москва располагала 215 верстами газовых сетей, 8735
газовыми
фонарями и 3720 частными потребителями газа (историческая
справка
Мосгаза). Природный газ в Москве появился только в
1946 г. (магистральный
газопровод
Саратов-Москва) . До нач. 60-х годов в СССР
газификация
твердых топлив была распространена
достаточно
широко: более 350 газогенераторных установок вырабатывали
из разл.
типов
твердых топлив около 35 млрд. м3/год генераторных газов
разного назначения.

То есть первоначально газовая промышленность
занималась изготовлением и распределением генераторного
газа и только в
середине 20 века стала переходить к газу натуральному.

В 20-50 г.г. прошлого
века
дровяные газогенераторы устанавливались на
автомобили, автобусы, трактора и другую технику,
которая
изготавливалась
серийно (напр. отечественные автомобили ГАЗ-42, ЗИС-21). В
лесной
промышленности
газогенераторными
установками
оборудовались
лесовозные
машины
и
трелёвочные
тракторы. На фото показан немецкий
мотоцикл,
оборудованный
весьма компактным газогенератором.
После войны транспортные газогенераторы еще долго
хранились в
мобилизационном резерве.

Связанная с развитием нефтехимии дешевизна
электроэнергии и
моторных топлив не
стимулировала развития малой и альтернативной
электроэнергетики.
Сейчас ситуация в нашей стране быстро меняется в пользу
применения
альтернативных
источников энергии т.к. даже простое подключение
предприятия
или хозяйства к электрической или газовой сети часто
становится
серьезной
проблемой.

Разработкой газификационных установок для древесины и др.
твердых
топлив сейчас занимаются многие зарубежные и отечественные
институты и
компании. На отечественном рынке уже есть предложения
малогабаритных
газификационных установок для фермеров и т.п., но
промышленным предприятиям и лесным поселкам нужны более
мощные
энергетические установки. Газогенераторные
установки
различаются по мощности: малой
–
до 100 кВт; средней – от 100 до 1000 кВт; большой
мощности –
свыше
1000 кВт. Существуют много типов и
десятки
конструкций газогенераторов, используемых для
газификации
отходов древесины и др. видов биомассы. Наиболее
популярные из
них генераторы прямого
и обратного горения, а также генераторы с кипящим слоем.

В газогенераторных установках происходит не только
пиролиз; правильнее
это процесс называют частичным
(т.е. неполным) окислением
углерода (partial
oxidation) . В газогенераторе сырье
проходит четыре
этапа преобразования в газ:

Первый этап — быстрое высыхание материала под действием
высокой
температуры; второй — термическое разложение (пиролиз)
биомассы с
образованием угля и
дегтя, с последующим его испарением и преобразованием в
смоляной газ;
третий — сгорание органических соединений смоляного газа и
части угля;
и
четвертый, — восстановление на поверхности
раскаленного угля
двуокиси углерода СО 2 до ее
моноокиси CO, а
воды Н 2 O — до водорода
Н 2 .

Большая
часть реакций происходящих в газогенераторах является
экзотермическими,
т.е. происходят с выделением энергии. Основными
химическими элементами,
участвующими в процессе превращения биомассы в газ
являются
углерод, кислород воздуха и вода. Окислителями
являются кислород,
двуокись углерода и
водяной пар (реакции 1-3). Основными химическими реакциями
происходящими при
газификации древесины считают:

С +
0,5
О 2 → СО 2
— 109,4 кДж/моль (1)
С + СО 2 →
2СО + 172,5 кДж/моль (2)
С + Н 2 O →
СО + Н 2 + 131,2 кДж/моль (3)

С
+
О 2 →2СО 2
—
284,3 кДж/моль (4)

СО +
H 2 О ↔СО 2 +Н 2
± 131,4 кДж/моль (5)

С +
2Н
2 →
СН
4
+
74,8
кДж/моль
(6)

СО+
3Н
2 →
СН
4 +
H
2 О
— 206,2 кДж/моль (7)

СО+
Н
2 →
0,5СН
4 +
0,5 СО
2 —
123,8
кДж/моль (8)

Прямой продукт газификации твердых топлив
(т. н. сырой газ)
всегда содержит некоторые количества углекислого газа СО2,
воды H2О, метана СН4
и, кроме того, иногда и высших углеводородов, а при
использовании
воздуха
— еще и NО2. Вследствие
наличия в биомассе небольшого количества
серы образуется H2S. Скорость
газификации твердых топлив существенно зависит от
температуры.
С повышением давления увеличивается
концентрация СН4. Состав
получаемого газа зависит от схемы газогенератора
и режима
процесса.

Выходящий из газогенератора газ имеет высокую
температуру и содержит большое количество примесей
(золу и
смолы), поэтому газогенераторные установки комплектуются
специальными
системами
охлаждения и очистки газа.

Для решения задачи обеспечения автономного энергоснабжения
удаленных
потребителей с тепловой нагрузкой до нескольких
мегаватт и
утилизации отходов растительной биомассы наиболее
эффективно
использование технологии термохимической газификации в
аппаратах
слоевого типа с воздушным дутьем. Данные установки
наиболее просты в
конструктивном оформлении и при эксплуатации. Получаемый
газ имеет
теплоту сгорания 3,5–5,0 мДж/м3 и пригоден для
использования в
ДВС и топочных устройствах.

В США и странах Евросоюза большое внимание уделяется
вопросам
утилизации и газификации биомассы, но лидерами в этом
направлении
становятся Китай и Индия.

В России многие районы недоступны для обеспечения их
природным газом, а
завоз туда жидкого топлива или угля связан с большими
затратами.
Оптимальный выход — использование установок по
генерированию
электроэнергии из биотоплива.

Серийные промышленные
электроэнергетические
газификационные системы «под ключ» на основе
газогенераторов с кипящим
слоем для
сельскохозяйственных, зерноперерабатывающих,
лесных и деревообрабатывающих предприятий производит,
например, китайская компания Chongqing
Fengyu Electric
Equipment.

По предлагаемой компанией технологии
измельченные и подсушенные отходы
древесины, гидролизный лигнин, солома, рисовая и
подсолнечная шелуха,
стебли хлопчатника и
т.п. из бункера подаются в газификационную колонну.
Полученный
синтетический газ охлаждается и очищается от пыли и дегтя
и поступает в
накопитель. Очистка и охлаждение газа осуществляется при
помощи
циркулирующей в системе оборотной воды. Газификационная
установка
принципиально проста по конструкции и относительно
компактна.
Охлаждение воды осуществляется в пруду или бассейне —
охладителе.
Полученный
горючий синтетический газ направляется в газопоршневую
установку
(газогенератор) или используется на другие цели.

Г азификационные установки имеют высокую
энергоэффективность. Так на выработку 1 кВт электроэнергии
требуется
примерно 1,3-1,8 кг рисовой шелухи (соломы) или 1,1 — 1,6
опилок или
лигнина. Затраты на комплектное оборудование составляют
менее 1000
долларов США на 1
кВт получаемой электрической мощности.

Состав генераторного газа

Состав
генераторного
газа получаемых из древесных и др. отходов в этих
установках приведен в
таблице:

Горючими компонентами генераторного газа являются
окись
углерода (СО), водород (H2), метан (CH4) и другие
углеводороды (CmHn) . Калорийность
получаемого синтетического газа зависит от
вида используемого сырья и составляет 1100-1500 ккал/ м 3
(4.6~6.3 мДж). Например калорийность газа получаемого при
переработке
рисовой шелухи 1 393 ккал/м 3
(5.83 мДж/м 3);

Газогенерационные установки имеют различную
единичную мощность в пределах от 200 до 1200 кВт и проверены
во
многих
странах.
В
условиях
КНР
срок
окупаемости
этих
энергоблоков
составляет
менее
2
лет.

Газификационные установки могут успешно применяться как
при организации новых лесных и деревообрабатывающих
предприятий, так и
для модернизации действующих, в том числе в районах,
удаленных от
электрических и газовых сетей. Они могут быть интересны
также
для муниципалитетов, зерноочистительных
и
сельскохозяйственных предприятий.

Литература по
газификации
древесины и
биомассы

По газификации древесины и биоресурсов написано много
книг
и статей, в т.ч. доступных в россисйкой и мировой сети.
Ниже
приведен
небольшой
перечень
для
начинающих:
автор Абушенко А.В., май
2010

Экология познания.Наука и техника: Самодельный газогенератор на дровах, сделанный своими руками, лучше всего использовать совместно с двигателем внутреннего сгорания. Именно поэтому домашние умельцы приспосабливают его для генерации электроэнергии в домашних условиях, а то и прилаживают установку на автомобиль.

Двигатель внутреннего сгорания, работающий на дровах, — это вовсе не призрак из далекого прошлого. Автомобили и электростанции, использующие древесину в качестве энергоносителя, можно встретить и сегодня. Стоит уточнить: двигатель функционирует на газе, получаемом из дерева путем его сжигания определенным способом. Установки, вырабатывающие такой газ, называют газогенераторами, они достаточно давно применяются на промышленных предприятиях. Но можно ли изготовить газогенератор своими руками и стоит ли это делать – вопросы, ответы на которые призвана дать наша статья.

Как работает газогенератор

Чтобы понять, какая может быть польза от газогенератора в домашнем хозяйстве, надо разобраться в его принципе работы, а потом и устройстве. Тогда можно будет оценить затраты на его изготовление, а главное, какой удастся получить результат.

Итак, пиролизный газогенератор – это комплекс узлов и агрегатов, предназначенный для выделения смеси горючих газов из твердого топлива с целью его использования в двигателях внутреннего сгорания.

Для справки.
Конструкции генераторов отличаются друг от друга в зависимости от вида сжигаемого твердого топлива, мы рассмотрим самую актуальную из них – на дровах.

Если древесину сжигать в закрытом пространстве, ограничивая подачу кислорода, то на выходе можно получить смесь горючих газов. Вот их перечень:

• угарный газ (оксид углерода СО);
  
• водород (Н2);
• метан (СН4);
• прочие непредельные углеводороды (CnHm).
  

Примечание.
В смеси присутствуют также негорючие балластные газы: двуокись углерода (углекислый газ), кислород, азот и водяные пары.

Эффективный дровяной газогенератор должен не просто вырабатывать горючую смесь, но и сделать ее пригодной к использованию. Поэтому весь цикл получения топлива для ДВС можно смело назвать технологическим процессом, состоящим из таких этапов:

• газификация: древесина даже не горит, а тлеет при подаваемом количестве кислорода в размере 33-35% от необходимого для полноценного сжигания;
  
• первичная грубая очистка: летучие частицы продуктов горения, что вырабатывают древесные газогенераторы после первого этапа, отделяются с помощью сухого вихревого фильтра – циклона;
  
• вторичная грубая очистка: производится в скруббере – очистителе, где поток горючего пропускается через воду;
  
• охлаждение: продукты сгорания с температурой до 700 ºС проходят его в воздушном либо водяном теплообменнике;
  
• тонкая очистка;
• отправка потребителю: это может быть закачка горючего компрессором в бак-распределитель либо подача в смеситель, а затем — сразу в ДВС.
  

Рассмотреть устройство и принцип работы газогенератора в промышленном исполнении можно на технологической схеме, представленной ниже:

Полный цикл получения газа достаточно сложен, поскольку включает в себя несколько различных установок. Самая основная – это газогенератор, представляющий собой металлическую колонну цилиндрической либо прямоугольной формы, имеющую сужение книзу. В колонне имеются патрубки для воздуха и выхода газа, а также лючок доступа в зольник. Сверху агрегат оборудован крышкой для загрузки топлива, дымоход к корпусу не присоединяется, он просто отсутствует. Процесс горения и пиролиза, проходящий внутри колонны, хорошо отражает схема газогенератора:

Не вдаваясь в тонкости химических реакций, проходящих внутри колонны, отметим, что на выходе из нее получается смесь газов, описанная выше. Только она загрязнена частицами и побочными продуктами горения и обладает высокой температурой. Изучив чертежи газогенераторов любой конструкции, можно заметить, что все остальное оборудование предназначено для приведения газа в норму. Воздух в зону горения подается принудительно тяговой или дутьевой машиной (простыми словами — вентилятором).

Надо сказать, что самодельный газогенератор на дровах делается домашними мастерами-умельцами не такой сложной конструкции и технология выделения газа в нем несколько упрощена, о чем будет рассказано ниже.

Мифы о газогенераторных установках

На просторах интернета часто встречается множество необоснованных утверждений о работе подобных агрегатов и дается противоречивая информация об использовании газогенераторов. Попытаемся все эти мифы развеять.

Миф первый звучит так: КПД газогенераторной установки достигает 95%, что несоизмеримо больше, нежели у твердотопливных котлов с эффективностью 60-70%. Поэтому отапливать дом с ее помощью куда выгоднее. Информация некорректна изначально, нельзя сравнивать бытовой газогенератор для дома и твердотопливный котел, эти агрегаты выполняют разные функции. Задача первого – вырабатывать горючий газ, второго – нагревать воду.

Когда говорят о генерирующем оборудовании, то его КПД – это отношение количества полученного продукта к объему газа, что возможно выделить из древесины теоретически, помноженное на 100%. Эффективность котла – это отношение вырабатываемой тепловой энергии дров к теоретической теплоте сгорания, также умноженное на 100%. Кроме того, извлечь из органики 95% горючего топлива может далеко не каждая биогазовая установка, не то что газогенератор.

Вывод.
Суть мифа в том, что массу либо объем пытаются через КПД сопоставить с единицами энергии, а это недопустимо.

Обогревать дом проще и эффективнее обычным пиролизным котлом, что таким же способом выделяет горючие газы из древесины и тут же их сжигает, используя подачу вторичного воздуха в дополнительную камеру сгорания.

Миф второй – в бункер можно закладывать топливо любой влажности. Загружать-то его можно, да только количество выделяемого газа падает на 10-25%, а то и более. В этом отношении идеальный вариант — газогенератор, работающий на древесном угле, что почти не содержит влаги. А так тепловая энергия пиролиза уходит на испарение воды, температура в топке падает, процесс замедляется.

Миф третий – затраты на обогрев здания снижаются. Это нетрудно проверить, достаточно сравнить стоимость газогенератора на дровах и обычного твердотопливного котла, тоже сделанного своими руками. Плюс нужно водогрейное устройство, сжигающее древесные газы, например, конвектор. Наконец, эксплуатация всей этой системы отнимет немало времени и сил.

Вывод.
Самодельный газогенератор на дровах, сделанный своими руками, лучше всего использовать совместно с двигателем внутреннего сгорания. Именно поэтому домашние умельцы приспосабливают его для генерации электроэнергии в домашних условиях, а то и прилаживают установку на автомобиль.

Автомобильный газогенератор

Надо понимать, что газогенератор для автомобиля должен быть достаточно компактным, не слишком тяжелым и в то же время эффективным. Заграничные коллеги, чьи доходы не в пример выше наших, делают корпус генератора, циклон и фильтр охлаждения из нержавеющей стали. Это позволяет брать толщину металла вдвое меньше, а значит, и агрегат выйдет намного легче. В наших реалиях для сборки газогенератора применяют трубы, старые баллоны от пропана, огнетушители и прочие подручные материалы.

Ниже показан чертеж газогенератора, устанавливаемого на старые грузовики УралЗИС-352, по нему и надо ориентироваться при сборке агрегата:

Наружную емкость наши мастера чаще всего делают из баллонов для сжиженного пропана, внутреннюю можно сделать из ресивера грузового автомобиля ЗИЛ или КаМАЗ. Колосниковая решетка выполняется из толстого металла, патрубки – из соответствующего диаметра труб. Крышку с фиксаторами можно изготовить из отрезанного верха баллона либо из листовой стали. Уплотнение крышки – шнур из асбеста с графитной пропиткой.

Грубый фильтр – циклон для авто делают из старого огнетушителя либо простого отрезка трубы. Снизу трубы выполняется конусная насадка со штуцером для выгрузки золы, сверху торец закрывается наглухо привариваемой крышкой. В нее врезается выходной патрубок для очищенных газов, а сбоку – второй штуцер, куда будет осуществляться подача продуктов горения. Функциональная схема циклона в разрезе показана на рисунке:

Поскольку автомобильный газогенератор выдает газы с высокой температурой, их требуется охлаждать. Причины две:

• раскаленное газообразное топливо имеет слишком малую плотность и поджечь его в цилиндрах ДВС будет непросто;
  
• существует опасность самопроизвольной вспышки при контакте с горячими поверхностями мотора.
  

Движение газов по всему тракту во время розжига обеспечивает вентилятор, а после пуска мотора в системе появляется необходимое разрежение, вентилятор отключается.

Для охлаждения мастера-умельцы применяют обычные ребристые радиаторы отопления, располагая их на автомобиле таким образом, чтобы они максимально обдувались воздухом во время движения. Иногда даже используются современные биметаллические радиаторы. Перед попаданием в газогенераторный двигатель топливо требует тонкой очистки, для этого используют разного рода фильтры на свое усмотрение. Все узлы объединяются в одну установку в соответствии со схемой:

И последняя деталь – смеситель, нужен для регулирования пропорций газовоздушной смеси. Дело в том, что древесный газ имеет теплоту сгорания всего 4.5 МДж/м3, в то время как используемый в автомобилях природный газ — целых 34 МДж/м3. Следовательно, пропорции топлива и воздуха должны быть другими, их потребуется настроить заслонкой.

Заключение

Невзирая на всю привлекательность идеи сжигания дров вместо бензина в современных условиях она практически нежизнеспособна. Долгий розжиг, езда на средних и высоких оборотах, влияющая на ресурс ДВС, отсутствие комфорта, — все это делает действующие установки обычными диковинками, не находящими широкого применения. А вот сделать газогенератор для домашней электростанции – совсем другой вопрос. Стационарный агрегат совместно с переделанным дизельным ДВС может оказаться отличным вариантом электроснабжения дома.опубликовано

Доброго дня, мозгоизобретатели
! Как оказывается древесный уголь — очень полезная вещь с широким спектром применения, с его помощью можно запустить даже двигатель внутреннего сгорания без особых модификаций последнего.

Исследуя тему альтернативных источников энергии я нашел много теоретических расчетов, но мало практически выполненных и функционирующих самоделок
. Сам же я хотел сделать простую в исполнении и действенную поделку,
поэтому остановился на старом добром газогенераторе использующим древесный уголь как топливо.

Ознакомившись с теорией и несколькими уже воплощенными концепциями, я сделал собственный газогенератор и успешно подключил его к генератору электроэнергии. Моя мозгоподелка
собрана можно сказать из мусора: металлического ведра с крышкой, старых клапанов, фитингов, и полимерных шлангов. И хотя мой прототип требует доработки и последующей модификации, но он действительно работает, дешев и прост в изготовлении.

Данная газогенераторная поделка
вырабатывает из угля горючий газ, на котором с успехом работают инструменты с двигателем внутреннего сгорания. Вследствие этого она имеет широкий потенциал применения на садовом участке, дачном домике, в лесу и т.д. без нужды в бензине, линиях электропередач или промышленном газе. Еще больший потенциал применения она может найти в странах третьего мира, в местах пострадавших от катаклизмов, в удаленных уголках мира и т.д.

Шаг 1: Немного теории

ADN-ZB/SNB
Pkw mit Holzgasantrieb in Berlin 1946

Древесный газ, синтез-газ, газификация, генераторный газ – все это разные названия идеи о преобразовании некоторых видов органики в легко применимое топливо. Суть в том, что при сгорании органики в условиях с низким содержанием кислорода выделяются водород (в основном), окись углерода, двуокись углерода, смолы и биотопливо. Проще говоря, если правильно сжечь полено, то получится горючий дым!

Газогенераторные разработки применялись еще в далеком прошлом. Так горючий дым подавался в дома и уличные фонари в конце 1800-х годов, и лишь потом его заменили природным мозгогазом
. Газогенераторы на древесном топливе «запитывали» тысячи автомобилей по всей Европе во время Второй мировой войны, когда топливо из нефти было труднодоступным.

Описывая процессы во время газогенерации можно написать целую докторскую диссертацию, поэтому предоставлю это дело экспертам и упомяну лишь несколько ссылок:

Шаг 2: Дерево или уголь?

Существуют много конструкций газогенераторов использующих дерево или органику как топливо. От простеньких для частных работ до больших блестящих промышленных газогенераторов. Все их можно разделить на:

• самодельные средней сложности с большим количеством сварочных работ при изготовлении
• дорогие промышленные газогенераторы, зачастую малодоступные
• газогенераторы вырабатывающие биотопливо, которое после фильтрации и разделении можно заливать в двигатель

Биотопливо, или тяжелые масла и смолы, получаются в процессе термической деполимеризации. «При высокой температуре и под давлением длинноцепочечные полимеры водорода, кислорода и углерода распадаются до короткоцепочечных углеводородов». Сгорает биотопливо отлично, а при разделении на фракции из него можно получить бензин, аналогичный тому, что получается из нефти. Существуют даже статьи о выделении биотоплива из водорослей, так что следите за этими разработками!

Следует упомянуть, что использование биотоплива конечно круто, но это снижает срок службы вашего двигателя.

Специфика газогенерации на древесном угле в том, что длинные полимерные цепи уже удалены в процессе создания этого угля, то есть при дальнейшей газогенерации будут выделяться пары без смол. Сам уголь можно сделать самостоятельно в 160 литровой или 250 литровой бочке, но я использовал в своей поделке-прототипе уголь, купленный в магазине.

Шаг 3: Доказательство концепции

Для создания своего мозгопрототипа
газогенератора я использовал большое ведро, ведерко от краски, небольшие пластины металла, фитинги и краны.

Более полный список необходимых материалов и инструментов выглядит так:

• металлическое ведро с плотно закрывающейся крышкой
• ёмкость для фильтрации и фильтрующий материал — я с успехом использовал баночку от краски и поролон
• листовой металл — мои толщиной 1.2мм
• стальные трубы и фитинги к ним – мои были 2см в диаметре, только не используйте оцинкованные
• труба для входящих газов – я сначала использовал РЕХ шланги (полиэтиленовые армированные), но это плохой выбор
• труба для отработанных газов – вполне применим гибкий металлический шланг совместимый с трубой ∅ 2см
• шаровые краны – как минимум один, два – при рециркуляции выхлопных газов, три – для стравливания и четыре — если планируете использовать нагнетатель для разжигания углей
• термостойкий силиконовый герметик
• зажимы
• гайки и болты
• сварочный аппарат или холодная сварка
• ключи для труб
• дрель
• большое сверло
• детектор оксида углерода

Шаг 4: Генератор электроэнергии

В качестве «потребителя» в моем газогенераторном мозгоэксперименте
я решил использовать генератор моего отца, в котором поломалась топливная система. Я устранил течь топливного насоса и немного доработал под последующее функционирование на газе. А именно установил пластину кронштейна для моего адаптера, состоящего из тройника и шарового крана. Тройник подключается к карбюратору, через второе его отверстие поступают горючие газы от газогенератора, а на третье отверстие монтируется кран, через которое подается свежий воздух.

Выхлопная система также оснащена тройником и шаровым клапаном, через которые одна часть отработанных газов выбрасывается в атмосферу, а другая подается на вход газогенератора, где смешивается с чистым воздухом. Это позволяет направлять не полностью сгоревшие окиси углерода снова в топку, а также использовать поток в качестве раздува пламени. Данную опцию мне посоветовали умные люди, изначально моя возвратная линия была недоработана.

Шаг 5: Газогенераторный реактор

Реактор собирается очень просто, замечу лишь, что впускное отверстие моей самоделки
расположено слишком низко, его следует сделать на расстоянии не менее 5см от низа ведра.

Итак, из листового металла я вырезал три одинаковых пластины – одну для выпуска, две для впуска. Две пластины для системы впуска согнул по радиусу ведра, чтобы добиться плотного прилегания, одна из них будет установлена снаружи, другая, для поддержки, внутри. В углах пластин просверлил отверстия под болты крепления, скрепил их вместе и приступил к высверливанию впускного отверстия. После этого одну из пластин приложил к ведру в установленном месте и в самом ведре высверлил аналогичные отверстия.

Далее в отверстие вставил стальную трубку, так что бы она входила внутрь ведра более чем на треть и менее чем наполовину. Внутреннюю часть трубки позже удлинил отрезком из нержавеющей стали – это было ошибкой последствия которой показаны в конце мозгоруководства
. Затем сварил трубку и наружную пластину, обе пластины щедро намазал термостойким силиконом и установил на ведро, скрепив болтами.

По центру третьей пластины приварил фитинг, сквозь фитинг и пластину просверлил выходное отверстие, а по углам 4 отверстия для крепежа. После приложил эту пластину к крышке и продублировал на ней отверстия пластины — одно выходное и 4 крепежных. Затем смазал пластину термостойким герметиком и установил на положенное ей место на крышке, скрепив болтами.

И крышку, и само ведро оставил на сутки для высыхания герметика.

Шаг 6: Фильтр

Газогенератор на древесном угле считается газогенератором восходящего потока, то есть поступающий снизу воздух сгорает в топке, а образовавшиеся во время этого газы поднимаются вверх и отводятся через отверстие в крышке. При этом само топливо, а именно древесный уголь, является достаточно пыльным материалом, и его пылинки вместе с потоком газов могут попасть в двигатель. Для того чтобы этого избежать необходим пылеулавливающий фильтр.

Простой фильтр я собрал из баночки для краски, пластиковых фитингов и поролоновой мозгогубки
. В дне баночки и крышке высверлил отверстие под фитинг, установил и закрепил сами фитинги, а баночку набил губкой. Для герметичности при установке промазал фитинги все тем же герметиком.

Шаг 7: Выбор угля

Уголь в данной самоделке
нужно использовать только натуральный, лучше из твердых пород дерева, но и из хвойных сгодится, лишь сгорать будет быстрее. Нельзя использовать прессованный или химически обработанный уголь! Подходящий уголь можно покупать, но если вы планируете использовать свой мозгогазогенератор
часто, то лучше научится делать его самостоятельно.

Размером угли должны быть более 3мм, но не больше 2мм, это нужно для лучшей циркуляции потока воздуха и двуокиси углерода.

Шаг 8: Первый пуск

Погода во время первого пуска моей самоделки
была дождливой, я не знал, как поведет себя старенький генератор электроэнергии, который запускался последний раз 15 лет назад. Но я все же был уверен в своем успехе.

Зажженную пропановую горелку я вставил в воздухозаборное отверстие реактора и оставил ее разжигать уголь. На генераторе электроэнергии перекрыл поступление свежего воздуха и запустил стартер.

Во время старта двигатель генератора начал самостоятельно забирать поток, и я убрал горелку. Немного времени спустя начало вырабатываться достаточное количество горючего газа. Подачей воздуха и жидкости для запуска в стартер я помогал процессу стабильной работы двигателя. Я продолжал запускать двигатель и настраивать подачу воздуха в карбюратор. Когда нужный состав смеси был найден, двигатель заработал, и я успешно «запитал» от него свою сабельную пилу. Через 15 минут после начала работы пришлось выключить генератор из-за утечек газа.

Автор газогенератора на основе которого я сделал свой прототип говорит, что от сжигания угля объемом 0.0045 куб.м. за 30 минут он получает 5 л.с. Не знаю какова мощность его генератора электроэнергии, но я за 15 минут сжег намного меньше.

ВАЖНО!!! Будьте осторожны в случае работы с угарным газом (СО), при неправильном использовании он смертельно опасен! При вдыхании молекула СО присоединяется к молекуле кислорода в крови, что приводит к плохой абсорбции и в результате, полиорганной недостаточности. Соблюдайте правила работы с газами и работайте на воздухе или хорошо проветриваемом помещении!

Шаг 9: Версия 2.0

Прототип сделан и он функционален, из минусов только утечка газа. Поэтому я сделал газогенератор версии 2.0 со следующими доработками:

На вход карбюратора я установил 5мм-ю металлическию пластину с резьбой для трубы ∅ 2см, пластина крепится двумя болтами и дополнительной полосой металла для жесткости. При установке пластины использовал прокладочную бумагу, что позволило избежать утечек.

РЕХ шланг заменил, потому что он плавился на крышке газогенератора, да и у меня не было хороших зажимов для него. Вместо него я установил гибкий металлический шланг, который снял с возвратной системы. Он идеально подходит к трубе и фитингам, в которых плотно фиксируется при проворачивании, но на выходе газогенератора его лучше закрепить U-образным болтом.

Утечки устранены!

Шаг 10: Заглушка

Для горения необходимы три вещи: воздуха, топливо, запал. Данная самоделка
имеет в реакторе много тепла (запала) и угля (топлива), поэтому единственный способ остановить его работу это перекрыть подачу воздуха. Для этого нужна всего лишь одна заглушка с резьбой или клапан, которыми при необходимости и перекрывается входное отверстие.

Чтобы остановить мозгореактор
я закрыл входное отверстие заглушкой и оставил на ночь, с утра он был прохладным и не вырабатывал газ.

Шаг 11: Планы на доработку

Сжатие и хранение газа

Все результаты это знания, и не все предположения верны. Я, к примеру, подумал, что могу сжать выработанный газ и поместить его в баллон, а потом использовать как и обычный пропан. Но столкнулся с проблемой, что этот сжатый газ не разжигается. Я подумал раз в двигателе генератора зажигается, то и я его зажгу, но на деле это не так. Может причина в том, что 12 вольтовый компрессор не создал необходимую концентрацию и следует попробовать с более мощным компрессором.

Материалы реактора

Температура в топке было очень высокой и мой отрезок из нержавеющей стали, которым я удлинил входную трубку, расплавился. Он оказался хромированной блестящей безделушкой и просто растаял в топке. И еще, как я упоминал, входное отверстие изначально расположено слишком низко и не обеспечивает нужную реакционную зону и зольное пространство.

Генератор электроэнергии

Так как генератор не мой, а моего отца, то придется его вернуть, а себе приобрести что-то подходящее и установить все на мобильную платформу, чтобы расширить спектр подключаемых устройств: водный насос, вентилятор, гидравлический насос и т.д.
Самостоятельное производство угля

Топливо моего газогенератора это уголь, поэтому для полной автономности и экономии следует приобрести пару железных бочек и сделать установку для производства древесного угля.

Вот так я сделал газогенератор и «запитал» им генератор электроэнергии, надеюсь, было интересно и полезно!

Удачи в ваших самоделках
!

Исторически лесохимия возникла
задолго
до появления
нефтехимии. Углежогное дело, например, имеет
тысячелетнюю
историю, а
угольщик (англ. charcoal-burner или collier, нем. Köhler)
является персонажем многих народных сказок. В
старину
выделку
древесного угля осуществляли в буртах или
ямах, сейчас для этого используют специальное
оборудование. Европа
потребляет
большое количество древесного угля и сейчас. В
России
лесохимические производства начали интенсивно развиваться
в петровскую
эпоху.

Вопросами лесохимии занимались известные
отечественные химики Д.И. Менделеев, В.Е.Тищенко,
Е.И.Орлов и др.

В советский период многочисленные лесохимические
(биохимические)
фабрики имелись едва ли не в
каждой области и республике СССР. С развитием нефтехимии
лесохимические
предприятия несколько
утратили свое значение и некоторые из них были
перепрофилированы на
выпуск другой продукции. Например,
известная
московская фабрика мягкой мебели «Кузьминки» в 50-е годы
прошлого века
была лесохимическим заводом.
В период «перестройки» многие отечественные
лесобиохимические заводы по
ряду
объективных и субъективных причин обанкротились, как
впрочем, и многие
другие высоко технологические предприятия. Поэтому
уксусную
кислоту и др. продукты лесохимии наша страна сейчас
импортирует.

За рубежом дело обстоит иначе. Интерес к
использованию
биологических возобновляемых ресурсов (биомассе) постоянно
возрастает.
Биома́сса (биоматерия, биота)- совокупная масса
растительных и животных
организмов, присутствующих в биогеоценозе планеты
составляет примерно 2,4 ∙ 10 12 т,
97 %
из
этого
количества
занимают
растения
и
3 %
–
животные
организмы. Техническая переработка
биоресурсов
(biorafinery) является одной из наиболее
быстрорастущих отраслей
науки, техники и бизнеса.

Ресурсы
биомассы для газификации

В нашей стране экономически доступного
биологического сырья очень много — дрова, кора, ветви, пни
и др.
лесосечные отходы, отходы деревообрабатывающих и мебельных
производств,
лигнин, отходы зерноочистительных производств, различные
виды соломы
и стеблей растений (пшеница, рис, лен, кукуруза,
подсолнечник,
хлопчатник и пр.), тростник, плодовые косточки и ореховая
скорлупа,
различные промышленные и бытовые отходы. Во многих
местах сырье
для газификации буквально валяется под ногами. По разным
оценкам в
Россия ежегодно
накапливается до 300 млн. тонн различных органических
отходов, в т.ч.
до 50
млн. т. бытового мусора
.

Некоторые свойства различных лигносодержащих отходов в
сравнении с
каменным углем:

Существует шесть основных направлений
использования энергетического
потенциала
биологического сырья и отходов:

Газификация биомассы является одним из
наиболее дешевых и экологически
безопасных способов получения электрической и тепловой
энергии.
Существует два прямых способа получения газа из биомассы —
микробиологический и термический (пиролитический).
Древесина содержит
мало воды и довольно медленно поддается биоразложению.
Поэтому для нее
и большинства целлюлоза- и лигниносодержащих отходов
наиболее простым и эффективным способом газификации
является
термическая (пиролитическая) газификация.

Что такое пиролиз?

Пиролиз (от греч. pyr —
огонь и
lysis —
разложение) — представляет собой процесс термического
разложения органических соединений под действием высокой температуры.
Простейшим
видом
пиролиза
является
обычное
горение
материалов
(дров,
угля,
торфа
и
пр.)
в
костре,
на
пожаре
или
в
печи,
а
процессы
пиролиза
органики
играют
важную
роль
в
кулинарии.
Пиролиз
иногда
называют
еще
сухой
перегонкой
(dry
distillation).

Пиролиз является одним из важнейших химических процессов,
используемых
в энергетике и различных промышленных производствах —
металлургии,
нефтехимии и пр. Например, методом пиролиза получают такие
экономически
и технически важные
вещества как древесный уголь, кокс, дивинил, этилен,
пропилен, бензол и
др. В промышленности пиролизу подвергают нефть, уголь,
торф, древесину,
сельскохозяйственные отходы, промышленные отходы, бытовой
мусор и пр.

Пиролиз является одним из важных направлений в лесохимии и
используется
для выработки древесного угля, скипидара, дегтя, уксусной
кислоты,
метилового
спирта, ацетона и др. веществ.

Промышленный пиролиз древесины и др. видов биомассы — это
сложный химический процесс, происходящий в виде
разнообразных
реакций и превращений и осуществляется в ограниченном
(регулируемом) присутствии кислорода воздуха.
Универсального описания
процессов, происходящих при пиролизе биомассы не
существует, т.к. эти
процессы многокомпонентные и многофакторные.

В зависимости от условий процесса (вида
сырья,
степени его измельчения,
температуры,
давления, концентрации кислорода, воды, присутствия
катализаторов) и
конструкции реактора (печи,
колонны, реторты и т.п.) пиролиз происходит по разному с
выходом
различных твердых, жидких и
газообразных веществ. Типов
пиролитических реакторов (печей, реторт, колонн и пр.)
существует
несколько десятков. Следует иметь ввиду,
что разные
виды целлюлозосодержащего сырья имеют различающийся
химический состав,
что в определенной степени влияет на выход получаемых
продуктов
пиролиза.

Термическое разложение сложных органических
соединений биологического
происхождения начинается при
температурах близких к 100 ° С.
Разложение
основных
веществ
древесины
в
ходе
пиролиза
начинается
при
температуре
около
200 ° С,
однако
главные процессы происходят при температурах 400-800 ° С.
В
некоторых
случаях
пиролиз
органики
проводят
при
еще
более
высоких
температурах
1300-1800 ° С,
в т.ч. с использованием электрических плазмогенераторов.

В состав древесины входит 45–60% целлюлозы, 15–35%
лигнина и 15–25% гемицеллюлоз, а также пектаты
кальция
и магния, смолы,
камеди, жиры, танины, пигменты и минеральные вещества.
Сухое вещество древесины содержит около 50% углерода, 6%
водорода, 44%
кислорода, около 0,2 % азота и не более 1 % серы. Содержание
минеральных
веществ
(зольность)
древесины
0,2
—
1%. В
древесных сучьях золы может быть до 2%, в корнях до 5%.
От
10
до
25%
процентов
древесной
золы
(Na2CO3
и
K2CO3)
растворимы
в
воде,
из
нерастворимых
веществ
золы
важнейшими
являются
известь,
углекислые,
кремнекислые
и
фосфорнокислые
соли
магния,
железа
и
марганца. Температура
плавления
древесной
золы
1400
° С.

Существуют различные виды
пиролизных систем, ориентированные на получение различных
твердых,
жидких и газообразных продуктов —
древесного угля, спирта, кислоты, жидкого синтетического
топлива и
генераторного газа и др.

При пиролизе на древесный уголь полезный
выход
составляет
примерно
до
1
т
угля
из
8
—
12
плотных
кубометров
дров. Энергия,
выделяющаяся
в этом процессе, используется в главным образом на его
обеспечение. При газификации биомассы,
напротив,
подавляющая часть сырья превращается в горючий высококалорийный
газ, обеспечивающий выработку
электроэнергии
(примерно 1000 кВт/ч из 1,4
— 1,8 тонны
сырья).

В последнее время связи с
необходимостью
экономии углеводородных топлив интерес к газификации
твердых топлив возрос. К достоинствам газификации
древесины и др. видов биомассы, в отличие от обычного
сжигания в
топках, следует отнести незначительное
количество
веществ, загрязняющих окружающую
среду т.е. благоприятные экологические показатели по
сравнению с
другими энергетическими технологиями.

Получение
генераторного
газа и выработка
электроэнергии

Сейчас на промышленных предприятиях отходы древесины
и др.
биопродукты в лучшем случае сжигаются в печах и топках
котлов, которые
загружают измельченной щепой или топливными гранулами.
Однако,
стандартные топки имеют низкий КПД, требуют регулярной
очистки и
ремонтов, а в
атмосферу
в виде дыма выбрасываются не сгоревшие сложные и вредные
углеводородные
соединения и зольная пыль.

Генераторный газ, как топливо, имеет
несомненные
преимущества перед прямым сжиганием древесины и др. видов
биомассы. Генераторный
газ,
подобно
природному
газу,
может
быть
передан
на
большое
расстояние
по
трубопроводам
и
в
баллонах;
его
удобно
использовать
в
быту
для
приготовлении
пищи,
для
отопления
и
нагревания
воды,
а
также
в
технологических
и
силовых
установках.
Сжигание
газа
легко автоматизировать; продукты сгорания
менее токсичны, чем продукты прямого сжигания древесины и
др. видов
биомассы.

Генераторный газ используется как сырье для дальнейшей
химической
переработки и в качестве удобного и эффективного топлива
для горелок
сушилок,
печей, котлоагрегатов, газовых турбин, но
чаще, — газопоршневых установок. Таким образом по
свойствам он похож на
природный газ
и может использоваться взамен последнего.

Технология газификации твердых
топлив для
получения горючего газа не
является новой. Пионерами газификации были
британцы, немцы и французы (прибл.
1805 —
1815 г.г .). Сначала газ
использовался для только
для освещения улиц и жилищ при помощи фонарей и
ламп, а затем и
как топливо. В Москве оборудование для
получения
искусственного газа появилось на полвека позднее
(1865 г.). Тогда
английские
подрядчики получили монопольное право на освещение города,
а также на
беспошлинный ввоз оборудования для строительства завода по
производству
искусственного газа, газопроводов, фонарей, горелок,
счетчиков и
пр. Уголь для газификации также ввозился из Англии.
К 1905 г.
Москва располагала 215 верстами газовых сетей, 8735
газовыми
фонарями и 3720 частными потребителями газа (историческая
справка
Мосгаза). Природный газ в Москве появился только в
1946 г. (магистральный
газопровод
Саратов-Москва) . До нач. 60-х годов в СССР
газификация
твердых топлив была распространена
достаточно
широко: более 350 газогенераторных установок вырабатывали
из разл.
типов
твердых топлив около 35 млрд. м3/год генераторных газов
разного назначения.

То есть первоначально газовая промышленность
занималась изготовлением и распределением генераторного
газа и только в
середине 20 века стала переходить к газу натуральному.

В 20-50 г.г. прошлого
века
дровяные газогенераторы устанавливались на
автомобили, автобусы, трактора и другую технику,
которая
изготавливалась
серийно (напр. отечественные автомобили ГАЗ-42, ЗИС-21). В
лесной
промышленности
газогенераторными
установками
оборудовались
лесовозные
машины
и
трелёвочные
тракторы. На фото показан немецкий
мотоцикл,
оборудованный
весьма компактным газогенератором.
После войны транспортные газогенераторы еще долго
хранились в
мобилизационном резерве.

Связанная с развитием нефтехимии дешевизна
электроэнергии и
моторных топлив не
стимулировала развития малой и альтернативной
электроэнергетики.
Сейчас ситуация в нашей стране быстро меняется в пользу
применения
альтернативных
источников энергии т.к. даже простое подключение
предприятия
или хозяйства к электрической или газовой сети часто
становится
серьезной
проблемой.

Разработкой газификационных установок для древесины и др.
твердых
топлив сейчас занимаются многие зарубежные и отечественные
институты и
компании. На отечественном рынке уже есть предложения
малогабаритных
газификационных установок для фермеров и т.п., но
промышленным предприятиям и лесным поселкам нужны более
мощные
энергетические установки. Газогенераторные
установки
различаются по мощности: малой
–
до 100 кВт; средней – от 100 до 1000 кВт; большой
мощности –
свыше
1000 кВт. Существуют много типов и
десятки
конструкций газогенераторов, используемых для
газификации
отходов древесины и др. видов биомассы. Наиболее
популярные из
них генераторы прямого
и обратного горения, а также генераторы с кипящим слоем.

В газогенераторных установках происходит не только
пиролиз; правильнее
это процесс называют частичным
(т.е. неполным) окислением
углерода (partial
oxidation) . В газогенераторе сырье
проходит четыре
этапа преобразования в газ:

Первый этап — быстрое высыхание материала под действием
высокой
температуры; второй — термическое разложение (пиролиз)
биомассы с
образованием угля и
дегтя, с последующим его испарением и преобразованием в
смоляной газ;
третий — сгорание органических соединений смоляного газа и
части угля;
и
четвертый, — восстановление на поверхности
раскаленного угля
двуокиси углерода СО 2 до ее
моноокиси CO, а
воды Н 2 O — до водорода
Н 2 .

Большая
часть реакций происходящих в газогенераторах является
экзотермическими,
т.е. происходят с выделением энергии. Основными
химическими элементами,
участвующими в процессе превращения биомассы в газ
являются
углерод, кислород воздуха и вода. Окислителями
являются кислород,
двуокись углерода и
водяной пар (реакции 1-3). Основными химическими реакциями
происходящими при
газификации древесины считают:

С +
0,5
О 2 → СО 2
— 109,4 кДж/моль (1)
С + СО 2 →
2СО + 172,5 кДж/моль (2)
С + Н 2 O →
СО + Н 2 + 131,2 кДж/моль (3)

С
+
О 2 →2СО 2
—
284,3 кДж/моль (4)

СО +
H 2 О ↔СО 2 +Н 2
± 131,4 кДж/моль (5)

С +
2Н
2 →
СН
4
+
74,8
кДж/моль
(6)

СО+
3Н
2 →
СН
4 +
H
2 О
— 206,2 кДж/моль (7)

СО+
Н
2 →
0,5СН
4 +
0,5 СО
2 —
123,8
кДж/моль (8)

Прямой продукт газификации твердых топлив
(т. н. сырой газ)
всегда содержит некоторые количества углекислого газа СО2,
воды H2О, метана СН4
и, кроме того, иногда и высших углеводородов, а при
использовании
воздуха
— еще и NО2. Вследствие
наличия в биомассе небольшого количества
серы образуется H2S. Скорость
газификации твердых топлив существенно зависит от
температуры.
С повышением давления увеличивается
концентрация СН4. Состав
получаемого газа зависит от схемы газогенератора
и режима
процесса.

Выходящий из газогенератора газ имеет высокую
температуру и содержит большое количество примесей
(золу и
смолы), поэтому газогенераторные установки комплектуются
специальными
системами
охлаждения и очистки газа.

Для решения задачи обеспечения автономного энергоснабжения
удаленных
потребителей с тепловой нагрузкой до нескольких
мегаватт и
утилизации отходов растительной биомассы наиболее
эффективно
использование технологии термохимической газификации в
аппаратах
слоевого типа с воздушным дутьем. Данные установки
наиболее просты в
конструктивном оформлении и при эксплуатации. Получаемый
газ имеет
теплоту сгорания 3,5–5,0 мДж/м3 и пригоден для
использования в
ДВС и топочных устройствах.

В США и странах Евросоюза большое внимание уделяется
вопросам
утилизации и газификации биомассы, но лидерами в этом
направлении
становятся Китай и Индия.

В России многие районы недоступны для обеспечения их
природным газом, а
завоз туда жидкого топлива или угля связан с большими
затратами.
Оптимальный выход — использование установок по
генерированию
электроэнергии из биотоплива.

Серийные промышленные
электроэнергетические
газификационные системы «под ключ» на основе
газогенераторов с кипящим
слоем для
сельскохозяйственных, зерноперерабатывающих,
лесных и деревообрабатывающих предприятий производит,
например, китайская компания Chongqing
Fengyu Electric
Equipment.

По предлагаемой компанией технологии
измельченные и подсушенные отходы
древесины, гидролизный лигнин, солома, рисовая и
подсолнечная шелуха,
стебли хлопчатника и
т.п. из бункера подаются в газификационную колонну.
Полученный
синтетический газ охлаждается и очищается от пыли и дегтя
и поступает в
накопитель. Очистка и охлаждение газа осуществляется при
помощи
циркулирующей в системе оборотной воды. Газификационная
установка
принципиально проста по конструкции и относительно
компактна.
Охлаждение воды осуществляется в пруду или бассейне —
охладителе.
Полученный
горючий синтетический газ направляется в газопоршневую
установку
(газогенератор) или используется на другие цели.

Г азификационные установки имеют высокую
энергоэффективность. Так на выработку 1 кВт электроэнергии
требуется
примерно 1,3-1,8 кг рисовой шелухи (соломы) или 1,1 — 1,6
опилок или
лигнина. Затраты на комплектное оборудование составляют
менее 1000
долларов США на 1
кВт получаемой электрической мощности.

Состав генераторного газа

Состав
генераторного
газа получаемых из древесных и др. отходов в этих
установках приведен в
таблице:

Горючими компонентами генераторного газа являются
окись
углерода (СО), водород (H2), метан (CH4) и другие
углеводороды (CmHn) . Калорийность
получаемого синтетического газа зависит от
вида используемого сырья и составляет 1100-1500 ккал/ м 3
(4.6~6.3 мДж). Например калорийность газа получаемого при
переработке
рисовой шелухи 1 393 ккал/м 3
(5.83 мДж/м 3);

Газогенерационные установки имеют различную
единичную мощность в пределах от 200 до 1200 кВт и проверены
во
многих
странах.
В
условиях
КНР
срок
окупаемости
этих
энергоблоков
составляет
менее
2
лет.

Газификационные установки могут успешно применяться как
при организации новых лесных и деревообрабатывающих
предприятий, так и
для модернизации действующих, в том числе в районах,
удаленных от
электрических и газовых сетей. Они могут быть интересны
также
для муниципалитетов, зерноочистительных
и
сельскохозяйственных предприятий.

Литература по
газификации
древесины и
биомассы

По газификации древесины и биоресурсов написано много
книг
и статей, в т.ч. доступных в россисйкой и мировой сети.
Ниже
приведен
небольшой
перечень
для
начинающих:
автор Абушенко А.В., май
2010

Газ древесный
— см. Газовое производство.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон
.
1890-1907
.

Смотреть что такое «Газ древесный» в других словарях:

Общие данные … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Уголь (значения) … Википедия

Метанол Общие свойства Молекулярная формула CH3OH Молярная масса 32,04 г/моль … Википедия

См. Уголь бурый. Г. древесный см. Газовое производство. Г. каменноугольный, иначе светильный, см. Газовое производство. Г. масляный или нефтяной см. Газовое произв. Г. смоляной см. Смоляной газ. Г. торфяной см. Торфяной газ …

СВЕТИЛЬНЫЙ ГАЗ
— СВЕТИЛЬНЫЙ ГАЗ, общее название горючих газов, применяемых для освещения; С. г. пользуются также для отопления и для разного рода лабораторных и фабрично заводских целей. Наибольшее распространение имеет каменноугольный С. г., получаемый путем… … Большая медицинская энциклопедия


Составляет такой вид горючих газов (см. Водяной газ и Газовое производство), который применяется во множестве производств не только потому, что легко получается из всяких углеродистых сортов горючих веществ и дает возможность пользоваться всякими … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона


Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

На практике С. газом обыкновенно (по крайней мере в Европе) называют исключительно газ, получаемый путем сухой перегонки из определенных сортов каменного угля (газовый каменный уголь), так как лишь в редких случах употребляется для освещения газ … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона


Светильный газ (le gaz d eclairage, gaz light, Leuchtgas) смесь газов, горящая светящим пламенем, содержащая болотный газ CH4 и другие углеводородные газы и пары; получается при сухой перегонке (см. это слово), т. е. накаливанием в ретортах, без… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона


— [В этой статье излагаются: цели коксования, выбор материала, устройство коксовальных печей, собирание побочных продуктов, физические и химические свойства кокса и статистические замечания.] нелетучий углеродистый остаток, получаемый из каменного… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Газификация – это процесс превращения органических или ископаемых углеродистых материалов в монооксид углерода, водород и диоксид углерода. Это достигается за счет реакции материала при высокой температуре (>700 °C) без воспламенения с регулируемым количеством кислорода и/или пара. Полученная газовая смесь называется синтез-газ
(сокращение от синтетический газ
) или древесный газ, и сама является топливом. Энергия, полученная в результате сжигания такого газа, считается одним из видов возобновляемой энергии, если газифицированная смесь была получена из биомассы.

Одной из самых типичных областей применения этой энергии является теплоэнергетическая выработка энергии. Древесный газ содержит большое количество водорода и монооксида углерода, и не выделяет при горении веществ, загрязняющих окружающую среду. Древесный газ —
источник экологически безопасной возобновляемой безэмиссионной энергии.

Трудности

Технологии по газификации древесины исследовались и развивались на протяжении более 100 лет. Однако, трудности в управлении контролируемым и в достаточной мере чистым процессом газификации усложняют внедрение его для коммерческого использования, например, на электростанциях. Самым большим препятствием была смола, выделяемая в процессе пиролиза, и со временем разрушавшая двигатели. Кроме того, качество древесной щепы, а в частности процент содержания в них влаги, устанавливало жесткие ограничения в выборе и обработке крошеной биомассы. to ней

Решение – инновационный метод пиролиза.

Газификатор древесины GASEK является так называемым прямоточным газификатором. Он основывается на технике пиролиза, разрабатывавшейся и улучшавшейся на протяжении последних 30 лет. Обработанная биомасса двигается в реакторе в том же направлении, что и газифицирующий воздух, поставляемый в количествах существенно меньших, чем требуется для горения.

Самое большое отличие от старой, проблематичной, технологии заключается в температуре и методе очистки получаемого газа. Ключевой фактор процесса газификации — достижение высоких температур (800-1200°C), что предотвращает формирование разрушительных смол. В результате, композиции смол расщепляются на более легкие частицы, не создающие проблем для двигателей. Древесный газ, проходящий через очистительную линию GASEK, не имеет цвета и запаха и при сгорании не выделяет вредных веществ.

Очищенный древесный газ дает возможность для производства эффективного, неприхотливого в обслуживании и долгоживущего оборудования для электростанций. Ряд международных патентов был получен на технологию газификации GASEK.

Экология познания.Наука и техника: Самодельный газогенератор на дровах, сделанный своими руками, лучше всего использовать совместно с двигателем внутреннего сгорания. Именно поэтому домашние умельцы приспосабливают его для генерации электроэнергии в домашних условиях, а то и прилаживают установку на автомобиль.

Двигатель внутреннего сгорания, работающий на дровах, — это вовсе не призрак из далекого прошлого. Автомобили и электростанции, использующие древесину в качестве энергоносителя, можно встретить и сегодня. Стоит уточнить: двигатель функционирует на газе, получаемом из дерева путем его сжигания определенным способом. Установки, вырабатывающие такой газ, называют газогенераторами, они достаточно давно применяются на промышленных предприятиях. Но можно ли изготовить газогенератор своими руками и стоит ли это делать – вопросы, ответы на которые призвана дать наша статья.

Как работает газогенератор

Чтобы понять, какая может быть польза от газогенератора в домашнем хозяйстве, надо разобраться в его принципе работы, а потом и устройстве. Тогда можно будет оценить затраты на его изготовление, а главное, какой удастся получить результат.

Итак, пиролизный газогенератор – это комплекс узлов и агрегатов, предназначенный для выделения смеси горючих газов из твердого топлива с целью его использования в двигателях внутреннего сгорания.

Для справки.
Конструкции генераторов отличаются друг от друга в зависимости от вида сжигаемого твердого топлива, мы рассмотрим самую актуальную из них – на дровах.

Если древесину сжигать в закрытом пространстве, ограничивая подачу кислорода, то на выходе можно получить смесь горючих газов. Вот их перечень:

• угарный газ (оксид углерода СО);
  
• водород (Н2);
• метан (СН4);
• прочие непредельные углеводороды (CnHm).
  

Примечание.
В смеси присутствуют также негорючие балластные газы: двуокись углерода (углекислый газ), кислород, азот и водяные пары.

Эффективный дровяной газогенератор должен не просто вырабатывать горючую смесь, но и сделать ее пригодной к использованию. Поэтому весь цикл получения топлива для ДВС можно смело назвать технологическим процессом, состоящим из таких этапов:

• газификация: древесина даже не горит, а тлеет при подаваемом количестве кислорода в размере 33-35% от необходимого для полноценного сжигания;
  
• первичная грубая очистка: летучие частицы продуктов горения, что вырабатывают древесные газогенераторы после первого этапа, отделяются с помощью сухого вихревого фильтра – циклона;
  
• вторичная грубая очистка: производится в скруббере – очистителе, где поток горючего пропускается через воду;
  
• охлаждение: продукты сгорания с температурой до 700 ºС проходят его в воздушном либо водяном теплообменнике;
  
• тонкая очистка;
• отправка потребителю: это может быть закачка горючего компрессором в бак-распределитель либо подача в смеситель, а затем — сразу в ДВС.
  

Рассмотреть устройство и принцип работы газогенератора в промышленном исполнении можно на технологической схеме, представленной ниже:

Полный цикл получения газа достаточно сложен, поскольку включает в себя несколько различных установок. Самая основная – это газогенератор, представляющий собой металлическую колонну цилиндрической либо прямоугольной формы, имеющую сужение книзу. В колонне имеются патрубки для воздуха и выхода газа, а также лючок доступа в зольник. Сверху агрегат оборудован крышкой для загрузки топлива, дымоход к корпусу не присоединяется, он просто отсутствует. Процесс горения и пиролиза, проходящий внутри колонны, хорошо отражает схема газогенератора:

Не вдаваясь в тонкости химических реакций, проходящих внутри колонны, отметим, что на выходе из нее получается смесь газов, описанная выше. Только она загрязнена частицами и побочными продуктами горения и обладает высокой температурой. Изучив чертежи газогенераторов любой конструкции, можно заметить, что все остальное оборудование предназначено для приведения газа в норму. Воздух в зону горения подается принудительно тяговой или дутьевой машиной (простыми словами — вентилятором).

Надо сказать, что самодельный газогенератор на дровах делается домашними мастерами-умельцами не такой сложной конструкции и технология выделения газа в нем несколько упрощена, о чем будет рассказано ниже.

Мифы о газогенераторных установках

На просторах интернета часто встречается множество необоснованных утверждений о работе подобных агрегатов и дается противоречивая информация об использовании газогенераторов. Попытаемся все эти мифы развеять.

Миф первый звучит так: КПД газогенераторной установки достигает 95%, что несоизмеримо больше, нежели у твердотопливных котлов с эффективностью 60-70%. Поэтому отапливать дом с ее помощью куда выгоднее. Информация некорректна изначально, нельзя сравнивать бытовой газогенератор для дома и твердотопливный котел, эти агрегаты выполняют разные функции. Задача первого – вырабатывать горючий газ, второго – нагревать воду.

Когда говорят о генерирующем оборудовании, то его КПД – это отношение количества полученного продукта к объему газа, что возможно выделить из древесины теоретически, помноженное на 100%. Эффективность котла – это отношение вырабатываемой тепловой энергии дров к теоретической теплоте сгорания, также умноженное на 100%. Кроме того, извлечь из органики 95% горючего топлива может далеко не каждая биогазовая установка, не то что газогенератор.

Вывод.
Суть мифа в том, что массу либо объем пытаются через КПД сопоставить с единицами энергии, а это недопустимо.

Обогревать дом проще и эффективнее обычным пиролизным котлом, что таким же способом выделяет горючие газы из древесины и тут же их сжигает, используя подачу вторичного воздуха в дополнительную камеру сгорания.

Миф второй – в бункер можно закладывать топливо любой влажности. Загружать-то его можно, да только количество выделяемого газа падает на 10-25%, а то и более. В этом отношении идеальный вариант — газогенератор, работающий на древесном угле, что почти не содержит влаги. А так тепловая энергия пиролиза уходит на испарение воды, температура в топке падает, процесс замедляется.

Миф третий – затраты на обогрев здания снижаются. Это нетрудно проверить, достаточно сравнить стоимость газогенератора на дровах и обычного твердотопливного котла, тоже сделанного своими руками. Плюс нужно водогрейное устройство, сжигающее древесные газы, например, конвектор. Наконец, эксплуатация всей этой системы отнимет немало времени и сил.

Вывод.
Самодельный газогенератор на дровах, сделанный своими руками, лучше всего использовать совместно с двигателем внутреннего сгорания. Именно поэтому домашние умельцы приспосабливают его для генерации электроэнергии в домашних условиях, а то и прилаживают установку на автомобиль.

Автомобильный газогенератор

Надо понимать, что газогенератор для автомобиля должен быть достаточно компактным, не слишком тяжелым и в то же время эффективным. Заграничные коллеги, чьи доходы не в пример выше наших, делают корпус генератора, циклон и фильтр охлаждения из нержавеющей стали. Это позволяет брать толщину металла вдвое меньше, а значит, и агрегат выйдет намного легче. В наших реалиях для сборки газогенератора применяют трубы, старые баллоны от пропана, огнетушители и прочие подручные материалы.

Ниже показан чертеж газогенератора, устанавливаемого на старые грузовики УралЗИС-352, по нему и надо ориентироваться при сборке агрегата:

Наружную емкость наши мастера чаще всего делают из баллонов для сжиженного пропана, внутреннюю можно сделать из ресивера грузового автомобиля ЗИЛ или КаМАЗ. Колосниковая решетка выполняется из толстого металла, патрубки – из соответствующего диаметра труб. Крышку с фиксаторами можно изготовить из отрезанного верха баллона либо из листовой стали. Уплотнение крышки – шнур из асбеста с графитной пропиткой.

Грубый фильтр – циклон для авто делают из старого огнетушителя либо простого отрезка трубы. Снизу трубы выполняется конусная насадка со штуцером для выгрузки золы, сверху торец закрывается наглухо привариваемой крышкой. В нее врезается выходной патрубок для очищенных газов, а сбоку – второй штуцер, куда будет осуществляться подача продуктов горения. Функциональная схема циклона в разрезе показана на рисунке:

Поскольку автомобильный газогенератор выдает газы с высокой температурой, их требуется охлаждать. Причины две:

• раскаленное газообразное топливо имеет слишком малую плотность и поджечь его в цилиндрах ДВС будет непросто;
  
• существует опасность самопроизвольной вспышки при контакте с горячими поверхностями мотора.
  

Движение газов по всему тракту во время розжига обеспечивает вентилятор, а после пуска мотора в системе появляется необходимое разрежение, вентилятор отключается.

Для охлаждения мастера-умельцы применяют обычные ребристые радиаторы отопления, располагая их на автомобиле таким образом, чтобы они максимально обдувались воздухом во время движения. Иногда даже используются современные биметаллические радиаторы. Перед попаданием в газогенераторный двигатель топливо требует тонкой очистки, для этого используют разного рода фильтры на свое усмотрение. Все узлы объединяются в одну установку в соответствии со схемой:

И последняя деталь – смеситель, нужен для регулирования пропорций газовоздушной смеси. Дело в том, что древесный газ имеет теплоту сгорания всего 4.5 МДж/м3, в то время как используемый в автомобилях природный газ — целых 34 МДж/м3. Следовательно, пропорции топлива и воздуха должны быть другими, их потребуется настроить заслонкой.

Заключение

Невзирая на всю привлекательность идеи сжигания дров вместо бензина в современных условиях она практически нежизнеспособна. Долгий розжиг, езда на средних и высоких оборотах, влияющая на ресурс ДВС, отсутствие комфорта, — все это делает действующие установки обычными диковинками, не находящими широкого применения. А вот сделать газогенератор для домашней электростанции – совсем другой вопрос. Стационарный агрегат совместно с переделанным дизельным ДВС может оказаться отличным вариантом электроснабжения дома.опубликовано

Доброго дня, мозгоизобретатели
! Как оказывается древесный уголь — очень полезная вещь с широким спектром применения, с его помощью можно запустить даже двигатель внутреннего сгорания без особых модификаций последнего.

Исследуя тему альтернативных источников энергии я нашел много теоретических расчетов, но мало практически выполненных и функционирующих самоделок
. Сам же я хотел сделать простую в исполнении и действенную поделку,
поэтому остановился на старом добром газогенераторе использующим древесный уголь как топливо.

Ознакомившись с теорией и несколькими уже воплощенными концепциями, я сделал собственный газогенератор и успешно подключил его к генератору электроэнергии. Моя мозгоподелка
собрана можно сказать из мусора: металлического ведра с крышкой, старых клапанов, фитингов, и полимерных шлангов. И хотя мой прототип требует доработки и последующей модификации, но он действительно работает, дешев и прост в изготовлении.

Данная газогенераторная поделка
вырабатывает из угля горючий газ, на котором с успехом работают инструменты с двигателем внутреннего сгорания. Вследствие этого она имеет широкий потенциал применения на садовом участке, дачном домике, в лесу и т.д. без нужды в бензине, линиях электропередач или промышленном газе. Еще больший потенциал применения она может найти в странах третьего мира, в местах пострадавших от катаклизмов, в удаленных уголках мира и т.д.

Шаг 1: Немного теории

ADN-ZB/SNB
Pkw mit Holzgasantrieb in Berlin 1946

Древесный газ, синтез-газ, газификация, генераторный газ – все это разные названия идеи о преобразовании некоторых видов органики в легко применимое топливо. Суть в том, что при сгорании органики в условиях с низким содержанием кислорода выделяются водород (в основном), окись углерода, двуокись углерода, смолы и биотопливо. Проще говоря, если правильно сжечь полено, то получится горючий дым!

Газогенераторные разработки применялись еще в далеком прошлом. Так горючий дым подавался в дома и уличные фонари в конце 1800-х годов, и лишь потом его заменили природным мозгогазом
. Газогенераторы на древесном топливе «запитывали» тысячи автомобилей по всей Европе во время Второй мировой войны, когда топливо из нефти было труднодоступным.

Описывая процессы во время газогенерации можно написать целую докторскую диссертацию, поэтому предоставлю это дело экспертам и упомяну лишь несколько ссылок:

Шаг 2: Дерево или уголь?

Существуют много конструкций газогенераторов использующих дерево или органику как топливо. От простеньких для частных работ до больших блестящих промышленных газогенераторов. Все их можно разделить на:

• самодельные средней сложности с большим количеством сварочных работ при изготовлении
• дорогие промышленные газогенераторы, зачастую малодоступные
• газогенераторы вырабатывающие биотопливо, которое после фильтрации и разделении можно заливать в двигатель

Биотопливо, или тяжелые масла и смолы, получаются в процессе термической деполимеризации. «При высокой температуре и под давлением длинноцепочечные полимеры водорода, кислорода и углерода распадаются до короткоцепочечных углеводородов». Сгорает биотопливо отлично, а при разделении на фракции из него можно получить бензин, аналогичный тому, что получается из нефти. Существуют даже статьи о выделении биотоплива из водорослей, так что следите за этими разработками!

Следует упомянуть, что использование биотоплива конечно круто, но это снижает срок службы вашего двигателя.

Специфика газогенерации на древесном угле в том, что длинные полимерные цепи уже удалены в процессе создания этого угля, то есть при дальнейшей газогенерации будут выделяться пары без смол. Сам уголь можно сделать самостоятельно в 160 литровой или 250 литровой бочке, но я использовал в своей поделке-прототипе уголь, купленный в магазине.

Шаг 3: Доказательство концепции

Для создания своего мозгопрототипа
газогенератора я использовал большое ведро, ведерко от краски, небольшие пластины металла, фитинги и краны.

Более полный список необходимых материалов и инструментов выглядит так:

• металлическое ведро с плотно закрывающейся крышкой
• ёмкость для фильтрации и фильтрующий материал — я с успехом использовал баночку от краски и поролон
• листовой металл — мои толщиной 1.2мм
• стальные трубы и фитинги к ним – мои были 2см в диаметре, только не используйте оцинкованные
• труба для входящих газов – я сначала использовал РЕХ шланги (полиэтиленовые армированные), но это плохой выбор
• труба для отработанных газов – вполне применим гибкий металлический шланг совместимый с трубой ∅ 2см
• шаровые краны – как минимум один, два – при рециркуляции выхлопных газов, три – для стравливания и четыре — если планируете использовать нагнетатель для разжигания углей
• термостойкий силиконовый герметик
• зажимы
• гайки и болты
• сварочный аппарат или холодная сварка
• ключи для труб
• дрель
• большое сверло
• детектор оксида углерода

Шаг 4: Генератор электроэнергии

В качестве «потребителя» в моем газогенераторном мозгоэксперименте
я решил использовать генератор моего отца, в котором поломалась топливная система. Я устранил течь топливного насоса и немного доработал под последующее функционирование на газе. А именно установил пластину кронштейна для моего адаптера, состоящего из тройника и шарового крана. Тройник подключается к карбюратору, через второе его отверстие поступают горючие газы от газогенератора, а на третье отверстие монтируется кран, через которое подается свежий воздух.

Выхлопная система также оснащена тройником и шаровым клапаном, через которые одна часть отработанных газов выбрасывается в атмосферу, а другая подается на вход газогенератора, где смешивается с чистым воздухом. Это позволяет направлять не полностью сгоревшие окиси углерода снова в топку, а также использовать поток в качестве раздува пламени. Данную опцию мне посоветовали умные люди, изначально моя возвратная линия была недоработана.

Шаг 5: Газогенераторный реактор

Реактор собирается очень просто, замечу лишь, что впускное отверстие моей самоделки
расположено слишком низко, его следует сделать на расстоянии не менее 5см от низа ведра.

Итак, из листового металла я вырезал три одинаковых пластины – одну для выпуска, две для впуска. Две пластины для системы впуска согнул по радиусу ведра, чтобы добиться плотного прилегания, одна из них будет установлена снаружи, другая, для поддержки, внутри. В углах пластин просверлил отверстия под болты крепления, скрепил их вместе и приступил к высверливанию впускного отверстия. После этого одну из пластин приложил к ведру в установленном месте и в самом ведре высверлил аналогичные отверстия.

Далее в отверстие вставил стальную трубку, так что бы она входила внутрь ведра более чем на треть и менее чем наполовину. Внутреннюю часть трубки позже удлинил отрезком из нержавеющей стали – это было ошибкой последствия которой показаны в конце мозгоруководства
. Затем сварил трубку и наружную пластину, обе пластины щедро намазал термостойким силиконом и установил на ведро, скрепив болтами.

По центру третьей пластины приварил фитинг, сквозь фитинг и пластину просверлил выходное отверстие, а по углам 4 отверстия для крепежа. После приложил эту пластину к крышке и продублировал на ней отверстия пластины — одно выходное и 4 крепежных. Затем смазал пластину термостойким герметиком и установил на положенное ей место на крышке, скрепив болтами.

И крышку, и само ведро оставил на сутки для высыхания герметика.

Шаг 6: Фильтр

Газогенератор на древесном угле считается газогенератором восходящего потока, то есть поступающий снизу воздух сгорает в топке, а образовавшиеся во время этого газы поднимаются вверх и отводятся через отверстие в крышке. При этом само топливо, а именно древесный уголь, является достаточно пыльным материалом, и его пылинки вместе с потоком газов могут попасть в двигатель. Для того чтобы этого избежать необходим пылеулавливающий фильтр.

Простой фильтр я собрал из баночки для краски, пластиковых фитингов и поролоновой мозгогубки
. В дне баночки и крышке высверлил отверстие под фитинг, установил и закрепил сами фитинги, а баночку набил губкой. Для герметичности при установке промазал фитинги все тем же герметиком.

Шаг 7: Выбор угля

Уголь в данной самоделке
нужно использовать только натуральный, лучше из твердых пород дерева, но и из хвойных сгодится, лишь сгорать будет быстрее. Нельзя использовать прессованный или химически обработанный уголь! Подходящий уголь можно покупать, но если вы планируете использовать свой мозгогазогенератор
часто, то лучше научится делать его самостоятельно.

Размером угли должны быть более 3мм, но не больше 2мм, это нужно для лучшей циркуляции потока воздуха и двуокиси углерода.

Шаг 8: Первый пуск

Погода во время первого пуска моей самоделки
была дождливой, я не знал, как поведет себя старенький генератор электроэнергии, который запускался последний раз 15 лет назад. Но я все же был уверен в своем успехе.

Зажженную пропановую горелку я вставил в воздухозаборное отверстие реактора и оставил ее разжигать уголь. На генераторе электроэнергии перекрыл поступление свежего воздуха и запустил стартер.

Во время старта двигатель генератора начал самостоятельно забирать поток, и я убрал горелку. Немного времени спустя начало вырабатываться достаточное количество горючего газа. Подачей воздуха и жидкости для запуска в стартер я помогал процессу стабильной работы двигателя. Я продолжал запускать двигатель и настраивать подачу воздуха в карбюратор. Когда нужный состав смеси был найден, двигатель заработал, и я успешно «запитал» от него свою сабельную пилу. Через 15 минут после начала работы пришлось выключить генератор из-за утечек газа.

Автор газогенератора на основе которого я сделал свой прототип говорит, что от сжигания угля объемом 0.0045 куб.м. за 30 минут он получает 5 л.с. Не знаю какова мощность его генератора электроэнергии, но я за 15 минут сжег намного меньше.

ВАЖНО!!! Будьте осторожны в случае работы с угарным газом (СО), при неправильном использовании он смертельно опасен! При вдыхании молекула СО присоединяется к молекуле кислорода в крови, что приводит к плохой абсорбции и в результате, полиорганной недостаточности. Соблюдайте правила работы с газами и работайте на воздухе или хорошо проветриваемом помещении!

Шаг 9: Версия 2.0

Прототип сделан и он функционален, из минусов только утечка газа. Поэтому я сделал газогенератор версии 2.0 со следующими доработками:

На вход карбюратора я установил 5мм-ю металлическию пластину с резьбой для трубы ∅ 2см, пластина крепится двумя болтами и дополнительной полосой металла для жесткости. При установке пластины использовал прокладочную бумагу, что позволило избежать утечек.

РЕХ шланг заменил, потому что он плавился на крышке газогенератора, да и у меня не было хороших зажимов для него. Вместо него я установил гибкий металлический шланг, который снял с возвратной системы. Он идеально подходит к трубе и фитингам, в которых плотно фиксируется при проворачивании, но на выходе газогенератора его лучше закрепить U-образным болтом.

Утечки устранены!

Шаг 10: Заглушка

Для горения необходимы три вещи: воздуха, топливо, запал. Данная самоделка
имеет в реакторе много тепла (запала) и угля (топлива), поэтому единственный способ остановить его работу это перекрыть подачу воздуха. Для этого нужна всего лишь одна заглушка с резьбой или клапан, которыми при необходимости и перекрывается входное отверстие.

Чтобы остановить мозгореактор
я закрыл входное отверстие заглушкой и оставил на ночь, с утра он был прохладным и не вырабатывал газ.

Шаг 11: Планы на доработку

Сжатие и хранение газа

Все результаты это знания, и не все предположения верны. Я, к примеру, подумал, что могу сжать выработанный газ и поместить его в баллон, а потом использовать как и обычный пропан. Но столкнулся с проблемой, что этот сжатый газ не разжигается. Я подумал раз в двигателе генератора зажигается, то и я его зажгу, но на деле это не так. Может причина в том, что 12 вольтовый компрессор не создал необходимую концентрацию и следует попробовать с более мощным компрессором.

Материалы реактора

Температура в топке было очень высокой и мой отрезок из нержавеющей стали, которым я удлинил входную трубку, расплавился. Он оказался хромированной блестящей безделушкой и просто растаял в топке. И еще, как я упоминал, входное отверстие изначально расположено слишком низко и не обеспечивает нужную реакционную зону и зольное пространство.

Генератор электроэнергии

Так как генератор не мой, а моего отца, то придется его вернуть, а себе приобрести что-то подходящее и установить все на мобильную платформу, чтобы расширить спектр подключаемых устройств: водный насос, вентилятор, гидравлический насос и т.д.
Самостоятельное производство угля

Топливо моего газогенератора это уголь, поэтому для полной автономности и экономии следует приобрести пару железных бочек и сделать установку для производства древесного угля.

Вот так я сделал газогенератор и «запитал» им генератор электроэнергии, надеюсь, было интересно и полезно!

Удачи в ваших самоделках
!