Газогенератор — Википедия
- О газогенераторе газотурбинного двигателя см. Турбокомпрессор.
Газогенератор — устройство для преобразования твёрдого или жидкого топлива в газообразную форму. Наиболее распространены газогенераторы, работающие на дровах, древесном угле, каменном угле, буром угле, коксе и топливных пеллетах. Газогенераторы, использующие в качестве топлива мазут и другие виды жидкого топлива, применяются значительно реже.
Обеспечивая более полное сгорание отходов деревообработки и сельскохозяйственной продукции (опилки, лузга семечек и т. д.), использование газогенератора позволяет сократить выбросы в атмосферу.
Газогенератор позволяет газифицировать твёрдое топливо что делает его использование более удобным и эффективным, будь то отопительный котёл, двигатель внутреннего сгорания, газовая турбина или химическая промышленность.
В газогенераторе протекает несколько основных химических реакций. При горении с обедненным количеством кислорода (пиролиз) протекают реакции окисления угля и углеводородов:
- C+O2→CO2{\displaystyle C+{O_{2}}\rightarrow {CO_{2}}}
- 2h3+O2→2h3O{\displaystyle {2H_{2}}+{O_{2}}\rightarrow {2H_{2}O}}
- с выделением тепловой энергии
После чего реакции восстановления:
- C+CO2→2CO{\displaystyle C+{CO_{2}}\rightarrow {2CO}}
- C+h3O→CO+h3{\displaystyle C+{H_{2}O}\rightarrow {CO}+{H_{2}}}
- с потреблением тепловой энергии
Активная часть газогенератора состоит из трёх перетекающих участков: термического разложения топлива, окисления, восстановления. Кроме устройств с внешним подводом тепла, где зоны окисления нет.
Основными горючими компонентами в получаемом «генераторном газе» являются водород h3{\displaystyle {H_{2}}}, оксид углерода CO{\displaystyle {CO}}, метан Ch5{\displaystyle {CH_{4}}}, и непредельные углеводороды CxHx{\displaystyle {C_{x}H_{x}}}. Прочие вещества, в основном CO2{\displaystyle {CO_{2}}}, O2{\displaystyle {O_{2}}}, N2{\displaystyle {N_{2}}}, h3O{\displaystyle {H_{2}O}}, являются балластом и за исключением кислорода не участвуют в процессе сгорания газа в двигателе, либо препятствуют ему. Состав получаемых газов сильно зависит от типа топлива и конструкции газогенератора. При работе газогенератора обращенного процесса на сухом древесном топливе (дровах) на горючие компоненты приходится чуть более 1/3 объемного содержания (h3{\displaystyle {H_{2}}}: 15-17 %, CO{\displaystyle {CO}}: 20-21 %). Большую часть составляют азот N2{\displaystyle {N_{2}}} (около 50 %) и углекислый газ CO2{\displaystyle {CO_{2}}} (около 10 %).
Калорийность генераторного газа зависит от состава газа обдува[1]:
| Воздух | 3,8 — 4,5 МДж/м3 |
| Воздух + водяной пар | 5 — 6,7 МДж/м3 |
| Кислород + водяной пар | 5 — 8,8 МДж/м3 |
| Водяной пар | 10 — 13,4 МДж/м3 |
Существуют три основных типа газогенераторного процесса: прямого, обращённого и горизонтального. Также известны и газогенераторы двухзонного процесса, которые представляют собой комбинацию прямого и обратного процессов.
Преимущество прямого процесса — простота исполнения. Недостаток — большое содержание влаги и смол. Данный недостаток можно устранить, используя очищенное топливо: древесный уголь или кокс.
Обратный процесс имеет самое меньшее содержание смол потому, что газ разложения топлива проходит самую высокотемпературную зону «окисления», что приводит к практически полному его разложению. На практике исполняется немного сложнее, чем прямой.
Горизонтальный процесс имеет умеренное количество смол. Газ разложения проходит зону восстановления, но часть его не полностью разлагается, Преимущество — простая конструкция.
Водяной пар подается отдельно от газа обдува, предварительно разогретым, в зону восстановления. Генераторный газ при этом имеет большую калорийность но общая тепловая мощность установки падает, поэтому в тепловых котлах подача пара не используется.
Газогенераторы различаются системой загрузки топлива и отбора золы. Беспрерывная система подачи и отбора более технологична, часто используется в промышленности (в основном на лесопилках).
Ошибочно газогенераторами называют, по аналогии с дизельгенераторами и бензогенераторами, электрический генератор, приводимый газовым двигателем, работающим на сжатом природном газе (метане) или на сжиженном углеводородном газе. Также ошибкой будет назвать газогенератором турбокомпрессор (газотурбинный нагнетатель) газотурбинного двигателя.
Автомобиль на газогенераторном двс: достойная альтернатива привычному топливу
Постепенное сокращение запасов природных ресурсов и сложности с их добычей заставляют искать альтернативные источники энергии, одновременно недорогие и эффективные. Так, попытки заменить бензин или природный газ натолкнули на идею использовать уголь и натуральную древесину. Высушенные дрова дают значительное количество энергии и вполне подходят для использования в двс — двигателях внутреннего сгорания — при условии некоторой доработки их конструкции.
Первые эксперименты по созданию и испытанию двигателя на дровах в середине прошлого столетия завершились успешно. Поэтому ряд производственных мощностей в разных странах мира был переведен в режим серийного выпуска газогенераторных автомобилей на дровах, которые нашли широкое применение в военные годы. Позже от их использования отказались, но идея применения угля и дров в качестве источника энергии сохранила свою актуальность.
Сегодня создать в домашних условиях двигатель внутреннего сгорания на дровах не составит особого труда. А взамен можно получить работающий газогенератор для автомобиля или для отопительного оборудования, не требующий запасов дорогостоящего топлива.
Принцип работы газогенераторного двигателя на дровах
В основу работы газогенераторной установки положен процесс пиролиза — получение горючей газовой смеси из древесины. В ее составе значительную часть занимает угарный газ, или окись углерода, также присутствуют свободный водород, метан и некоторые углеводородные соединения. Незначительный процент в смеси составляют балластные газы — азот, водяной пар и углекислый газ. Пиролиз происходит в газогенераторе. Конструкция устройства представляет собой закрытую емкость с колосниками, в которую через верхний бункер поступает твердое топливо. В качестве дымохода используется патрубок для выхода полученной газовой смеси. Последовательность пиролиза выглядит следующим образом:
- В нижней части газогенератора под колосниками сгорают дрова. В процессе их горения в камеру нагнетается воздух в объеме около 35% от необходимого количества для переработки всех дров.
- Большое количество тепловой энергии от сгорания дров запускает реакцию кислорода воздуха и углерода, в результате чего образуется углекислота.
- В зоне газификации газогенератора углекислый газ дополнительно получает углерод из древесины, превращаясь в угарный газ. Одновременно в результате разложения водяного пара образуется свободный водород.
- Проходя через сухую древесину, раскаленные газы способствуют ее подсушиванию и превращению в полукокс, что способствует выделению еще большего объема углерода. Процесс носит название сухой перегонки и сегодня находит свое применение в ряде отраслей топливной промышленности.
- Образовавшаяся газовая смесь выходит из газогенератора через патрубок и поступает на очистку от посторонних примесей и взвесей для дальнейшей подачи в двигатель внутреннего сгорания.
Очистка получившейся газовой смеси — обязательный процесс переработки дров. Отказ от нее вызывает быстрое загрязнение и порчу двигателя, чувствительного к качеству и химическому составу газового топлива. Специально для его очистки была сконструирована фильтрующая система, состоящая из трех частей:
- Циклон, или фильтр грубой очистки. Представляет собой вертикальный цилиндр конусообразной формы. Газовая смесь циркулирует вдоль стенок на высокой скорости, в результате чего под воздействием центробежной силы крупные частицы выделяются из общей массы и падают на дно устройства. Затем они выводятся из фильтра, чтобы не загрязнять новую порцию смеси.
- Радиатор — охладитель газовой смеси. Здесь очищенная смесь охлаждается до температуры, при которой она легко воспламеняется. Подача газа в радиатор осуществляется методом нагнетания.
- Фильтр тонкой очистки. Здесь происходит удаление из газовой смеси мелкой взвеси сажи и золы, которую не удалось извлечь в циклоне.
Очищенная и охлажденная газовая смесь подается в двигатель внутреннего сгорания автомобиля или отопительного котла. Ее горение дает необходимое количество энергии для движения транспортного средства или для обогрева здания.
Газогенераторная установка своими руками: профессиональные рекомендации по сборке
Задавшись целью сделать двс на генераторном газе для автомобиля или отопительной системы, стоит обратить внимание на следующие моменты:
- Перевести на газ можно только автомобиль с карбюратором. Для современных транспортных средств требуется менять прошивку контроллера, иначе новое топливо не запустит его движение.
- Чем выше мощность двигателя, тем производительнее должен быть газогенератор.
- Установка газовой системы в багажник потребует дополнительного места. Рекомендуется вырезать часть днища или установить конструкцию на прицеп.
- Для изготовления камеры газификации потребуется термостойкий стальной сплав, например, низкоуглеродистая сталь толщиной не менее 4 мм.
Обратите внимание: попытка увеличить диаметр камеры для повышения объемов выработки топлива нецелесообразна. Производительность устройства увеличится незначительно, тогда как качество переработки древесного сырья станет значительно хуже.
Для сборки работающего газогенераторного двигателя на дровах потребуются:
- старый газовый баллон;
- ресивер от грузовика или толстостенная труба;
- графитно-асбестовый шнур для уплотнения крышки;
- несколько стальных труб или радиаторов для системы фильтрации;
- небольшой вентилятор для розжига;
- листовой металл толщиной 1,5 мм.
Последовательность действий выглядит следующим образом:
- Циклон сваривается из отрезка трубы 10 см. Входной патрубок должен быть расположен сбоку устройства, выпускной — сверху емкости.
- Для охладителя подбирается труба в виде змеевика или радиатор.
- На роль фильтра тонкой очистки подойдет бочка или отрезок трубы, наполненный базальтовым волокном.
Запустить процесс розжига поможет вентилятор, полностью состоящий из металлических элементов. Это требование обусловлено безопасной работой устройства: только металл способен выдержать контакт с раскаленной газовой смесью. Топливная магистраль, ведущая от генератора к карбюратору, изготавливается из стальной трубы и монтируется под днищем машины.
Оптимизировать работу газогенератора удастся благодаря следующим рекомендациям:
- Размер дровяных чурок не должен быть более 6 см;
- Древесина должна быть полностью высушенной, чтобы часть энергии не тратилась на подсушивание дров;
- Розжиг топлива осуществляется при включенном вентиляторе не позднее чем за 20 минут до начала движения.
Обратите внимание: автомобиль на газогенераторном двигателе теряет до 50% мощности. Поэтому ждать от машины высокой скорости и быстрого старта после непродолжительной остановки не приходится.
Огни в моих топках совсем прогорят: тест-драйв ГАЗ-АА на дровах
Накопитель совмещает две функции. Первая – он играет роль аккумулятора газа. Расход газа при движении неравномерен, в момент нажатия педали акселератора (вот тут как нельзя лучше подходит выражение «педаль газа») текущий расход многократно возрастает, поэтому во избежание дефицита топлива используется накопитель, который позволяет иметь некоторый необходимый запас газа и поддерживает его постоянный объём.
Другая задача – очистить полученное топливо. Как ни крути, а горит дерево, поэтому в продуктах горения есть и зола, и прочие твёрдые отходы, попадание которых в двигатель совсем нежелательно. Само собой, все примеси удалить невозможно, поэтому ресурс моторов газогенераторных автомобилей был ниже бензиновых сородичей.
Из накопителя газ идёт в смеситель. Но между ним и накопителем есть ещё одно устройство – «улитка». Это обычный электрический насос, который нужен для создания тяги установки при розжиге и до момента запуска двигателя. После того, как мотор заработает, он начнём «тянуть» газ сам. Но до этого ещё далеко, поэтому «улитка» жужжит вовсю. Кстати, шестивольтовое электрооборудование «полуторки» не слишком любит эту пожирательницу немногочисленных ампер-часов, но без неё никак. Немцы, было дело, ставили по две «улитки»: одна нагнетала давление, а другая высасывала газ. Наши так не делали, обходились одной.
Итак, после «улитки» газ отправлялся в смеситель. Этот узел предполагает возможность переключения работы двигателя с газа на бензин. Да, совсем без бензина всё же не обошлось…
Справедливости ради отмечу, что карбюратор здесь пусковой, он нужен только для того, чтобы запустить холодный двигатель. Даже педаль газа с ним никак не связана. Одним словом, ездить на нём нельзя, можно только завести машину. Дальше – только газ.
Авто на дровах своими руками. Дровяной газогенератор своими руками
Увы, вещающую человечьим голосом и исполняющую все прихоти щуку еще никому не удалось выявить, а вот эквивалент самоездящей дровяной печи существует и давно известен. Конечно, речь идет совсем не об автомобилях, передвигающихся на паровом двигателе. Итак, как изготовить авто на дровах своими руками?
Реально ли это?
Утверждение, что авто ездит на дровах – это отнюдь не первоапрельская шутка. Ваш личный транспорт вполне может питаться не банальным бензином, а такими изысканными яствами, как строительный мусор, имеющий древесную основу.
Идея о подобном альтернативном виде топлива отнюдь не нова, подобные автомобили существовали еще во времена Второй мировой войны, а в некоторых странах, где жидкое топливо драгоценности подобно, их можно в большом количестве встретить и по сей день, например в Северной Корее. Секрет действия такого волшебного авто прост – это дровяной газогенератор, этакое магическое сочетание вполне обыденного и земного материала и высокотехнологического устройства.
Газогенератор, автомобиль на дровах
Каким же образом работает этот загадочный механизм? Можно ли сделать авто на дровах своими руками? Горючие природные газы, такие как известные нам этилен или тот же пропилен, вполне реально добыть самостоятельно, и для этого совсем не надо рыть землю и обзаводиться собственной скважиной. Достаточно раздобыть газогенератор: просто приобрести или пойти более сложным путем, сделав собственными умелыми руками.
Как работает газогенератор в автомобиле?
В газогенераторе путем пиролиза, известного всем со школьной скамьи, целлюлоза, а проще — всяческие древесные отходы (те же дрова), превращается в тот самый газ, искомое нами топливо. Чтобы получился требуемый продукт, простого изничтожения огнем дров недостаточно. Реакция должна проходить при температуре, превышающей 1000 градусов по шкале Цельсия, при ограниченном притоке кислорода. Конечно, полученную волшебную смесь надо еще избавить от всяких абсолютно лишних примесей и остудить, ибо газ охлажденный дает больше столь нужной авто энергии. В продаже можно найти котлы, работающие с использованием газогенератора, но для личного автотранспорта такая конструкция, увы, не подходит. А значит превращать свою рабочую лошадку в огнедышащего дракона вам надо будет самостоятельно.
Особенности
Газогенератор — это ключевой элемент, благодаря которому авто едет на дровах. Газогенератор своими руками соорудить вполне возможно. Да, он занимает много места, но зато сразу появляется столько возможностей. Лес рубят – машина едет. Можно создать авто на дровах своими руками, и ваш четырехколесный друг будет поглощать все, что горит, если в состав входит целлюлоза. Шишки, шелуха, обрезки паркета, в теплых странах — кокосовая шелуха, даже сырые дрова. Печь удовольствуется чем угодно. Вот только влажная древесина будет нещадно дымить.
Так что если не брать в расчет выжженную пустыню, топливо можно раздобыть где угодно и не быть привязанным к заправочным станциями. Настоящая мечта для тех, кто предвкушает апокалиптическое будущее с разрушенной инфраструктурой подачи топлива. И стоить питание для такого самохода будет примерно в четыре раза дешевле по сравнению с обыкновенным бензином. Авто на дровах своими руками — это и мечта эколога, количество вредных выбросов в атмосферу здесь в разы меньше. Все изменения в топливной системе делаются исключительно самостоятельно с использованием самых обыкновенных инструментов и материалов, никаких высоких технологий.
Минусы использования дровяного газогенератора в автомобилях
Конечно, у такой системы есть и свои отрицательные стороны. Во-первых, сама конструкция самодельного газогенератора достаточно громоздкая, а значит увеличивает вес автомобиля. Ее надо где-то разместить, что сократит полезную площадь, а заодно и уменьшит грузоподъемность. Сами по себе заправочные станции не нужны, но останавливаться, чтобы подкинуть дровишек, придется довольно часто, да и при ее всеядности надо все-таки следить за качеством того, что отправляется в топку. Желательно ничего сырого и без гнильцы. Пробуждается к жизни такой агрегат тоже отнюдь не за секунды, на это понадобится примерно 10 минут. Скорость тоже вполне соответствует знаменитой самоездящей печи, так как уменьшается и мощность мотора. За самим процессом горения нужно внимательно следить, падение температуры приводит к тому, что полезная газовая смесь, необходимая для работы двигателя, превращается в совсем ненужный деготь. Исходя из всего вышеперечисленного, использовались авто на дровах в былые времена преимущественно в тех местах, где последних (дров) было с избытком. На всевозможных лесозаготовках. Или же там, где отсутствовало другое топливо как таковое, в непролазной глуши.
Устройство газогенератора
Что такое дровяной газогенератор для автомобиля? Секрет действия агрегата достаточно прост. В процессе горения древесного топлива возникает газ, который, избавленный от лишних примесей, проходит через стадию охлаждения, замешивается с воздухом и впрыскивается в двигатель внутреннего сгорания.
А значит понадобится сам газогенератор, различные виды фильтров, обязательная система охлаждения, всевозможные трубопроводы и электрический вентилятор — для ускорения и улучшения самого горения. Система выглядит таким образом: необходимое топливо загружается в высокий бак цилиндрической формы (можно и квадрат), под которым устанавливается сама камера горения. Полученный газ проходит систему очистки. Далее температура топлива понижается до идеальной, а потом уже обогащение воздухом — и искомая смесь оказывается в двигателе. Современные разработки умельцев мало отличаются от приложенной старой схемы, а потому, если не оснащать газогенератором грузовой автомобиль, а ставить его на милую сердцу легковушку, то потребуется или возвести пугающую конструкцию в багажнике, или как-то присоединять агрегат на дополнительном прицепе к машине.
Как сделать газогенератор своими руками?
Можно ли сделать газогенератор своими руками? Да, но вам потребуется набор инструментов и сами материалы. В ход пойдут: листовая сталь для создания корпуса, топливного бака (в котором будут находиться дрова), жаропрочная сталь для емкости, где будет проходить процесс горения, различные жаропрочные прокладки, в идеале не асбест, так как он считается опасным для организма. Всевозможные трубы, которые будут соединять все узлы газогенератора, фильтры для удаления примесей (западные коллеги экспериментируют с теми же дровяными смесями), специальная чугунная решетка, пропускающая сгоревшие элементы, ну и такие мелочи, как дверцы, крышки и клапаны. Раздобыв все необходимые элементы и вооружившись подходящим чертежом, можно приступать непосредственно к созданию такого аппарата, как самодельный дровяной газогенератор своими руками. Точность и индивидуальность расчетов конструкции газогенератора в соответствии с вашим авто желательна, но иногда не обязательна. Некоторые, особенно наблюдательные и рукастые «самоделкины» умудряются копировать необходимый агрегат, пользуясь стандартными чертежами.
Дровяной газогенератор своими руками
Есть несколько особенностей, которые стоит принять во внимание для того, чтобы ваш автомобиль начал двигаться без опасности для жизни водителя. Главное — диаметр труб, по которым смесь будет поступать в двигатель, должен быть тщательно подобран, учитывая мощность последнего.
Все узлы и части газогенератора должны быть воздухонепроницаемыми. Нужно аккуратно строить все узлы, избегая трубок со слишком маленьким диаметром или же резких сгибов, дабы максимально уменьшить сопротивление при поступлении газовой смеси в мотор. Основные навыки, которые потребуются изобретателям-оптимизаторам – это опыт работы с металлом. Резка различных конструкций, сварка, работа с трубами – все это будет достаточно сложным для новичка.
Дрова горят, машина едет?
Существуют и определенные хитрости для передвижения на модернизированном автомобиле. Нужно не забывать не только дрова подкидывать, но и вычищать пепел из специального контейнера, а продукты горения заполнят его достаточно быстро. При несвоевременной очистке процесс работы газогенератора на дровах искажается. Добавлять топливо нужно тоже постепенно, не дожидаясь его полного уничтожения. В идеале — когда бак пустеет где-то наполовину. Прежде чем заглушить двигатель, сначала необходимо выждать определенный период, пока агрегат не охладится до нужной температуры.
При процессе горения выделяется не только полезный и дешевый газ, но разные токсичные вещества, а потому системе вентиляции должно быть уделено отдельное внимание. Нельзя испытывать газовый генератор в закрытом помещении. Все узлы и спайки должны быть проверены на предмет утечек. Горящая печь в вашем багажнике сама по себе может стать предметом некоторой душевной тревоги. При правильной сборке газовый генератор совершенно безопасен, но следует по возможности избегать аварийных ситуаций в процессе движения, так как в этом случае риск возникновения пожара в автомобиле существенно возрастает.
Авто 30-х и 40-х годов
Своего расцвета автомобили, работавшие на дровах, достигли в 30-е и 40-е годы. Так как изменения, которые необходимо было внести в транспортное средство, не были кардинальными, зачастую они выполнялись самостоятельно. Чтобы достигнуть необходимой мощности двигателя, иногда даже создавали систему турбонаддува. Некоторым автомобилям требовался более эффективный генератор, так как необходимая температура горения в топке поддерживалась с помощью вентилятора.
Автомобили на дровах пользовались популярностью там, где раздобыть обычный бензин было непросто. Так, во времена Второй мировой войны свои испытания в этой сфере проводили конструкторы концернов VW и Mercedes. В нашей стране авто на дровах (газогенератор в автомобиле) не потеряло свою актуальность и в послевоенное время. Они осваивали труднодоступные районы, куда вездесущий бензин еще не успел проникнуть, и трудились на лесозаготовительных и лесоперерабатывающих предприятиях.
Автомобили в наше время
С течением времени интерес к таким агрегатам иссяк, и авто на дровах с находящимся газогенератором в автомобиле осели ржавеющими остовами где-то на периферии. Ныне исследования и испытания в этой области проводятся только настоящими энтузиастами.
И это несмотря на то, что организации по охране среды считают такие установки крайне интересными, так как в качестве топлива могут быть использованы отходы, а уровень загрязнения природы матушки в разы ниже, чем при использовании обыкновенного автомобиля на бензиновом двигателе. Современные творения, в отличие от своих предшественников, могут развивать приличную скорость порядка 80 км в час, а необходимость в дозаправке у них появляется после преодоленной сотни километров. Расход топлива здесь измеряется деревянными колобашками, и таковых потребуется 50 кг на 100 км. Это уменьшает стоимость передвижения по сравнению с использованием традиционных видов топлива в 3-4 раза.Заключение
Итак, мы выяснили, как сделать газогенератор на дровах своими руками. Устройство конструкции не столь сложно, поэтому справиться с этим может практически любой человек.