Для многих слово газогенератор ассоциируется со словами «грузовик везущий дрова, чтобы ехать» и «прошлый век» (рисунок 1). Да действительно газогенераторные установки, созданные в тех условиях, отличались небольшой мощностью и низким КПД. К тому же на развитие газогенераторов в нашей стране казали влияние большие запасы нефти.

Рисунок 1. Газогенераторный автомобиль прошлого века.

Страны же, чьи недра не так богаты углеводородами продвинулись существенно вперед в разработке газогенераторов. Современные технологии позволили повысить КПД установок, и улучшить управляемость процессом. Большинство зарубежных предприятий деревообработки используют газогенераторные установки. Это позволяет не только решить проблему утилизации органических отходов, но и получить постоянный источник дешевой энергии, что в значительной мере помогает повысить рентабельность предприятий. Посредством такой установки, можно греть воду, отапливать помещения и получать электроэнергию. [1, с. 156], [2, с. 166]

Мировой лидер в производстве газогенераторов американская фирма ALL Power Labs, позиционирует газогенератор как независимый источник электроэнергии при чрезвычайных ситуациях и в арсенал оборудования американских служб спасения входит газогенератор (рисунок 2)

Рисунок. 2. Газогенераторы фирмы ALL Power Labs (США)

Подведя промежуточные итоги можно отметить, что: даже при относительно низкой энергетической ценности генераторный газ может быть использован в двигателях внутреннего сгорания.

Проведенный анализ показывает, что, несмотря на конструктивное многообразие рассмотренных газогенераторных установок, использующих в качестве топлива древесную или растительную биомассу, все они имеют примерно одинаковые эксплуатационные характеристики:

• влажность используемого топлива – до 40%;
  
• удельный вес установки – 30–40 кг/кВт;
• КПД – 70–80%.

Газогенераторные установки, разработанные в 60-х года прошлого века, имели несколько лучшие показатели, так например влажность древесной биомассы могла достигать 55%, при КПД до 90%, но были массивней современных установок 50–55 кг/кВт

Усовершенствование конструкций газогенераторных установок позволит расширить область их применения.

Рассматривая генераторный газ, как моторное топливо, нельзя не затронуть его экологические характеристики. Испытания двигателя ВАЗ 2105, работающего на генераторном газе показали, что выбросы вредных веществ с отработавшими газами двигателя ВАЗ 2105 при работе на газогенераторном топливе значительно ниже (рисунок 4), чем при работе на бензине. (рисунок 3)

Рисунок. 3. Показатели токсичности при работе двигателя на бензине.

Рисунок. 4. Показатели токсичности при работе двигателя на генераторном газе.

Так при 1000 мин-1 при работе на газогенераторном топливе содержание монооксида углерода CO снизилось на 2,25% (в 13,5 раз), остаточных углеводородов CH на 504Ppm (в 8,6 раза).

Однако сравнение работы двигателя при подключении дополнительной нагрузки выявило существенный недостаток газогенераторов как источника топлива для ДВС.

При подключении нагрузки, двигатель внутреннего сгорания, работающий на генераторном газе, не справляется с дополнительно подключенной нагрузкой и происходит снижение оборотов и дальнейший останов двигателя (рисунок 5), в отличие от ДВС, работающего на бензине (рисунок 6).

Рисунок. 5. Работа двигателя на генераторном газе при повышении нагрузки.

Рисунок. 6. Работа двигателя на бензине при повышении нагрузки

Основная причина такого явления – недостаток газового топлива в камере сгорания ДВС, т.е. газогенератор не успевает выработать объем газа необходимый для работы двигателя при переходе на более высокую нагрузку. В то время как двигатель, работающий на бензине, компенсирует возросшую нагрузку дополнительным количеством топлива, выравнивая обороты.

Основным способом решения данной проблемы в настоящий момент является подача топлива в камеру сгорания, и его отключения при выходе газогенератора на установившийся режим работы.

Коллективом авторов был предложен принцип параметрического регулирования процесса газификации, который был реализован в заявке на патент, где была высказана гипотеза о возможности управлением процессом газификации в зависимости от режимов работы двигателя.[3, с. 84], [4]

Дальнейшие исследования, показали, что на процесс газификации можно влиять как количеством нагнетаемого воздуха в камеру газификации (рисунок 7), так и направлением его подачи, меняя не только количество вырабатываемого газа, но и его качественные характеристики.

Рисунок. 7 Изменение формы факела от количества нагнетаемого воздуха

Рисунок. 8 Изменение качества генераторного газа от направления нагнетаемого воздуха

В результате исследований предложена конструкция параметрического газогенератора с возможностью регулирования рабочего процесса в объеме камеры газификации. (рисунок 9)

Рисунок. 9. Параметрический газогенератор с объемным регулированием процесса газификации.

1 – газификатор; 2 – теплоизоляционный корпус; 3 – магистральный воздуховод; 4 – фурменные воздуховоды; 5 – зольниковая решетка; 6 – технологические окна; 7 – электромагнитные клапана; 8 – газоотводная трубка; 9 – опоры

Для управления процессом газификации на различных режимах работы, газогенератор оборудуется системой электромагнитных клапанов (поз. 7, рисунок 9) управляющих работой каждой фурмы индивидуально, расположенной в объеме зоны фурменного пояса.

Управление фурмами основывается на контроле за расходом генераторного газа в зависимости от нагрузки и оборотов ДВС. Что позволит оперативно управлять процессом газификации.

Кроме этого, фурмы расположены в разных плоскостях по объему камеры газификации фурменного пояса и количество фурм в каждой плоскости может быть различно, причем фурмы в плоскостях расположены со смещением относительно друг друга. (рисунок 10)

Рисунок. 10. Расположение фурм в объеме камеры

Заключение

Предлагаемая конструкция параметрического газогенератора с объемным регулированием процесса газификации обладает рядом преимуществ:

• возможностью управления процессом получения генераторного газа в объеме камеры газификации;
  
• более стабильной работой ДВС на переходных режимах;
  
• возможностью утилизации сыпучих отходов лесопиления (опилок)

1. История развития транспортных газогенераторов. Часть III. [Текст] «Леспроминформ» № 5 (79) 2011 с. 156-165 / Специализированный информационно-аналитический журнал ISSN 1996-0883 
2. Инновационная технология газификации древесины. Часть I. [Текст] «Леспроминформ» № 4 (94) 2013 с. 166-169 / Специализированный информационно-аналитический журнал ISSN 1996-0883
3. Киприянов Ф.А., Рассветалов А.С., Дунаев В.С. Параметрический газогенератор с объемным регулированием процесса газификации. Молочнохозяйственный вестник. 2014. № 4 (16). С. 84-89
4. Заявка 2014132727 Российская Федерация, МПК C10J 3/20 (2006.01)i Газогенератор / заявитель Палицын А.В. заявл. 07.08.2014

Все статьи автора «Киприянов Федор Александович»