Современное производство, да и сам уклад жизни, трудно себе представить без использования двигателей внутреннего сгорания (ДВС). По оценкам различных экспертных сообществ ДВС занимают второе место по загрязнению окружающей среды, после промышленных предприятий. В настоящее время, как потребителей, так и производителей заботит не только цена конечного продукта, но и его экологические свойства, влияние на окружающую среду. Поэтому проводится немало исследовательских и опытно – конструкторских работ направленных на улучшение потребительских и экологических характеристик ДВС [1-3].

Одним из экологически чистых видов топлива для двигателя внутреннего сгорания, включая поршневые двигатели используемые на мобильных электростанциях и газотурбинное оборудование, является газовое топливо, обладающее рядом преимуществ перед жидкими моторными топливами:

- снижение токсичности выхлопа ДВС;

- более полное сгорание топлива в ДВС;

- увеличение общего ресурса ДВС;

- увеличение ресурса расходных материалов;

- отсутствие детонации.

Кроме этого, полное сгорание топлива с минимальными выбросами – это главная характеристика газообразного топлива. Это преимущество в наше время используется во всём мире для получения электроэнергии. Среди экологичных источников топлива для производства электроэнергии, природный газ, занимает первое место. Сегодня уже используют газ, генерируемый из промышленных и бытовых отходов, а именно: биогаз получённый из отходов жизнедеятельности животных, газ из полигонов твёрдых бытовых отходов, а также газ, получаемый в процессе термохимической реакции (газификация).

В отличие от процесса метанового сбраживания, в результате которого получают биогаз, при газификации происходит преобразование любого твёрдого органического вещества, содержащего лигнин, в горючий газ. При этом в качестве топлива может служить любая биомасса: отходы лесопиления и сельхозкультур, остатки шелухи риса, сахарного тростника и жом в различных формах.

Получаемый газ, может быть использован для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия в двухтопливном режиме и с искровым зажиганием [4]. Использование энергии из биомассы, полученной с помощью газификации, доказано, может быть не только экономически целесообразно, но и выгодно с точки зрения экологии [5]. Действительно, возобновляемые источники энергии набирают популярность в Европе и на Западе и часто упоминается как “Зеленая Энергетика” и ее использование рекомендуется через привлекательные стимулы на тариф правительствами.

Технология газификации биомассы существует около тысячи лет, но только 80 лет идёт активное исследование процессов получения горючего газа. Однако, после Второй мировой войны технологии газификации не завоевали популярность по двум причинам. Первая причина – наличие неограниченный нефтяных запасов в мире по низкой стоимости, другая причина – технологические проблемы, связанные с содержанием высокого уровня смол в газе, которые создают угрозу эксплуатации двигателя.

В мире наблюдается периодический интерес к процессу газификации каждый раз, когда наступает очередной нефтяной кризис, но сегодня интерес к газогенераторам вызван с желанием сократить выбросы парникового газа. Разработанные технологии газификации позволяют устранить некоторые проблемы, связанные с низкой плотностью энергии и потенциала газообразного топлива

Одним из вариантов использования местных возобновляемых энергоресурсов, в качестве топлива для ДВС может служить газогенератор. Современные технологии в области электроники и управления процессами могут повысить эффективность работы газогенераторов, а современные материалы снизят количество потерь тепла и повысят качество газа  при фильтрации. Одним из примеров сочетающим материалы, технологии и управление процессом газификации являются технические решения фирмы Gasifier Experimenters Kit (the GEK), (США), патент США № 8764857 В2.

При анализе материалов по конструкциям и опыту применения газогенераторов позволил выделить общие недостатки при проектировании и разработке современных газогенераторов [3]:

Подавляющее большинство газогенераторных установок, как транспортного так и стационарного типа, являются адаптированными для современных условий копиями газогенераторов 30-40 годов ХХ века.

Качество получаемого генераторного газа зависит как от параметров исходного сырья (размер, влажность, плотность и т.д.), так и от режимов его производства. Все газогенераторы, их рабочие характеристики, рассчитываются из условия максимальной производительности по генераторному газу.

Газогенератор управляет двигателем, а не двигатель газогенератором, так как при проектировании газогенераторной установки газогенератор и двигатель рассматриваются как отдельные элементы, а не как общая система.

Газогенератор хорошо работает на установившемся режиме и плохо на переходных режимах (max <=> min). Оказывает негативное влияние на длительность переходного режима работы ДВС инерционность газогенератора.

Токсичность отработавших газов при работе двигателя на генераторном газе ниже токсичности при работе на традиционном моторном топливе [5, 6], однако, для удовлетворительной работы ДВС на генераторном газе требуется модернизация системы зажигания и увеличение степени сжатия двигателя.

Проведя анализ существующих конструкций предложена схема газогенератора Х-образной компоновки [7]. Теоретически она позволяла устранить ряд недостатков присущих другим конструкциям, таких как:

- цикличность работы газогенератора;

- ограничение газифицируемого топлива по влажности и размеру;

- содержание в генераторном газе азота;

- неоднородность генераторного газа по составу.

Технический результат достигается тем что:

- при производстве генераторного газа отказались от газового дутья, поэтому генераторный газ практически не содержит азота, т.к. в процессе газификации не используется атмосферный воздух, а термический крекинг и окислительно – восстановительные реакции протекают за счет пиролиза воды, содержащейся в газифицируемом топливе при подводе энергии извне, как следствие, все загруженное топливо в камеру газификации преобразуется в генераторный газ;

- для получения генераторного газа используется влажная древесина (содержание влаги более 20%), если древесина содержит недостаточное количество влаги (интенсивный прирост объема древесного угля в реакционной зоне), то для нормализации размера реакционной зоны, в верхнюю часть камеры газификации добавляется водяной пар;

- размер газифицируемого топлива определяется объемом камеры газификации и принципиального значения не имеет;

- в газогенераторе параллельно работают несколько камер газификации (например: четыре), загрузку которых топливом, а следовательно, и запуск в работу, можно сместить во времени друг относительно друга;

- количественный и качественный состав генераторного газа регулируется интенсивностью окислительных процессов в печной камере, количеством задействованных камер газификации и видом топлива загруженного в каждую камеру [7].

1. Плотников С. А. Создание новых альтернативных топлив // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2014. – № S10. – С. 26–30. – URL: http://e-koncept.ru/2014/14621.htm (дата обращения: 14.12.2016).
2. Плотников С.А. Улучшение эксплуатационных показателей дизелей путем создания новых альтернативных топлив и совершенствования топливоподающей аппаратуры.//Автореф. дисс. докт. техн. наук. -Н-Новгород, 2011.
3. Плотников С.А., Зубакин А.С. Некоторые результаты применения альтернативных топлив для снижения токсичности ДВС//Всероссийская ежегодная научно-практическая конференция «Общество, наука, инновации» (НПК-2016). Киров, 2016 г. С. 1352 -1358.
4. Киприянов Ф.А. Перспективы использования генераторного газа//Актуальные научные исследования в условиях вызовов XXI века: Материалы Международной научно-практической конференции. 2016. С. 330 -331
5. Киприянов Ф.А. Исследование показателей токсичности отработавших газов двигателя внутреннего сгорания при работе на генераторном газе и традиционном моторном топливе / Ф.А. Киприянов // Проблемы современной науки и образования. 2017. № 1 (83). – С.26-29
6. Киприянов Ф.А. Исследование работы газогенератора / Ф.А. Киприянов // Современные научные исследования и инновации. 2016. №1 (57). С. 146 -152.
7. Газогенератор / Острецов В.Н., Зубакин А.С., Палицын А.В., Коротков А.Н. // Патент РФ № 2466177 МПК C10J3/20

Все статьи автора «Киприянов Федор Александрович»