Практика використання дров в якості палива в наш час навіть стосовно до котельного обладнання здається морально застарілою. І все ж цей принцип роботи енергетичних систем має незаперечні переваги, що, відповідно, відображається і в появі нових технологічних концепцій. В даному випадку розглядається газогенераторна установка, експлуатаційні особливості якої давно привертають увагу конструкторів сфери автомобілебудування. Зрозуміло, про традиційній топці дров під капотом мови не йде, проте виробляється такими агрегатами енергія має пряме відношення до спалювання твердого палива.
Конструкції устаткування газогенераторного
Техніка складається з перетворювача, вентилятора, скрубера, трубопровідної підвідної інфраструктури, камери спалювання і яка приводить в дію фурнітури. Конструкція орієнтується на умови термічної переробки твердого палива з метою вироблення теплової або електричної енергії. Це може бути моноблочна або модульна установка з можливістю виконання заміни окремих елементів. Корпуси компонентів виготовляються з металу (листова сталь) шляхом зварювальної компонування. У нижній частині монтується металева платформа, яку можна доповнювати і ходовою частиною в залежності від конкретного конструкційного рішення. У верхній же частині зазвичай організовується система завантаження з бункером, до якого підводяться канали подачі кисню. У промислових газогенераторних установках для вироблення електроенергії іноді передбачаються механічні органи завантаження палива з автоматичним регулюванням. Але в цьому випадку і камера згоряння повинна бути забезпечена спеціальними індикаторами, які будуть подавати команду на внесення чергової порції палива.
Функціональні зони газогенератора
Весь внутрішній простір агрегату можна умовно поділити на чотири відділи:
- Зона просушування. Свого роду камера підготовки палива, в якій ті ж дрова знаходять оптимальну температуру без надлишків вологи. Зазвичай температурний режим на цій ділянці становить 150-200 °С.
- Зона сухої перегонки. Ще один етап підготовки твердотільного палива, але в умовах більш високого температурного режиму до 500 °С. На цій стадії газогенераторна установка обвуглює дрова з метою виведення з них смол, кислот та інших небажаних речовин.
- Зона горіння. Цей відділ розміщується на рівні підключення повітряних каналів, по яких подається повітря для підтримки стабільності горіння. Конструкційно це звичайна камера спалювання, яка присутня у всіх твердопаливних котлах. Середня температура в ній варіюється від 1100 до 1300 °С.
- Зона відновлення. Ділянка між колосникових гратами і камерою згорання. За аналогією з сучасними піролізних котлів можна уявити цей відділ як місце повторного згоряння. Сюди із зони спалювання потрапляє розжарене вугілля, який може вийматися або тут же утилізуватися.
Принцип роботи газогенераторної установки
Робочий процес устаткування ґрунтується на неповної переробки вуглецю, що виділяється при спалюванні палива. Як твердопаливних елементів можуть виступати як дрова з вугіллям, так і біоматеріали зразок торф’яних брикетів, пеллетів або гранул з відходів деревопереробної промисловості. Отриманий вуглець при взаємодії з підведеними потоками повітря може приєднувати до себе атоми кисню. Отриманий газ потенційно може віддати обсяг енергії, що відповідає лише 30% від спочатку завантаженого палива, з якого він був вироблений. З іншого боку, для переробки вуглецю потрібно набагато менше ресурсів – як мінімум, кисень потрібно в мінімальному обсязі. І вже в процесі вторинного спалювання газогенераторна установка виробляє цільову енергію, придатну для використання. На цьому етапі можуть бути задіяні різні перетворювачі та акумуляторні батареї – в залежності від типу енергії, яку планується отримувати з газоповітряної суміші.
Можливості устаткування газогенераторного
Поєднання принципів горіння органічних видів палива з виробленням газу розглядалося ще на початку 20 століття. Більше того, були успішні практичні напрацювання в цьому напрямку, які заміняли собою більш поширені на той момент генератори для переробки поновлюваних джерел енергії. Сьогодні ж на тлі популяризації принципів раціонального використання ресурсів з акцентом на енергозбереження знову стає актуальною концепція термохімічної конверсії відходів рослинної біомаси. І навіть невеликі за потужністю газогенераторні установки на 70-80 кВт можуть задіюватися в комунальних або сільських господарствах, де в якості палива будуть застосовуватися місцеві відходи виробництв. Приміром, є практика експлуатації таких установок в поливальних системах фермерських господарств в режимі повної автономії протягом 4-5 ч. Обладнання від 150 кВт знаходить своє місце на великих виробництвах, в обслуговуванні районів і великих енергетично залежних об’єктів.
Застосування газогенераторних технологій в промисловості
Вперше газогенераторні технології стали застосовуватися в скляної і металургійної промисловості в Європі, а в СРСР знайшли своє місце в народному господарстві. Приміром, в середині 20 століття по країні були поширені газогенераторні станції, що виробляють до 3 МВт з рослинної біомаси та торфу. Сучасне обладнання помітно додало в технологічному розвитку. Сьогодні це цілі комплекси, забезпечені засобами автоматичного і навіть роботизованого управління під контролем ЕОМ. Потужність газогенераторних установок для вироблення електроенергії у промисловій сфері в середньому становить 300-350 кВт. У деяких випадках це цілі хімічні заводи, що пред’являють жорсткі вимоги до паливних матеріалів. Такі установки застосовуються на великих виробничих комплексах для обслуговування відразу декількох систем споживання – силових вузлів (верстатів, ліній складання, динамомашин, компресорів), освітлювальних приладів, вентиляційних інфраструктури і т. д.
Газогенератори у транспортній техніці
Практика доопрацювання автомобілів під установку газових генераторів почалася ще в довоєнні роки. На багато машини в рамках такої модернізації встановлювався генератор електрообладнання з високою віддачею, так як потрібно було забезпечувати досить потужний потік кисневого наддуву. Для цього застосовувався електровентилятор. До найбільш помітним розробок такого типу можна віднести «полуторки» ГАЗ-АА і «тритонки» типу ЗІС-5, газогенераторні установки яких забезпечували пробіг на одній заправці до 80-90 км. Це небагато, але в умовах дефіциту рідинного палива на лісових господарствах дане рішення повністю себе виправдовувало економічно. Що стосується сьогоднішнього дня, то перетворення звичайних авто з ДВС також мотивується в основному інтересами енергозбереження. Є успішні приклади переробки легкових автомобілів ГАЗ-24 і АЗЛК-2141, які на одній заправці проїжджають до 120 км, підтримуючи швидкісний режим у діапазоні 80-90 км/ч.
Як зробити газогенераторну установку для автомобіля своїми руками?
Реалізувати даний принцип без звернення до фахівців у домашніх умовах можна і самостійно. Загальну інструкцію такої модернізації можна представити так:
- Організовується бункер завантаження. Зазвичай використовують газовий балон ємкістю 40-50 л Днище в ньому вирізається, а в горловині проробляється отвір чи віконце для засипки паливо. Орієнтуватися варто на застосування або дрібнофракційних вугілля, або пелетів.
- Монтується колосникова решітка для прийняття на себе основне навантаження.
- Виготовляється циклонний фільтр і фурма, яка візьме на себе теплове навантаження. Незалежно від типу використовуваного твердого палива, воно буде виділяти продукти згоряння у вигляді золи і пилу. Дані відходи повинні вловлювати відразу після випуску фільтром.
- Монтаж радіатора. Цей компонент буде виконувати функцію охолодження газової суміші. Для газогенераторної установки своїми руками можна зробити радіаторну конструкцію з сантехнічних труб. Важливо лише правильно розрахувати перетин для оптимальної підготовки вуглецю.
- Створення фільтра тонкого очищення. З сучасних мембранних матеріалів можна виготовити заслінку для багаторівневої очищення газоповітряної суміші, що підвищить потужність генератора енергії.
- Підключення до двигуна. Фінальна стадія, в ході якої за допомогою комутуючих труб виконується підводка до мотору для направлення до нього очищеної газової суміші.
Побутові газогенератори
Домашнє котельне обладнання також поліпшується, доповнюючись новим функціоналом і експлуатаційними можливостями. Для цієї сфери пропонуються газогенераторні установки до 150 кВт на ЗВГ (сжижено вуглекислий газ) в комплектації з системою рідинного охолодження, блоком зарядки акумулятора і захисними пристосуваннями. Це повноцінний резервний генератор, який можна використовувати в разі відключення основного енергопостачання.
Розрахунок газогенераторного обладнання по потужності
Незалежно від призначення енергетичного агрегату, його техніко-експлуатаційні показники мають бути розраховані до покупки. Нижче наведено типовий приклад розрахунку газогенераторної установки для домашньої системи опалення.
Потужність агрегату усереднено слід співвідносити з площею цільового приміщення експлуатації, маючи на увазі наступну взаємозв’язок: на 10 м2 припадає 1 кВт мощностного потенціалу від генерується газової суміші. Так, для майданчика на 50 м2 потрібно установка не менше ніж на 5 кВт, а якщо площа виробничого об’єкта становить 1000 м2, то потрібна буде система обігріву мінімум на 100 кВт. Але і це не все. Для кожного отвору в стіні робиться добавка приблизно в 1 кВт, не враховуючи поправки на кліматичні умови. У результаті об’єкт загальною площею 1000 м2 з 10 вікнами і 5 дверними прорізами потребує використання установки з потужністю 1015 кВт як мінімум.
Плюси технології
Газогенератори відмінно справляються з базовими завданнями вироблення енергії. Так, якщо звичайні твердопаливні агрегати мають ККД на рівні 60%, то газові аналоги – понад 80%. Відзначаються позитивні нюанси обслуговування. Оскільки в камері відбувається повне згоряння з висновком вуглекислотної суміші, надалі не потрібна спеціальна очищення стін обладнання. Безумовно, є і переваги економічного характеру. Найпростіша газогенераторна установка на дровах дозволяє заощадити до 30-40% порівняно з електричними обігрівачами і котлами, що забезпечують аналогічний тепловий ефект.
Мінуси технології
Переваги газогенераторів могли б їх зробити основним засобом вироблення електричної і теплової енергії, якщо б не слабкі місця. До них в першу чергу відноситься багатокомпонентність функціональних частин. Незважаючи на простий принцип роботи, газогенераторна установка містить безліч взаємозалежних елементів, що ускладнює і управління системою. Також варто підкреслити необхідність постійного підтримання горіння шляхом завантаження паливної сировини. В умовах працюючого виробництва це необхідно робити регулярно, тому без контролюючої автоматики обійтися не вдасться.
Майбутнє розвитку газогенераторних технологій
На користь продовження розвитку газогенераторних агрегатів говорить їх органічне поєднання з біопаливними елементами, які є беззастережно одним з найбільш перспективних джерел пального сировини. У напрямку оптимізації конструкцій під пелети і брикети з більшою ймовірністю буде здійснюватися рух даної концепції. Що стосується газогенераторних установок для автомобілів, то на промисловому рівні їх розробка теж може себе виправдати економічно. До речі, близько 2 кг дешевих паливних матеріалів виробляють стільки ж енергії для машини, скільки 1 л бензину. Однак процесу розвитку в даному напрямку все ж перешкоджає необхідність ускладнення конструкції автомобілів і появу нових конкурентних генераторів, які також приходять на зміну звичайним ДВС.
Висновок
Електричним і рідинним систем генерації енергії сьогодні все активніше протистоять технології альтернативної енергетики. Для тієї ж побутової середовища вже давно випускаються комплектні сонячні панелі і геотермальні батареї. Яке місце в цій конкурентній боротьбі може зайняти сучасний газогенератор? Це не самий практичний у використанні рішення саме для побутового застосування із-за великих розмірів обладнання і проблемного змісту. Однак промисловість цілком зацікавлена в таких установках, оскільки вони дозволяють розраховувати на значну економію без зниження потужності.
