Газогенераторная установка

Особенности устройства

Подобные отопительные устройства имеют две камеры сгорания. В первой происходит разложение твердотопливного горючего материала. Во второй – сжигание полученного пиролизного газа (она может располагаться по отношению к отсеку газификации снизу, сверху или сбоку).

Газогенераторная установка

Классическая газогенераторная печь состоит из следующих элементов:

  • корпус (в него устанавливают все элементы конструкции);
  • бункер заполнения (туда помещают твердое топливо – дрова или отходы древесной промышленности);
  • камера дожигания (в ней происходит сгорание пиролизного газа);
  • решетка колосниковая (она служит для удержания твердотопливного материала);
  • дверки (с их помощью загружают в оборудование дрова и удаляют остатки продуктов горения);
  • воздушные заслонки (благодаря им можно управлять подачей кислорода в рабочую зону прибора).

В зависимости от типа печи, ее особенностей газогенератор либо нагревает рубашку теплоносителя, либо отдает тепловую энергию окружающей среде, либо совмещает обе эти функции.

Преимущества

Газогенераторные приборы отопления имеют массу достоинств, что обусловило их широкое применение для обогрева дачных домов, коттеджей, хозяйственных построек. Их КПД многократно превышает эффективность работы традиционного отопительного оборудования. У печей подобного типа можно регулировать температуру теплоносителя, управлять их работой. В этом случае просто увеличивают или уменьшают подачу кислорода в топку.

Газогенераторная установка

Отапливать такие устройства можно не только дровами и отходами обработки древесины, но и каменным углем, торфом и, что самое удивительное, линолеумом.

Самым распространенным типом дровяного газогенератора является пиролизная печь. Газ из нее не отбирается, а полностью сжигается, в результате чего образуется тепловая энергия.

Схема газогенератора и принцип работы

Углерод – это основа всей биомассы нашей планеты, в том числе древесины и различных углей, в который превратились спрессованные растения за миллионы лет. В отопительных котлах и двигателях внутреннего сгорания (ДВС) мы сжигаем углеводороды, добываемые из недр земли: метан, пропан и бензин. Они дорожают с каждым годом, заставляя домашних умельцев искать новые пути с помощью старых изобретений. Одно из них – автомобили с газогенераторами на дровах, появившиеся в начале прошлого столетия.

Газогенераторная установка
В первой половине 20-го века дровяными агрегатами оснащались легковые и грузовые авто

Суть идеи в том, чтобы путем пиролиза получать из дерева газообразную горючую смесь, состоящую из нескольких соединений на основе углерода:

  • угарный газ (СО);
  • водород в свободном виде (Н2);
  • всем известный метан (СН4);
  • другие углеводородные соединения (общая формула — CnHm).

Газогенераторная установка
Для выделения газообразного топлива служит пиролизный газогенератор на дровах (иначе – газген), чье устройство показано на схеме. Это закрытая емкость с колосниками, заполняемая твердым топливом через верхний бункер, вместо дымохода – патрубок выхода газовой смеси. Принцип работы газгена следующий:

  1. Розжиг и горение массива дров происходит снизу, над колосниками. В камеру через фурмы вдувается воздух в ограниченном количестве (35% от нужного для полного сжигания объема).
  2. В зоне горения выделяется большое количество тепла и в результате реакции кислорода с углеродом образуется углекислота СО2. Содержание угарного газа и других воспламеняющихся веществ здесь невелико.
  3. В зоне восстановления (газификации) под воздействием высокой температуры углекислый газ насыщается углеродом из древесины и превращается в горючее соединение – СО. Здесь же происходит разложение водяного пара и образование свободного водорода.
  4. Раскаленные газы, проходя через верхние слои топлива, подсушивают дерево и заставляют его превращаться в полукокс (сухая перегонка), благодаря чему выделяется больше углерода.
  5. Газовая смесь покидает корпус газгена и отправляется на последующую очистку для подачи в двигатель внутреннего сгорания или котел.

Газогенераторная установка
Функциональная схема газогенератора прямого процесса

Газогенераторная установка
Принцип горизонтальной газификации – смесь горючих газов выходит через боковой патрубок генератора

Для ясности мы описали генерацию горючего путем прямого процесса газификации, когда массив топлива движется навстречу воздушному потоку. Существуют и другие способы – обращенный процесс (воздух продувается сверху вниз) и горизонтальный метод, показанный выше на схеме газогенератора. Если вы хотите подробно разобраться в теоретических моментах, предлагаем посмотреть следующее видео:

Функциональные зоны газогенератора

Все внутреннее пространство агрегата можно условно поделить на четыре отдела:

  • Зона просушки. Своего рода камера подготовки топлива, в которой те же дрова обретают оптимальную температуру без излишков влаги. Обычно температурный режим на этом участке составляет 150-200 °С.
  • Зона сухой перегонки. Еще один этап подготовки твердотельного топлива, но в условиях более высокого температурного режима до 500 °С. На этой стадии газогенераторная установка обугливает дрова с целью выведения из них смол, кислот и других нежелательных веществ.
  • Зона горения. Этот отдел размещается на уровне подключения воздушных каналов, по которым направляется воздух для поддержания стабильности горения. Конструкционно это обычная камера сжигания, которая присутствует во всех твердотопливных котлах. Средняя температура в ней варьируется от 1100 до 1300 °С.
  • Зона восстановления. Участок между колосниковой решеткой и камерой сгорания. По аналогии с современными пиролизными котлами можно представить этот отдел как место повторного сгорания. Сюда из зоны сжигания попадает раскаленный уголь, который может выниматься или тут же утилизироваться.

Газогенераторная установка

Газовые электростанции

Современные газогенераторные электростанции относятся к экономичному классу энергетического оборудования, позволяя использовать их в качестве аварийного, постоянного или резервного источника энергоснабжения. Спектр применения газогенераторов неограничен от бытового до промышленного применения в зависимости от требуемой мощности может быть реализован любой режим работы установки. При эксплуатации газопоршневых электростанций оптимальным и наиболее выгодным решением является режим когенерации с одновременной выработкой электричества и тепла, также возможно использование дополнительного оборудования для выработки холода.

Популярные статьи  Емкость конденсатора: единица измерения

Газогенераторная установка

Газогенераторы

Второй тип – это газогенераторы. Такое устройство можно использовать в нескольких направлениях, в том числе и получение электроэнергии.

Здесь стоит отметить, что сам по себе такой генератор не имеет никакого отношения к электричеству, поскольку его основная задача – выработать горючий газ.

Газогенераторная установка

Суть работы такого устройства сводится к тому, что в процессе окисления твердого топлива (его горения), выделяются газы, в том числе и горючие – водород, метан, СО, которые могут использоваться в самых разных целях.

К примеру, такие генераторы раньше применялись на авто, где обычные двигатели внутреннего сгорания отлично работали на выделяемом газе.

По причине постоянного дрожания топлива данные устройства некоторые автомобилисты и мотоциклисты уже в наше время начали устанавливать на свои машины.

Газогенераторная установка

То есть, чтобы получить электростанцию, достаточно иметь газогенератор, двигатель внутреннего сгорания и обычный генератор.

В первом элементе будет выделяться газ, который станет топливом для двигателя, а тот в свою очередь будет вращать ротор генератора, чтобы получить на выходе электроэнергию.

Особенности

Электростанция на дровах – изобретение далеко не новое, но современные технологии позволили несколько улучшить разработанные раньше устройства. Причем для получения электроэнергии используется несколько разных технологий.

Газогенераторная установка

К тому же, понятие «на дровах» несколько не точное, поскольку для функционирования такой станции подойдет любое твердое топливо (дрова, щепа, паллеты, уголь, кокс), в общем все, что может гореть.

Газогенераторная установка

Сразу отметим, что дрова, а точнее процесс их сгорания, выступает только в качестве источника энергии, обеспечивающего функционирование устройства, в котором происходит генерация электричества.

Основными достоинствами таких электростанций является:

  • Возможность использовать самое разное твердое топливо и его доступность;
  • Получение электроэнергии в любом месте;
  • Использование разных технологий позволяет получать электроэнергию с самыми разными параметрами (достаточной только для обычной подзарядки телефона и до запитки промышленного оборудования);
  • Может выступать и в качестве альтернативы, если перебои подачи электроэнергии – обычное дело, а также основным источником электричества.

Газопоршневые электростанции 1000 кВт (1 МВт)

  • Guascor SFGM560, электрической мощностью 1025 кВт, ресурс до капремонта – 60 000 моточасов;
  • MWM (Deutz) TCG2020V12 электрической мощностью 1200 кВт, ресурс до капремонта – 64 000 моточасов;
  • Jenbacher JMS 320 электрической мощностью 1055 кВт, ресурс до капремонта – 60 000 моточасов;
  • FG Wilson PG1250B электрической мощностью 1000 кВт, ресурс до капремонта – 48 000 моточасов;

Сразу необходимо отметить, что именно производителей газопоршневых двигателей в этом списке всего двое — Guascor и Jenbacher – они разрабатывали свои электростанции исключительно для работе на газе. Компания MWM (Deutz) разработала свои газовые двигатели на основе дизельных электростанций. Что же касается FG Wilson, то они являются в первую очередь не производителями, а пакетировщиками оборудования, используя для своих электростанций двигатели Perkins.

Можно расположить производителей в порядке возрастания стоимости технического обслуживания:

  1. Guascor SFGM560, удельная стоимость технического обслуживания – 0,34 руб/кВт*ч;
  2. FG Wilson PG1250B, удельная стоимость технического обслуживания – 0,47 руб/кВт*ч;
  3. MWM (Deutz) TCG2020V12, удельная стоимость технического обслуживания – 0,48 руб/кВт*ч;
  4. Jenbacher JMS 320, удельная стоимость технического обслуживания – 1,15 руб/кВт*ч;

В качестве топлива для газовых генераторов при эксплуатации на территории России используется магистральный природный газ или сжиженный баллонный газ Пропан-Бутан. В некоторых случаях возможно переориентация установки для использование других видов газового топлива, кроме указанных в требованиях завода производителя (газы с низкой детонацией, низким содержанием метана). Наиболее экономичным режимом эксплуатации является возможность подключения газогенератора в местах, где есть выработка попутного газа. Однофазные установки чаще всего применяются в качестве генераторов электроэнергии для бытовых нужд. Компания «Бриз Моторс» предлагает серию газовых электрогенераторов Generac мощностью от 8 до 70 кВА с различными высокооборотными типами двигателей, с воздушным охлаждением и корпусом из стали и алюминия.

Трехфазные более мощные газовые электростанции Generac, которые реализует и обслуживает «Бриз Моторс», могут быть использованы в строительстве и производстве, для энергообеспечения медицинских учреждений, снабжения крупных объектов с круглосуточным режимом работы. Мощность промышленного газогенераторного оборудования составляет от 80 до 300 кВА, установки оснащены надежной системой водяного охлаждения и алюминиевыми кожухами. Следует отметить, что все газовые генераторы обладают низким уровнем шума, которые редко превышает уровень в 70 дБ на расстоянии 7 м.

Одним из бесспорных преимуществ газовых электростанций итальянского производства является высокая экологичность, что обусловлено низким содержанием твердых частиц в выхлопных газах по сравнению с дизельными электростанциями (ДГУ). По этой же причине у газогенераторов существенно выше моторесурс, что также становится показателем надежности и долговечности оборудования. Можно обозначить несколько важных преимуществ использования газовых электрогенераторов в качестве источников электроэнергии.

Газогенераторная установка

Основные преимущества газогенераторных электростанций

  • низкие текущие эксплуатационные затраты;
  • доступность и невысокая стоимость газового топлива;
  • низкое потребление газа;
  • оптимальный расход топлива в газовых электростанциях (также обеспечивается с помощью электронных систем контроля за расходом топлива);
  • Увеличенный срок службы газогенераторных электростанций;
  • По сравнению с бензиновыми или дизельными станциями срок эксплуатации установок в среднем больше на 30%, поскольку газ не вызывает коррозию металла. Алюминиевые корпуса трехфазных установок практически вечные;
  • Простое обслуживание газового оборудования. Интервал планового технического обслуживания газовых генераторов электричества, замены жидкостей и масла в два раза больше по сравнению с дизельными и бензиновыми установками;
Популярные статьи  Что такое паяльный жир и как им правильно пользоваться?

Собираем газогенератор своими руками

Любой проект начинается с составления чертежа или начертания принципиальной схемы. Представления о внешнем виде газогенератора и принципе его работы у вас уже имеются. Осталось воплотить их в реальные формы.

Чтобы внешний вид нашего будущего газогенератора был эстетическим, надо подбирать заранее «правильные» детали.

Газогенераторная установка
Газогенератор из бочки

Бочка на 100 л, стальной бидон с герметичной крышкой на зажимах, фрагмент толстостенной трубы (длина около 300 мм, диаметр 150-160 мм), огнетушитель, стальной лист толщиной 6-10 мм (можно вообще применить диск от какой-нибудь тракторной техники), фрагмент бытового радиатора отопления.

В верхней части трубы прорезаем 5-6 отверстий. Это будет верхняя часть. К одному из них будет привариваться труба подачи воздуха. Через остальные отверстия будет выходить газовая смесь. К нижней части трубы привариваем перфорированное дно. Можно из нержавейки.

Газогенераторная установка
Внутренний вид газогенератора

Это будет наша колосниковая часть. На ней будут лежать угли, а пыль – просачиваться сквозь отверстия.

Внутри этого стакана нужно приварить металлический конус для медленной подачи углей. Перпендикулярно верхней части трубы (теперь это у вас уже не труба, а камера сгорания дров и восстановления газов) привариваем лист металла с вырезанным отверстием по внутреннему диаметру трубы. Этот лист буде служить дном для бункера, под который мы приготовили бидон. Днище бидона вы уже вырезали.

Газогенераторная установка
Часть газогенератора из бидона

Вся эта конструкция помещается в бочку и приваривается к ней так, чтобы снизу образовалось место для сбора золы, а горловина бидона выступала за верхние пределы бочки. Одно из отверстий в камере сгорания совмещаем с отверстием в стенке бочки и соединяем трубой подачи воздуха. Сверху привариваем лист металла, перекрывающий разницу в диаметрах горловин бидона и бочки. Снизу лист металла будет служить дном газогенератора.

Газогенераторная установка
Принципиальная конструкция готова. Остались сущие мелочи.

Обзор моделей

Модель Мощность, кВт Надежность Шум, дБ Цель использования Цена, руб. Вес, кг Способ запуска Расход топлива Время автономной работы Число фаз Число розеток Сервис, мес Отзывы людей
Genese GC125 100 5/5 90 резервный, основной 1 600 000 1300 электрический метан — 40 м³/ч, пропан-бутан — 35 л/ч 3 36
Gazvolt Standard 88 KTB 21 80 5/5 76 основной 1 299 000 875 электрический, автоматический метан — 32 м³/ч, пропан-бутан — 28 л/ч 3 36
Амперос АГ 80-Т400 80 5/5 82 резервный 1 543 990 1700 электрический метан — 32 м³/ч, пропан-бутан — 28 л/ч 3 12
Genese GC150 в контейнере с АВР 120 5/5 68 резервный 2 123 472 3000 электрический, автоматический метан — 48 м³/ч, пропан-бутан — 42 л/ч 3 36
Genese GC100 с АВР 70 5/5 80 резервный, основной 1 606 140 1300 электрический, автоматический метан — 28 м³/ч, пропан-бутан — 24,5 л/ч 3 36
Gazvolt Standard 66 KT Dnepr 13 60 5/5 72 основной 1 270 000 1035 электрический, автоматический метан — 24 м³/ч, пропан-бутан — 21 л/ч 2 недели непрерывно 3 36
Genese GC150 в кожухе с АВР 120 5/5 76 резервный 2 065 572 1920 электрический, автоматический метан — 48 м³/ч, пропан-бутан — 42 л/ч 3 36
Амперос АГ 80-Т400 в кожухе с АВР 80 5/5 77 резервный 1 884 050 1700 электрический, автоматический метан — 32 м³/ч, пропан-бутан — 28 л/ч 3 12
Perkins CTM P370G 276 5/5 70 основной, резервный 14 212 625 5800 электрический 85 м³/ч 8 часов 3 24
Газотурбинная установка в контейнере MT250 с системой утилизации тепла 250 5/5 85 основной 10 500 000 5440 электрический 0,228 л/кВт·ч, при нагрузке 100 % — 90 м³/ч круглосуточно 3 12

Принцип работы и особенности

Один из главных вопросов, возникающих у человека, не сталкивающегося с дровяным газогенератором – это что за принцип работы у оборудования и для чего оно нужно. Использование такого прибора для получения газа позволяет решить несколько задач:

  • создать систему резервного электроснабжения частного дома;
  • получить комфортные микроклиматические условия во время отопительного сезона и одновременного получения газа для других целей (например, приготовления пищи);
  • обеспечить работу двигателя внутреннего сгорания автомобиля.

Газогенераторная установка

Нагревая твердое топливо до 1100 °C и ограничивая в зону его горения доступ кислорода, можно сделать оборудование пиролизным. Основной принцип работы газогенератора заключается в превращении с помощью процесса пиролиза содержащейся в древесине целлюлозы в олефины (пропилен и этилен). Получившиеся газы очищаются системой фильтров от сажи, золы и других примесей, а затем охлаждаются. После охлаждения продукты оказываются во вторичной камере сгорания, где продолжают гореть, нагревая стенки котла. Для улучшения процесса горения в эту же топку подается воздух. О технических моментах подробно рассказано в видео ниже.

КПД пиролизных котлов выше по сравнению с обычными дровяными печами и котлами, и потраченные на создание самодельного газового генератора время и средства в перспективе окупятся. Тем более что дровяной газогенератор можно сделать не только отопительным, но и водонагревательным оборудованием. Для этого нагревающиеся в процессе горения дров стенки котла соединяются с теплообменником.

Газогенераторная установка

Пиролизный котел (газогенератор) с бойлером косвенного нагрева

Плюсы и минусы технологии

Если нет нужды в отделении газовой смеси, электрогенератор на природном газе эффективно работает в качестве теплогенератора, обеспечивает отопление дома. Выгода в том, что за счет использования пиролизного газа экономятся дрова.

Популярные статьи  Как подключить стиральную машину и проточной водонагреватель к одному проводу?

Некоторые предприятия закупают агрегаты и производят генераторный газ, получая деньги за утилизацию отходов других заводов. Стоимость вывоза мусора высокая, при этом возможны штрафы, поэтому древесный мусор деревообрабатывающим фирмам легче сдать на переработку, и заплатить меньшую сумму. Собственник станции получает выгоду от оплаты работы, также имеет бесплатное тепло для своих нужд.

Плюсы и минусы газогенератора

Высокий коэффициент полезного действия (80 – 95%)
Длительное горение дров без подкладки новой порции (до 25 часов)
Полное перегорание топлива, редкая очистка зольника
Координируемый процесс работы, возможность автоматизации
Минимальный выхлоп вредных компонентов
Снижение затрат на отопление
Большой объем камеры

Энергозависимость и требование к влажности дров (не для всех типов котлов)
Неустойчивость горения при неполной загрузке
Невозможность организовать автоматическую загрузку топлива

Конструкция газогенератора

Аппарат может быть любых размеров 100 – 1000 литров (от требуемой мощности).

Разделяются по процессу газификации:

  1. Прямого.
  2. Обращенного.
  3. Поперечного типа.

В поперечной схеме газы по прибору проходят горизонтально. Снизу вверх – в прямой схеме, а в обращённой – сверху вниз.

Устройство газогенератора АСС-2000

Наиболее оптимальный вариант обращенного принципа газификации. Ёмкость имеет двойные стенки (что пожаробезопасно), а горячий газ дополнительно нагревает и подсушивает топливо, находящееся над камерой сгорания.

Схема с обращённым движением газов лучше всего подходит для использования на автомобиле.

Принцип работы газогенераторных установок

Для того чтобы решить эту проблему широко применялись мобильные газогенераторы, которые были изобретены еще во время первой мировой войны. Схема газогенераторной установки проста. Загруженное в газогенератор топливо поджигается через воздушный клапан при помощи факела. Воздух, необходимый для газификации, засасывается в камеру через фурменные отверстия благодаря разрежению, создаваемому всасывающим действием двигателя. Причем его количество должно быть недостаточно для полного сгорания топлива. При этом углерод топлива соединяется с кислородом воздуха, образуя углекислый газ (СО2) и окись углерода (СО). Далее они попадают в зону восстановления, где проходит через слой раскаленного угля, лежащего на колосниковой решетке. В результате негорючий СО2 превращается в горючий СО. Входящий в состав топлива водород частично соединяется с кислородом, образуя воду, которая присоединяется к влаге топлива, а остальной выделяется в чистом виде. Под влиянием высоких температур в камере газификации часть влаги соединяется с углеродом, образуя окись углерода и водород. Окись углерода, вместе с ранее образованной и полученной в результате восстановления углекислого газа, переходит в состав генераторного газа. Водород же, полученный в результате разложения воды, суммируется со свободным водородом, причем часть этого водорода переходит в состав генераторного газа, а другая часть вступает в химическую реакцию с углеродом топлива, образуя метан. Теоретически весь кислород воздуха должен израсходоваться при газификации, однако в действительности часть его сохраняется и переходит в состав генераторного газа. Вода, не разложившаяся при газификации, переходит в генераторный газ в виде пара. В слое топлива, находящегося непосредственно над зоной горения, происходит процесс пиролиза топлива (или сухой перегонки), то есть нагрев без доступа воздуха.

Газогенераторная установка

Продуктами сухой перегонки являются древесный уголь или кокс, а также летучие вещества, смолы и влага, выходящие в газо- и парообразном состоянии. Все продукты сухой перегонки в описанном типе генератора целиком проходят через зону горения и восстановления, где подвергаются процессам газификации, несколько более сложным, чем описано, но дающим те же основные продукты. Над зоной сухой перегонки находится зона подсушки, где происходит высыхание топлива. При выходе из генератора газ имеет высокую температуру и засорен золой и частицами угля. В таком виде он не может использоваться в двигателе и перед поступлением в цилиндры должен быть очищен и охлажден.

Система охлаждения газогенератора

Независимо от назначения, газогенераторы в процессе работы достаточно сильно нагреваются. Чтобы нагрев не оказывал негативного влияния на оборудование, используется система охлаждения. Она бывает двух типов:

  • Воздушное охлаждение. В промышленных установках практически не встречается, так как не может обеспечить должного охлаждения установки. Можно встретить в генераторах с мощностью до 15 кВт.
  • Водяное охлаждение. Отличный вариант для охлаждения промышленных газогенераторов, мощность которых начинается от 20 кВт. Такое оборудование эффективно и не издает много шума при работе.

Можно купить газогенераторы для выработки электроэнергии с одной либо тремя фазами – это еще одна важная классификация газогенераторов для производства электрической энергии. Все промышленные газогенераторные установки способны выдавать трехфазное напряжение от 220 до 380 Вольт. Именно такой электрический ток потребляет промышленное оборудование, работающее преимущественно от трех фаз.

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 econet.ru

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: