Количество и состав газа зависят, главным образом, от температуры и скорости перегонки. При нормальных условиях газ состоит кз угольной кислоты, окиси углерода и незначительного количества метана, ненасыщенных алифатических углеводородов и водорода. На стр. 51 были указаны выхода этих составных частей древесного газа, полученных Klason" OM при сухой перегонке сосны, ели, березы ибука, высчитанные в % отношении к весу сухого дерева. Средний процентный состав газа из вышеназванных пород но объему будет такой:
СОз. . . ... . -57,1*
СО....................... - 32,7 «
С4Н4 ■ ... . . -
Bergstrom и Weslen дают следующие цифры состава газа, полученного при сухой перегонке воздушно-сухого хвойного дерева в шведских печах с внутренним нагревом*.
COj...................... 50-56Н
СО................. 28-«он
Сн«................. 18 Н
Тяжелых углеводородов 2-3 Ч Я...... . 0,5-14
Выход этого газа составляет около 18% веса сухого дерева. Содержание в нем метана в размере 18% кажется слишком высоким, так VaK оно соответствует почти всему количеству метоксильных групп в дереве, между тем как другие продукты сухой перегонки также содержат значительное количество метоксила.
По исследованиям F. Fischer"a газы, образующиеся при сухой перегонке дерева в железных ретортах, имеют следующий средний состав по объему, выведенный на основании большого числа анализов:
TOC o "1-3" h z С02 ............................. 59,0*
СО....... . 33,он
СН< ....... . 3,5*
Водорода......................... 3,0*
Состав древесного газа вообще не является постоянным во все время выделения его из перегонного аппарата и меняется в зависимости от стадии развития. Вначале из аппарата выделяется только воздух, заключающийся в дереве и аппарате, затем появляется газ, состоящий почти исключительно из СОг и СО и мало горючий. Лишь после того как из дерева улетучилась вся вода, начинается сильное развитие газов с значительным содержанием углеводородов и водорода, которые легко горят. В следующей стадии процесса выделение газов уменьшается, но горючесть их не слабеет.
Хотя небольшое количество воздуха в начале сухой перегонки дерева представляет совершенно нормальную часть газа, но в некоторых случаях, например в таких установках, которые работают при отсасывании древесного газа вентилятором, эта примесь воздуха может значительно увеличиться. Klar приводит пример, когда количество кислорода в газе доходило до 6%. Мне лично приходилось наблюдать в углевыжигательной печи системы А и и н о в а содержание кислорода 2-5 и даже 4°/о, которое часто сопровождалось хлопками, особенно при переводе газов из одного регенератора на другой.
Кроме воздуха, газы, выходящие из холодильника, содержат ещ^ некоторое количество древесного уксуса и смолы, которыми газы насыщаются более или менее, смотря по температуре охлаждающей воды и по давлению, господствующему в холодильных трубах. Чем больше газов образуетсй при сухой перегонке дерева н чем теплее они выходят из холодильника, тем больше потеря уксусной кислоты и особенно древесного спирта, происходящая от насыщения газов составными частями древесного уксуса. Поэтому, во избежание этой потери, нужно, чтобы, во 1-х, количество образующихся газов было минимальным, а это достигается понижением температуры перегонки, во 2-х, чтобы температура газов при выходе их из холодильника не поднималась выше 20® Ц и в 3-х, доступ воздуха в перегонный аппарат бил Понижен до минимума, таккак вследствие притока воздуха количество газов увеличивается, и происходит вследствие окисления потеря продуктов, особенно метилового спирта,
С увеличением количества углеводородов в газах увеличивается их теплотворная способность. Мы уже видели в таблице Юона, что газ в первоначальной стадии своего развития дает только 1100 кал, На 1 куб. м, в конце же перегонки калорийность его достигает 4780 кал. на куб, м.
Если мы возьмем древесный газ указанного F. Fischer"oM состава, то его теплотворная способность равняется 1312,8 кал., Т.-е. 1 куб, м газа при 1б°Ц и прн атмосферном давлении выделяет при сгорании указанное количество тепла; вес 1 куб, м такого газа ровен 1,479 кг. Полезная калорийность газа в практике значительно понижается, вследствие неизбежной потери тепла, и по расчету равняется 864 хал. Практически можно принять, что 100 кг дерева даю* при сухой перегонке максимум 20 - 26 кг газа, т.-е. около 15 куб. м , которые яри полезной теплотворной способности 864 «пи. дадут всего 12 960 кал, Сравнивая ценность этого газа с теоретической теплотворной способностью хорошего каменного угля в 7000 «ал. и с практической в 5000 кал, получаем, что данный газ по своей топливной способности может заменить 2,5 кг каменного
5000 I. При подогревании же древесного газа отходящими в дымовую трубу топочными газами его топливная ценность может подняться до калорийности 3,3 кг каменного угля.
Благодаря значительной теплотворной способности древесног* газа на заводах сухой перегонки дерева его не выпускают бесполезна на воздух, а сжигают под ретортами, что дает экономию на каменном угле около 10%, или же его употребляют, как топливо для газовых двигателей, при чем *аз or 100 кг дерева, равноценный 3 хг каменног» угля, развивает энергию, равную 3,75 лошадиных сил в час.
Природный газ – это самый дешевый источник энергии для системы отопления. Но в наши дни газ стоит не так уж и дешево. Поэтому многие домовладельцы предпочитают использовать в системах отопления альтернативные газогенераторы, работающие на дровах или опилках.
И в данной статье мы рассмотрим процесс создания такого газогенератора. Изучив этот материал, вы сможете собрать дровяной газогенератор своими руками и воспользоваться всеми преимуществами альтернативного способа отопления.
Горючий газ можно добыть не только из скважины. Например, если нагреть дрова до 1100 градусов Цельсия, ограничивая доступ кислорода в зону окисления топлива, то процесс горения перейдет в стадию термического разложения – пиролиза. Итогом пиролиза будет преобразование целлюлозы в низкомолекулярные олефины – горючие газы этилен и пропилен.
Причем КПД «пиролизного» котла в 1,5-2 раза выше, чем у обычного твердотопливного «нагревателя» . Ведь выделяемые в процессе пиролиза низкомолекулярные олефины выделяют в процессе горения намного больше энергии, чем сгорающая целлюлоза.
В итоге, генератор на опилках, дровах, жмыхе или любом другом источнике целлюлозы функционирует по следующей схеме:
|
|
- В первичной камере сгорания, в результате классического пиролиза, целлюлоза переходит в низкомолекулярные олефины.
- На следующем этапе полученные в результате пиролиза олефины проходят сквозь ряд фильтров, очищающих горючие газы от примесей – уксусной и муравьиной кислоты, сажи, золы и так далее.
- После фильтрации газы нужно охладить, поскольку разогретое топливо отдает меньше энергии на финальной стадии окисления.
- Далее охлажденные газы переходят во вторичную камеру сгорания, где происходит окончательное окисление (горение) сопровождаемое выделением энергии, поглощаемой стенками (корпусом) котла. Причем во вторичную камеру сгорания газов закачивается отдельная порция воздуха, поскольку первичная камера функционирует в условиях ограниченного поступления кислорода.
Разогретые стенки котла можно соединить с водяной «рубашкой», превратив газогенератор в обычный водонагревательный котел, или использовать в качестве нагревательного элемента воздушного конвектора.
Почему это выгодно?
Построив древесный газогенератор своими руками, вы сможете рассчитывать на следующие выгоды:
- Уменьшенный расход топлива. Ведь КПД котла с газогенератором равно 90-95 процентам, а у твердотопливного котла – всего 50-60 процентов. То есть, на обогрев одного и того же помещения газогенератор потратит не более 60 процентов топлива, расходуемого обычным твердотопливным котлом.
- Продолжительный процесс горения. Пиролиз дров происходит за 20-25 часов, а процесс термического разложения древесного угля заканчивается за 5-8 суток. Следовательно, загрузку дров в котел можно проводить всего раз в сутки . А если вы пользуетесь древесным углем, то «зарядка» котла осуществляется раз в неделю!
- Возможность использовать в качестве топлива любой источник целлюлозы – от жмыха и соломы, до живой древесины с влажностью около 50 процентов. То есть о «сухости» дров можно уже не заботиться. Причем в топку некоторых моделей газогенераторных котлов можно отгружать даже метровые поленья, без предварительного измельчения (колки).
- Отсутствие потребности в чистке и дымохода, и поддувала. Пиролиз утилизирует топливо практически без остатка, а продукт окисления олефинов – это обычный водяной пар.
Кроме того, необходимо отметить и возможность полностью автоматизировать процесс работы котла.
Разумеется, полностью автоматический газогенератор своими руками вам не создать, но промышленные модели могут работать неделями, потребляя топливо из бункера и управляя процессом разогрева теплоносителя без участия оператора.
К отрицательной стороне практики использования газогенераторов на дровах относятся следующие факты:
- Такой котел стоит очень дорого. Цена самого дешевого варианта «пиролизного» котла в два раза выше стоимости твердотопливного аналога. Поэтому самые рачительные хозяева предпочитают строить газогенератор на дровах своими руками.
- Такой котел работает на электричестве, расходуемом на энергообеспечение систем надува воздуха в камеры сгорания. То есть, если нет электричества – нет и тепла. А обычная печь будет «работать» где угодно.
- Котел генерирует стабильно высокую мощность. Причем снижение интенсивности нагрева спровоцирует сбой в работе всей системы – вместо горючих олефинов во вторичную камеру пойдет обычный деготь.
Но все недостатки «окупаются» обилием положительных характеристик и экономичной работой нагревательного прибора. Поэтому приобретение газогенератора, а тем более самостоятельное строительство такого «отопительного прибора» – это очень выгодное дело. И ниже по тексту мы опишем процесс создания дровяного газогенератора.
Как сделать газогенератор своими руками?
Перед сборкой газогенератора и трансформацией данного прибора в отопительный котел нам нужно заготовить узлы и детали, из которых и будет собираться этот агрегат.
Причем классическое устройство газогенератора на дровах предполагает использование в процессе сборки следующих комплектующих:
- Во-первых, корпуса – основы будущего агрегата, во внутренней части этого узла будут установлены все составные элементы котла. Корпус собирается из уголков и листовой стали, предварительно раскроенных и нарезанных по шаблонам и чертежам.
- Во-вторых, бункера – емкости для хранения топлива (дров, древесного угля, паллет и так далее). Бункер собирается из листового проката и крепится в корпусе. Причем под этот узел можно выделить часть внутреннего пространства корпуса, разграничив ее с помощью металлических плит из низкоуглеродистой стали.
- В-третьих, камеры сгорания – ее размещают в нижней части бункера. Ведь основная задача этого узла – это генерирование высокой температуры, поэтому камеру изготавливают из жаропрочной стали. А крышку бункера – герметизируют, препятствуя несанкционированному насыщению камеры сгорания кислородом.
- В-четвертых, горловины камеры сгорания – особого участка, где реализуется крекинг смол. Эту деталь камеры отделяют от корпуса с помощью асбестовых прокладок.
- В-пятых, коробки воздухораспределителя – особого узла, размещаемого вне корпуса. Причем врезка штуцера воздухораспределителя в корпус осуществляется посредством обратного клапана. Этот узел обеспечивает приток кислорода в камеру сгорания олефинов, препятствуя выходу горючих газов из камеры сгорания.
- В-шестых, комплекта фильтров и патрубка, соединяющего горловину камеры сгорания дров с камерой сгорания олефинов.
Кроме того, нам понадобится колосниковая решетка – она нужна для отделения углей в камере сгорания, лучки и дверцы – они обеспечивают доступ в полости корпуса, в том числе и в бункер или камеру сгорания.
Подготовив все указанные элементы, мы можем приступать к сборке газового генератора, осуществляемой по следующему плану:
- Вначале собирают корпус.
- Затем в корпусе обустраивают бункер с камерой сгорания, дополняя конструкцию колосниками и приточным каналом (поддувалом).
- Горловину камеры сгорания дров соединяют патрубком с камерой горения олефинов. Причем в патрубок можно вывести на систему охлаждения газов, монтируемую за пределами корпуса.
- В верхней части корпуса собирают коробку воздухораспределителя, предварительно подготовив ввод в камеру сгорания олефинов с помощью обратного клапана.
- Далее на петли монтируют дверцу в бункер и лючки в камеры сгорания (и дров и олефинов).
Собранный таким образом котел оборудуют воздушными компрессорами (воздухораспределитель и приточный канал в камеру сгорания дров) и вытяжной трубой (дымоходом). Ну а в самом конце на корпус котла, желательно в зоне вторичной камеры сгорания, монтируют водяную рубашку с приточным и выпускным штуцером, в которой будет циркулировать теплоноситель. Причем рубашку можно разместить в двойных стенках корпуса или камеры сгорания олефинов.
Оговоримся сразу: если автомобиль ездит на дровах, это не значит, что он - паровоз без рельсов. Низкий КПД паровой машины с ее отдельной топкой, котлом и цилиндрами двойного-тройного расширения оставил паровые автомобили в числе забытой экзотики. А сегодня мы поговорим о «дровяном» транспорте с привычными нам ДВС, моторами, сжигающими топливо внутри себя.
Разумеется, затолкать дрова (или нечто подобное) в карбюратор вместо бензина пока еще никому не удавалось, а вот идея прямо на борту авто получать из древесины горючий газ и подавать его в цилиндры как топливо прижилась на долгие годы. Речь идет о газогенераторных автомобилях, машинах, чей классический ДВС работает на генераторном газе, который получают из древесины, органических брикетов, или угля. От привычного жидкого топлива, кстати, такие машины тоже не отказываются - они способны работать и на бензине.
Святая простота
Генераторный газ - это смесь газов, состоящая в основном из окиси углерода СО и водорода Н2. Получить такой газ можно, сжигая размещенную толстым слоем древесину в условиях ограниченного количества воздуха. На этом несложном принципе работает и автомобильный газогенератор, простой по сути агрегат, но громоздкий и конструктивно осложненный дополнительными системами.
Также, помимо собственно производства генераторного газа, автомобильная газогенераторная установка охлаждает его, очищает и смешивает с воздухом. Соответственно, конструктивно классическая установка включает в себя сам газогенератор, фильтры грубой и тонкой очистки, охладители, электровентилятор для ускорения процесса розжига и трубопроводы.
НПЗ вожу с собой
Простейший газогенератор имеет вид вертикального цилиндра, в который почти доверху загружается топливо - дрова, уголь, торф, прессованные пеллеты и т.п. Зона горения расположена внизу, именно здесь, в нижнем слое горящего топлива создается высокая температура (до 1 500 градусов по Цельсию), необходимая для выделения из более верхних слоев будущих компонентов топливной смеси - окиси углерода СО и водорода Н2. Далее горячая смесь этих газов поступает в охладитель, который снижает температуру, повышая таким образом удельную калорийность газа. Этот довольно крупный узел обычно приходилось помещать под кузовом машины. Расположенный следом по ходу газа фильтр-очиститель избавляет будущую топливную смесь от примесей и золы. Далее газ направляется в смеситель, где соединяется с воздухом, и окончательно приготовленная смесь направляется в камеру сгорания двигателя автомобиля.
Схема автомобиля ЗИС-21 с газогенератором
Как видите, система производства топлива прямо на борту грузовика или легковушки занимала довольно много места и немало весила. Но игра стоила свеч. Благодаря собственному - и к тому же дармовому - топливу свой автономный транспорт могли себе позволить предприятия, расположенные за сотни и тысячи километров от баз снабжения ГСМ. Это достоинство долго не могло затмить все недостатки газогенераторных автомобилей, а их было немало:
— существенное сокращение пробега на одной заправке;
— снижение грузоподъемности автомобиля на 150-400 кг;
— уменьшение полезного объема кузова;
— хлопотный процесс «дозаправки» газового генератора;
— дополнительный комплекс регламентных сервисных работ;
— запуск генератора занимает от 10-15 минут;
— существенное снижение мощности двигателя.
ЗиС 150УМ, опытная модель с газогенераторной установкой НАМИ 015УМ
В тайге заправок нет
Древесина всегда являлась основным топливом для газогенераторных автомобилей. В первую очередь, конечно, там, где дров в избытке, - на лесозаготовках, в мебельном и строительном производстве. Традиционные технологии лесопереработки при промышленном использовании древесины в эпоху расцвета «газгенов» около 30% от массы леса отпускали в отходы. Их и использовали как автомобильное топливо. Интересно, что правилами эксплуатации отечественных «газгенов» строжайше запрещалось использование деловой древесины, так как и отходов лесной промышленности было с избытком. Для газогенераторов годились как мягкие, так и твердые породы дерева.
Единственное требование - отсутствие на чурках гнили. Как показали многочисленные исследования, проведенные в 30-е годы в Научном автотракторном институте СССР, лучше всего в качестве топлива подходят дуб, бук, ясень и береза. Чурки, которыми заправлялись котлы газогенераторов, чаще всего имели прямоугольную форму со стороной 5-6 сантиметров. Сельскохозяйственные отходы (солома, лузга, опилки, кора, шишки и пр.) прессовали в специальные брикеты и также «заправляли» ими газогенераторы.
Главным недостатком «газгенов», как мы уже говорили, можно считать малый пробег на одной заправке. Так, одной загрузки древесными чурками советским грузовикам (см. ниже) хватало не более чем на 80-85 км пробега. Учитывая, что «заправляться» руководство по эксплуатации рекомендует при опустошении бака на 50-60%, то и вовсе пробег между заправками сокращается до 40-50 км. Во-вторых, сама установка, вырабатывающая генераторный газ, весит несколько сотен килограммов. К тому же двигатели, работающие на таком газе, выдают на 30-35% меньше мощности, чем их бензиновые аналоги.
Доработка автомобилей под дрова
Для работы на генератором газе автомобили приходилось приспосабливать, но изменения не были серьезными и порой были доступны даже вне заводских условий. Во-первых, в моторах повышали степень сжатия, чтобы не так существенна была потеря мощности. В некоторых случаях для улучшения наполнения цилиндров двигателя применялся даже турбонаддув. На многие «газифицированные» авто устанавливался генератор электрооборудования с повышенной отдачей, поскольку для вдувания воздуха в топку использовался достаточно мощный электровентилятор.
ЗИС-13
Для сохранения тяговых характеристик, в особенности это касалось грузовиков, при снизившейся мощности двигателя передаточные числа трансмиссии делали более высокими. Скорость движения падала, но для автомобилей, использующихся в лесной глуши и прочих пустынных и отдаленных районах это не имело решающего значения. Чтобы компенсировать изменившуюся из-за тяжелого газогенератора развесовку, в некоторых машинах усиливали подвеску.
Помимо того, из-за громоздкости «газового» оборудования отчасти приходилось перекомпоновывать автомобиль: менять, сдвигать грузовую платформу или урезать кабину грузовика, отказываться от багажника, переносить выхлопную систему.
Золотая эра «газгена» в СССР и за границей
Эра расцвета газогенераторных автомобилей пришлась на 30-40-е года прошлого века. Одновременно в нескольких странах с большими потребностями в автомобилях и малыми разведанными запасами нефти (СССР, Германия, Швеция) инженеры крупных предприятий и научных институтов взялись за разработку автотранспорта на дровах. Советские специалисты больше преуспели в создании грузовых автомобилей.
ГАЗ-42
С 1935 года и до самого начала Великой Отечественной войны на разных предприятиях Министерства лесной промышленности и ГУЛАГа (Главное Управление ЛАГерей, увы, реалии той поры) «полуторки» ГАЗ-АА и «трехтонки» ЗИС-5, а также автобусы на их базе переделывались для работы на дровах. Также отдельными партиями газогенераторные версии грузовиков производились самими заводами-изготовителями машин. Например, советские автоисторики приводят цифру 33 840 - столько было выпущено газогенераторных «полуторок» ГАЗ-42. Газогенераторных ЗИСов моделей ЗИС-13 и ЗИС-21 в Москве выпущено более 16 тыс. единиц.
ЗИС-21
За довоенное время советскими инженерами было создано более 300 различных вариантов газогенераторных установок, из которых 10 дошли до серийного производства. Во время войны серийными заводами были подготовлены чертежи упрощенных установок, которые могли изготавливаться на местах в автомастерских без применения сложного оборудования. По воспоминаниям жителей северных и северо-восточных регионов СССР, грузовики на дровах можно было встретить в глубинке вплоть до 70-х годов ХХ века.
В Германии во время Второй Мировой войны наблюдался острый дефицит бензина. КБ двух компаний (Volkswagen и Mercedes-Benz) получили задание разработать газогенераторные версии своих популярных компактных машин. Обе фирмы в довольно сжатые сроки справились с поставленной задачей. На конвейер встали Volkswagen Beetle и Mercedes-Benz 230. Интересно, что у серийных авто дополнительное оборудование даже не выступало за стандартные габариты «легковушек». В Volkswagen пошли еще дальше и создали опытный образец «дровяного» армейского Volkswagen Тур 82 («кюбельваген»).
Volkswagen Тур 82
Дровяные машины сегодня
К счастью, главное достоинство газогенераторных автомобилей - независимость от сети АЗС, сегодня стало малоактуальным. Однако в свете современных экологических веяний на первый план вышло другое достоинство автомобилей на дровах - работа на возобновляемом топливе без какой-либо его химической подготовки, без дополнительной траты энергии на производство топлива. Как показывают теоретические расчеты и практические испытания, мотор на дровах меньше вредит атмосфере своими выбросами, чем аналогичных двигатель, но уже работающий на бензине или солярке. Содержание выхлопных газов очень схоже с выбросами ДВС, работающих на природном газе.
И тем не менее тема с автомобилями на дровах утратила свою былую популярность. Забыть о газогенераторах не дают в основном инженеры-энтузиасты, которые ради экономии на топливе или в качестве эксперимента переоборудуют свои личные машины для работы на генераторном газе. На постсоветском пространстве есть удачные примеры «газгенов» на базе легковушек АЗЛК-2141 и ГАЗ-24, грузовика ГАЗ-52, микроавтобуса РАФ-2203 и пр. По словам конструкторов, их творения могут проезжать на одной заправке до 120 км со скоростью 80-90 км/ч.
ГАЗ-52
К примеру, переведенный житомирскими инженерами в 2009 году на дрова ГАЗ-52 расходует около 50 кг древесных чурок на 100 км пробега. По словам конструкторов, подкидывать дровишки нужно каждые 75-80 км. Газогенераторная установка традиционно для грузовиков расположилась между кабиной и кузовом. После розжига топки должно пройти около 20 минут, прежде чем ГАЗ-52 сможет начинать движение (в первые минуты работы генератора выработанный им газ не имеет нужных горючих свойств). По расчетам разработчиков, 1 км на дровах обходится в 3-4 раза дешевле, чем на дизельном топливе или бензине.
Газогенераторная установка ГАЗ-52
Единственная на сегодняшний день страна, в которой массово используются автомобили на дровах, - это Северная Корея. В связи с тотальной мировой изоляцией там наблюдается определенный дефицит жидкого топлива. И дрова снова приходят на выручку тем, кто оказался в нелегком положении.
При газификации органическая часть древесины превращается в горючий газ и жидкие продукты. Газификацию осуществляют в вертикальных шахтах аппаратов, называемых газогенераторами. В шахте газогенератора протекают три основных процесса, которые условно можно распределить по зонам, указанным на схеме (рис. 23).
В верхней части газогенератора происходит сушка древесины (зона I), затем сухое топливо подвергается швелеванию- термическому разложению в токе нагретого газа, двигающегося от колосниковой решетки и дутьевых фурм вверх к горловине газогенератора (зона II).
В третьей, последней зоне осуществляется процесс собственно газификации, которой подвергается уже не древесина, а уголь - продукт швелевания древесины. Здесь окисляется углерод кокса (древесный уголь) в атмосфере кислорода воздуха, подаваемого в шахту через колосниковую решетку и через дутьевые фурмы. При газификации других видов твердого топлива (ископаемый уголь, сланцы, кокс и торф) иногда используется вместо воздушного дутья - парокислородное.
При взаимодействии кислорода воздуха и кокса может происходить окисление углерода по следующим реакциям:
А) С + 03 СОа + 97 650 ккал/кг - мол;
Б) С + 4- О.. ->- СО + 29 450 ккал/кг - мол.
Часть двуокиси углерода СО2, взаимодействуя с нагретым до высокой температуры углеродом кокса, превращается в окись углерода СО по реакции
С + СО 2 ^ 2 СО + 38 790 ккал/кг - мол.
Наблюдения показали, что при газификации древесного топлива в толстом слое в итоге упомянутых реакций образуется главным образом окись углерода.
Куски угля покрыты газовой пленкой, через которую газовые молекулы диффундируют к поверхности угля, а продукты реак-‘ ции удаляются с поверхности, поступая в газовое пространство между отдельными кусками твердого тела. Интенсивность диффузионного потока зависит от ряда факторов.
Когда скорость химического взаимодействия между твердым телом и газовыми молекулами очень высока, общий результат
Взаимодействия между реагирующими веществами в гетерогенных реакциях будет зависеть от интенсивности диффузионных процессов. В этом случае процесс газификации угля протекает в так называемой диффузионной области.
Когда скорость химической реакции между твердым телом и газовыми молекулами является решающим фактором, взаимодействие между реагирующими веществами переходит в кинетическую область процесса.
С увеличением скорости газа и уменьшением размера кусков угля толщина газовой пленки уменьшается.
Скорость процесса газификации в диффузионной его области будет увеличиваться с повышением температуры и скорости газовых потоков. Скорость химического взаимодействия между углеродом кокса и газовыми молекулами, т. е. процесса собственно газификации, в кинетической его области будет всегда увеличиваться с повышением температуры.
Реакционная способность кокса из различных углей неодинакова, и она характеризуется скоростью химического взаимодействия углерода с СОг и водяным паром.
Древесный уголь обладает более высокой реакционной способностью по сравнению, например, с ископаемыми углями.
Поэтому для случая газификации древесины окисление углерода древесного кокса будет протекать в диффузионной области процесса.
В зоне III (собственно газификации) развивается высокая температура. Теоретически она может быть около 1600°. В результате сплавляется зола топлива, зашлаковываются и часто разрушаются дутьевые устройства. Эти явления приводят к преждевременной остановке газогенератора из-за расстройства воздухоподачи. Для борьбы с ними к воздуху, подаваемому в газогенератор, достаточно добавить 90-120 г/н. ж3 водяного насыщенного пара.
Подача пара в дутье обеспечивает некоторое повышение калорийности газа.
В отличие от воздушного дутье, искусственно увлажненное паром, называется паровоздушным. Степень увлажнения дутья регулируется по его температуре, поддерживаемой обычно в пределах 45-55°, а иногда и выше. Прибавкой пара к дутью снижают температуру зоны собственно газификации до 1100- 1200°, что уже безопасно для дутьевых устройств.
При паровоздушном дутье протекают следующие реакции:
А) С + Н20 -> СО + На - 28 300 ккал/кг - мол
Б) С + 2 Н20 СОа + 2 Н2 - 17 970 ккалкг — мол,
В) СО + Н20 СО2 На ± 10 410 ккал/кг - мол.
Водяной пар дутья обычно расходуется по этим реакциям не полностью, а на 70-75%- При значительном увлажнении дутья паром и понижении температуры реакции «а» и «б» могут перейти в кинетическую область процесса.
Вследствие неизбежного присутствия азота в воздухе теоретически можно представить образование СО в газе, получаемом в зоне собственно газификации, при воздушном дутье по следующему уравнению:
2 С + 02 + 3,76 N2 — 2 СО + 3,76 N3,
Что соответствует составу газа в объемных долях: СО -34,7%-. N2 - 65,3%.
Опытным путем установлено, что состав газа в зоне собственно газификации древесного кокса при воздушном дутье мало отличается от теоретического. Из 1 кг углерода выход газа
Равен 5,37 н. м3 с теплотворной способностью 1060 . Из
Приведенных данных видно, что при идеальном воздушном процессе термический к. п. д. газификации, считая по холодному
5.37 1060 _ _ газу, равен g^ = 0,7.
Газификация – это процесс превращения органических или ископаемых углеродистых материалов в монооксид углерода, водород и диоксид углерода. Это достигается за счет реакции материала при высокой температуре (>700 °C) без воспламенения с регулируемым количеством кислорода и/или пара. Полученная газовая смесь называется синтез-газ (сокращение от синтетический газ ) или древесный газ, и сама является топливом. Энергия, полученная в результате сжигания такого газа, считается одним из видов возобновляемой энергии, если газифицированная смесь была получена из биомассы.
Одной из самых типичных областей применения этой энергии является теплоэнергетическая выработка энергии. Древесный газ содержит большое количество водорода и монооксида углерода, и не выделяет при горении веществ, загрязняющих окружающую среду. Древесный газ — источник экологически безопасной возобновляемой безэмиссионной энергии.
Трудности
Технологии по газификации древесины исследовались и развивались на протяжении более 100 лет. Однако, трудности в управлении контролируемым и в достаточной мере чистым процессом газификации усложняют внедрение его для коммерческого использования, например, на электростанциях. Самым большим препятствием была смола, выделяемая в процессе пиролиза, и со временем разрушавшая двигатели. Кроме того, качество древесной щепы, а в частности процент содержания в них влаги, устанавливало жесткие ограничения в выборе и обработке крошеной биомассы. to ней
Решение – инновационный метод пиролиза.
Газификатор древесины GASEK является так называемым прямоточным газификатором. Он основывается на технике пиролиза, разрабатывавшейся и улучшавшейся на протяжении последних 30 лет. Обработанная биомасса двигается в реакторе в том же направлении, что и газифицирующий воздух, поставляемый в количествах существенно меньших, чем требуется для горения.
Самое большое отличие от старой, проблематичной, технологии заключается в температуре и методе очистки получаемого газа. Ключевой фактор процесса газификации — достижение высоких температур (800-1200°C), что предотвращает формирование разрушительных смол. В результате, композиции смол расщепляются на более легкие частицы, не создающие проблем для двигателей. Древесный газ, проходящий через очистительную линию GASEK, не имеет цвета и запаха и при сгорании не выделяет вредных веществ.
Очищенный древесный газ дает возможность для производства эффективного, неприхотливого в обслуживании и долгоживущего оборудования для электростанций. Ряд международных патентов был получен на технологию газификации GASEK.