Автомобиль на дровах: как он работает?

Типы газогенераторов

Газогенератор обратного процесса

Различают газогенераторы прямого, обратного и горизонтального процесса. В газогенераторах с прямым типом газогенерации воздух подается снизу через колосниковую решетку, а газ забирается сверху. Такой газогенератор оптимально подходит для сжигания угля полукокса и антрацита. Мощность генератора повышается за счет обогащения газа водородом из воды.

Газогенератор обратного процесса отличается тем, что воздух подается в зону горения, в среднюю часть, а забирается газ из зольника, ниже зоны горения. В таком газогенераторе обычно газ используется для подогрева дров. Прибор оптимально подходит для сжигания топлива, содержащего смолы: древесных отходов, дров, древесного угля.

В газогенераторах горизонтального процесса воздух подается сбоку, внизу, причём на выходе воздухозаборной камеры устанавливается вентилятор для нагнетания воздуха. Активная зона занимает небольшое место – между отверстием фурмы и газоотводной решеткой. Такой генератор быстро разогревается и реагирует на изменение режимов работы.

Пиролизный котел имеет усовершенствованную конструкцию по сравнению с простым газогенератором. У него две камеры сгорания: в первой из них сгорает топливо и образуется горючий газ, а в другой газ сгорает и тепло передается теплоносителю. Чтобы превратить газогенератор в пиролизный котёл, нужно добавить еще одну камеру сгорания и теплообменник.

Пиролизные генераторы полностью сжигают дрова, поэтому более экономны и экологичны

Схема действия пиролизного газогенератора такова:

1. Воздух подается в камеру сгорания через регулируемое окно камеры первичного забора воздуха до тех пор, пока дрова не разгорятся.
2. Подача кислорода уменьшается. Котел переходит в режим газогенерации, дрова начинают медленно тлеть. Этого добиваются с помощью автоматического регулятора, который уменьшает доступ воздуха в топку.
3. В результате начинает выделяться пиролизный газ. Он поступает в камеру дожигания.
4. Когда котел переходит в режим газогенерации, подается вторичный воздух, необходимый для дожига. Пока воздух достигает нужной камеры, он нагревается до температуры, при которой вступает в реакцию с пиролизным газом.
5. В верхней камере расположены распределители воздуха с отверстиями. Через них поступает вторичный воздух, воспламеняющий топливные газы. Благодаря этому пиролизные газы превращаются в тепловую энергию.

Принцип действия дровяных газогенераторов

Быстрое сжигание дров на открытом воздухе дает, главным образом, некоторое количество полезного тепла. Но совсем иначе древесина ведет себя при так называемом пиролизном сжигании, т.е. при горении в присутствии очень малого количества кислорода.

В такой ситуации наблюдается не столько горение, сколько тление древесины. А полезным продуктом этого процесса является не тепло, а горючий газ.

Газогенераторы некогда активно использовались в качестве поставщика топлива для авто. И сейчас можно изредка встретить машины, работающие на вырабатываемом ими газе:

Галерея изображений
Фото из
Газогенераторы — агрегаты, позволяющие получать горючее для авто из твердого топлива. Активно применялись в 30е — 40е годы, когда отмечался дефицит традиционных видов топлива

Для выработки газообразного горючего используются не только дрова, все виды угля, солома, пеллеты, но и практически бесплатные отходы деревообработки

Небольшой агрегат для генерации газа и газовой смеси свободно размещается в багажнике малогабаритной легковой машины

Генератор, способный полностью покрыть потребности авто, больше подходит для грузовичков. Для обеспечения малолитражной машины чаще всего устанавливается на прицеп

Использование газогенератора в транспортных средствах

Плюсы установки генераторов газа на авто

Расположение генератора в багажнике малолитражки

Применение производительных генерирующих систем

При медленном горении древесины на выходе получается смесь, содержащая следующие продукты:

• метан (СН₄);
• водород (Н₂);
• оксид углерода (он же СО или угарный газ);
• различные предельные углеводы;
• углекислый газ (СО₂);
• кислород (О₂);
• азот (N);
• водяной пар.

Только часть этих ингредиентов является горючими газами, все остальное — это загрязнения или негорючий балласт, от которого лучше избавиться. Поэтому нужно не просто сжечь дерево в специальной установке, но и очистить результат, а также охладить полученную газовую смесь. В условиях промышленного производства этот процесс включает следующие этапы:

1. Сжигание твердого топлива в присутствии малого (около 35% от нормы) количества кислорода.
2. Первичная грубая очистка, т.е. отделение летучих частиц в циклонном вихревом фильтре.
3. Вторичная грубая очистка, при которой газ очищается с помощью водяного фильтра, используется так называемый скруббер-очиститель.

Самодельные устройства для использования в домашних условиях выглядят проще и места занимают меньше, но принцип их работы, а также конструкция очень похожи. Перед началом изготовления такого устройства необходимо все хорошо продумать, а также составить или найти проект агрегата.

Эта схема позволяет понять устройство дровяного газогенератора: дрова загружаются сверху, попадают в камеру сгорания, куда нагнетается небольшое количество воздуха, и где происходит процесс медленного сгорания топлива и выделение горючего газа

На просторах интернета имеется немало рекомендаций о том, как сделать самодельный древесный газогенератор. Некоторые из них снабжены вполне реальными для воплощения чертежами.

Мастера, которым уже удалось в какой-то мере осуществить этот увлекательный процесс, отмечают, что времени и сил может понадобиться немало. Возможно, придется выполнить не одну переделку и осуществить целый ряд экспериментов, чтобы получить агрегат с приемлемыми характеристиками.

Эта схема, на которой показан принцип работы промышленной газогенераторной установки, позволяет составить представление об отдельных элементах бытового газогенератора (+)

Устройство и принцип работы газогенератора на дровах

Получить горючий газ можно методом сжигания дров в газогенераторе

В обычных условиях, при свободном доступе кислорода, процесс сжигания дров сопровождается выделением некоторого количества тепла. Но когда кислорода недостаточно для активного горения, дрова тлеют с образованием древесного газа, который включает горючие газы CO (оксид углерода), H2 (водород), CH4 (метан) и непредельные углеводороды без смол. Также на выходе образуются негорючие вещества: CO2, O2, N2, H2O, которые являются балластом, в конечном счете газовую смесь от них нужно очистить.

Газогенератор устроен следующим образом:

• Корпус выполнен из стали чаще всего цилиндрической формы. Имеется камера заполнения, в которую загружается топливо. Камера установлена внутри корпуса и закреплена болтами. Люк загрузочной камеры снабжен уплотнителем.
• Камера сгорания устанавливается в нижней части, изнутри она бывает керамической. В ней топливо сгорает. Крекинг смол происходит в нижней ее части – там расположена горловина из хромистой стали с асбестовым шнуром, который играет роль уплотнительной прокладки между ней и корпусом.

• Воздух подается в камеру сгорания через отверстия, соединённые с воздухораспределительная коробкой, так называемые фурмы. На выходе из камеры устанавливается обратный клапан во избежание выхода горючего газа. Установленный на входе вентилятор позволяет увеличивать мощность двигателя или сжигать в дровяном газогенераторе топливо влажностью более 50%.

• Колосниковая решетка размещена в нижней части газогенератора и предназначена для удержания раскаленных углей. В ней предусмотрены отверстия, через которые зола проваливается в зольник. Средняя её часть подвижна, чтобы её можно было очищать.
• Есть несколько загрузочных люков: верхний с амортизатором, который приподнимает крышку при избыточном давлении, и два боковых: один выше – для добавления топлива в зону восстановления, а другой ниже – для удаления золы.
• За корпусом располагают фильтр циклонного вихревого типа. Здесь осуществляется грубая очистка газа. Затем газовая смесь охлаждается в охладителе, поступает в фильтр тонкой очистки. После фильтра она направляется в смеситель, где насыщается воздухом. Потом газовоздушная смесь поступает к месту использования.

Устройство самодельного газогенератора

Горючий газ в газогенераторе получается следующим образом:

1. В верхней части камеры загрузки температура находится на уровне 150–200°C. Благодаря тому, что организован кольцевой трубопровод, по которому проходит горячий газ, только что вышедший из газогенератора, дрова здесь подсушиваются.
2. Средняя часть бункера – зона сухой перегонки. На этом уровне топливо обугливается при температуре 300–500°C без доступа воздуха. Из топлива выделяется смола и кислоты.
3. В зоне горения, которая расположена ниже камеры сгорания, температура поддерживается на уровне 1100–1300°C. Обугленное топливо, а также выделившиеся из него смолы и кислоты благодаря подаче воздуха сгорают с образованием газов CO и CO2.
4. Зона восстановления расположена выше зоны горения: между ней и колосниковой решеткой. Газ CO2, который образовался в зоне горения, поднимается вверх, преодолевает раскаленный уголь и взаимодействует с углеродом угля, таким образом восстанавливаясь до образования окиси углерода. Кроме CO, также образуется CO2 и H2.

На выходе из зоны восстановления смесь газов охлаждается, затем очищается от уксусной и муравьиной кислоты, частиц золы и смешивается с воздухом.

Как работает газогенератор

Чтобы понять, какая может быть польза от газогенератора в домашнем хозяйстве, надо разобраться в его принципе работы, а потом и устройстве. Тогда можно будет оценить затраты на его изготовление, а главное, какой удастся получить результат.

Итак, пиролизный газогенератор – это комплекс узлов и агрегатов, предназначенный для выделения смеси горючих газов из твердого топлива с целью его использования в двигателях внутреннего сгорания.

Если древесину сжигать в закрытом пространстве, ограничивая подачу кислорода, то на выходе можно получить смесь горючих газов. Вот их перечень:

• угарный газ (оксид углерода СО);

• водород (Н2);

• метан (СН4);

• прочие непредельные углеводороды (CnHm).

Эффективный дровяной газогенератор должен не просто вырабатывать горючую смесь, но и сделать ее пригодной к использованию. Поэтому весь цикл получения топлива для ДВС можно смело назвать технологическим процессом, состоящим из таких этапов:

• газификация: древесина даже не горит, а тлеет при подаваемом количестве кислорода в размере 33-35% от необходимого для полноценного сжигания;
• первичная грубая очистка: летучие частицы продуктов горения, что вырабатывают древесные газогенераторы после первого этапа, отделяются с помощью сухого вихревого фильтра – циклона;
• вторичная грубая очистка: производится в скруббере – очистителе, где поток горючего пропускается через воду;
• охлаждение: продукты сгорания с температурой до 700 ºС проходят его в воздушном либо водяном теплообменнике;

• тонкая очистка;

• отправка потребителю: это может быть закачка горючего компрессором в бак-распределитель либо подача в смеситель, а затем – сразу в ДВС.

Рассмотреть устройство и принцип работы газогенератора в промышленном исполнении можно на технологической схеме, представленной ниже:

Полный цикл получения газа достаточно сложен, поскольку включает в себя несколько различных установок. Самая основная – это газогенератор, представляющий собой металлическую колонну цилиндрической либо прямоугольной формы, имеющую сужение книзу. В колонне имеются патрубки для воздуха и выхода газа, а также лючок доступа в зольник. Сверху агрегат оборудован крышкой для загрузки топлива, дымоход к корпусу не присоединяется, он просто отсутствует. Процесс горения и пиролиза, проходящий внутри колонны, хорошо отражает схема газогенератора:

Не вдаваясь в тонкости химических реакций, проходящих внутри колонны, отметим, что на выходе из нее получается смесь газов, описанная выше. Только она загрязнена частицами и побочными продуктами горения и обладает высокой температурой. Изучив чертежи газогенераторов любой конструкции, можно заметить, что все остальное оборудование предназначено для приведения газа в норму. Воздух в зону горения подается принудительно тяговой или дутьевой машиной (простыми словами – вентилятором).

Надо сказать, что самодельный газогенератор на дровах делается домашними мастерами-умельцами не такой сложной конструкции и технология выделения газа в нем несколько упрощена, о чем будет рассказано ниже.

Газогенераторы и отопление: основные мифы

О газогенераторных установках тиражируется немало мифов. В-основном, речь идет об их эффективности в составе автономной системы отопления. Рассмотрим популярные высказывания, которые можно встретить в Интернете.

Миф 1. «КПД газогенератора значительно выше, чем КПД твердотопливного котла, и достигает 95%».

Начнем с того, что данные виды оборудования используются для различных целей:

• газогенераторная установка вырабатывает горючий газ, и ее КПД – это соотношение реально получаемого продукта из определенного объема топлива и теоретически возможного, умноженное на 100%;
• отопительный котел вырабатывает тепловую энергию, и его КПД – это соотношение реально получаемого тепла при сгорании определенного объема топлива и теоретически возможного, умноженное на 100%.

Таким образом, сопоставлять КПД газогенератора и отопительного котла в корне неверно. Кроме того, КПД самодельной газогенераторной установки редко превышает 80%, поэтому цифры в 90-95% можно считать мифом.

Сравнивать можно КПД пиролизного и обычного твердотопливного котла – в этом случае преимущество на стороне пиролизного, поскольку сжигание горючих газов во вторичной камере сгорания заметно повышает эффективность использования топлива.

Миф 2. «Газогенераторная установка успешно работает на сырых дровах».

Функционировать агрегат способен даже при использовании сырых дров, но его производительность при этом резко падает, поскольку значительная часть тепловой энергии тратится на испарение влаги, содержащейся в дровах. Снижение температуры в камере сгорания приводит к замедлению пиролиза, и негативно сказывается на реальной мощности установки.

Миф 3. «Газогенератор выгоднее использовать для отопления дома, нежели твердотопливный котел».

Конструкция газогенераторной установки сложнее, чем твердотопливного котла, в том числе пиролизного, кроме того, она занимает больше места, поскольку в ее состав входит контур охлаждения. Монтировать более сложный и дорогостоящий агрегат для того, чтобы сжигать полученный горючий газ, нет никакого смысла.

Пример самодельного газогенератора, установленного в багажнике автомобиля

Таким образом, газогенератор своими руками изготавливают в двух случаях – для установки на автомобиль и при необходимости иметь под рукой источник энергоносителя (горючего газа), тепловую энергию которого можно преобразовать в электрический ток.

Ценная информация по газогенераторам

Иногда ожидания владельцев частных домов, задумавшихся о приобретении или самостоятельном изготовлении газогенератора, оказываются слишком радужными по сравнению с реальной ситуацией. Бытует мнение, что КПД газогенератора, составляющее около 95%, значительно превышает КПД обычного газового котла, который достигает 60-70%. Эти цифры в целом верны, но сравнивать их некорректно.

В изготовлении самодельного газогенератора используются отслужившие газовые баллоны, бидоны, кухонная утварь и т.д. Практически бесплатное устройство экономно расходует не самое дорогое топливо при довольно высокой производительности

Первый показатель отражает эффективность производства горючего газа, а второй — количество тепла, полученного при работе котла. В обоих случаях сгорает древесина, но результат этого процесса качественно различается. Если в дальнейшем полученный путем пиролизного сгорания древесины горючий газ будет использован для обогрева жилища, такое сравнение можно будет провести.

Стоит помнить также, что самодельные газогенераторы, хотя они и могут работать с высокой отдачей, редко бывают столь же эффективными, как и промышленные модели. Этот момент следует учесть еще на этапе проектирования агрегата и расчетов стоимости проекта и его ожидаемой эффективности.

Если необходимость создания газогенератора обусловлена только желанием улучшить систему отопления дома, стоит обратить внимание на похожее устройство — пиролизный котел. Он работает на очень схожих принципах, главное его отличие от газогенератора состоит в том, что полученный газ немедленно сжигается, а полученная энергия используется для подогрева теплоносителя в системе отопления дома

В таком устройстве монтируют дополнительную камеру сгорания, в которую необходимо организовать отдельную подачу воздуха. Если же нужно обогревать дом с помощью газогенератора, понадобится еще одно устройство — конвектор. Это увеличит расходы на модернизацию или обустройство отопления. Необходимо просчитать, стоит ли в таком случае овчинка выделки?

Важный момент — правильное обслуживание газогенератора в процессе его эксплуатации. Реклама утверждает, что это универсальное устройство, в котором сгорает все: от опилок до свежесрубленного дерева. Но реклама умалчивает о том факте, что при загрузке влажного сырья количество полученного горючего газа может сократиться на 25% или больше.

Лучшее топливо для бытового газогенератора — древесный уголь. При его сжигании не тратится слишком много энергии на испарение избыточной влаги, что позволяет получить максимальное количество горючего газа

Оптимальным топливом для газогенератора, по мнению специалистов, является древесный уголь. При его сгорании на испарение влаги уходит минимальное количество энергии, что позволяет ускорить процессы пиролиза.

Владельцы автотранспорта могут рассчитывать на газогенератор не только для обогрева, но и для работы своего транспортного средства. действительно, в Европе немало автомобилистов вполне успешно приспособили свой транспорт для работы на дровах. Но чаще всего это компактные и прочные устройства, изготовленные из тонкой и прочной нержавеющей стали.

Стоимость таких агрегатов, даже изготовленных самостоятельно, совсем не маленькая. В российских реалиях газогенераторы для автомобилей изготавливают из подручных средств и устанавливают на грузовой автотранспорт.

Эффект от их работы невысок, обычно наличию такого агрегата сопутствуют такие явления как длительный розжиг, необходимость постоянной работы двигателя на высоких или средних оборотах, что способствует его скорому износу.

Для автомобиля лучше всего использовать качественный газогенератор, выполненный из прочной нержавеющей стали, имеющий относительно небольшой вес и компактные размеры

Интересный вариант использования газогенератора в частных домовладениях — использование горючего газа для домашней электростанции. Реализуют такой проект с помощью дизельного двигателя внутреннего сгорания.

Как это работает

Для того, чтобы добыть природный газ, не обязательно искать месторождение и открывать скважину, можно воспользоваться пиролизным котлом. Это особый вид котельного оборудования, где топливо сгорает при минимальном доступе кислорода, распадаясь на древесный остаток (уголь) и горючий газ (пропилен и этилен).

Учитывая то, что одновременно с топливом происходит процесс сгорания пиролизных газов, эффективность котла увеличивается в 1,5-2 раза при одинаковом с обычным котлом расходе топлива.

На схеме видно, по какому принципу работает пиролизный котел и как идет процесс образования горючего (древесного) газа.

Являясь уже, по сути, газогенераторным оборудованием, такой котел выполняет ряд задач, а именно:

1. Производит низкомолекудярные олефины в результате сгорания дров и входящей в их состав целлюлозы.
2. Очищает олефины от всех сторонних примесей, в результате чего получается чистый горючий газ.
3. Охлаждает газы за счет уменьшения количества энергии при окончательном сгорании топлива.

Пиролизный котел всегда разделен на 2 камеры, в одной из которых сгорает основное топливо при минимальном доступе кислорода, во вторую поступают выработанные газы и при подкачке воздуха происходит их сгорание.

Подобная оптимизация процесса сгорания позволяет решить сразу 2 ключевых задачи – увеличение коэффициента полезного действия котла и возможность организовать водонагревательный котел за счет соединения с водяной рубашкой.

Процесс пиролиза обеспечивает полное сгорание топлива с максимальной отдачей тепла, что на выходе дает более 35% экономии расходов.

Газогенераторный котел на дровах вполне можно сделать и своими руками, но перед этим необходимо понять принцип его работы, устройство камер внутреннего сгорания и технику безопасности, чтобы исключить малейшие нарушения технологии.

Устройство и принцип работы

Рассматриваемое устройство имеет несложную конструкцию, ведь все процессы, что внутри него происходят, основываются на горении пиролизного типа. То есть принцип работы будет таким же, как в пиролизных котлах, в которых древесина горит при нехватке кислорода, выделяет много различных газов. Состоит газогенератор на дровах из следующих элементов:

• бункера;
• корпуса;
• камеры сгорания;
• загрузочных люков;
• решетки колосникового типа.

Теперь скажем о них чуть подробнее. Корпус обычно делается из листовой стали и имеет либо прямоугольную, либо цилиндрическую форму. Снизу к нему привариваются ножки. Если говорить о бункере, то этот элемент также делается из листовой стали, которая содержит в себе мало углерода. Он обычно бывает цилиндрическим или прямоугольным. Он вставляется внутрь корпуса и прикрепляется к его стенкам шурупами. А также обязательно должна быть крышка, что будет закрывать верхнее отверстие, ведущее в бункер. Как уплотнитель обычно используется асбест.

Отсек сгорания располагается снизу и делается из стали, в которой содержится много хрома. Именно здесь происходит горение твердого топлива при недостаточном количестве воздуха. Между внутренними частями корпуса и этим элементом обычно располагаются асбестовые шнуры. А на стенках по бокам устроены фурмы для доступа кислорода, через которые идет его подача в камеру сгорания. Фурмы соединены с баком воздухораспределения, что сообщается с окружающей средой. Когда кислород выходит наружу, то преодолевает клапан обратного типа. Он необходим для блокировки выхода сформировавшегося при горении дров газа в атмосферу.

Колосниковая решетка обычно находится внизу газогенератора. Она должна поддерживать горючее раскаленным. Кроме того, через специальные дыры зола, что образовывается в ходе горения дров, оказывается в зольнике.

Если говорить о загрузочных люках, то обычно их имеется у устройства три. Первый устанавливается наверху, и его крышка открывается горизонтально. Для герметизации используются уже упомянутые шнуры из асбеста. Кстати, современные устройства оснащаются в месте крепления люка специальной амортизаторной пружиной, что автоматически работает, если внутри газогенератора давление превышает определенный уровень. И под ее действием люк попросту открывается.

Второй люк находится на уровне восстановительной области, и в него загружают топливо. А третий люк будет располагаться внизу генератора рядом с зольником. Он будет использоваться для очистки.

Если говорить о принципе работы, то сначала топливо попадает в зону подсушивания. Она располагается в верхней части устройства под люком для загрузки. Здесь осуществляется просушивание топлива при температуре почти 200 градусов.

После этого топливо попадает в область сухой перегонки, что располагается ниже. Здесь уже высушенное топливо обугливается, ведь температура будет в 2 раза выше и составляет 500 градусов.

Далее горючее попадает в область горения, что располагается еще ниже. Здесь оно полностью сгорает под воздействием температуры в 1200 градусов. Именно сюда через спецфурмы осуществляется подача кислорода. При горении происходит выделение углекислого и угарного газов.

Последней будет зона восстановления. Здесь газы, что выделились ранее, поднимаются и попадают в эту зону. Через спецлюк сюда кладется уголь, держащийся на колоснике. Газы вступают в реакцию с углем, и создается угарный газ. Но уголь содержит воду, благодаря чему происходит еще и образование водорода, метана, азота и ряда соединений углеводородного типа.

Выводы

Создавая домашний газогенератор для отопления дома или работы ДВС, можно получить приспособление, позволяющее отчасти заменить природный газ и вырабатывать электричество, уменьшающее расход дров за счет увеличения КПД и повышающее время горения одной порции твердого топлива. Время горения одной закладки древесины в топку газового генератора при использовании полученного газа как дополнительного энергоносителя, достигает 8–20 часов. Эксплуатация оборудования достаточно простая, если не считать периодической очистки, а замены требуют только фильтрующие элементы.

Несмотря на эти плюсы, устанавливать самодельный древесный газген на автомобиль нецелесообразно Экономия окажется не такой значительной, как снижение уровня комфорта использования транспортного средства и непредсказуемые последствия для двигателя внутреннего сгорания. Единственным веским аргументом в пользу такого решения, могут быть лишь проблемы с приобретением бензина.

Приемлемый вариант – сборка своими руками газогенератора для частного дома. В этом случае прибор станет источником газа для отопительного котла, газовой плиты и небольшой домашней электростанции.

Опубликовано 02.06.2020 Обновлено 13.06.2020 Пользователем admin