Газогенератор газ из угля и древесины. Древесный газ. Ресурсы биомассы для газификации

За тысячи лет истории человечество научилось добывать нефть и газ, изобрело электричество, использует энергию ветра и солнца, но по прежнему сжигает в топках древесину. Дрова, опилки, старое дерево, отходы деятельности древообрабатывающих предприятий – все это можно использовать, если сделать дровяной газогенератор своими руками.

Немало мастеров успешно используют это устройство для дома и даже для автомобиля. Если вы заинтересовались этой темой, или появилась идея самостоятельно сделать генератор, мы расскажем как это реализовать на практике.

В нашем материале речь пойдет о принципе действия дровяного газогенератора, достоинствах и недостатках такой системы, а также о том, как самостоятельно собрать такое устройство.

Быстрое сжигание дров на открытом воздухе дает, главным образом, некоторое количество полезного тепла. Но совсем иначе древесина ведет себя при так называемом , 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

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

метан (СН 4);
водород (Н 2);
оксид углерода (он же СО или угарный газ);
различные предельные углеводы;
углекислый газ (СО 2);
кислород (О 2);
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:

Сжигание твердого топлива в присутствии малого (около 35% от нормы) количества кислорода.
Первичная грубая очистка , т.е. отделение летучих частиц в циклонном вихревом фильтре.
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.

Для поставки в бензиновый двигатель газообразного горючего его следует охладить, очистить и смешать с воздухом в подходящих пропорциях. Для этого агрегат требуется оборудовать вентилятором для розжига, циклоном, фильтром, смесителем и охладителем.

Галерея изображений

Шаг 8: Самодельный газогенератор в "полный рост"

Осталось дополнить самодельный генератор газа устройствами, обеспечивающими нормальную работу, и решить вопросы с установкой его на мотоцикл с коляской.

Галерея изображений

Конечно, чем ближе размеры и конфигурация самодельного газогенератора к промышленной модели, тем более эффективно будет работать устройство. Сделать в домашних условиях точную копию газогенератора, изготовленного на заводе, затруднительно, да и не обязательно.

Проще скопировать готовый самодельный агрегат, попросив его у знакомых, друзей, а то и просто воспользовавшись информацией в интернете.

Сначала изготавливают основные узлы газогенератора, затем их собирают в одно целое устройство. Чтобы сделать такое устройство, необходимо подготовить следующие элементы:

Корпус.
Бункер для топлива.
Камеру сгорания.
Горловину камеры сгорания.
Воздухораспределительный узел.
Фильтровочный узел.
Патрубок камеры сгорания.
Колосниковую решетку, дверцы и другие подобные элементы.

Корпус, который иногда называют камерой заполнения, может иметь как цилиндрическую, так и кубическую форму. Поэтому у мастера есть два варианта для его изготовления: использовать подходящую металлическую емкость, слегка ее модифицировав, или сделать корпус “с нуля” из уголка и листового металла.

Для изготовления самодельного газогенератора можно использовать подручные материалы, например, металлическую бочку, старые газовые баллоны, корпус огнетушителя и т.п.

Подобным же образом делается бункер для твердого топлива, т.е тоже из металлического листа и уголка. Позднее бункер закрепляют внутри корпуса, поэтому его размеры должны быть соответствующими. Впрочем, иногда проще превратить в бункер часть корпуса газогенератора. Для этого часть пространства отделяют с помощью металлических плит.

Подходящий для внутренностей газогенератора на дровах материал – сталь с низким содержанием углерода. Корпус следует накрыть плотно прилегающей крышкой. Герметизация – важное условие правильной работы генератора, поскольку именно таким путем обеспечивается поступление ограниченного количества кислорода.

Самодельный газогенератор – это достаточно тяжелое устройство, следует позаботиться о его устойчивости. Для этого к нижней части корпуса приваривают прочные ножки. Отдельного внимания заслуживает крышка, через которую осуществляют загрузку топлива.

Порой она бывает тяжелой и поднять ее самостоятельно не просто. Чтобы решить проблему, можно использовать специальную амортизационную рессору.

Для камеры сгорания понадобится особая жаропрочная сталь, поскольку именно здесь происходит горение топлива при очень высоких температурах. Впрочем, для этих целей можно успешно использовать пустой баллон от бытового газа. Подойдет и новая емкость, и бывшая в употреблении.

Если газовый баллон для изготовления бытового газогенератора ранее был в употреблении, перед началом сварочных работ его лучше заполнить водой. Это предотвратит возможное возгорание остатков газа

Металлическую горловину камеры сгорания, в которой осуществляется еще один важный процесс – крекинг смол – следует отделить от остальных элементов специальными жаростойкими прокладками. Вполне подходящим для этого материалом считается асбест, но лучше использовать более современные и безопасные материалы.

Воздухораспределительный узел соединяют с конструкцией с помощью штулцера, рядом с которым устанавливают обратный клапан. Задача этого элемента – регулировать поступление воздуха к топливу и не допускать утечку полученного горючего газа, ради которого и затевалось создание генератора.

Между воздухораспределительной коробкой и средней частью камеры сгорания должны находиться специальные калибровочные отверстия-фурмы. После камеры сгорания ставят систему фильтров, чтобы очистить полученную газовую смесь от загрязнений. Колосниковая решетка предназначена для очистки камеры сгорания.

Ее обычно выполняют из чугуна. Чтобы облегчить процесс очистки, среднюю часть колосника можно сделать подвижной или съемной. Дверцы обеспечивают доступ в различные отделы газогенератора и служат для загрузки дров, очистки камеры сгорания и т.п. Конечно, все такие дверцы должны быть герметичными и уплотненными с помощью термостойких прокладок.

Внизу монтируется патрубок, по которому полученная газовая смесь поступает в фильтровочный узел, а затем в охладитель. Для изготовления небольшого циклонного фильтра можно использовать корпус старого огнетушителя или другую металлическую емкость подходящего размера и конфигурации.

На этой схеме наглядно продемонстрировано устройство и принцип работы циклонного очистительного фильтра. С его помощью можно выполнить первичную очистку газа, полученного в результате работы газогенератора

Работает он таким образом: в верхнюю часть циклона нагнетается загрязненный горячий газ. Затем в круглом корпусе он начинает вращаться. Под действием центробежных сил частички загрязнений перемещаются в нижнюю часть устройства и покидают его через отверстие для выгрузки. Очищенный газ выходит через еще одно отверстие в верхней части фильтра.

В домашних условиях в качестве охладителя можно использовать обычный радиатор или изготовить специальный змеевик. Горячий газ движется по такой длинной конструкции и постепенно остывает. При желании можно организовать водяное охлаждение.

Считается, что бытовой газогенератор способен “переварить” древесину любой влажности, даже 50%, что характерно для свежесрубленного дерева. На практике получается, что чем выше влажность топлива, тем ниже эффективность работы газогенератора. Не рекомендуется загружать в устройство топливо, влажность которого превышает 20%.

Исправить ситуацию позволит небольшая модификация устройства. От патрубка камеры сгорания следует провести кольцевой газопровод, поместив его в пространстве между стенками корпуса и наружной стороной камеры загрузки. В результате часть тепловой энергии будет передана топливу, что позволит снизить его влажность. Кроме того, на охлаждение понадобится меньше времени, и КПД генератора возрастет.

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 , 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 – , который 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 для отопления. 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.

Выводы и полезное видео по теме

На этом видео продемонстрирован процесс работы самодельного газогенератора:

Здесь представлен интересный опыт по созданию самодельного газогенератора с учетом сделанных ошибок:

Это вариант компактного газогенератора, предназначенного для установки на транспортное средство:

Изготовить своими руками жизнеспособный газогенератор не так уж и просто. Чаще всего такие агрегаты делают для автомобилей, но и в домах они вполне эффективны. Умелому мастеру, который не боится сложностей и готов к экспериментам, эта задача вполне по силам.

Если в ходе ознакомления с информацией у вас появились вопросы или есть рекомендации по собственноручной сборке дровяного газогенератора, пожалуйста, оставляйте свои комментарии ниже.

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.

Экология познания.Наука и техника: Самодельный газогенератор на дровах, сделанный своими руками, лучше всего использовать совместно с двигателем внутреннего сгорания. Именно поэтому домашние умельцы приспосабливают его для генерации электроэнергии в домашних условиях, а то и прилаживают установку на автомобиль.

Двигатель внутреннего сгорания, работающий на дровах, - это вовсе не призрак из далекого прошлого. Автомобили и электростанции, использующие древесину в качестве энергоносителя, можно встретить и сегодня. Стоит уточнить: двигатель функционирует на газе, получаемом из дерева путем его сжигания определенным способом. Установки, вырабатывающие такой газ, называют газогенераторами, они достаточно давно применяются на промышленных предприятиях. Но можно ли изготовить газогенератор своими руками и стоит ли это делать – вопросы, ответы на которые призвана дать наша статья.

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.

Для справки. Конструкции генераторов отличаются друг от друга в зависимости от вида сжигаемого твердого топлива, мы рассмотрим самую актуальную из них – на дровах.

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).

Примечание. В смеси присутствуют также негорючие балластные газы: двуокись углерода (углекислый газ), кислород, азот и водяные пары.

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.

Мифы о газогенераторных установках

На просторах интернета часто встречается множество необоснованных утверждений о работе подобных агрегатов и дается противоречивая информация об использовании газогенераторов. Попытаемся все эти мифы развеять.

Миф первый звучит так: КПД газогенераторной установки достигает 95%, что несоизмеримо больше, нежели у твердотопливных котлов с эффективностью 60-70%. Поэтому отапливать дом с ее помощью куда выгоднее. Информация некорректна изначально, нельзя сравнивать бытовой газогенератор для дома и твердотопливный котел, эти агрегаты выполняют разные функции. Задача первого – вырабатывать горючий газ, второго – нагревать воду.

Когда говорят о генерирующем оборудовании, то его КПД – это отношение количества полученного продукта к объему газа, что возможно выделить из древесины теоретически, помноженное на 100%. Эффективность котла – это отношение вырабатываемой тепловой энергии дров к теоретической теплоте сгорания, также умноженное на 100%. Кроме того, извлечь из органики 95% горючего топлива может далеко не каждая биогазовая установка, не то что газогенератор.

Вывод. Суть мифа в том, что массу либо объем пытаются через КПД сопоставить с единицами энергии, а это недопустимо.

Обогревать дом проще и эффективнее обычным пиролизным котлом, что таким же способом выделяет горючие газы из древесины и тут же их сжигает, используя подачу вторичного воздуха в дополнительную камеру сгорания.

Миф второй – в бункер можно закладывать топливо любой влажности. Загружать-то его можно, да только количество выделяемого газа падает на 10-25%, а то и более. В этом отношении идеальный вариант - газогенератор, работающий на древесном угле, что почти не содержит влаги. А так тепловая энергия пиролиза уходит на испарение воды, температура в топке падает, процесс замедляется.

Миф третий – затраты на обогрев здания снижаются. Это нетрудно проверить, достаточно сравнить стоимость газогенератора на дровах и обычного твердотопливного котла, тоже сделанного своими руками. Плюс нужно водогрейное устройство, сжигающее древесные газы, например, конвектор. Наконец, эксплуатация всей этой системы отнимет немало времени и сил.

Вывод. Самодельный газогенератор на дровах, сделанный своими руками, лучше всего использовать совместно с двигателем внутреннего сгорания. Именно поэтому домашние умельцы приспосабливают его для генерации электроэнергии в домашних условиях, а то и прилаживают установку на автомобиль.

Автомобильный газогенератор

Надо понимать, что газогенератор для автомобиля должен быть достаточно компактным, не слишком тяжелым и в то же время эффективным. Заграничные коллеги, чьи доходы не в пример выше наших, делают корпус генератора, циклон и фильтр охлаждения из нержавеющей стали. Это позволяет брать толщину металла вдвое меньше, а значит, и агрегат выйдет намного легче. В наших реалиях для сборки газогенератора применяют трубы, старые баллоны от пропана, огнетушители и прочие подручные материалы.

Ниже показан чертеж газогенератора, устанавливаемого на старые грузовики УралЗИС-352, по нему и надо ориентироваться при сборке агрегата:

Наружную емкость наши мастера чаще всего делают из баллонов для сжиженного пропана, внутреннюю можно сделать из ресивера грузового автомобиля ЗИЛ или КаМАЗ. Колосниковая решетка выполняется из толстого металла, патрубки – из соответствующего диаметра труб. Крышку с фиксаторами можно изготовить из отрезанного верха баллона либо из листовой стали. Уплотнение крышки – шнур из асбеста с графитной пропиткой.

Грубый фильтр – циклон для авто делают из старого огнетушителя либо простого отрезка трубы. Снизу трубы выполняется конусная насадка со штуцером для выгрузки золы, сверху торец закрывается наглухо привариваемой крышкой. В нее врезается выходной патрубок для очищенных газов, а сбоку – второй штуцер, куда будет осуществляться подача продуктов горения. Функциональная схема циклона в разрезе показана на рисунке:

Поскольку автомобильный газогенератор выдает газы с высокой температурой, их требуется охлаждать. Причины две:

раскаленное газообразное топливо имеет слишком малую плотность и поджечь его в цилиндрах ДВС будет непросто;
существует опасность самопроизвольной вспышки при контакте с горячими поверхностями мотора.

Движение газов по всему тракту во время розжига обеспечивает вентилятор, а после пуска мотора в системе появляется необходимое разрежение, вентилятор отключается.

Для охлаждения мастера-умельцы применяют обычные ребристые радиаторы отопления, располагая их на автомобиле таким образом, чтобы они максимально обдувались воздухом во время движения. Иногда даже используются современные биметаллические радиаторы. Перед попаданием в газогенераторный двигатель топливо требует тонкой очистки, для этого используют разного рода фильтры на свое усмотрение. Все узлы объединяются в одну установку в соответствии со схемой:

И последняя деталь – смеситель, нужен для регулирования пропорций газовоздушной смеси. Дело в том, что древесный газ имеет теплоту сгорания всего 4.5 МДж/м3, в то время как используемый в автомобилях природный газ - целых 34 МДж/м3. Следовательно, пропорции топлива и воздуха должны быть другими, их потребуется настроить заслонкой.

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

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.

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.