Сельское хозяйство/2. Механизация сельского хозяйства

К.т.н. Дмитриев Н.В., Светлов М.И.

Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А.Костычева, Россия

Перспективы развития газогенераторных установок в сельском хозяйстве

Рост стоимости традиционных видов топлива, ужесточение контроля утилизации отходов, стремление снизить издержки – все эти факторы заметно увеличили интерес к газогенераторным установкам. Дополнительный интерес вызывает тот факт, что в качестве топлива данные источники энергии чаще всего используют отходы биомассы, так называемые возобновляемые источники энергии. При наличии огромного лесного потенциала в России слабо используется технология утилизации отходов производства древесины. Одно из направлений решения данной проблемы – использование газогенераторов для преобразования биомассы в доступную форму энергии.

Газогенератор – это установка для получения горючего газа из твердого топлива. В качестве твердого топлива, как правило, применяются местные ресурсы: уголь, торф, древесина, солома, а так же отходы сельскохозяйственных и деревообрабатывающих производств. Превращение твердого топлива в газообразное называется «газификацией» и заключается в сжигании топлива с поступлением количества кислорода воздуха или водяного пара, недостаточном для полного сгорания.

Генераторный газ состоит из горючих компонентов (СО, Н₂, СН₄, С_nH_m) и балласта (СО₂, О₂, N₂, Н₂О, смолы, сажа).

Примерный состав газа, полученного в газогенераторе обращенного процесса газификации при работе на древесных чурках абсолютной влажностью 20%, следующий (в % от объема):

– водород Н₂ 16,1%;

– углекислый газ СО₂ 9,2%;

– оксид углерода СО 20,9%;

– метан СН₄ 2,3%;

– непредельные углеводороды С_nH_m (без смол) 0,2%;

– кислород О₂ 1,6%;

– азот N₂ 49,7%. [1]

Газогенераторные установки преимущественно используются для получения тепловой энергии, но их так, же можно использовать для получения горючего газа, используемого в двигателях внутреннего сгорания.

Газификация твердого топлива требует подбора специальных технологических решений по подготовке газа для поступления его в двигатель. Разработка методов очистки генераторного газа – один из критических, ключевых моментов применения установок. Для работы двигателя внутреннего сгорания, в течение заявленного заводом изготовителем ресурса требуется уделять внимание качеству генераторного газа.

Во-первых, необходима высокая степень очистки генераторного газа от вредных примесей (сажа, смолы), которые снижают ресурс двигателя.

Во-вторых, нужно увеличивать калорийность генераторного газа для увеличения КПД.

В-третьих, необходима система охлаждения генераторного газа перед подачей в двигатель внутреннего сгорания.

Для решения поставленных задач кафедрой «Автотракторные двигатели и теплотехника» Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А.Костычева предложен способ очистки и увеличения калорийности генераторного газа. Способ заключается в том, что в газогенераторе установлен теплообменник (рис.1), через который прокачивается вода из конденсатора-очистителя, установленного на газопроводе и частично заполненного водой. При прохождении через теплообменник вода подогревается до состояния перегретого пара, который поступает с воздухом в активную зону газогенератора для увеличения калорийности газа путем обогащения водородом [2], а также в газопровод и вступает в реакцию с продуктами генераторного газа. Полученная парогазовая смесь поступает в конденсатор-очиститель, где происходит конденсация пара и осаждение связанных паром продуктов газа. Затем очищенный газ подается в двигатель внутреннего сгорания.

Рис. 1. Способ очистки и увеличения калорийности генераторного газа газогенератора: 1-газопровод; 2-теплообменник; 3-трубопровод; 4-насос; 5-конденсатор-очиститель; 6-выпускной патрубок; 7-ДВС; 8-газогенератор; 9-фурменный пояс; 10,11-регулировочные дроссели.

Таким образом, решение поставленных проблем позволит повысить эффективность газогенераторных установок, работающих в составе двигатель внутреннего сгорания – электрогенератор. Что в свою очередь поможет решению энергетических проблем в местах со слабой энергетической инфраструктурой при наличии большого количества возобновляемых ресурсов.

Литература:

1. Бит Ю.А., Беленький Ю.И. Производство древесного топлива. - СПб.: СПбЛТА, 2001.

2. Юдушкин Н.Г., Артамонов М.Д. Газогенераторные тракторы теория, конструкция и расчет. - М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1955.