CC BY
196
УДК 62-626.42
Параметрический газогенератор с объемным регулированием процесса
газификации
Киприянов Федор Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры энергетических средств и технического сервиса e-mail: mechfac@bk.ru
ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия им. Н.В. Верещагина»
Рассветалов Артем Сергеевич, магистрант e-mail: аrtibyz@mail.ru
ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия им. Н.В. Верещагина»
Дунаев Виктор Сергеевич, студент e-mail: www.thebestrap@mail.ru
ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия им. Н.В. Верещагина»
Аннотация. В статье рассмотрен перспективный способ утилизации древесных отходов, с получением генераторного газа, как топлива для двигателей внутреннего сгорания, работающих совместно с электростанцией. Исследование токсичности выхлопных газов двигателя, работающего на генераторном газе, показало, что генераторный газ более экологичен, чем бензин. Предложена конструкция параметрического газогенератора, позволяющая повысить эффективность процесса газификации, и расширить область применения газогенераторов как устройств для утилизации сыпучих отходов.
Ключевые слова: альтернативное топливо; генераторный газ; газогенератор; утилизация отходов.
Многим производителям пиломатериалов знакома проблема утилизации древесных отходов. Древесные отходы с течением времени превращаются в целый набор ядовитых соединений от муравьиной кислоты и фенолов до опасного для всего живого бензопирена. Кроме того, достаточно небрежно брошенной спички или любого другого источника огня, чтобы в сухую и жаркую погоду начался пожар. Однако, наказание за такие свалки ограничивается предписанием об устранении нарушения законодательства, либо незначительным административным штрафом.
Грамотная утилизация отходов лесопиления, позволит не только уменьшить вред, наносимый природе, но и извлечь дополнительный доход, получив из отходов альтернативное топливо, актуальность применения которого вызвана рядом взаимосвязанных причин:
- грядущим истощением запасов, прежде всего запасов, ныне разрабатываемых месторождений;
- ухудшением экологической обстановки во многих странах;
- глобальной проблемой потепления климата из-за усиливающегося «парникового эффекта», вызванного эмиссией диоксида углерода в процессе сжигания углеводородов [1].
Одним из возобновляемых источников энергии являются отходы лесоперерабатывающей промышленности, которые можно использовать путем получения генераторного газа в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания [2], [3].
Поиск и разработка альтернативных видов топлива позволяют не только использовать возобновляемые источники энергии, но и управляя процессом в камере сгорания, снизить токсичность отработавших газов [4], [5].
Исследования показали, что выбросы вредных веществ с отработавшими газами двигателя ВАЗ 2105 при работе на газогенераторном топливе значительно ниже, чем при работе на бензине (рис. 1).
Так при 1000 мин-1 при работе на газогенераторном топливе содержание монооксида углерода СО снизилось на 2,25% (в 13,5 раз), остаточных углеводородов СН на 504Ррт (в 8,6 раза).
10 сод СН,ррт п,тт-1
з- 3 1 500 *оя> 4 500 Л МО
7 3590- 3 500 •■-г
6 3090- ЗООО
4 3,50 2 000 2000
3- 1590- 1500-
2 1 1 ООО 590- - 1 ООО 500 - -1100
О-
2,43 1060
СО.тау.М < Ю.тах,4/» Мпов.тах
при Нмих г 1ри Мпов при Ммни
1 «• ! 2.00 1200 3500
а
б
Рисунок 1. Показатели токсичности работы двигателя при 1000 мин-1 а) при работе на бензине; б) при работе на генераторном газе
Однако сравнение работы двигателя электростанции при работе на бензине и на генераторном газе выявило существенный недостаток газогенераторов как ис-
точника топлива для ДВС.
При подключении дополнительного потребителя электроэнергии, двигатель внутреннего сгорания, работающий на генераторном газе, не справляется с дополнительно подключаемой нагрузкой и происходит останов двигателя (рис. 2. а), в отличие от ДВС, работающего на бензине (рис. 2. б).
В первом случае возрастание тока нагрузки приводит к провалу оборотов двигателя, затем происходит постепенное снижение оборотов, а дополнительное увеличение нагрузки приводит к остановке двигателя.
Двигатель же, работающий на бензине, компенсирует возросшую нагрузку дополнительным количеством топлива, выравнивая обороты.
Основная причина такого явления - недостаток газового топлива в камере сгорания ДВС, т.е. газогенератор не успевает выработать объем газа необходимый для работы двигателя при переходе на более высокую нагрузке.
Вопрос управлением процессом газообразования в зависимости от нагрузки на двигатель, до сих пор не решен в полной мере, так например, американские инженеры фирмы «All power labs» данную проблему решают путем добавления дополнительного количества топлива в камеру сгорания ДВС, что позволяет газогенератору произвести выработку газа для его дальнейшей работы. Однако данный способ растягивает во времени процесс восстановления устойчивой работы двигателя.
а) 1 - ток нагрузки; 2 - частота вращения
б) 1 - ток нагрузки; 2 - частота вращения
Рисунок 2. Осциллограмма изменения частоты вращения двигателя и тока нагрузки а) работа на генераторном газе; б) работа на бензине
В результате исследований, проведенных на кафедре энергетических средств и технического сервиса, было выявлено, что на процесс газификации можно влиять как количеством нагнетаемого воздуха в камеру газификации, так и направлением его подачи, меняя не только количество вырабатываемого газа, но и его качественные характеристики.
В результате исследований предложена конструкция параметрического газогенератора с возможностью регулирования рабочего процесса в объеме камеры
Рисунок 3. Параметрический газогенератор 1 - газификатор; 2 - теплоизоляционный корпус; 3 - магистральный воздуховод; 3 - фурменные воздуховоды; 5 - зольниковая решетка; 6 - технологические окна; 7 - электромагнитные клапана; 8 - газоотводная
трубка; 9 - опоры
Газогенератор состоит газификатора - 1, теплоизоляционного корпуса - 2, магистрального воздуховода - 3; фурменных воздуховодов - 4, зольниковой решетки - 5, технологических окон - 6, электромагнитных клапанов - 7, газоотводной трубки - 8, опор - 9.
Для управления процессом газификации на различных режимах работы, газогенератор оборудуется системой электромагнитных клапанов (поз. 7, рис 3.) управляющих работой каждой фурмы индивидуально, расположенной в объеме зоны фурменного пояса.
Управление фурмами основывается на контроле за расходом генераторного газа в зависимости от нагрузки и оборотов ДВС. Что позволит оперативно управлять процессом газификации.
Кроме этого, фурмы расположены в разных плоскостях по объему камеры газификации фурменного пояса и количество фурм в каждой плоскости может быть различно, причем фурмы в плоскостях расположены со смещением относительно друг друга (рис. 4).
а) б)
Рисунок 4. Расположение фурм в камере газификации а) расположение фурм в объеме камеры; б) дутьевая фурма
Обзор конструкций газогенераторов показал, что основным аналогом является газогенератор фирмы «All power labs» и плоскостной газогенератор [6].
Преимуществами предлагаемой конструкции являются:
возможность управления процессом получения генераторного газа в объеме камеры газификации;
более стабильная работа ДВС на переходных режимах;
возможность утилизации сыпучих отходов лесопиления (опилок);
На параметрический газогенератор с объемным регулированием процесса подана заявка на патент [7].
Список литературных источников:
1. Брагинский, О. Б. Альтернативные моторные топлива: мировые тенденции и выбор для России / О. Б. Брагинский // Российский Химический Журнал. Том LII . - (2008) № 6. - С. 137-146.
2. История развития транспортных газогенераторов. Часть III. // Леспромин-форм. - 2011. - №5(79). - С. 156-165.
3. Инновационная технология газификации древесины. Часть I. // Леспромин-форм. - 2013. - №4(94). - С. 166-169.
4. Бирюков, А. Л. Обзор альтернативных видов топлив для двигателей внутреннего сгорания / А. Л. Бирюков, А. В. Князев // Наука и инновационные процессы в АПК. Сб. тр. ВГМХА по результатам работы науч.-практ. конф., посвящ. 100-летию академии. - Вологда ; Молочное : ИЦ ВГМХА, 2011. - С. 121-128.
5. Бирюков, А. Л. Улучшение эксплуатационных и экологических показателей бензиновых двигателей путем применения топливно-водных смесей : автореф. дис. ... канд. техн. наук / А. Л. Бирюков. - СПб., 2011. - 18 с.
6. Заявка 2013132317/05(048275) Российская Федерация, МПК C10J 3/20 (2006.01)i Газогенератор / заявитель Палицын А.В. заявл. 11.07.2013
7. Заявка 2014132727 Российская Федерация, МПК C10J 3/20 (2006.01)i Газогенератор / заявитель Палицын А. В. заявл. 07.08.2014.
Parametric gasifier with variable volume in the gasification process
Kipriyanov Fedor Alexandrovich, Can. of Sciences (Technics), Associate Professor, the Power Tools and Technical Service Chair
e-mail: mechfac@bk.ru
FSBEI HPE the N.V. Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy
Rassvetalov Artem Sergeevich, magister's degree
e-mail: artibyz@mail.ru
FSBEI HPE the N.V. Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy
Dunayev Victor Sergeevich, student
e-mail: www.thebestrap@mail.ru
FSBEI HPE the N.V. Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy
Abstract. The article describes a promising method of wood waste disposal to obtain the producer gas as a fuel for internal combustion engines, working together with the power plant. Investigations in emissions of the engine running on gas generator, showed that the producer gas is more environmentally ecological than the gasoline. A construction of parametric gasifier, allowing to increase the efficiency of the gasification process, and to expand the use of gasifier as a device for recycling sawdust have been proposed.
Keywords: alternative fuel; producer gas; gasifier; waste disposal.
