Файл: Виготовлення.pdf

65 3000 газифікаторів. Переважно вони зконцентровані в Південній Америці для виробництва деревного вугілля. Натепер їх кількість зросла на декілька порядків, і основним призначенням їх став виробіток енергії безпосередньо чи генераторного газу.
У процесі газифікації рослинних відходів утворюється горючий газ, що представляє собою суміш водню, чадного газу (монооксиду вуглецю), метану й деяких негорючих супутніх компонентів. Це досягається частковим спалюванням
і частковим нагріванням біомаси
(з використанням тепла обмеженого горіння) у присутності деревного вугілля (природного продукту спалювання біомаси). Генераторний газ може використовуватися не тільки для отримання теплової чи електричної енергії, а й для отримання механічної енергії – замість бензину в двигунах внутрішнього згорання [29, 30].
У 1919 році було опубліковано французький патент № 490711, в якому описано ряд конструктивних деталей, які успішно застосовуються і в сучасних транспортних газогенераторах. Цей винахід зумовив створення в 1919 році французьким інженером Імбертом газогенератора зверненого процесу газифікації, який викликав справжній переворот в автомобільному газогенераторобудуванні, і цей винахід залишається найбільш значущим досягненням в цій технології [16].
У 1942 році (коли деревний газ ще не досяг вершини своєї популярності), було близько 73 000 автомобілів на деревному газі в Швеції
(у листопаді 1940 р. було 22 000 автомобілів на газі зареєстрованих в
Швеції, а той же час в наступному році їх налічувалося 71 000), у Франції –
65000, в Данії – 10000, і майже 8000 в Швейцарії. У 1944 році в Фінляндії було 43000 автомобілів на деревному газі, з яких 30000 автобусів і вантажних автомобілів, 7000 приватних автомобілів, 4000 тракторів і
600 човнів. З 1940 по 1945 рр. в Німеччині було виготовлено близько
500 000 транспортних газогенераторних установок. В цей час в Німеччині було розроблено зйомний транспортний газогенератор, яким оснащувались танки типу Pz-І і бронетранспортери піхоти.
Після закінчення Другої світової війни парк автомобілів обладнаних газогенераторними установками скоротився лише протягом 1949 року з
1 млн до 50 000 одиниць, уступивши місце попиту на більш дешеві нафтопродукти і вугілля.
До 1952 року в Радянському Союзі випускався автомобіль
ЗІС-21А (ЗІС-21 – це ЗІС-5 з установленою деревною газогенераторною

66
установкою, а з 1952 року Урал ЗІС-352 (1952 – 1956) [16].
Станом на 1955 рік радянська автомобільна промисловість випускала автомобілі, обладнані газогенераторами для роботи на дровах, але на цей час вже було накопичено експериментальні дані, достатні для того, щоб найближчим часом розпочати випуск промислових зразків газогенераторних автомобілів для роботи на деревному вугіллі, бурому вугіллі, напівкоксі і ін. видах палива [16].
В 50-х роках 19 століття внаслідок сильного здешевлення бензину використання газогенераторних транспортних засобів пішло на спад.
При використанні газу потужність автомобільного двигуна знижується на 30%. Можливо, що в майбутньому цей вид палива стане основним джерелом енергії для електростанцій.
Використання газогенераторної установки на тракторі підтверджено нашими дослідженнями та дослідженнями
Житомирського національного агроекологічного університету при тому тип газогенератора вибраний – обернений. Основна причина цього – такий тип газогенератора крекінгуєт в більшості своїй смоли, які є в складі деревини [29, 30].
Газогенераторна установка дає змогу економити дизельне паливо на рівні 60-70%. Конвертація автотракторних дизелів на газ показує, що робочий процес газодизеля може нормально здійснюватися при найменших подачах газу, оскільки процес горіння ініціюється запальною дозою рідкого палива. При цьому високотемпературний факел згораючого дизельного палива забезпечує стійке горіння навіть бідних газоповітряних сумішей [29, 30].
Переваги машин із газодизелями:
- виключається несанкціонований відбір палива трактора;
- зменшується нагароутворення на деталях циліндрово-поршневої групи при експлуатації в умовах низьких температур внаслідок зменшення кількості спалювального дизельного палива;
- газ, на відміну від дизельного палива, не змиває масляну плівку із стінок циліндра, що позитивно відбивається на ресурсі роботи двигуна;
- збільшується термін служби моторного мастила;
- збільшується строк служби паливного насоса високого тиску внаслідок того, що він перекачує менше, оскільки постійно подає пальне у розмірі подачі холостого ходу;
- заміна паливних фільтрів проводиться рідше;
- зменшується кількість шкідливих викидів в атмосферу, що дозволяє

67
дизелям вписуватися у вимоги «ЄВРО» для дизельних вантажних автомобілів;
- установка газового устаткування не передбачає заміну топливного обладнання.
Недоліки:
- збільшення часу на заправку трактора;
- необхідність навчання водія правилам експлуатації, ремонту і обслуговування газобалонного устаткування;
- необхідність обслуговування газобалонного устаткування;
- необхідність суворішого контролю за станом повітряних і газових фільтрів.
Синтетичні палива.У газифікаторах, що використовують кисень замість повітря, можна одержувати газ, що складається переважно з Н
2
, СО й СО
2
Становить інтерес те, що після видалення С
2
можна одержати так званий синтез-газ – з якого, у свою чергу, можна синтезувати практично будь-яку вуглекисневу сировину. Зокрема, при взаємодії Н
2
і С виходить чистий метан. Іншим можливим продуктом є метанол – рідкий вуглеводень із теплотворною здатністю 23 ГДж/т. Виробництво метанолу вимагає організації складного хімічного процесу з високими температурами й тиском і дорогим устаткуванням. Незважаючи на це,
інтерес до виробництва метанолу виявляється в тому, що він являє собою коштовний продукт - рідке паливо, здатне безпосередньо замінити бензин.
Сьогодні виробництво метанолу з використанням синтез-газу не є комерційним. Однак існує технологія і для використання вугілля як сировини для газифікації. Вона була розвинена країнами, що мають великий вугільний потенціал, у періоди перебоїв з поставками нафти [5].
Анаеробне бродіння.Природа має спосіб руйнування й видалення відходів, а також рослинних відходів. Роботу з руйнування роблять бактерії. Якщо частини рослин і тварин, що відмирають, попадають у воду, то на поверхні води можна помітити пухирці, що піднімаються з дна. Газ, що утримується в пухирцях, здатний горіти. Процес представляє собою розкладання органіки у відсутності повітря (кисню). Газ, утворення якого зазвичай відзначалося на болотах, був названий болотним газом і дотепер так називається. Цей газ (друга назва - біогаз) являє собою суміш метану
(СН
4
) і двоокису вуглецю (С0 2
). Уперше біогаз був досліджений і описаний
Алесандро Вольта (Alessandro Volta) в 1776 році. Хемфрі Деві (Humphery
Davy) уперше на початку 1800 року показав, що горючий газ метан

68
утворюється в гної. В подальшому були розвинені біогазові технології, що дозволяють одержати біогаз із будь-яких біодеградуючих матеріалів у штучно створених умовах. Анаеробне бродіння, як і піроліз, реалізується при відсутності повітря. Однак у цьому випадку декомпозиція відбувається під впливом бактерій, а не високих температур. Цей процес відбувається практично у всіх біологічних матеріалах і прискорюваний у теплих і вологих умовах (природно, при відсутності повітря). Часто він має місце при розкладанні рослин на дні водойм. Анаеробне бродіння також відбувається в умовах, створюваних у процесі людської діяльності.
Наприклад, біогаз утворюється в місцях концентрації стічних вод, гнойових стоків ферм, а також твердих побутових відходів на смітниках і полігонах. В обох випадках біогаз являє собою суміш, що переважно складається з метану й двоокису вуглецю. Основні відмінності полягають у природі вихідного матеріалу, масштабах і темпі утворення біогазу. Хімія процесу утворення біогазу досить складна. Складна популяція бактерій розкладає органічні матеріали в цукри, а потім у різні кислоти, з яких у свою чергу виходить біогаз. При цьому залишається інертний залишок, хімічний склад якого залежить від типу установки й вихідної сировини [5].
Біогаз. Біогаз являє собою цінне паливо. Для його виробництва в багатьох країнах використовують також рослинні відходи, як компонент сировини, що наповнює метатенки. Метатенки варіюються в розмірах від одного кубічного метра (в індивідуальних господарствах) до тисяч кубометрів, використовуваних у великих комерційних установках.
Завантаження може бути безперервне або порційне, а процес бродіння може займати від десяти днів до декількох тижнів. У процесі діяльності бактерій утворюється тепло, однак в умовах холодного клімату необхідне підведення додаткового тепла для підтримки оптимальної температури
(принаймні, 35 °С). Джерелом тепла може бути біогаз. У граничному випадку весь газ може бути використаний для нагрівання. Хоча в цьому випадку вихід енергії буде нульовим, але все одно його існування буде виправдане економією копалинного палива, необхідного для переробки відходів. Кращі біогазові установки можуть виробити 200-400 м
3
біогазу зі вмістом метану від 50 до 75% з кожної тонни сухої органічної речовини
[5].
На цей час найбільш ефективними способами отримання енергії із соломи
є
її пряме спалювання та газифікація.
У піролізних
(газогенераторних) котлах горить генераторний газ, що виділяється з

69
соломи під впливом високої температури. Під час такого спалювання не утворюється сажа
і з'являється мінімальна кількість золи.
У газогенераторних котлах (котлах з піролізним спалюванням) газ, що виникає завдяки високій температурі в бункері палива, проходить через спеціальну форсунку і горить дуже чистим полум'ям жовтого або майже білого кольору.
Котли з піролізним спалюванням деревини
(газогенераторні котли) мають більший ККД (до 85%) і дозволяють автоматично регулювати потужність.
Котли з періодичною подачею палива.Раніше на ринку переважали котли для маленьких брикетів. Сьогодні велика частина котлів з періодичною подачею пристосована для великих брикетів (круглі і прямокутні брикети Хестона). Котли, що використовують великі брикети, добре пристосовані для забезпечення річної потреби в теплі, відповідної споживанню принаймні 10 000 літрів мазуту. Є котли різних розмірів, що використовують одночасно від одного круглого брикету (200-300 кг) до двох брикетів Хестона (1000 кг). Зазвичай котел спалює пакунки послідовно. Трактор, обладнаний захоплювачами, доставляє брикет на
ґрати через відкриту передню частину котла. Для забезпечення належного спалювання і зменшення винесення частинок у димових газах швидкість і кількість повітря, що подається в котел, можуть відрізнятися у верхній і нижній частині топкової камери [5].
Раніше котли з періодичним завантаженням спричиняли багато проблем, якщо в них використовувалася солома низької якості. Крім того, складно було контролювати подачу повітря. В сучасних моделях ці недоліки усунуті. Вміст води, проте, повинен бути постійними і не перевищувати 15––18 %. На сьогодні максимальна ефективність котлів становить 75 %, якщо вміст CO менше, ніж 0,5 %. Десять років тому ефективність становила 35 %.
Котли з автоматичною подачею палива.Котли з автоматичним завантаженням почали використовувати більше, оскільки у разі використання котлів із періодичною подачею пакунків малого розміру необхідно забезпечити наявність значної кількості обслуговувального персоналу. Розроблено декілька типів автоматичних котлів, які містять дозувальний пристрій, що автоматично й подає в котел солому. У таких пристроях можна використовувати цілі пакунки, подрібнену солому або соломʼяні гранули [5].
Котли для великих пакунків.Пристрій, що складається з розпушувача

70
й різального пристосування, розділяє пакунки на окремі частини, різні за розмірами. Пакунки подають до нього за допомогою конвеєра. Кількість соломи, що надходить зазвичай регулюють, змінюючи швидкість конвеєра.
Після подрібнення солому переміщують за допомогою червʼячного транспортера або вентиляторів. Якщо застосовують вентилятори, то можна обрати велику відстань до котла, але в такому разі потрібно буде використовувати більше енергії.
Розпушувач не ріже й не розриває солому, а розподіляє її на сегменти, спресовані прес-підбирачем. Щоб забезпечити подавання постійної кількості соломи, розпушувач зазвичай обладнують утримувальним пристроєм. Більшість розпушувачів також мають ножі для подрібнення великих фракцій соломи [5].
В автоматичних котлах процес спалювання відбувається одночасно з подачею соломи в топку. Кількість повітря, що подається, співпадає з кількістю соломи й регулюється за допомогою змінної, розташованої заслінки перед вентилятором. Це забезпечує оптимальний режим спалювання і високий коефіцієнт використання палива, а отже, і зменшення емісії пилу порівняно з ручними котлами, у яких подача повітря не регулюється. В автоматичних котлах запалювання соломи не спричиняє труднощів, оскільки паливо подається безперервно.
Котли для соломʼяних гранул.Протягом останніх років соломʼяні гранули як джерело енергії використовують більше, хоча у наш час їх виробляють і використовують менше. Інтерес спричинений однорідною і зручною структурою цього різновиду палива, яке зручно транспортувати в танкерах і використовувати в автоматичних теплозабезпечувальних установках. Труднощі із попеловидаленням виникають у тому разі, якщо соломʼяні гранули використовують у малих котлах.
Опалювальні пристрої на гранулах застосовують здебільшого в
індивідуальних будинках. Зазвичай вони складаються з котла і закритої
ємності для палива (солом’яних гранул). У топку котла гранулу подають за допомогою черв’ячного живильника. Живильник працює періодично, а кількість палива, що подається, регулюється величиною інтервалу між його послідовними увімкненнями. Повітря подають за допомогою вентилятора. Кількість попелу в малих котлах зазвичай становить 4 % від ваги використаної соломи.
Теплові
станції.
Теплові соломоспалювальні станції можна класифікувати за типом установленого котла. Приблизний перелік різних

71
видів котлів [5] є так:
– котел для спалювання різаної соломи;
– котел для спалювання соломи, подрібненої скарифікатором;
– котел для спалювання брикетів соломи за допомогою методу сигарного згорання;
– котел періодичної дії (спалювання цілого брикета соломи);
– котел для спалювання брикетів соломи, розділених на частини.
У котлах, у яких використовують солому, подрібнену скарифікатором, процес горіння відбувається в декількох зонах на литих рухомих металевих
ґратах.
Сировину на
ґрати подають за допомогою пневмотранспорту й шнека. У кожну зону крізь ґрати подається первинне повітря. Для забезпечення згорання летких речовин подається вторинне повітря, яке підводиться через форсунки, певним чином розташовані на стінці котла. Із топки продукти згорання потрапляють у конвективний відсік, де основна частина тепла через стінки передається циркулюючій воді. На більшості станцій за конвективним відсіком розташовують економайзер-теплообмінник, унаслідок чого збільшується загальна ефективність роботи установки.
На тепловій станції, де розташовано котел періодичної дії, брикети соломи із завантажувального канала надходять у передтопок, який працює як камера газифікації. У передтопці брикети запалюються, контактуючи з сировиною, що вже горить. Підведення повітря коригується залежно від ступеня згорання газів. У нижній частині передтопки розташований конвеєр, який поволі переміщує брикети, що горять, у напрямі до топки котла.
Для утворення брикетів чи пелетів із соломи пакунки попередньо подрібнюють на мобільному або стаціонарному обладнанні.

72