Газогенератор на древесном угле для автомобиля чертеж схема: Газогенератор на дровах своими руками, чертежи, схемы, устройство

Автомобиль на дровах: как он работает?

 Это похоже на анекдот. Но тем, кто работал на лесоповале в тайге в 30-х, было не до смеха. Нет бензина — ехали на дровах. Да и по сей день эта технология до сих пор используется. Как устроены такие авто? Разбираем в деталях.

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.

Автомобиль с газогенераторной установкой. Фото wikipedia.org

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.

Читайте также:

расход, пробег, запуск, фильтрация, октановое число газа, влияние на двигатель / СоХабр

После написания первой статьи поступили вопросы от хабросообщества на которые я тут отвечу + добавлю от себя массу интересного. Начнем.

1. Сколько кг дров нужно для пробега 100км

Автомобиль жигули — «четверка» объем двигателя 1.5л, 76 лошадиных сил, коэффициент наполнения цилиндров 0.75.

Потребляет на 100 км около 10 литров бензина (старые автомобили) и 20 кг дров в час если ехать со скоростью 100км в час непрерывно. Если ехать с меньшей скоростью и меньшими чем 3000 оборотов — расход меньше.

Автомобиль Волга Газ 24 — «членовоз» объем двигателя 2.4 л, 105 лошадиных сил, коэффициент наполнения цилиндров 0.83.

Потребляет на 100 км около 13-15 литров бензина (старые автомобили) и 36 кг дров в час если ехать со скоростью 100км в час непрерывно и оборотами 3000 двигателя.

Автомобиль ЗИЛ с объемом двигателя 6,0л, 150 лошадиных сил, коэффициент наполнения цилиндров 0,95.

Потребляет на 100 км 36 литров бензина и 103 кг дров в час при оборотах двигателя 3000

Автомобиль ОКА с объемом двигателя 0.75л, 35 лошадиных сил

Потребляет 4.3 литра на 100км и 10 кг дров в час при оборотах двигателя 3000

коэффициент наполнения цилиндров не нашел, посчитал на 0. 75

Теперь когда мы знаем расход дров, мы можем смело посчитать размер бункера для загрузки дров.

1 кг дров порубленных на куски 5х5см имеет коэффициент наполняемости 0.5 и занимает объем бункера 5 литров

более мелко порубленное топливо — например щепа имеет коэффициент наполнения 0.35 и занимает объем бункера весом 1 кг на 30% меньший — 3,5 литра. Цифры справедливы для сосны, если применять лучшее топливо: бук, граб, дуб, береза — наполнение бункера еще лучше и в такой же объем войдет больше кг, что значит более долгий пробег, если добавлять еще и пластиковый мусор — пробег еще больше, а расход дров меньше.

Например на 1 мешек дров (сосна — вес мешка 13 кг) загруженных дров в ГАЗ 24 можно смело забрасывать 120 пластиковых бутылок объемом 2 литра (6 кг при весе одной бутылки 50 грамм). Что позволит нам на 46% снизить расход дров заменяя пластиковым мусором дровяной.

13 — 100%

6 — х

6х100/13 = 46.15%

Какого размера бункер делать?

Умножая 1 кг на 5 литров получаем нужный нам объем бункера. Сколько вы хотите ехать до следующей загрузки топлива: час, два, три?

Некоторые делают объем бункера на 500км пробега, как Веса и его ученик.

Сколько времени нужно на запуск?

Газогенератор на древесном угле — 10-30 секунд

Газогенератор на дровах (и мусоре) — 5-15 минут. Делается это прямо в пути на ходу путем переключения кнопкой топлив. Стоять качегарить и дуть не надо.

Так на сколько же бензин сильнее древесного газа?

Любое топливо ценно двумя элементами: углеродом С и водородом Н2 сжигая которое в единицу времени и объема мы получаем теплотворность которая и движет наш автомобиль.

Теплотворность бензина 10572 ккал/кг

Теплотворность древесного газа 1000 ккал/кг — (цифра колеблется до 1250 ккал/кг)

Казалось бы в 10 раз! Как оно на дровах еще едет? Но нет, забыли о том что топливо должно превратится в газовоздушную и бензовоздушную смесь. Для горения в цилиндрах нужен еще и кислород. Смесь должна поступать смешанная.

Теплотворность бензовоздушной смеси 860 ккал/кг

Теплотворность газовоздушной смеси (древесный газ) 560 ккал/кг — или 64% от бензоводушной.

Цифра 64% на 36% слабее бензовоздушной. Но путем доработок и подключения современных устройств эта цифра снижается вплоть до 0.

При чем стоит это не дорого и делается не сложно. Даже во времена СССР эту цифру доводили до 4% потерь от мощности бензинового двигателя.

Какое октановое число у древесного газа и как эксплуатация его сказывается на моторесурсе двигателя?

У газогенераторного газа октановое число 110-120 что позитивно сказывается на моторесурсе двигателя снижая детонацию, газ не смывает масляную пленку, двигатель работает тише, ровнее. Вот тут подробно описал тем кто хочет углубиться.

Конечно же если не правильно делать газген, а в 1м3 газа содержится 3г пыли и не умело её фильтровать (не правильно делать фильтра) то все это пойдет в двигатель и будет действовать как наждак на поршни, но если все делать правильно то ни пыли ни смол не попадет в двигатель и его моторесурс будет больше чем указанный в паспорте рассчитанном для бензина.

Как часто выгружать золу?

С 1кг дров пропущенном через газогенератор выделяется 1г золы. Сколько кг вы будете жечь в час и посчитайте сколько грамм золы накопиться за час день, месяц эксплуатации при вашем ежедневном пробеге.

Как часто надо менять фильтра?

Раньше забивали в фильтра древесную шерсть, опилки и прочее. Сегодня фильтра делаются безсменные — менять ничего не надо.

Как выгодно ездить на дровах?

Сколько стоит 1 литр бензина?

1 литр бензина = 2-3 кг дров (зависит от влажности, плотности и пр.).

Автомобиль на дровах? в России — CARobka.ru

С момента начала производства автомобилей люди начали задумываться о разных источниках энергии. Первые автомобили, ввиду отсутствия альтернатив, работали на пару, затем появились редкие образцы автомобилей, работающие на основе электроэнергии, и только спустя десятки лет был изобретен двигатель внутреннего сгорания.

Однако поиски новых источников энергии для автомобилей не оканчиваются и по сегодняшний день. Инженеры преследуют разные цели: одних заботят экологические аспекты, другие грезят разрушить нефтяную монополию. Но в большинстве своем изобретатели ищут более экономичный вид энергии.

Многократно в различных источниках проскальзывали новости об умельцах из глубинки, которые дорабатывали свои авто для движения на основе спиртосодержащих продуктов или подсолнечного масла. Сегодня же речь пойдет о газогенераторах, основанных на горении. Хотя уже в 30-х годах люди пользовались этой технологией, сегодня находится масса любителей данной альтернативы ДВС.

Как это работает?

В транспортное средство устанавливается специальный газогенератор, в котором под воздействием высокой температуры происходит сложный термохимический процесс, в результате которого топливо расщепляется на простейшие элементы, делящиеся на полезный газ — этилен (C2h5), метан, угарный газ, водород, и бесполезный — азот, двуокись углерода.

После процесса расщепления в топке происходит охлаждение, фильтрация газа и его поступление в ДВС.

Что может быть использовано как топливо?

В основном используются дрова или древесный уголь, но список не ограничивается ими. Пластик, резина, полиэтилен, тряпичная ветошь, различный мусор, помёт и многие другие виды отходов могут войти в состав топлива (конечно, расход топлива и состав газа меняются в зависимости от продуктов сгорания). Любители утверждают, что благодаря работе их автомобилей придорожная полоса оказывается очищенной от разного рода мусора.

Учитывая стоимость дров и древесного угля, нельзя забывать о различных отходах производств, которые могут быть использованы как топливо, — лузга семечек, скорлупа орехов, стержни кукурузы, отработанный кофе после кофемашин, сено, торф, разновидности угля.

Какова реальная экономия, расход топлива?

Пожалуй, самый волнующий вопрос. В среднем при расходе автомобиля 10 л бензина на 100 км потребление газогенератора составляет 20 кг дров. При этом мощность снижается всего на 4% по сравнению с бензином, а значит двигатель также может выдавать необходимую скорость.

Таким образом, 1 литр бензина = 2–3 килограмма дров. Стоимость килограмма дров примерно в 3 раза меньше, чем стоимость литра бензина, поэтому на этапе расчета экономии разница не ощутима. Однако она имеется.

Каково время запуска газогенератора?

На запуск двигателя на древесном угле требуется от 10 до 30 секунд, на дровах (и мусоре) — от 5 до 15 минут.

А не погубит ли такой газ ДВС?

Октановое число газа, получаемого таким способом, — 110–120, что снижает детонацию и в целом менее разрушительно влияет на двигатель. Газ не смывает масляную плёнку, в результате чего работа двигателя становится более тихой и ровной. Однако при неправильно организованной фильтрации газа (изначально в 1м3 газа около 3 грамм пыли) пыль может действовать деструктивно на поршни. Поэтому важнейшими этапами при разработке газогенератора является продуманная система фильтрации и охлаждения (по результатам экспериментов было выяснено, что при увеличении температуры газа с 20 до 70 градусов Цельсия мощность ДВС падает на 25%).

Вредные выхлопы, вырубка леса и прочие вопросы экологии

При сжигании только органических веществ количество вредных выбросов будет стремиться к нулю — в результате работы двигателя ничего, кроме углекислого газа, на выходе не будет. По результатам исследований, проводимых в Европе, такие автомобили в десятки раз экологичнее транспортных средств, движущихся на бензине или газу. Так происходит из-за того, что процесс генерации газа происходит на очень высоких температурах (до 1 000 градусов Цельсия), ввиду чего топливо расщепляется на простейшие элементы.

Вопрос вырубки леса также беспокоит многих, кто сталкивается с газогенераторами. Хочется заметить, что для обеспечения таких автомобилей топливом не обязательно вырубать лес. Многие приверженцы этой технологии пользуются ветками и дровами от умерших деревьев, которых много и в наших лесополосах. Таким образом, бесплатный сухостой и валежник также могут быть использованы как топливо. Кроме того, производство бензина наносит гораздо больший вред окружающей среде, поэтому даже при вырубке леса уровень полезности последнего метода гораздо выше. Конечно, ни на одной заправке вам не предложат отсыпать дров или угля как топлива, поэтому газогенератор подходит далеко не всем.

Кому подходит газогенератор?

В первую очередь жителям глубинки, где сложно найти/дорого стоит топливо (бензин или газ). Однако у жителей городов также часто есть потребность в газогенераторах (по разным причинам).

Например, житель Англии, Колин Дэвисон, с друзьями проехал всю Англию (а это 2 575 км), заправляя свой автомобиль отходами кофе! Маршрут был проложен между 37 кофейными магазинами, в которых они брали отработанное кофе, в результате чего их путешествие было занесено в книгу рекордов Гиннесса. Максимальная скорость — 105 км/час.

Йохан Линель, житель Швеции, проехал всю Швецию (5 420 км) за 20 дней на дровах. Расход топлива составил 7 куб. метров древесины. При этом максимальная скорость составляла до 150 км/час.

Житель Украины, Андрей Лагунов, пошел ещё дальше — он сделал курс «Авто на дровах своими руками», а также собрал множество информации о газогенераторах и их владельцах. Любой желающий, по словам Андрея, может сделать газогенератор своими руками за несколько дней, потратив на его создание менее 50$.

Вывод

Если верить информации, что запасов нефти хватит человечеству на 30–40 лет, то поиск альтернативных видов энергии можно считать оправданным. Количество древесины, необходимой для повсеместного перехода населения на такой метод, невообразимо велико.

В любом случае, главное — чтобы люди использовали новые технологии по мере необходимости и продолжали поиски, ведь любая новая разработка (или улучшение старой технологии) благотворно воздействует на эффективность процессов нашей жизнедеятельности.

А для тех, кто интересуется электромобилями, у нас тоже есть интересная публикация.

Принцип работы газового генератора | Строительный портал

В поисках альтернативного источника энергии пришло понимание, что не обязательно добывать газ в шахтах, чтобы затем сжигать его в котлах и двигателях внутреннего сгорания, горючий газ можно добывать из отходов производства и древесины. Газогенератор или как его еще называют генератор газов путем сжигания местного топлива – дров, торфа, древесного угля, опилок и других отходов древесины, а также иногда других органических остатков способны выделять/генерировать горючие газы, такие как СО, СН4, Н2 и другие. Вариантов использования полученного газа несколько, но в любом случае в основу каждого устройства положен принцип газогенератора. О том, как работает газогенератор, из каких элементов он состоит, а также какие процессы проходят внутри него, мы расскажем в данной статье. Также рассмотрим варианты дальнейшего использования полученного газа и места, где можно устанавливать подобные агрегаты.

1. Преимущества и недостатки генераторов газа
2. Принцип работы газового генератора – газогенератора
3. Типы газогенераторов
4. Место установки газового генератора
5. Дровяной газовый генератор своими руками

Итак, какие же существуют варианты использования газа, полученного в газогенераторе?

Первый – горючий газ направляется к газовой плите на кухне и используется для приготовления пищи. Второй – горючий газ сжигается сразу же в пиролизном котле отопления с газогенератором, соответственно, используется для отопления дома или теплиц. Кстати, подобные котлы могут называться газовым котлом на дровах, твердотопливным пиролизным котлом, газогенераторным котлом на дровах. Все они могут использоваться как для бытовых нужд, так и для отопления огромных производств и цехов или предприятий. Третий – горючий газ может направляться в двигатель внутреннего сгорания, который служит приводом насосной станции или генератора электроэнергии. Газовый генератор на дровах позволяет получать электроэнергию в тех регионах, где нет возможности провести линии электропередач, выполнить прокладку газопровода и затруднен подвоз газа в баллонах. Помимо автономности у газогенераторов есть и другие преимущества, которые мы раскроем ниже.

Преимущества и недостатки генераторов газа

В качестве примера рассмотрим преимущества и недостатки газогенераторных котлов отопления. Пиролизные котлы относятся к категории твердотопливных, но существенно отличаются от обычных печей на дровах или угле, где происходит обычный процесс сгорания топлива.

Преимущества газогенераторных котлов:

• КПД газогенераторных котлов находится в диапазоне 80 – 95 %, в то время как КПД обычного твердотопливного котла редко превышает 60 %.
• Регулируемый процесс горения в газогенераторном котле – одна закладка дров может гореть от 8 до 12 часов, для сравнения в обычном котле горение длится 3 – 5 часов. В газогенераторных котлах с верхним горением сгорание дров длится до 25 часов, а уголь может гореть 5 – 8 дней.
• Топливо сгорает полностью, поэтому чистить зольник и газоход приходится не часто.
• Благодаря тому, что процесс горения можно регулировать (мощность регулируется в диапазоне 30 – 100 %), работу котла можно автоматизировать, как например, газового или жидкотопливного.
• Выброс вредных веществ в атмосферу из газогенератора минимален.
• Газогенераторные котлы экономнее обычных.
• Топливо для газогенераторов не обязательно должно быть подсушено до 20 % влажности, существуют модели котлов, в которых можно использовать древесину до 50 % влажности и даже свежесрубленную.
• Возможность загрузки в котел неколотых поленьев до 1 м длиной и даже больше.

• Помимо дров и отходов древесной промышленности в пиролизных котлах можно утилизировать резину, пластмассу и другие полимеры.
• Высокая безопасность котла по сравнению с обычным твердотопливным котлом обеспечивается автоматикой и материалами, из которых изготовлен агрегат, а в особенности камеры сгорания.

Если говорить о газогенераторах, которые используются для производства электроэнергии, то они обладают точно такими же достоинствами, такими как экологичность, экономичность, высокий КПД, высокое октановое число 110 – 140, универсальность в плане используемого топлива и большая эффективность в зимнее время.

Недостатки газогенераторных котлов:

• На газовый генератор цена в 1,5 – 2 раза выше, чем на обычный твердотопливный котел.
• В большинстве своем газогенераторы энергозависимы, так как для подсоса воздуха используется вентилятор, но также существуют модели, которые могут работать и без электричества.
• Если использовать газогенераторный котел на мощности ниже 50 %, то наблюдается нестабильное горение – как результат выпадение в осадок дёгтя, который скапливается в газоходе.
• Температура обратки отопления не должна быть ниже 60 °С, иначе в газоходе будет выпадать конденсат.
• Обычно газогенераторы требовательны к влажности топлива, но как уже писалось выше, есть модели, в которых можно сжигать даже свежесрубленную древесину.

Других существенных недостатков газогенераторов не выявлено.

Кстати, газогенераторы – не такое уж и новое изобретение. Еще в середине прошлого века, когда большая часть нефтяных ресурсов Германии шла на вооружение, в качестве топлива для автомобилей использовались дрова. Даже на грузовые автомобили устанавливались газогенераторы. Современные агрегаты не слишком далеко ушли в своей конструкции, но, тем не менее, основательно усовершенствованы.

Принцип работы газового генератора – газогенератора

В генераторе газов или газогенераторе из твердого топлива добывается горючий газ. Основной секрет заключается в том, что в камеру сгорания подается воздух, объема которого недостаточно для полного сгорания топлива, при этом соблюдается высокая температура порядка 1100 – 1400 °С. Полученный газ охлаждается и направляется к потребителю или двигателю внутреннего сгорания, если, например, планируется добывать электричество. Более детально принцип работы газогенератора рассмотрим ниже, уточнив какой процесс в каком элементе агрегата происходит.

Устройство газового генератора на древесине

Рассмотрим устройство газогенератора бытового назначения. Сразу хотелось бы отметить, что пиролизные котлы с газогенератором отличаются от предложенной схемы, так как сгорание газа происходит внутри котла во второй камере сгорания. Мы же рассмотрим лишь сам газогенератор, на выходе из которого получается горючий газ.

Схема газогенератора:

Корпус газогенератора изготовлен из листовой стали и имеет сварные швы. Самая распространенная форма корпуса – цилиндрическая, но она вполне может быть и прямоугольной. К нижней части корпуса приварено днище и ножки, на которых будет стоять газогенератор.

Бункер или камера заполнения служит для загрузки внутрь газогенератора топлива. Он также имеет цилиндрическую форму и изготовлен из малоуглеродистой стали. Бункер установлен внутри корпуса газогенератора и закреплен болтами. На крышке люка, ведущего в бункер, на кромках использован асбестовый уплотнитель или прокладка. Так как асбест запрещен для использования в жилых помещениях, то существуют модели газогенераторов, уплотнители крышки которой изготовлены из другого материала.

Камера сгорания находится в нижней части бункера и изготовлена из жаропрочной стали, иногда внутренняя поверхность камеры сгорания отделывается керамикой. В камере сгорания происходит горение топлива. В нижней ее части происходит крекинг смол, для чего там установлена горловина, изготовленная из жаропрочной хромистой стали. Между корпусом и горловиной находится прокладка – уплотнительный асбестовый шнур. В средней части камеры сгорания находятся фурмы для подачи воздуха. Фурмы представляют собой калиброванные отверстия, которые соединяются с воздухораспределительной коробкой, связанной с атмосферой. Фурмы и распределительная коробка также изготавливаются из жаропрочной стали. На выходе из воздухораспределительной коробки установлен обратный клапан, который препятствует выходу горючего газа из газогенератора. Чтобы повысить мощность двигателя или иметь возможность использовать дрова повышенной влажности (более 50 %), перед воздухораспределительной коробкой можно установить вентилятор, который будет нагнетать внутрь воздух.

Колосниковая решетка служит для того, чтобы поддерживать раскаленные угли. Она располагается в нижней части газогенератора. Через отверстия решетки зола от сгоревших углей проваливается в зольник. Чтобы колосниковую решетку можно было очищать от шлака, ее средняя часть сделана подвижной. Для поворота чугунных колосников предусмотрен специальный рычаг.

Загрузочные люки оснащены герметично закрывающимися крышками. Например, верхний загрузочный люк откидывается горизонтально и уплотнен асбестовым шнуром. В креплении крышки есть специальный амортизатор – рессора, которая приподнимает крышку в случае избыточного давления внутри камеры. Сбоку корпуса есть также два загрузочных люка: один сверху – для добавления топлива в зону восстановления, второй снизу – для удаления золы. Отбор газа производится в зоне восстановления, поэтому чаще всего в верхней части газогенератора, но также возможно отведение газа и из нижней части агрегата. Отбор газа производится через патрубок, к которому приварены трубы газопровода. Не обязательно сразу же выводить газ за пределы корпуса газогенератора, пока он горячий, его можно использовать для подогрева и подсушивания дров или другого топлива в камере загрузки. Для этого отводящий газопровод проводится по кольцевой вокруг камеры, между корпусом газогенератора и бункером.

Фильтр «Циклон» и фильтр тонкой очистки располагаются за корпусом газогенератора. Они изготовлены из труб, наполненных фильтрующими элементами.

Прежде чем поступить в фильтр тонкой очистки, газ проходит через охладитель. А после фильтра тонкой очистки очищенный газ поступает в смеситель, где смешивается с воздухом. И только затем газо-воздушная смесь поступает в двигатель внутреннего сгорания.

Более наглядно последовательность движения горючего газа, после того как он вышел из газогенератора, показана на схеме ниже.

Дрова или другое топливо горит в камере сгорания, окисляясь воздухом, поступающим в камеру сгорания через фурмы из воздухораспределительной коробки. Полученный горючий газ поступает в фильтр Циклон, где очищается. Затем охлаждается в фильтре грубой очистки. Затем уже охлажденный газ поступает в фильтр тонкой очистки, а затем в смеситель. Из смесителя полученная смесь поступает в двигатель.

Процесс превращения топлива в газ

И все же: как из твердого топлива получается газ? Внутри газогенератора происходит некий процесс превращения, который разбит на несколько этапов, происходящих в разных зонах:

Зона подсушки находится в верхней части бункера. Здесь температура порядка 150 – 200 °С. Топливо подсушивается горячим газом, который движется по кольцевому трубопроводу, как было описано выше.

Зона сухой перегонки расположена в средней части бункера. Здесь без доступа воздуха и при температуре 300 – 500 °С топливо обугливается. Из древесины выделяются кислоты, смолы и другие элементы сухой перегонки.

Зона горения находится внизу камеры сгорания в зоне, где расположены фурмы, через которые поступает воздух. Здесь при подаче воздуха и температуре 1100 – 1300 °С обугленное топливо и элементы сухой перегонки сгорают, в результате чего образуются газы СО и СО2.

Зона восстановления находится выше зоны горения между колосниковой решеткой и зоной горения. Здесь газ СО2 поднимается вверх, проходит через раскаленный уголь, взаимодействует с углеродом (С) угля и на выходе образуется газ СО – окись углерода. В данном процессе также участвует влага из топлива, поэтому помимо СО образуется СО2 и Н2.

Зоны горения и восстановления называются зоной активной газификации. В результате генераторный газ состоит из нескольких компонентов:

• Горючие газы: СО (оксид углерода), Н2 (водород), СН4 (метан) и СnНm (непредельные углеводороды без смол).
• Балласт: СО2 (углекислый газ), О2 (кислород), N2 (азот), Н2О (вода).

Полученный газ охлаждается до температуры окружающей среды, затем очищается от муравьиной и уксусной кислоты, золы, взвешенных частиц и смешивается с воздухом.

Типы газогенераторов

Различают три типа газогенераторов: прямого процесса газогенерации, обратного и горизонтального.

Газогенераторы прямого процесса могут сжигать уголь полукокс и антрацит – топливо небитуминозное. Конструктивное отличие данного типа агрегатов в том, что воздух поступает через колосниковую решетку снизу, а забор газа производится сверху. В газогенераторах прямого процесса влага из топлива не попадает в зону горения, поэтому ее подводят специально. Обогащение генераторного газа водородом из воды повышает мощность генератора.

Газогенераторы опрокинутого или обращенного процесса предназначены для сжигания смолистого топлива – дров, древесного угля и отходов. Их конструктивное отличие в том, что воздух подается в среднюю часть – в зону горения, а забор газа производится ниже зоны горения – в зольнике. Обычно в агрегатах такого типа отобранный горячий газ используется для подогрева топлива в бункере.

Газогенераторы горизонтального или поперечного процесса газификации отличаются тем, что воздух в них подводится сбоку – в нижней части корпуса, причем подается он с высокой скоростью дутья через фурмы. Отбор газа производится  напротив фурмы через газоотборную решетку. Активная зона газификации в газогенераторе горизонтального процесса очень мала и сосредоточена между концом фурмы и газоотборной решеткой. Время пуска такого генератора намного меньше, также он легко приспосабливается к смене режимов работы.

Место установки газового генератора

Газогенераторы и газогенераторные котлы отопления можно устанавливать как внутри жилых помещений, например, в подвалах и цокольных этажах, так и на улице.

Так называемые пеллетные котлы чаще всего устанавливают в доме, так как их загрузка не сопряжена с большим количеством мусора, а также мешки с пеллетами весят немного и могут храниться где-то рядом с котлом.

Газогенераторы на дровах, а в особенности на дровах большой длины, имеет смысл устанавливать на улице недалеко от места хранения дров. Так можно будет подвезти дрова на тачке непосредственно к котлу или газогенератору и не спускать их в подвал дома. Стоящий на улице котел избавляет от грязи и золы в подвале. Особенно это актуально для деревянных домов, где повышенные нормы пожаробезопасности. Внешний корпус котла изготавливается из нержавеющей стали, которая не подвержена коррозии. Также котлы теплоизолированы насыпной теплоизоляцией, чтобы температура окружающей среды минимально влияла на процесс газификации и скорость пуска котла. Система регулирования размещается в стальном кожухе под крышкой, чтобы на нее не попадали осадки. Дымовая труба имеет двойные стенки. Если вас интересует, как подключить газовый генератор, если он стоит на улице, то ответ прост – трубы прокладываются в земле, чтобы они минимально охлаждались, если это котел отопления. Трубы отопления подходят к котлу снизу, а сам котел устанавливается так, чтобы при длительных перерывах в использовании он не замерзал.

Кстати, как уже отмечалось, длительность процесса горения топлива в котле может быть от 12 часов и достигать 25 часов. В зависимости от мощности котла и площади отапливаемого помещения, его придется топить раз в два дня, а иногда и раз в неделю. Чтобы сохранить вырабатываемое котлом тепло на столь длительный период, используется теплоаккумулятор.

Дровяной газовый генератор своими руками

В том чтобы изготовить газогенератор своими руками, нет ничего сверхсложного. Многие используют такой агрегат для бытовых нужд или устанавливают на автомобиль. Перед тем как начать изготавливать газогенератор самостоятельно, необходимо ознакомиться с принципом его действия и выбрать подходящую для себя схему работы.

Понадобятся – бочка, трубы или старая батарея радиаторов, фильтры тонкой и грубой очистки газа, вентилятор. С другой стороны набор элементов может быть самым разным, все зависит от фантазии исполнителя.

Ниже посмотрите видео пример газогенератора самостоятельного изготовления.

Схема газогенратора:

В интернете можно найти как фото, так и чертежи по монтажу газовых генераторов и пиролизных котлов. Есть даже умельцы, которые берут за основу готовый проверенный котел и полностью повторяют его в домашних условиях. Получается дешевле намного.

Схема газогенераторного котла:

Отличие пиролизного котла от обычного газогенератора в том, что он состоит из двух камер сгорания: в одной сгорает топливо и образуется газ, а в другой – сгорает газ и находится теплообменник. Устройство и принцип работы газогенератора мы уже рассмотрели, добавьте в него только вторую камеру сгорания, которая должна располагаться вверху, и теплообменник сверху. Иногда теплообменник располагают сбоку. Также не забудьте о разных типах газогенераторов, так что вторая камера сгорания может находиться не только сверху.

При сборе дымохода постарайтесь собирать его в последовательности, обратной движению дыма, так на его стенках будет меньше оседать всякой гадости. Сам дымоход лучше сделать легкоразбираемым, чтобы его можно было легко и быстро чистить. Пространство вокруг котла отопления должно быть свободным, так как он нагревается в процессе работы.   После монтажа котла придется изучить его «повадки» и подобрать оптимальный для себя режим работы, при котором сгорают все смолы.

Хотелось бы отметить, что газогенератор может рассматриваться не только как сжигатель полезной древесины, но и как утилизатор отходов. В нем можно сжигать остатки линолеума, пакетов, мешков, резины, пластиковых бутылок и другого бытового мусора.

Газогенератор на дровах — как сделать своими руками. Жми!

Сегодня природный газ очень необходим в большинстве домов для их отопления, для приготовления еды и так далее, однако его стоимость с каждым годом увеличивается и платить по счетам становится невыгодно.

Поэтому все больше людей предпочитают самостоятельно конструировать и создавать устройства, которые способны выделять газ, превращающийся в различные виды энергии. Преимуществ у такого способа достаточно много. Наибольшее распространение приобрели газогенераторы, работающие на дровах.

Принцип работы

Любой пиролизный газогенератор представляет собой большой металлический резервуар из закаленной стали. В такую печь загружается топливо, то есть дрова.

Начинается горение в присутствии небольшого количества кислорода, чтобы дрова не сгорели полностью, так как горение представляет собой процесс взаимодействия с кислородом, благодаря которому выделяется колоссальное количество энергии в виде огня.

В процессе взаимодействия древесины с кислородом образуется:

• углекислый газ или диоксид углерода;
• угарный газ или моноксид углерода;
• чистый водород;
• метан или природный газ, который как раз таки необходим;
• другие углеводородные газы.

Температура в печи должна быть очень высокой и постоянно поддерживаться. После сгорания выделившийся газ направляется на фильтрацию в специальное устройство — циклон, происходит охлаждение, в результате чего различные примеси и мелкие частицы убираются из смеси, в итоге получается практически чистый метан, который затем смешивается с кислородом.

Полученная смесь является необходимым топливом, которое можно использовать для различных целей.

Применение

1. Раньше газгены применялись в автомобилестроении, во время Великой Отечественной войны такие генераторы устанавливались на многие легковые автомобили-полуторки и грузовики марки ЗИС. Двигатели внутреннего сгорания, работающие на природном газе, были незаменимы и удобны из-за несложного устройства и дешевизны.
2. Сегодня газогенераторные установки применяются для отопления домов и жилищ.
3. Для выработки электроэнергии с помощью различных турбинных установок или электрогазогенераторов.
4. До сих пор некоторые люди устанавливают на свои жигули подобные агрегаты. Машина при этом совершенно исправна и не требуют больших затрат. Также из-за низкого загрязнения воздуха по сравнению с нефтяным топливом, многие люди все больше переходят на автомобильные газогенераторы для ДВС.
5. В промышленности применяются газогенераторы, работающие на каменном угле, который может давать большее количество энергии.

Преимущества и недостатки установки

Основными преимуществами подобного оборудования являются:

1. Очень высокий КПД, достигающий 96 %.
2. Процесс горения является достаточно длинным, к примеру, древесина может гореть в течение суток, а уголь более недели.
3. Полное сгорание всего топлива, в результате чего отсутствует необходимость в частой уборке котлов.
4. Возможность полной автоматизации.
5. Низкие затраты на выделение энергии.
6. Низкие выбросы вредных газов в атмосферу.
7. Некоторые люди используют в качестве топлива навоз, который является весьма экологически-чистым и дешевым.

Однако газогенераторные котлы имеют и свои недостатки:

• газогенерация предполагает неизменное взаимодействие с кислородом, из-за чего требуется устанавливать специальные вентиляторы для непрерывной подачи воздуха в печь;
• необходимо безостановочно поддерживать постоянную температуру, чтобы она не падала;
• возможность образования дегтя, загрязняющего печь.

Как соорудить самостоятельно

Схема газогенератора. (Для увеличения нажмите)

Сделать газовой дровяной генератор своими руками не так уж и сложно.

Для начала необходимо разобраться с принципом его работы, устройством, схемой, затем следует начертить чертежи будущего источника энергии и начинать подбор необходимых материалов.

Каждый газовый генератор должен включать в себя:

• опорную конструкцию;
• бункер, в котором будет находиться древесное или другое топливо;
• камерой, где происходит процесс горения;
• фурмы для подачи дутья;
• воздухораспределительные коробки;
• газопровод;
• циклон для фильтрации выходящего газа от пыли и мелких частиц и различных поперечных решеток, используемых для очистки;
• охладитель;
• баллон для сбора газа и его дальнейшего распределения;
• колосниковую решетку для поддержки угля.

Таким образом, установка газогенератора в домашних условиях довольна проста, самому построить такую машину не так уж и сложно, однако придется потратить много времени.

Также gazgen можно устанавливать на моторы авто и тракторов, требующие много топлива.

Домашние бытовые мини-теплогенераторы все чаще встречаются в домах из-за простоты устройства и низкой цены монтажа и обслуживания, потому что древесина является очень доступным видом топлива.

Также можно устанавливать небольшие электростанции вместе с парогенераторами, которые будут вращать турбину, для получения электричества. Процесс изготовления самодельных агрегатов не очень трудоёмок.

Советы от мастеров

Мастера, имеющие большой опыт работы с газогенераторами, могут дать несколько важных советов:

1. Перед установкой необходимо создать чертеж будущей конструкции, оценить примерные затраты. Если они будут больше стоимости промышленного агрегата, то лучше сразу купить готовое устройство.
2. Топить можно не только древесиной, но и опилками, старой древесной мебелью, торфом и каменным углем.
3. При установке подобного генератора на автомобиль нужно проконсультироваться со специалистом по поводу размеров и автоматизации процессов, происходящих внутри котла.

Смотрите видео, в котором пользователь подробно разъясняет конструкцию газогенератора, сделанного своими руками:

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Газогенератор на дровах своими руками — устройство, схема, сборка

С каждым годом больше внимания во всех сферах индустрии уделяется разработке и внедрению новых технологий, помогающих сбережению электроэнергии. Сфера производства отопительного оборудования так же не осталась в стороне и провела ряд исследовательских работ, позволивших сделать принципиальные открытия и выстроить газогенератор на дровах. В таком приспособлении в итоге сгорания в герметичной камере древесной породы выделяются газы, которые тоже сгорают, выделяя дополнительное тепло. Таким макаром, применяемое горючее вполне сжигается с наибольшей отдачей тепла. Благодаря высочайшему коэффициенту теплопотери газогенераторного котла на дровах является экономичным обогревающим приспособлением.

Газогенераторный котел на дровах можно сделать и своими руками, но перед тем как приступить к его изготовлению, нужно кропотливо изучить его механизм работы. Исследовав устройство газогенератора на дровах, можно обеспечить более эффективную и неопасную работу котла.

Устройство и схема газогенераторного котла на дровах

Растопка газогенераторного котла подобна процессу растопки обыкновенной печи – точно так же укладывается горючее, конкретно производится растопка, воздушная заслонка запирается вполовину для предупреждения поступления кислорода вовнутрь камеры сгорания.

Устройство является очень обычным. Котел состоит из 2-ух камер, размещенных в одном корпусе. Одна камера создана для сжигания дров либо другого твердого горючего (брикетов, травы и пр.), другая – для сжигания выделяемого вследствие сгорания дров газа. Температура поднимается. Жаркий воздух циркулирует по воздухоотводам, захватывая прохладный из нижних сопел, который также в процессе топки греется и вздымается ввысь, что и показывает предоставленная схема газогенератора на дровах.

Благодаря таковой конвекции помещение очень стремительно греется и долгое время остается теплым.

Изготовка газогенератора на дровах своими руками

Представленная выше схема воспроизводит принцип деяния обычного котла, потому сооружать газогенератор на дровах своими руками нужно, не только лишь делая упор на данные о работе составляющих частей приспособления, которые изображены на чертеже, да и тщательно ознакомившись с процессом работы уже готового устройства.
До этого ознакомтесь с видео об устройстве самодельного газогенератора:

В качестве корпуса для грядущего газогенератора служит железная бочка. В самой высшей части корпуса устанавливается бункер объемом 0,6 – 0,7 м3 для загрузки древесной породы.

Также вверху газогенератора размещается юбочка, где вначале находится прохладный воздух.

Образующийся в итоге горения газ, вдуваясь через фурмы, проходит кольца грубой чистки.

Очищенный газ забирается из юбочки, охлаждается через фильтр остывания и выпускается. Фильтр остывания представляет собой зигзаг труб с металлическими кольцами, расположенными снутри.

На фильтре устанавливается приспособление с краном для сбора и спуска конденсата, образующегося при использовании сырой древесной породы.

Если дрова очень мокроватые, то газ, попадая в юбочку и контактируя с прохладным воздухом, оставляет много воды, которая проходит через сепаратор и соединяется по ленте слива. Сепаратор делается из трубы, в которую вставляется ребристая пластинка.

Если нужен сухой воздушный газ, то вентиль слива перекрывается, а вентиль на газовой трубе, расположенной за сепаратором, раскрывается. Газ, попадая из малеханькой трубы в огромную трубу сепаратора, оставляет капли росы и направляется в зону горения.

При желании в нижней части корпуса можно делается емкость для нагрева воды. Такая вода будет греться при помощи оборотного горючего газа, который в процессе нагрева будет дополнительно охлаждаться.

По мере надобности образующийся в процессе горения газ можно опять-таки использовать как дополнительное горючее для нагрева, повернув определенный вентиль и направив горючий газ в дополнительную зону горения. Тогда выпускаться через фильтр остывания будет только оставшийся газ СО2.

Вам будет любопытно:

• Кран-балка своими руками
• Копалка (картофелекопалка) для мотоблока своими руками
• Минитрактор из мотоблока Нева своими руками: чертежи, фото, видео
• Фрезерный стол для ручного фрезера своими руками
• Станок для профилирования бруса своими руками

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Как сделать газогенератор на древесном угле

  
Доброго дня, мозгоизобретатели! Как оказывается древесный уголь — очень полезная вещь с широким спектром применения, с его помощью можно запустить даже двигатель внутреннего сгорания без особых модификаций последнего.

Исследуя тему альтернативных источников энергии я нашел много теоретических расчетов, но мало практически выполненных и функционирующих самоделок. Сам же я хотел сделать простую в исполнении и действенную поделку, поэтому остановился на старом добром газогенераторе использующим древесный уголь как топливо.

Ознакомившись с теорией и несколькими уже воплощенными концепциями, я сделал собственный газогенератор и успешно подключил его к генератору электроэнергии. Моя мозгоподелка собрана можно сказать из мусора: металлического ведра с крышкой, старых клапанов, фитингов, и полимерных шлангов. И хотя мой прототип требует доработки и последующей модификации, но он действительно работает, дешев и прост в изготовлении.

Данная газогенераторная поделка вырабатывает из угля горючий газ, на котором с успехом работают инструменты с двигателем внутреннего сгорания. Вследствие этого она имеет широкий потенциал применения на садовом участке, дачном домике, в лесу и т.д. без нужды в бензине, линиях электропередач или промышленном газе. Еще больший потенциал применения она может найти в странах третьего мира, в местах пострадавших от катаклизмов, в удаленных уголках мира и т.д.

Шаг 1: Немного теории

ADN-ZB/SNB
Pkw mit Holzgasantrieb in Berlin 1946

Древесный газ, синтез-газ, газификация, генераторный газ – все это разные названия идеи о преобразовании некоторых видов органики в легко применимое топливо. Суть в том, что при сгорании органики в условиях с низким содержанием кислорода выделяются водород (в основном), окись углерода, двуокись углерода, смолы и биотопливо. Проще говоря, если правильно сжечь полено, то получится горючий дым!

Газогенераторные разработки применялись еще в далеком прошлом. Так горючий дым подавался в дома и уличные фонари в конце 1800-х годов, и лишь потом его заменили природным мозгогазом. Газогенераторы на древесном топливе «запитывали» тысячи автомобилей по всей Европе во время Второй мировой войны, когда топливо из нефти было труднодоступным.

Описывая процессы во время газогенерации можно написать целую докторскую диссертацию, поэтому предоставлю это дело экспертам и упомяну лишь несколько ссылок:

газогенерация, исследования, исследования ООН,  научные исследования в картинках, ранние исследования, 130 страниц легкого чтения

Шаг 2: Дерево или уголь?

Существуют много конструкций газогенераторов использующих дерево или органику как топливо. От простеньких для частных работ до больших блестящих промышленных газогенераторов. Все их можно разделить на:

• самодельные средней сложности с большим количеством сварочных работ при изготовлении
• дорогие промышленные газогенераторы, зачастую малодоступные
• газогенераторы вырабатывающие биотопливо, которое после фильтрации и разделении можно заливать в двигатель

Биотопливо, или тяжелые масла и смолы, получаются в процессе термической деполимеризации. «При высокой температуре и под давлением длинноцепочечные полимеры водорода, кислорода и углерода распадаются до короткоцепочечных углеводородов». Сгорает биотопливо отлично, а при разделении на фракции из него можно получить бензин, аналогичный тому, что получается из нефти. Существуют даже статьи о выделении биотоплива из водорослей, так что следите за этими разработками!

Следует упомянуть, что использование биотоплива конечно круто, но это снижает срок службы вашего двигателя.

Специфика газогенерации на древесном угле в том, что длинные полимерные цепи уже удалены в процессе создания этого угля, то есть при дальнейшей газогенерации будут выделяться пары без смол. Сам уголь можно сделать самостоятельно в 160 литровой или 250 литровой бочке, но я использовал в своей поделке-прототипе уголь, купленный в магазине.

Шаг 3: Доказательство концепции

Для создания своего мозгопрототипа газогенератора я использовал большое ведро, ведерко от краски, небольшие пластины металла, фитинги и краны.

Более полный список необходимых материалов и инструментов выглядит так:

• металлическое ведро с плотно закрывающейся крышкой
• ёмкость для фильтрации и фильтрующий материал — я с успехом использовал баночку от краски и поролон
• листовой металл — мои толщиной 1.2мм
• стальные трубы и фитинги к ним – мои были 2см в диаметре, только не используйте оцинкованные
• труба для входящих газов – я сначала использовал РЕХ шланги (полиэтиленовые армированные), но это плохой выбор
• труба для отработанных газов – вполне применим гибкий металлический шланг совместимый с трубой ∅ 2см
• шаровые краны – как минимум один, два – при рециркуляции выхлопных газов, три – для стравливания и четыре — если планируете использовать нагнетатель для разжигания углей
• термостойкий силиконовый герметик
• зажимы
• гайки и болты
• сварочный аппарат или холодная сварка
• ключи для труб
• дрель
• большое сверло
• детектор оксида углерода

Шаг 4: Генератор электроэнергии

В качестве «потребителя» в моем газогенераторном мозгоэксперименте я решил использовать генератор моего отца, в котором поломалась топливная система. Я устранил течь топливного насоса и немного доработал под последующее функционирование на газе. А именно установил пластину кронштейна для моего адаптера, состоящего из тройника и шарового крана. Тройник подключается к карбюратору, через второе его отверстие поступают горючие газы от газогенератора, а на третье отверстие монтируется кран, через которое подается свежий воздух.

Выхлопная система также оснащена тройником и шаровым клапаном, через которые одна часть отработанных газов выбрасывается в атмосферу, а другая подается на вход газогенератора, где смешивается с чистым воздухом. Это позволяет направлять не полностью сгоревшие окиси углерода снова в топку, а также использовать поток в качестве раздува пламени. Данную опцию мне посоветовали умные люди, изначально моя возвратная линия была недоработана.

Шаг 5: Газогенераторный реактор

Реактор собирается очень просто, замечу лишь, что впускное отверстие моей самоделки расположено слишком низко, его следует сделать на расстоянии не менее 5см от низа ведра.

Итак, из листового металла я вырезал три одинаковых пластины – одну для выпуска, две для впуска. Две пластины для системы впуска согнул по радиусу ведра, чтобы добиться плотного прилегания, одна из них будет установлена снаружи, другая, для поддержки, внутри. В углах пластин просверлил отверстия под болты крепления, скрепил их вместе и приступил к высверливанию впускного отверстия. После этого одну из пластин приложил к ведру в установленном месте и в самом ведре высверлил аналогичные отверстия.

Далее в отверстие вставил стальную трубку, так что бы она входила внутрь ведра более чем на треть и менее чем наполовину. Внутреннюю часть трубки позже удлинил отрезком из нержавеющей стали – это было ошибкой последствия которой показаны в конце мозгоруководства . Затем сварил трубку и наружную пластину, обе пластины щедро намазал термостойким силиконом и установил на ведро, скрепив болтами.

По центру третьей пластины приварил фитинг, сквозь фитинг и пластину просверлил выходное отверстие, а по углам 4 отверстия для крепежа. После приложил эту пластину к крышке и продублировал на ней отверстия пластины — одно выходное и 4 крепежных. Затем смазал пластину термостойким герметиком и установил на положенное ей место на крышке, скрепив болтами.

И крышку, и само ведро оставил на сутки для высыхания герметика.

Шаг 6: Фильтр

Газогенератор на древесном угле считается газогенератором восходящего потока, то есть поступающий снизу воздух сгорает в топке, а образовавшиеся во время этого газы поднимаются вверх и отводятся через отверстие в крышке. При этом само топливо, а именно древесный уголь, является достаточно пыльным материалом, и его пылинки вместе с потоком газов могут попасть в двигатель. Для того чтобы этого избежать необходим пылеулавливающий фильтр.

Простой фильтр я собрал из баночки для краски, пластиковых фитингов и поролоновой мозгогубки. В дне баночки и крышке высверлил отверстие под фитинг, установил и закрепил сами фитинги, а баночку набил губкой. Для герметичности при установке промазал фитинги все тем же герметиком.

Шаг 7: Выбор угля

Уголь в данной самоделке нужно использовать только натуральный, лучше из твердых пород дерева, но и из хвойных сгодится, лишь сгорать будет быстрее. Нельзя использовать прессованный или химически обработанный уголь! Подходящий уголь можно покупать, но если вы планируете использовать свой мозгогазогенератор часто, то лучше научится делать его самостоятельно.

Размером угли должны быть более 3мм, но не больше 2мм, это нужно для лучшей циркуляции потока воздуха и двуокиси углерода.

Шаг 8: Первый пуск

Погода во время первого пуска моей самоделки была дождливой, я не знал, как поведет себя старенький генератор электроэнергии, который запускался последний раз 15 лет назад. Но я все же был уверен в своем успехе.

Зажженную пропановую горелку я вставил в воздухозаборное отверстие реактора и оставил ее разжигать уголь. На генераторе электроэнергии перекрыл поступление свежего воздуха и запустил стартер.

Во время старта двигатель генератора начал самостоятельно забирать поток, и я убрал горелку. Немного времени спустя начало вырабатываться достаточное количество горючего газа. Подачей воздуха и жидкости для запуска в стартер я помогал процессу стабильной работы двигателя. Я продолжал запускать двигатель и настраивать подачу воздуха в карбюратор. Когда нужный состав смеси был найден, двигатель заработал, и я успешно «запитал» от него свою сабельную пилу. Через 15 минут после начала работы пришлось выключить генератор из-за утечек газа.

Автор газогенератора на основе которого я сделал свой прототип говорит, что от сжигания угля объемом 0.0045 куб.м. за 30 минут он получает 5 л.с. Не знаю какова мощность его генератора электроэнергии, но я за 15 минут сжег намного меньше.

ВАЖНО!!! Будьте осторожны в случае работы с угарным газом (СО), при неправильном использовании он смертельно опасен! При вдыхании молекула СО присоединяется к молекуле кислорода в крови, что приводит к плохой абсорбции и в результате, полиорганной недостаточности. Соблюдайте правила работы с газами и работайте на воздухе или хорошо проветриваемом помещении!

Шаг 9: Версия 2.0

Прототип сделан и он функционален, из минусов только утечка газа. Поэтому я сделал газогенератор версии 2.0 со следующими доработками:

На вход карбюратора я установил 5мм-ю металлическию пластину с резьбой для трубы ∅ 2см, пластина крепится двумя болтами и дополнительной полосой металла для жесткости. При установке пластины использовал прокладочную бумагу, что позволило избежать утечек.

РЕХ шланг заменил, потому что он плавился на крышке газогенератора, да и у меня не было хороших зажимов для него. Вместо него я установил гибкий металлический шланг, который снял с возвратной системы. Он идеально подходит к трубе и фитингам, в которых плотно фиксируется при проворачивании, но на выходе газогенератора его лучше закрепить U-образным болтом.

Утечки устранены!

Шаг 10: Заглушка

Для горения необходимы три вещи: воздуха, топливо, запал. Данная самоделка имеет в реакторе много тепла (запала) и угля ( топлива), поэтому единственный способ остановить его работу это перекрыть подачу воздуха. Для этого нужна всего лишь одна заглушка с резьбой или клапан, которыми при необходимости и перекрывается входное отверстие.

Чтобы остановить мозгореактор я закрыл входное отверстие заглушкой и оставил на ночь, с утра он был прохладным и не вырабатывал газ.

Шаг 11: Планы на доработку

Сжатие и хранение газа

Все результаты это знания, и не все предположения верны. Я, к примеру, подумал, что могу сжать выработанный газ и поместить его в баллон, а потом использовать как и обычный пропан. Но столкнулся с проблемой, что этот сжатый газ не разжигается. Я подумал раз в двигателе генератора зажигается, то и я его зажгу, но на деле это не так. Может причина в том, что 12 вольтовый компрессор не создал необходимую концентрацию и следует попробовать с более мощным компрессором.

Материалы реактора

Температура в топке было очень высокой и мой отрезок из нержавеющей стали, которым я удлинил входную трубку, расплавился. Он оказался хромированной блестящей безделушкой и просто растаял в топке. И еще, как я упоминал, входное отверстие изначально расположено слишком низко и не обеспечивает нужную реакционную зону и зольное пространство.

Генератор электроэнергии

Так как генератор не мой, а моего отца, то придется его вернуть, а себе приобрести что-то подходящее и установить все на мобильную платформу, чтобы расширить спектр подключаемых устройств: водный насос, вентилятор, гидравлический насос и т.д.
Самостоятельное производство угля

Топливо моего газогенератора это уголь, поэтому для полной автономности и экономии следует приобрести пару железных бочек и сделать установку для производства древесного угля.

Вот так я сделал газогенератор и «запитал» им генератор электроэнергии, надеюсь, было интересно и полезно!

Удачи в ваших самоделках!

( Специально для МозгоЧинов #Charcoal-Fire-Powered-Generator

Автотранспортные средства на древесном газе: дрова в топливном баке

————————————————- ————————————————— ——————————————-

————————————————- ————————————————— ——————————————-

Газификация древесины — это процесс, при котором органический материал превращается в горючий газ под воздействием тепла — процесс достигает температуры 1400 ° C (2550 ° F). Первое использование газификации древесины относится к 1870-м годам, когда она использовалась в качестве предшественника природного газа для уличного освещения и приготовления пищи.

В 1920-х годах немецкий инженер Жорж Имбер разработал генератор древесного газа для мобильного использования. Газы очищались и осушались, а затем подавались в двигатель внутреннего сгорания автомобиля, который практически не нуждается в адаптации. Генератор Имберта производился серийно с 1931 года. В конце 1930-х годов эксплуатировалось около 9000 автомобилей, работающих на древесном газе, почти исключительно в Европе.

Вторая мировая война

Эта технология стала обычным явлением во многих европейских странах во время Второй мировой войны в результате нормирования ископаемого топлива. Только в Германии к концу войны в эксплуатации находилось около 500 000 автомобилей, работающих на газе.

Создана сеть из примерно 3 000 «заправок», где водители могли запасаться дровами. Установкой газификации древесины были оснащены не только частные автомобили, но и грузовики, автобусы, тракторы, мотоциклы, корабли и поезда.Некоторые танки также работали на древесном газе, но для использования в военных целях немцы предпочитали производство жидкого синтетического топлива (из дерева или угля).

В 1942 году (когда технология еще не достигла пика своей популярности) в Швеции было около 73 000 автомобилей с бензиновым двигателем, 65 000 во Франции, 10 000 в Дании, 9 000 в Австрии и Норвегии и почти 8 000 в Швейцария. В 1944 году в Финляндии было 43 000 «лесомобилей», из которых 30 000 были автобусами и грузовиками, 7 000 частных автомобилей, 4 000 тракторов и 600 лодок.(источник).

Woodmobiles также появились в США, Азии и, в частности, в Австралии, где 72000 автомобилей работали на древесном газе (источник). В общей сложности во время Второй мировой войны было использовано более одного миллиона автомобилей для производства газа.

После войны, когда снова появился бензин, технология почти мгновенно ушла в небытие. В начале 1950-х годов в тогдашней Западной Германии оставалось всего около 20 000 лесовозов.

Программа исследований в Швеции

Рост цен на топливо и глобальное потепление привели к возобновлению интереса к дровам как прямому топливу. Десятки инженеров-любителей по всему миру переоборудовали стандартные серийные автомобили в автомобили, работающие на газовом топливе, причем большинство из этих современных лесомобилей производится в Скандинавии.

В 1957 году правительство Швеции разработало исследовательскую программу для подготовки к быстрому переходу на автомобили, работающие на древесном газе, в случае внезапной нехватки нефти. В Швеции нет запасов нефти, но есть обширные лесные массивы, которые можно использовать в качестве топлива. Цели этого исследования заключались в разработке улучшенной стандартизированной установки, которую можно было бы адаптировать для использования на всех типах транспортных средств.

Это исследование, проведенное при поддержке автопроизводителя Volvo, привело к обширным теоретическим знаниям и практическому опыту работы с несколькими дорожными транспортными средствами (один из них показан выше) и тракторами на общем расстоянии более 100 000 километров (62 000 миль). Результаты обобщены в документе ФАО 1986 года, в котором также обсуждаются некоторые эксперименты в других странах.Шведские (обзор) и особенно финские инженеры-любители использовали эти данные для дальнейшего развития технологии (обзор, ниже автомобиль Юхи Сипиля).

Дровяной газогенератор, который выглядит как большой водонагреватель, можно разместить на прицепе (хотя это затрудняет парковку автомобиля), в багажнике (багажнике) автомобиля (хотя на это расходуется почти все багажное отделение), либо на платформе в передней или задней части автомобиля (самый популярный вариант в Европе).В случае американского пикапа генератор размещается в кузове грузовика. Во время Второй мировой войны некоторые автомобили были оснащены встроенным генератором, полностью скрытым от глаз.

Топливо

Топливо для автомобиля, работающего на древесном газе, состоит из древесины или щепы (см. Рисунок слева). Можно также использовать древесный уголь, но это приводит к потере 50 процентов доступной энергии, содержащейся в исходной биомассе. С другой стороны, древесный уголь содержит больше энергии, поэтому запас хода автомобиля может быть увеличен.В принципе, можно использовать любой органический материал. Во время Второй мировой войны также использовались уголь и торф, но основным топливом была древесина.

Один из самых успешных автомобилей на древесном газе был построен в прошлом году голландцем Джоном. В то время как многие последние производители газовых автомобилей, кажется, вышли прямо из Безумного Макса, Volvo 240 голландца оснащен очень современной системой из нержавеющей стали (см. Первое изображение и два изображения ниже, а затем сравните с этим Volvo, этот БМВ, эта Ауди или эта Юго).

«Добывать древесный газ не так уж и сложно», — говорит Джон. «Производство чистого древесного газа — другое дело. У меня есть возражения против некоторых лесомобилей. Часто получаемый газ такой же чистый, как и внешний вид конструкции».

Датч Джон твердо верит в генераторы древесного газа, в основном для стационарных целей, таких как отопление, выработка электроэнергии или даже производство пластмасс. Volvo призван продемонстрировать возможности технологии.«Припаркуйте итальянскую спортивную машину рядом с машиной, работающей на древесном топливе, и толпа соберется вокруг машины на древесном топливе. Тем не менее, машины на древесном газе предназначены только для идеалистов и во времена кризиса».

Диапазон

Volvo развивает максимальную скорость 120 км / ч (75 миль / ч) и может поддерживать крейсерскую скорость 110 км / ч (68 миль / ч). «Топливный бак» может вмещать 30 килограммов (66 фунтов) древесины, что соответствует запасу хода в 100 километров (62 мили), что сравнимо с запасом электромобиля.

Если заднее сиденье загружено деревянными мешками, запас хода увеличивается до 400 километров (250 миль).Опять же, это сопоставимо с запасом хода электромобиля, если пассажирское пространство приносится в жертву большей батарее, как в случае с Tesla Roadster или электрическим Mini Cooper. Разница, конечно же, в том, что Джону приходится регулярно останавливаться, чтобы схватить деревянный мешок с заднего сиденья и наполнить бак.

Прицеп

Как и в случае с другими автомобилями, запас хода автомобиля на древесном газе также зависит от самого автомобиля. Об этом свидетельствуют различные автомобили, которые переоборудовал Веса Микконен.Плавник размещает все свои генераторы на трейлере. Его последняя переделанная машина — Lincoln Continental Mark V 1979 года выпуска, большое тяжелое американское купе. Он потребляет 50 килограммов (110 фунтов) древесины на каждые 100 километров (62 мили) и, таким образом, значительно менее эффективен, чем Volvo Джона. Микконен также переделал Toyota Camry, гораздо более экономичный автомобиль. Этот автомобиль потребляет всего 20 кг (44 фунта) древесины на такое же расстояние. Однако прицеп почти такой же по размеру, как и сама машина.

Ассортимент электромобилей можно значительно расширить, сделав их меньше и легче.Однако это не вариант для их собратьев, работающих на древесном газе, из-за веса и объема оборудования. Меньшие автомобили времен Второй мировой войны имели запас хода всего от 20 до 50 километров (от 12 до 31 мили), несмотря на их гораздо более низкую скорость и ускорение.

Свобода

Увеличение «топливного бака» — единственный вариант дальнейшего увеличения дальности (кроме, конечно, снижения скорости, но это уже другая история). Американец Дэйв Николс (человек, который показывает лес на одной из картинок выше) может загрузить 180 кг (400 фунтов) древесины в кузов своего пикапа Ford 1989 года выпуска.Это займет у него 965 километров (600 миль), что сопоставимо с пробегом автомобиля, работающего на ископаемом топливе. Достоинства этого, конечно, обсуждаются, поскольку для этого Николс должен регулярно останавливаться, чтобы заправлять бак: если он заправит заднюю часть своего пикапа бензином, то сможет ехать еще дальше.

По словам Николса, одного фунта древесины (полкилограмма) достаточно, чтобы проехать 1 милю (1,6 километра), что соответствует 30 килограммам древесины Volvo на 100 километров. Американец основал компанию (21st Century Motor Works) и планирует продавать свою технологию в более крупных масштабах.Когда он приезжает домой, он использует свой грузовик, чтобы отапливать свой дом и вырабатывать электричество. Его история прижилась в США, и причина может быть обозначена его номерным знаком: «Свобода».

«Вы можете обойти мир с пилой и топором», как выразился Джон Датч. Его соотечественник Йост Конейн воспользовался этой возможностью, чтобы совершить двухмесячное путешествие по Европе, не беспокоясь о близости ближайших заправочных станций (которые не всегда легко найти в такой стране, как Румыния).

Местные жители дали ему дрова для продолжения путешествия — припасы хранились на трейлере. Компания Conijn использовала древесину не только в качестве топлива, но и в качестве строительного материала для самого автомобиля (изображение выше — видео здесь). О другом путешествии на машине на дровяном газе см. «По Швеции с дровами в баке».

Есть ли будущее у лесомобиля?

В 1990-е годы водород рассматривался как альтернативное топливо будущего. Тогда биотопливо и сжатый воздух взяли на себя роль мантии, а сегодня все внимание сосредоточено на электромобилях.Если и эта технология не сработает (а мы неоднократно выражали свои сомнения по этому поводу), можем ли мы вернуться к автомобилю на древесном газе?

Несмотря на свой промышленный вид, автомобиль, работающий на древесном газе, имеет довольно высокие экологические показатели по сравнению с другими альтернативными видами топлива. Газификация древесины несколько более эффективна, чем сжигание древесины, поскольку теряется только 25 процентов энергии, содержащейся в топливе. Энергопотребление лесомобиля примерно в 1,5 раза выше, чем потребление энергии аналогичным автомобилем, работающим на бензине (включая потерю энергии во время предварительного нагрева системы и дополнительный вес оборудования).Однако если принять во внимание энергию, необходимую для добычи, транспортировки и переработки нефти, то древесный газ по меньшей мере так же эффективен, как бензин. И, конечно же, древесина — возобновляемое топливо. Бензина нет.

Преимущества вагонов на древесном газе

Самым большим преимуществом автомобилей с газогенератором является то, что доступное и возобновляемое топливо можно использовать напрямую, без какой-либо предварительной обработки. Преобразование биомассы в жидкое топливо, такое как этанол или биодизель, может потреблять больше энергии (и CO2), чем доставляет топливо.В случае автомобиля, работающего на древесном газе, никакая дополнительная энергия не используется для производства или переработки топлива, за исключением валки и распиловки древесины. Это означает, что лесовоз практически не имеет выбросов углерода, особенно когда валка и распиловка выполняются вручную.

Кроме того, автомобиль, работающий на древесном газе, не требует химической батареи, и это важное преимущество перед электромобилем. Слишком часто забывают воплощенную энергию огромной батареи последнего.Фактически, в случае автомобиля с газогенератором древесина ведет себя как естественный аккумулятор. Нет необходимости в высокотехнологичной переработке: оставшуюся золу можно использовать в качестве удобрения.

Правильно работающий генератор древесного газа также производит меньше загрязнения воздуха, чем автомобиль с бензиновым или дизельным двигателем. Газификация древесины значительно чище, чем сжигание древесины: выбросы сопоставимы с выбросами при сжигании природного газа. Электромобиль может стать лучше, но тогда энергия, которую он использует, должна вырабатываться из возобновляемых источников, что нереалистично.

Недостатки дровяных газовых вагонов

Несмотря на все эти преимущества, достаточно одного взгляда на лесовоз, чтобы понять, что это далеко не идеальное решение. Мобильный газовый завод занимает много места и легко может весить несколько сотен килограммов — пусто. Размер оборудования обусловлен тем, что древесный газ имеет низкую энергоемкость. Энергетическая ценность древесного газа составляет около 5,7 МДж / кг по сравнению с 44 МДж / кг для бензина и 56 МДж / кг для природного газа (источник).

Кроме того, использование древесного газа ограничивает мощность двигателя внутреннего сгорания, что означает снижение скорости и ускорения переоборудованного автомобиля. Древесный газ состоит примерно из 50 процентов азота, 20 процентов окиси углерода, 18 процентов водорода, 8 процентов диоксида углерода и 4 процентов метана. Азот не способствует горению, а окись угля — медленно горящий газ. Из-за этого высокого содержания азота двигатель получает меньше топлива, что приводит к снижению выходной мощности на 35-50 процентов.Поскольку газ горит медленно, большое количество оборотов невозможно. Автомобиль с газовым двигателем — это не спортивный автомобиль.

Несмотря на то, что некоторые автомобили меньшего размера были оснащены генераторами древесного газа (см., Например, этот Opel Kadett), эта технология лучше подходит для более крупных и тяжелых автомобилей с мощным двигателем. В противном случае мощности двигателя и диапазона может быть недостаточно. Несмотря на то, что установка может быть уменьшена для меньшего транспортного средства, ее размер и вес не уменьшаются пропорционально уменьшению размера и веса автомобиля.Некоторые из них построили мотоциклы, работающие на древесном газе, но их диапазон ограничен (хотя мотоцикл с коляской лучше). Конечно, вес и размер мобильного газового завода не так важны для автобусов, грузовиков, поездов или кораблей.

Удобство использования

Другая проблема машин, работающих на древесном газе, заключается в том, что они не особенно удобны в использовании, хотя это улучшилось по сравнению с технологией, использованной во время Второй мировой войны. Во второй части этого pdf-документа (стр. 17 и далее) вы найдете описание того, как тогда было водить машину, работающую на древесном газе:

«…. опыт работы с органом Wurlitzer может быть явным преимуществом «.

Тем не менее, несмотря на улучшения, даже современному лесомобилю требуется до 10 минут, чтобы прогреться до рабочей температуры, поэтому вы не можете запрыгнуть в машину и сразу уехать. Кроме того, перед каждой заправкой необходимо выкинуть золу после последней газификации. Образование смолы в установке менее проблематично, чем это было 70 лет назад, но фильтры по-прежнему необходимо регулярно чистить.И еще есть ограниченный диапазон автомобиля. В общем, это далеко от привычной простоты использования бензинового автомобиля.

Большое количество (смертельно опасного) окиси углерода также требует некоторых мер предосторожности, поскольку утечка в трубопроводе не исключена. Если техника размещается в багажнике, установка CO-детектора в салоне отнюдь не является роскошью. Кроме того, автомобиль, работающий на древесном газе, нельзя парковать в замкнутом пространстве, если только газ не сжигается первым (рисунок выше).

Серийные лесомобили

Конечно, все описанные выше автомобили построены инженерами-любителями. Если мы будем строить автомобили, специально предназначенные для работы на древесине, и производить их на заводах, есть вероятность, что недостатки станут несколько менее значительными, а преимущества станут еще больше. Такие лесомобили тоже смотрелись бы наряднее.

В Volkswagen Beetles, сошедшие с конвейера во время Второй мировой войны, был встроенный механизм газификации древесины (источники: 1/2/3).Снаружи генератор древесного газа и остальная часть установки были незаметны. Заправка производилась через отверстие в капоте (капоте).

То же самое и для этого Mercedes-Benz, у которого установка полностью скрыта в багажнике (источник).

Вырубка леса

К сожалению, древесный газ имеет один важный недостаток по сравнению с другими видами биотоплива.Массовое производство лесомобилей не решило бы этой проблемы. На самом деле, как раз наоборот: если бы мы перевели все машины или даже значительную их часть на древесный газ, все деревья в мире исчезли бы, и мы умерли бы от голода, потому что все сельскохозяйственные земли были бы принесены в жертву ради энергии. посевы. Действительно, лесомобиль вызвал серьезную вырубку леса во Франции во время Второй мировой войны (источник). Как и в случае со многими другими видами биотоплива, технология не масштабируется.

Тем не менее, хотя автомобиль, работающий на биотопливе, столь же удобен в использовании, как и конкурент бензина, древесный газ должен быть наиболее неблагоприятным для потребителя альтернативным топливом.Это может быть преимуществом: переход на автомобили, работающие на древесном газе, может означать только то, что мы будем меньше ездить, и это, конечно, будет хорошо с экологической точки зрения. Если вам нужно разогреть машину в течение 10 минут, скорее всего, вы решите не использовать ее, чтобы проехать несколько миль, чтобы купить продукты. Велосипед справился бы быстрее. Если бы вам пришлось три часа рубить дрова, чтобы съездить на пляж, вы, вероятно, решили бы сесть на поезд.

В любом случае, лесомобиль демонстрирует (снова), что современный автомобиль является продуктом ископаемого топлива.В какое бы альтернативное топливо вы ни верите, ни одно из них не сравнится по удобству с бензином или дизельным топливом. Если однажды доступность (дешевого) масла прекратится, вездесущность автомобиля станет историей. Но индивидуальный автомобиль никогда не умрет.

© Крис Де Декер (Спасибо, Р.О.)

Low-tech Magazine делает прыжок с Интернета на бумагу. Первый результат — это 710-страничная мягкая обложка с идеальным переплетом, которая печатается по запросу и содержит 37 последних статей с веб-сайта (с 2012 по 2018 год).Второй том, в котором собраны статьи, опубликованные в период с 2007 по 2011 год, выйдет в конце этого года.

Подробнее: Журнал Low-tech: Печатный сайт .

Пять процессов газификации

Газификация как неполное сгорание

Газификацию проще всего представить как дроссельное сгорание или неполное сгорание. Он сжигает твердое топливо, такое как древесина или уголь, без достаточного количества воздуха для полного сгорания, поэтому выходной газ все еще имеет потенциал горения.Затем несгоревший газ отводят по трубопроводу, чтобы при необходимости сжигать в другом месте.

Газ, полученный этим методом, имеет множество наименований: древесный газ, синтез-газ, генераторный газ, городской газ, генераторный газ и другие. Иногда его также называют биогазом , хотя под биогазом чаще понимают газ, вырабатываемый микробами при анаэробном сбраживании. В контексте газификации биомассы с использованием газификаторов с воздушным наддувом мы будем использовать термин производственный газ , поскольку другие термины имеют значения, которые не обязательно применимы к газу, производимому нашими газификаторами.

Как мы к этому пришли: пять процессов газификации.

А теперь немного усложним. Настоящая газификация — это немного больше, чем просто краткое изложение дроссельного сгорания, представленное выше. Более точно понимается ступенчатое горение . Это серия отдельных тепловых явлений, объединенных вместе с целью преобразования твердого органического вещества в определенные углеводородные газы на выходе.

Простое неполное сгорание — это грязь. Цель газификации — взять под контроль дискретные тепловые процессы, обычно смешанные вместе при сгорании, и реорганизовать их для получения желаемых конечных продуктов.В цифровом выражении «Газификация — это операционная система огня». Как только вы поймете его базовый код, вы сможете разобрать огонь и собрать его по своему желанию, а также поразительное разнообразие конечных продуктов и процессов.

Газификация состоит из пяти дискретных термических процессов: сушка , пиролиз , сжигание , крекинг и восстановление . Все эти процессы естественным образом присутствуют в пламени, которое вы видите горящей спичкой, хотя они смешиваются таким образом, что делают их невидимыми для глаз, еще не посвященных в тайны газификации.Газификация — это просто технология, позволяющая разделить и изолировать эти отдельные процессы, чтобы мы могли прервать «пожар» и направить образующиеся газы в другое место.

Три из этих процессов сбивают с толку всех новичков в газификации. Как только вы поймете эти три процесса, все остальные части быстро встанут на свои места. Эти три неочевидных процесса — пиролиз, крекинг и восстановление. Вот краткая шпаргалка.

Пиролиз

Пиролиз — это нагревание сырой биомассы в отсутствие воздуха с целью ее разложения на древесный уголь, различные газообразные и жидкие смолы.По сути, это процесс обугливания.

Биомасса начинает быстро разлагаться под действием тепла, когда ее температура поднимается выше 240 ° C. Биомасса распадается на твердые вещества, жидкости и газы. Оставшиеся твердые частицы мы обычно называем углем . Выбрасываемые газы и жидкости мы вместе называем смол .

Газы и жидкости, образующиеся при пиролизе при более низкой температуре, представляют собой просто фрагменты исходной биомассы, которые отламываются при нагревании.Эти фрагменты представляют собой более сложные молекулы H, C и O в биомассе, которые мы все вместе называем летучими веществами. Как следует из названия, летучие вещества реактивны. Или, точнее, они менее прочно связаны в биомассе, чем фиксированный углерод, который представляет собой прямые связи C-C.

Сырьем для газификации является некая форма твердого углеродистого материала — обычно биомасса или уголь. Все углеродсодержащие органические материалы состоят из атомов углерода (C), водорода (H) и кислорода (O), хотя и находятся в головокружительном разнообразии молекулярных форм.Целью газификации является разделение этого широкого разнообразия форм на простые горючие газы H ₂ и CO — водород и окись углерода.

Как водород, так и окись углерода являются горючими топливными газами. Обычно мы не думаем об оксиде углерода как о топливном газе, но на самом деле он имеет очень хорошие характеристики сгорания (несмотря на его плохие характеристики при взаимодействии с гемоглобином человека). Окись углерода и водород имеют примерно одинаковую плотность энергии по объему. Оба являются очень чистым сгоранием, поскольку им нужно всего лишь принять один атом кислорода за один простой шаг, чтобы достичь надлежащих конечных состояний сгорания, CO ₂ и H ₂ O.Вот почему двигатель, работающий на генераторном газе, может иметь такие чистые выбросы. Двигатель становится «дожигателем» для более грязных и сложных ранних стадий сгорания, которые теперь обрабатываются в газогенераторе.

Итак, в обзоре пиролиз — это приложение тепла к биомассе в отсутствие воздуха / кислорода. Летучие вещества биомассы испаряются в виде смолистых газов, а закрепленные углеродно-углеродные цепочки — это то, что остается, иначе известное как древесный уголь.

Растрескивание

Крекинг — это процесс расщепления больших сложных молекул, таких как смола, на более легкие газы под воздействием тепла.Этот процесс имеет решающее значение для производства чистого газа, совместимого с двигателем внутреннего сгорания, поскольку смолистые газы конденсируются в липкую смолу, которая быстро загрязняет клапаны двигателя. Крекинг также необходим для обеспечения надлежащего сгорания, поскольку полное сгорание происходит только тогда, когда горючие газы тщательно смешиваются с кислородом. В процессе горения возникающие высокие температуры разлагают большие молекулы смолы, которые проходят через зону горения.

Редукция

Восстановление — это процесс отделения атомов кислорода от продуктов сгорания молекул углеводородов (HC), чтобы вернуть молекулы в формы, которые могут снова гореть.Восстановление — это прямой обратный процесс горения. Горение — это комбинация горючих газов с кислородом для выделения тепла с образованием водяного пара и углекислого газа в качестве отходов. Восстановление — это удаление кислорода из этих отходов при высокой температуре с образованием горючих газов. Горение и восстановление — это равные и противоположные реакции. Фактически, в большинстве сред горения они оба работают одновременно, в некоторой форме динамического равновесия, с повторяющимся движением вперед и назад между двумя процессами.

Восстановление в газификаторе достигается пропусканием диоксида углерода (CO ₂ ) или водяного пара (H ₂ O) через слой раскаленного угля (C). Углерод в горячем угле очень реактивен с кислородом; у него такое высокое сродство к кислороду, что он отделяет кислород от водяного пара и углекислого газа и перераспределяет его по как можно большему количеству мест с одинарной связью. Кислород больше притягивается к участку связи на C, чем к самому себе, поэтому свободный кислород не может выжить в своей обычной двухатомной форме O ₂ .Весь доступный кислород будет связываться с доступными сайтами C как отдельный O, пока весь кислород не уйдет. Когда весь доступный кислород перераспределяется в виде отдельных атомов, восстановление прекращается.

В ходе этого процесса CO ₂ восстанавливается углеродом с образованием двух молекул CO, а H ₂ O восстанавливается углеродом с образованием H ₂ и CO. Оба H ₂ и CO являются горючими топливными газами. и эти топливные газы затем могут быть отправлены по трубопроводу для выполнения желаемой работы в другом месте.

Сжигание и сушка:

Это наиболее понятные из пяти процессов газификации.Они делают то, что мы думаем, исходя из общего понимания, хотя теперь они делают это на службе пиролиза и восстановления.

Сжигание — единственный чистый экзотермический процесс из пяти процессов газификации; В конечном итоге все тепло, которое приводит к сушке, пиролизу и восстановлению, поступает либо непосредственно от сгорания, либо косвенно восстанавливается от сгорания посредством процессов теплообмена в газификаторе. Сгорание может происходить либо на дегтярных газах, либо на угле пиролиза. Различные типы реакторов используют один или другой или оба.В газификаторе с нисходящим потоком мы пытаемся сжечь гудроновые газы от пиролиза для выработки тепла для восстановления работы, а также CO ₂ и H ₂ O для снижения восстановления. Цель горения в нисходящем потоке — добиться хорошего перемешивания и высоких температур, чтобы все смолы либо сгорели, либо растрескались и, таким образом, не присутствовали в выходящем газе. Слой полукокса и восстановление вносят относительно небольшой вклад в превращение грязных смол в полезные топливные газы. Решение проблемы смол в основном связано с растрескиванием смол в зоне горения.

Сушка — это то, что удаляет влагу из биомассы до того, как она попадет в пиролиз. Вся влага должна быть (или будет) удалена из топлива до того, как произойдут какие-либо процессы при температуре выше 100 ° C. Вся вода в биомассе испарится из топлива в какой-то момент в процессах с более высокой температурой. Где и как это происходит — один из основных вопросов, который необходимо решить для успешной газификации. Топливо с высоким содержанием влаги и / или плохое обращение с влагой внутри — одна из наиболее частых причин отказа от получения чистого газа.

Проще говоря, вы можете думать о газификации как о сжигании спички, но прерывая процесс, откачивая чистый газ, который вы видите прямо над спичкой, не позволяя ему смешаться с кислородом и полностью сгорать. Или вы можете думать об этом как о чрезвычайно богатой работе двигателя вашего автомобиля, при которой выделяется достаточно тепла, чтобы разложить сырое топливо, но при этом не хватает кислорода для полного сгорания, тем самым выбрасывая горючие газы из выхлопных газов. Вот так из выхлопных труб хот-роддера выходит пламя.

Ископаемое топливо

Людям требуется энергии практически для любых выполняемых ими функций. Дома должны быть отапливаемыми, энергия необходима для промышленности и сельского хозяйства, и даже в наших собственных телах имеет место постоянный поток энергии. Все процессы, которые обеспечивают нас роскошью повседневной жизни, мы больше не можем жить без выработки энергии. Это промышленный процесс, который может выполняться с использованием различных источников. Этими источниками могут быть возобновляемых или невозобновляемых .Возобновляемые источники энергии заменяются вовремя, и поэтому они не закончатся быстро. Однако невозобновляемые источники энергии могут иссякнуть, если наши стандарты использования станут слишком высокими.

В настоящее время доступно множество возобновляемых источников энергии, например солнечная и ветровая энергия, а также гидроэнергетика. По иронии судьбы, мы все еще получаем большую часть нашей энергии из невозобновляемых источников энергии, обычно известных как ископаемое топливо (рис. 1). Невозобновляемость этих источников, вероятно, приведет к росту цен до точки, когда они станут экономически нецелесообразными.

Рис. 1: сжигание ископаемого топлива является частью углеродного цикла (справа)

Ископаемое топливо состоит из отложений некогда живых организмов. На формирование органического вещества требуются столетия. Ископаемое топливо в основном состоит из углеродных и водородных связей. Есть три типа ископаемого топлива, которые все могут быть использованы для выработки энергии; уголь, нефть и природный газ. Уголь — твердое ископаемое топливо, образовавшееся за миллионы лет в результате разложения наземной растительности.Когда слои уплотняются и нагреваются с течением времени, отложения превращаются в уголь. Угля довольно много по сравнению с двумя другими ископаемыми видами топлива. Аналитики иногда предсказывают, что потребление угля во всем мире увеличится по мере сокращения запасов нефти. Текущих запасов угля может хватить на 200 и более лет. Уголь обычно добывают в шахтах. С середины 20 века использование угля увеличилось вдвое. С 1996 года его применение снова сокращается. Многие развивающиеся страны зависят от угля как источника энергии, потому что они не могут позволить себе нефть или природный газ.Китай и Индия являются основными потребителями угля для производства энергии.
Нефть — это жидкое ископаемое топливо, которое образуется из остатков морских микроорганизмов, отложившихся на морском дне. Через миллионы лет отложения превращаются в породы и отложения, где нефть остается в небольших пространствах. Его можно добывать на больших буровых платформах. Нефть — наиболее широко используемое ископаемое топливо. Сырая нефть состоит из множества различных органических соединений, которые превращаются в продукты в процессе переработки. Применяется в автомобилях, самолетах, дорогах и крышах и многом другом.Нефть нельзя найти повсюду на Земле, и, как следствие, были войны из-за поставок нефти. Хорошо известным примером является война в Персидском заливе 1991 года.
Природный газ — это газообразное ископаемое топливо, которое является универсальным, богатым и относительно чистым по сравнению с углем и нефтью. Как и масло, он образован из остатков морских микроорганизмов. Это относительно новый вид источника энергии. До 1999 года использовалось больше угля, чем природного газа. В развитых странах природный газ вытеснил уголь. Однако люди опасаются, что запасы природного газа, как и нефти, закончатся.Некоторые ученые даже предсказывали, что это может произойти к середине или концу 21 века. Природный газ в основном состоит из метана (CH ₄ ). Он сильно сжат в небольших объемах на больших глубинах земли. Как и нефть, он выводится на поверхность путем бурения. Запасы природного газа в мире распределены более равномерно, чем запасы нефти.

Рисунок 2. Источник: Управление энергетической информации

Энергия, полученная от сжигания ископаемого топлива, преобразуется в электричество и тепло на коммерческих электростанциях .При сжигании ископаемого топлива углерод и водород реагируют с кислородом воздуха с образованием диоксида углерода (CO ₂ ) и воды (H ₂ O). Во время этой реакции выделяется тепло, которое еще больше усиливает реакцию. Электроэнергия вырабатывается путем преобразования механической энергии (тепла) в электрическую в турбине или генераторе. Строить электростанции очень дорого, но когда они есть, эффективность преобразования топлива в энергию очень высока. В большинстве случаев вырабатывается больше электричества, чем действительно необходимо, потому что электричество не может быть сохранено.Спрос на электроэнергию меняется в течение года, и обеспечение должно соответствовать пиковой нагрузке , что означает максимально возможный спрос в течение года. Если потребности значительно превышают мощность электростанции по выработке энергии, это может вызвать временное отключение электроэнергии.

Исторически ископаемое топливо было доступно в изобилии, которое было легко получить и транспортировать. Но сейчас поступают сигналы о том, что запасы истощаются и на их пополнение уйдут столетия. Как источники, так и поглотители ископаемого топлива ограничивают их использование.Источниками являются глубокие слои земли, а поглотителями являются, например, воздух и вода, которые поглощают отходы ископаемого топлива.
Сжигание ископаемого топлива является причиной экологических проблем , которые в наши дни занимают важное место в политической повестке дня. Примерами являются накопление парниковых газов, подкисление, загрязнение воздуха, загрязнение воды, повреждение поверхности земли и приземный озон. Эти экологические проблемы вызваны выбросом загрязняющих веществ, которые естественным образом присутствуют в структурах ископаемого топлива, таких как сера и азот.В настоящее время сжигание нефти является причиной около 30% всех выбросов углекислого газа в атмосферу. Природный газ не выделяет столько углекислого газа из-за его метановой структуры. Наибольшие выбросы возникают при сжигании угля. Уголь может вызвать подземные пожары, тушение которых практически невозможно. Угольная пыль может даже взорваться. Это делает добычу угля очень опасной профессией. Нефть может попасть в почву или воду в сыром виде, например, во время разливов нефти или войн. В прошлом это вызывало множество стихийных бедствий.

Почему мы до сих пор так широко используем ископаемое топливо? Ответ прост; потому что это дешевле любой разумной альтернативы, которую мы знаем сейчас. Некоторые ученые-экологи предсказывают, что цены на ископаемое топливо в следующем столетии вырастут из-за его дефицита. Это может привести к переходу на возобновляемые источники энергии. По словам Бьорна Ломборга, в конечном итоге это произойдет. IPCC не уверена, можно ли полностью исключить будущее ископаемого топлива.

Источники

МакКинни, М.Л. и Шох, Р. М., Наука об окружающей среде, системы и решения . Третье издание, Университет Теннесси, Ноксвилл, США, 2003

Миллер, Г.Т., Жизнь в окружающей среде: принципы, связи и решения . Четвертое издание, Brooks / Cole Publishing Company, Pacific Grove, США 1999

Соответствующие страницы

Глоссарий по изменению климата

Механизм парникового эффекта

Эмиссии и инфракрасное поглощение парниковыми газами

Объяснение сценариев IPCC SRES

Сценарии СДСВ МГЭИК: причины изменения климата

Сценарии СДСВ МГЭИК: последствия изменения климата

Обзор сокращений выбросов для каждой страны согласно Киотскому протоколу

Возможные меры политики для достижения целей Киотского протокола

Торговля разрешениями на выбросы для достижения целей Киотского протокола

Обсуждения парникового эффекта

История глобального потепления

Перспективы парникового эффекта

Лесной газовый грузовик: Дорожная энергия от газификации древесины

Мы были рады сообщить в статье Самодельное моторное топливо через газификацию древесины, что наши эксперименты, касающиеся нас Обрезка древесных отходов для автомобильного моторного топлива оказалась многообещающей.Но в то время мы мало понимали, насколько хорошо маловероятная форма «твердой» энергии будет работать в «жидком» мире.

Короче говоря, за общую стоимость около 125 долларов — и изрядное количество резки и сварки — мы разработали эффективную систему питания на альтернативном топливе. Наш грузовик на древесном топливе не только едет по дороге так же плавно и надежно, как любой автомобиль с традиционным двигателем, но и при нулевых расходах на топливо!

(Нажмите здесь и здесь , чтобы загрузить версии иллюстраций конструкции.)

Вот как работает система: обрезки древесины (мы используем куски, которые больше, чем опилки или стружка, но меньше 6 дюймов длиной 2 х 4) содержатся в модифицированном резервуаре для горячей воды и лежат на конусе. литой огнеупорный под.Переработанный сосуд герметичен, за исключением подпружиненной и герметичной наливной крышки, закрытого осветительного отверстия и впускного отверстия (последний представляет собой просто двухдюймовый поворотный обратный клапан из латуни, который позволяет «тяга», создаваемая двигателем для втягивания контролируемого количества воздуха в топку).

Входящая «атмосфера» направляется через ряд отверстий, просверленных в одном плече выброшенного обода колеса (который опоясан круглой металлической лентой и прикреплен к дну бака), и поддерживает горение вблизи очаг. Когда топливо в этой области горит, оно потребляет кислород из воздуха, создавая углекислый газ и водяной пар, и образует слой раскаленного древесного угля, который собирается на решетке, подвешенной на цепях в нескольких сантиметрах ниже узла пода.(Одновременно с этим, прямо над областью горения создается зона «разложения», вызванная нагревом, вытесняя газы и обугливание древесины перед ее сжиганием.)

Смесь CO ₂ и влаги — в дополнение к некоторым креозот — затем всасывается через «чокер» (расположенный между топкой и решеткой для угля) и нагнетается в тлеющие угли в нижней части резервуара перед выходом из газогенератора. Дроссель служит ограничителем воздуха, который смешивает различные пары и направляет их через раскаленные угли, где они превращаются в горючие газы — оксид углерода, водород и — в небольших количествах — метан.Конечный продукт также содержит большое количество азота, а также некоторое количество непревращенного CO 2 и следы смолы и золы.

Углекислый газ и азот инертны, и такие виды топлива не представляют угрозы для силовой установки. Однако смолу и золу необходимо удалить из газа, иначе они могут образовывать отложения, что может привести к повреждению двигателя. Итак, чтобы очистить топливо, «дым» сначала направляется через «уплотнитель» с жидкостным охлаждением (многотрубный теплообменник, окруженный водяной рубашкой и подсоединенный к мусорному конденсатору автомобильного кондиционера, установленному перед существующим радиатором). , который осаждает влагу и остатки из газа.Затем он поступает в трубчатый фильтр, [1] набитый нитью из коммерческой нити для кондиционирования воздуха, тканой транспортной прокладкой или подобным материалом, который не распадается, не ржавеет или не горит, и [2] оснащен перфорированными пламегасителями при его вход и выход.

Последний сетчатый фильтр улавливает остатки золы и смолы в газообразном топливе, которые затем проходят через слегка изогнутую горизонтальную трубу (где задерживается большая часть оставшейся небольшой части влаги) и попадают в двигатель.

Соединение карбюраторов

Чтобы обеспечить возможность использования древесного газа или бензина, наша исследовательская группа изготовила уникальную смесительную камеру и систему рычажных механизмов — из использованных деталей карбюратора, пары старых кронштейнов, некоторых петель дверцы шкафа и трех вилок, — которые, кажется, подходят для характер генераторного газа к T.

Поскольку парообразное топливо имеет довольно низкое значение БТЕ (и поскольку количество полезной энергии, содержащейся в древесном «дыме», может зависеть от скорости двигателя, нагрузки, влажности и других факторов), соотношение газа и воздуха должно быть быть намного лучше, чем, скажем, у двигателя, работающего на пропане.Но водитель должен иметь возможность регулировать смесь в пути — если ожидается, что газовая система на древесном топливе будет поддерживать постоянную степень производительности при всех типах условий движения — и все же ему или ей не нужно постоянно манипулировать элементами управления.

Что ж, наша команда разработала дизайн, отвечающий всем этим требованиям. Сначала они вытащили четырехдюймовую трубчатую сталь 1/8 «X 2» X 4 «и — используя стандартный бензиновый карбюратор и коллектор в качестве шаблона — просверлили топливный канал и установочные отверстия через его широкие верхнюю и нижнюю поверхности.Затем они заделали «внутренний» конец трубы куском металлолома, вырезали часть пластины размером 1/4 «X 2 1/2» X 4 1/2 «и просверлили и нарезали резьбу 5/16». — просверлите отверстия в каждом углу этой панели, расположив отверстия таким образом, чтобы они соответствовали основанию двухцилиндрового карбюратора Ford Autolite / Motorcraft 5200 или Holley 5210. (Эти конкретные устройства были оригинальным оборудованием на Пинтосе и Вегасе соответственно, и они должны быть легко доступны на автосервисах в качестве металлолома по очень разумной цене.)

Следующим шагом было просверлить в пластине отверстия диаметром 1 1/4 дюйма и 1 1/2 дюйма, чтобы они совпадали с отверстиями первичной и вторичной дроссельной заслонки карбюратора, а затем приварить новую деталь оборудования к открытому концу стальной трубчатой ​​камеры. . (Наши исследователи также сделали второй фланец, идентичный первому, за исключением того факта, что его угловые отверстия были просверлены прямым отверстием, а не с резьбой, а затем они переместили ранее установленный на коллекторе вакуумный фитинг PCV в коробку, чтобы исключить любую возможность о его вмешательстве в новое оборудование.)

На этом этапе корпус дроссельной заслонки был снят с остальной части карбюратора (только на дне поплавковой камеры и примерно на 3/4 дюйма ниже Вентури) с помощью ножовки, его «срезанная» поверхность была отполирована, и четыре его внутренние проходы — подача винта холостого хода, оба отверстия передачи холостого хода и вакуумный порт распределителя — были постоянно закрыты небольшими шарикоподшипниками (вместо них можно было использовать свинцовую дробь) и силиконом.

Остальная часть процедуры включала в себя ввинчивание четырех шпилек 5/16 «X 1 3/4» на место, надевание корпуса дроссельной заслонки на них (валы вверх), надевание сантехнических колен с фланцами размером 1 1/4 «и 1 1/2». через соответствующие отверстия во второй монтажной пластине без резьбы, нанеся немного силиконового герметика на фланцевый конец каждой трубы и закрепив всю сборку с помощью нескольких стопорных шайб и гаек.Затем блок был установлен на коллекторе — с бензиновым карбюратором наверху — после установки более длинных шпилек и прокладок карбюратора на 2 дюйма.

В этой конфигурации, когда шланг подачи древесного газа подсоединен к штуцеру 1 1/2 дюйма, а меньшее колено, ведущее в камеру воздушного фильтра, позволяет двигателю работать в нескольких режимах. Кроме того, переключение с одного на другой осуществляется так же просто, как натянуть кабель, управляющий несложным, но уникальным селективным соединительным узлом.

Наша система основана на линейной серии из трех вилок 3/8 дюйма и модифицированной дверной петли, которые поворачиваются на одном болте 3/8 дюйма X 6 дюймов, который прикреплен к существующему монтажному отверстию в коллекторе. Ссылаясь на прилагаемую цветную фотографию, вы можете видеть, что крайняя левая (серебряная) скоба управляет передней дроссельной заслонкой (древесный газ), центральная (красная) застежка управляет движением заднего клапана (свежий воздух), а крайняя правая (черный) U-образная застежка приводит в движение шток акселератора бензинового карбюратора.

Широкая синяя штанга в середине узла выполняет функцию главного управления и соединена с педалью газа грузовика. Этот компонент представляет собой половину дверной петли 3 1/2 дюйма с двумя «ножками», приваренными к ее плоскому концу (чтобы он мог поворачиваться), и двусторонней вилкой — сделанной из пары ремней 4 1/2 дюйма. петли — приварены к противоположному изогнутому краю. Скользящий штифт с коническим концом размером 1/4 «X 2 3/4», управляемый кабелем с муфтой, оканчивающимся на приборной панели, находится в петлях дверной петли.Это простое устройство, перемещающееся в боковом направлении, регулирует работу дроссельной заслонки либо бензина, либо древесного газа (или обоих). (Кроме того, кронштейн с прорезями, прикрепленный к каждой вилке генератора газа, позволяет регулировать ход топливного и воздушного «демпфера» в корпусе дроссельной заслонки карбюратора Pinto для достижения наилучшей степени сгорания.)

Затем — для большей гибкости — наши исследователи еще раз изменили сцепление, изменение, которое сильно повлияло на производительность двигателя в самых разных непредсказуемых дорожных условиях, с которыми может столкнуться обычный водитель.Вместо того, чтобы позволить скользящему штифту управления перемещать обе проушины «дымового топлива» одновременно, они просверлили отверстие доступа только в правом плече рычага смешивания воздуха (красный) и закрепили короткую пружину между прорезями кронштейна рычага. и его серебристого (древесный газ) соседа. Затем они определили положение штоков дроссельной заслонки как для воздуха, так и для древесного газа, когда «откидные» клапаны в корпусе двухходового карбюратора были полностью открыты, а затем осторожно установили двухступенчатую пружину на рычаг управления подачей воздуха, чтобы вторичная или чем толще, катушка вступит в игру именно в этот момент прогрессии.

Последние модификации включали приваривание прихваточным швом небольшого упора к установленному на валу рычагу дроссельной заслонки газогенератора, чтобы он не поворачивался за пределы своего полностью открытого положения … и привод рулона размером 1/8 «X 3/4» штифт в отверстие в верхней поверхности корпуса карбюратора Pinto, что позволяет воздушной «заслонке» выходить за пределы своего максимального потока, но не дает ему продвинуться так далеко, чтобы снова полностью закрыть ее.

В использовании двухтопливная установка очень эффективна. При вставленном тросе управления приборной панелью грузовик, как обычно, работает исключительно на бензине.Когда ручку переводят в среднее положение, работают дроссели для древесного газа и бензина, позволяя водителю уехать, быстро доводя блок газификации до хорошей температуры для получения топлива. (Наша система, в отличие от большинства других, не включает в себя энергозатратный и потенциально опасный нагнетательный вентилятор, чтобы угли накалялись после того, как дровяное топливо зажигается спичкой в ​​начале дня. Вакуум в двигателе создается, когда грузовик работа в режиме «половина на половину» обеспечивает достаточную тягу, чтобы гарантировать достаточный запас «дымового» топлива всего через милю или несколько минут прогрева вождения.)

Когда уголь нагреется, кабель можно полностью удлинить, и двигатель будет работать только на генераторном газе. Поскольку в этой конфигурации не хватает силы тяги, чтобы повлиять на карбюратор, очень мало бензина, если вообще есть, попадает в коллектор через контур холостого хода распылителя. Кроме того, регулируемый прогрессивный блок дроссельной заслонки позволяет двигателю всегда получать надлежащее соотношение воздух / древесный газ … и водитель, кроме того, может чувствовать реакцию силовой установки на любую заданную дорожную ситуацию и вносить корректирующие изменения с помощью акселератора. педаль.

Плохие новости с хорошими

Как и к любому устройству, основанному на «незнакомой» технологии, к нашему пикапу нужно привыкнуть. И, по общему признанию, у него есть некоторые недостатки, которые следует тщательно учитывать. Во-первых, заметно снижается выходная мощность двигателя. Несмотря на то, что грузовик запускается легко, работает на холостом ходу и работает плавно, топливо с относительно низким уровнем БТЕ вытесняет тигра прямо из его бака. (Как заметил один из наших механиков: «Это как ехать со снятыми двумя поршнями.Тем не менее, с изменением угла опережения зажигания для работы с высокооктановым топливом, грузовик легко справляется с дорожным движением и может поддерживать скорость, превышающую допустимый предел.

Второй и чрезвычайно важный фактор, который невозможно переоценить, — это потенциальная опасность от угарного газа, который может выйти из плиты или трубопроводов подачи. Если конструкция системы будет тщательно продумана и утечек не будет, двигатель будет потреблять токсины… выхлопные выбросы CO, которые — в ходе наших предварительных испытаний — были на 33% ниже, чем выбросы в бензиновом режиме. (Выбросы углеводородов сократились вдвое!) Однако вдыхание дыма даже из небольшого отверстия в подающей топливной трубе или дыма, выделяемого при перезагрузке газогенератора, могло вызвать сильные головные боли и чувство опьянения. А воздействие бесцветных и очень ядовитых паров угарного газа без запаха может привести к коллапсу или — в крайнем случае — даже к смерти! (Конечно, выхлопная труба каждого автомобиля выпускает одни и те же токсичные газы…. хотя и в гораздо меньших концентрациях, чем было бы, если бы по линии подачи несгоревшего дымового топлива к разрыву двигателя.)

Наконец, энергия древесины просто не так удобна, как более традиционные методы, используемые для того, чтобы вывести вас в путь. Мы обнаружили, что фильтрующий материал следует заменять каждые несколько сотен миль, а конденсатор протирать щеткой для чистки дробовика (или промывать садовым шлангом) и периодически сливать.

Однако придраться к цене топлива будет сложно.Практически каждый кусок дерева, использованный в наших примерно 1500 милях езды на газогенераторном заводе, был получен бесплатно … и мы сожгли все, от мусорных отходов до мертвых придорожных щеток и хвостов подрядчиков (кучей!). Более того, наша местная электрическая компания была более чем счастлива избавиться от грузовика с обрезанными обрезками деревьев, которые посягали на полосу отчуждения линии электропередач. И хотя топливо нам ничего не стоило, мы обнаружили, что грузовик бережно относится к древесине, которую использует.Наш автомобиль с полным запасом дров и пассажирским грузом проезжает около одной мили на фунте кусков … что составляет около 75 миль на полный бак.

Кроме того, люди, которые могут быть обеспокоены воздействием дыма на двигатель, могут утешиться тем фактом, что мы проверили коллектор, седла клапанов и камеру сгорания на предмет отложений и износа и обнаружили, что детали были на удивление чистыми.

С надежными экономическими аналитиками, прогнозирующими цены на топливо выше 2 долларов.50 за галлон в течение следующего года или двух, было бы трудно представить, чтобы кто-то не захотел исследовать альтернативы сейчас, готовясь к будущему. (Фактически — даже при сегодняшних ценах на бензин — все меньше и меньше людей могут позволить себе путешествовать!) И из доступных сегодня вариантов моторного топлива древесный газ, безусловно, является одним из самых простых и наименее дорогих в производстве и использовании.

Кроме того, процесс газификации не ограничивается применением на автомагистралях. Наши исследователи прямо сейчас адаптируют эту технологию к стационарной генераторной установке мощностью 10 кВт, и вы можете быть уверены, что мы более подробно рассмотрим эту дровяную «домашнюю утилиту» в одном из будущих выпусков.

(Вы можете заказать детальные планы для генератора древесного газа.)

Первоначально опубликовано: май / июнь 1981 г.

Уголь | Национальное географическое общество

Уголь — это осадочная порода черного или коричневато-черного цвета, которую можно сжигать в качестве топлива и использовать для выработки электроэнергии. Он состоит в основном из углерода и углеводородов, которые содержат энергию, которая может выделяться при сгорании (горении).

Уголь — крупнейший источник энергии для выработки электроэнергии в мире и самый распространенный вид ископаемого топлива в Соединенных Штатах.

Ископаемое топливо образуется из останков древних организмов. Поскольку на разработку угля уходят миллионы лет, а его количество ограничено, это невозобновляемый ресурс.

Условия, которые в конечном итоге привели к образованию угля, начали развиваться около 300 миллионов лет назад, в каменноугольный период. В это время Земля была покрыта широкими мелкими морями и густыми лесами.Иногда моря затопляли лесные массивы, задерживая растения и водоросли на дне болотистой местности. Со временем растения (в основном мох) и водоросли были погребены и сжаты под тяжестью вышележащей грязи и растительности.

По мере того, как растительные остатки просеивались глубже под поверхностью Земли, они сталкивались с повышением температуры и давления. Грязь и кислая вода предотвращали контакт растений с кислородом. Из-за этого растительное вещество разлагается очень медленно и сохраняет большую часть своего углерода (источника энергии).

Эти участки погребенной растительности называются торфяными болотами. Торфяные болота хранят огромное количество углерода на многих метрах под землей. Сам торф можно сжигать в качестве топлива, и он является основным источником тепловой энергии в таких странах, как Шотландия, Ирландия и Россия.

При правильных условиях торф превращается в уголь в процессе карбонизации. Карбонизация происходит под невероятным нагревом и давлением. Примерно 3 метра (10 футов) слоистой растительности в конечном итоге сжимается до трети метра (1 фута) угля!

Уголь существует в подземных формациях, называемых «угольные пласты» или «угольные пласты».«Угольный пласт может достигать 30 метров (90 футов) и простираться на 1500 километров (920 миль).

Угольные пласты есть на всех континентах. Наибольшие запасы угля находятся в США, России, Китае, Австралии и Индии.

В Соединенных Штатах уголь добывается в 25 штатах и ​​трех основных регионах. В Западном угольном регионе Вайоминг является ведущим производителем угля — около 40% угля, добываемого в стране, добывается в штате. Более одной трети угля в стране поступает из Угольного региона Аппалачей, который включает Западную Вирджинию, Вирджинию, Теннесси и Кентукки.Уголь, добываемый в Техасе во Внутреннем угольном регионе, в основном поставляется на местные рынки.

Типы угля

Уголь сильно отличается от минеральных пород, которые сделаны из неорганического материала. Уголь состоит из хрупкой растительной материи и претерпевает множество изменений, прежде чем становится знакомым черным и блестящим веществом, сжигаемым в качестве топлива.

Уголь претерпевает различные фазы карбонизации на протяжении миллионов лет, и его можно найти на всех этапах разработки в разных частях мира.

Уголь оценивается в зависимости от того, насколько он изменился с течением времени. Закон Хилта гласит, что чем глубже угольный пласт, тем выше его ранг. На более глубоких глубинах материал подвергается более высоким температурам и давлению, и больше растительных остатков превращается в углерод.

Торф
Торф не является углем, но при определенных обстоятельствах может со временем превратиться в уголь. Торф — это скопление частично разложившейся растительности, прошедшей небольшую карбонизацию.

Тем не менее, торф по-прежнему считается частью угольной «семьи», потому что он содержит энергию, которую содержали его исходные растения. Он также содержит большое количество летучих веществ и газов, таких как метан и ртуть, которые при сгорании представляют опасность для окружающей среды.

Торф сохраняет достаточно влаги, чтобы быть губчатым. Он может поглощать воду и расширять болото, образуя больше торфа. Это делает его ценным средством защиты окружающей среды от наводнений. Торф также можно интегрировать в почву, чтобы помочь ему удерживать и медленно выделять воду и питательные вещества.По этой причине для садоводов ценны торф и так называемый «торфяной мох».

Торф является важным источником энергии во многих странах, включая Ирландию, Шотландию и Финляндию, где он обезвоживается и сжигается для получения тепла.

Бурый уголь
Бурый уголь является самым низким сортом угля. Он карбонизировался до уровня торфа, но содержит небольшое количество энергии — содержание углерода в нем составляет около 25-35%. Он происходит из относительно молодых угольных месторождений, возраст которых составляет около 250 миллионов лет.

Бурый уголь, рассыпчатый бурый уголь, также называемый бурым углем или углем из бутонов розы, сохраняет больше влаги, чем другие виды угля. Это делает его дорогостоящим и опасным для добычи, хранения и транспортировки. Он подвержен случайному возгоранию и имеет очень высокие выбросы углерода при сжигании. Большая часть бурого угля используется на электростанциях в непосредственной близости от мест его добычи.

Бурый уголь в основном сжигается и используется для выработки электроэнергии. В Германии и Греции бурый уголь обеспечивает 25-50% электроэнергии, вырабатываемой из угля.В США месторождения бурого угля вырабатывают электроэнергию в основном в штатах Северная Дакота и Техас.

Полубитуминозный уголь
Полубитуминозный уголь имеет возраст около 100 миллионов лет. Он содержит больше углерода, чем лигнит, около 35-45%. Во многих частях мира полубитуминозный уголь считается «бурым углем» наряду с лигнитом. Как и бурый уголь, полубитуминозный уголь в основном используется в качестве топлива для выработки электроэнергии.

Большая часть полубитуминозного угля в США добывается в штате Вайоминг и составляет около 47% всего угля, добываемого в Соединенных Штатах.За пределами США Китай является ведущим производителем полубитуминозного угля.

Битуминозный уголь
Битуминозный уголь образуется при более высоких температурах и давлении, возраст от 100 до 300 миллионов лет. Он назван в честь липкого смолистого вещества, называемого битумом, которое также содержится в нефти. Он содержит около 45-86% углерода.

Уголь — это осадочная порода, и битуминозный уголь часто содержит «полосы» или полосы разной консистенции, которые отмечают слои сжатого растительного материала.

Битуминозный уголь делится на три основных типа: кузнечный уголь, каменный уголь и коксующийся уголь. Кузнечный уголь имеет очень низкую зольность и идеально подходит для кузн, где металлы нагреваются и подвергаются формованию.

Каннельный уголь широко использовался в качестве источника каменноугольного масла в 19 веке. Масло из каменного угля получают путем нагревания каменного угля контролируемым количеством кислорода. Этот процесс называется пиролизом. Угольное масло использовалось в основном в качестве топлива для уличных фонарей и другого освещения. Широкое использование керосина привело к сокращению использования каменноугольного масла в 20 веке.

Коксующийся уголь используется в крупных промышленных процессах. Уголь закоксовывается — это процесс нагрева породы в отсутствие кислорода. Это снижает влажность и делает продукт более стабильным. Сталелитейная промышленность использует коксующийся уголь.

Битуминозный уголь составляет почти половину всего угля, который используется для производства энергии в Соединенных Штатах. В основном он добывается в Кентукки, Пенсильвании и Западной Вирджинии. За пределами США такие страны, как Россия и Колумбия, используют битуминозный уголь в качестве энергии и промышленного топлива.

Антрацит
Антрацит — высший сорт угля. Он имеет наибольшее количество углерода, до 97%, и, следовательно, содержит больше всего энергии. Он более твердый, плотный и блестящий, чем другие виды угля. Почти вся вода и углекислый газ были вытеснены, и он не содержит мягких или волокнистых участков, обнаруженных в битуминозном угле или лигните.

Поскольку антрацит является высококачественным углем, он горит чисто, с очень небольшим количеством сажи. Он дороже других углей и редко используется на электростанциях.Вместо этого антрацит в основном используется в печах и печах.

Антрацит также используется в системах фильтрации воды. У него более мелкие поры, чем у песка, поэтому в нем задерживается больше вредных частиц. Это делает воду более безопасной для питья, санитарии и промышленности.

Антрацит обычно можно найти в географических районах, которые подверглись особенно напряженной геологической активности. Например, запасы угля на плато Аллегейни в Кентукки и Западной Вирджинии простираются до подножия Аппалачских гор.Здесь процесс горообразования, или горообразования, способствовал созданию достаточно высоких температур и давлений, чтобы образовался антрацит.

Китай доминирует в добыче антрацита, на его долю приходится почти три четверти добычи антрацитового угля. К другим странам, добывающим антрацит, относятся Россия, Украина, Вьетнам и США (в основном Пенсильвания).

Графит
Графит — это аллотроп углерода, то есть вещество, состоящее только из атомов углерода. (Алмаз — еще один аллотроп углерода.) Графит — завершающая стадия процесса карбонизации.

Графит хорошо проводит электричество и обычно используется в литий-ионных батареях. Графит также может выдерживать температуры до 3000 ° по Цельсию (5400 ° по Фаренгейту). Его можно использовать в таких изделиях, как огнестойкие двери и детали ракет, такие как носовые конусы. Однако наиболее распространенное использование графита — это, вероятно, «грифели» для карандашей.

Китай, Индия и Бразилия — ведущие мировые производители графита.

Добыча угля

Уголь можно добывать из земли либо открытым способом, либо подземным способом.После того, как уголь добыт, его можно использовать напрямую (для отопления и промышленных процессов) или в качестве топлива для электростанций.

Открытые горные работы
Если уголь находится на глубине менее 61 метра (200 футов) под землей, его можно добывать открытым способом.

При разработке открытых месторождений рабочие просто удаляют любые вышележащие отложения, растительность и горные породы, которые называются покрывающими породами. С экономической точки зрения, добыча угля открытым способом является более дешевым вариантом добычи угля, чем подземная добыча.За час на одного рабочего можно добыть примерно в два с половиной раза больше угля, чем при подземной разработке.

Открытые горные работы оказывают огромное воздействие на окружающую среду. Ландшафт буквально разорван, уничтожая среду обитания и целые экосистемы. Горные работы также могут вызывать оползни и просадки (когда земля начинает проседать или проваливаться). Выщелачивание токсичных веществ в воздух, водоносные горизонты и уровень грунтовых вод может поставить под угрозу здоровье местных жителей.

В Соединенных Штатах Закон о контроле за горными работами и рекультивации от 1977 года регулирует процесс добычи угля и представляет собой попытку ограничить вредное воздействие на окружающую среду.Закон предоставляет средства для решения этих проблем и очистки заброшенных участков добычи полезных ископаемых.

Три основных типа открытой добычи угля: открытая, открытая и горная добыча.

Открытые разработки: Открытые разработки
Открытые разработки используются там, где угольные пласты расположены очень близко к поверхности и могут быть удалены массивными пластами или полосами. Покрывающую породу обычно удаляют с помощью взрывчатки и отбуксируют одними из самых больших когда-либо созданных транспортных средств.Самосвалы, используемые на вскрышных шахтах, часто весят более 300 тонн и имеют мощность более 3000 лошадиных сил.

Открытая разработка может использоваться как на равнинных, так и на холмистых ландшафтах. Открытая добыча в горной местности называется контурной. Контурная разработка следует по гребням или контурам вокруг холма.

Открытые горные работы: Открытые разработки
Открытые разработки используются, когда уголь находится более глубоко под землей. Яма, которую иногда называют заемом, выкапывается на участке. Этот карьер становится карьером, который иногда называют карьером.Карьеры могут расширяться до огромных размеров до тех пор, пока угольное месторождение не будет разработано или стоимость транспортировки вскрышных пород не превысит вложения в шахту.

Открытые разработки обычно ограничиваются равнинными ландшафтами. После истощения шахты яму иногда превращают в полигон.

Открытые горные работы: MTR
Во время горных работ по удалению горных вершин (MTR) вся вершина горы очищается от покрывающей породы: камней, деревьев и верхнего слоя почвы.

Вскрышу часто вывозят в близлежащие долины, за что этот процесс получил прозвище «горная добыча с заполнением долины». После того, как вершина очищена от растительности, используют взрывчатку, чтобы обнажить угольный пласт.

После добычи угля вершина лепится из вскрышных пород следующей горной вершины, которую предстоит добыть. По закону ценный верхний слой почвы должен быть сохранен и заменен после завершения горных работ. Бесплодную землю можно засаживать деревьями и другой растительностью.

Удаление горных вершин началось в 1970-х годах как дешевая альтернатива подземной добыче полезных ископаемых.Сейчас он используется для добычи угля в основном в Аппалачах в США, в штатах, включая Вирджинию, Западную Вирджинию, Теннесси и Кентукки.

MTR, вероятно, является наиболее спорным методом добычи угля. Последствия для окружающей среды радикальны и серьезны. Водные пути отрезаны или загрязнены насыпью долины. Среда обитания разрушена. Токсичные побочные продукты горных работ и взрывов могут стекать в местные водоемы и загрязнять воздух.

Подземная добыча
Большая часть мировых запасов угля находится глубоко под землей.Подземная добыча, иногда называемая глубокой добычей, — это процесс, при котором уголь добывается глубоко под поверхностью Земли, иногда до 300 метров (1000 футов). Шахтеры едут на лифте по шахте, чтобы достичь глубины шахты, и работают с тяжелой техникой, которая добывает уголь и перемещает его над землей.

Непосредственное воздействие подземных горных работ на окружающую среду менее драматично, чем при разработке открытых месторождений. Открывающих пород мало, но при подземных горных работах остаются значительные хвосты.Хвосты — это часто токсичный остаток, оставшийся в процессе отделения угля от пустой породы, или экономически неважных минералов. Токсичные угольные отходы могут загрязнять местное водоснабжение.

Для горняков подземная добыча опасна. Подземные взрывы, удушье из-за недостатка кислорода или воздействие токсичных газов — вполне реальная угроза.

Чтобы предотвратить скопление газов, метан должен постоянно удаляться из подземных шахт для обеспечения безопасности горняков. В 2009 году около 10% U.S. Выбросы метана происходили из вентиляции подземных шахт; 2% — за счет открытых горных работ.

Существует три основных типа подземной добычи угля: добыча в длинных забоях, блочная добыча и отработка методом отступления.

Подземная разработка: разработка длинных забоев
Во время разработки длинных забоев горняки срезают огромные плиты угля толщиной около 1 метра (3 фута), длиной 3–4 километра (2–2,5 мили) и 250–400 метров ( 800-1300 футов) шириной. Панели перемещаются конвейерной лентой обратно на поверхность.

Крыша шахты поддерживается гидравлическими опорами, известными как подушки. По мере продвижения рудника вперед наступают и противооткатные упоры. Зона за подушками обрушивается.

Добыча в длинных забоях — один из старейших методов добычи угля. До того, как стали широко использовать конвейерные ленты, пони спускались в глубокие узкие каналы и вытаскивали уголь обратно на поверхность.

Сегодня почти треть американских угольных шахт использует разработку длинными забоями. За пределами США это число еще больше.В Китае, крупнейшем в мире производителе угля, более 85% угля добывается методом длинных забоев.

Подземная добыча: комната и столб
При шахтном методе шахты вырезают «комнату» из угля. Колонны (столбы) из угля поддерживают перекрытие и перекрывающие породы. Комнаты имеют ширину около 9 метров (30 футов), а опорные столбы могут быть шириной 30 метров (100 футов).

Существует два типа каменно-столбовой добычи: обычная и непрерывная.В обычном горном деле используются взрывчатые вещества и режущие инструменты. При непрерывной добыче уголь извлекается сложная машина, называемая комбайном непрерывного действия.

В США большая часть майнинга по принципу «комната и столб» использует майнер непрерывного действия. В развивающихся странах на каменно-столбчатых угольных шахтах используется традиционный метод.

Подземная добыча: Отступающая добыча
Отступающая добыча — это разновидность метода «комната и столб». Когда весь доступный уголь будет извлечен из комнаты, шахтеры покидают комнату, осторожно разрушают столбы и позволяют потолку обвалиться.Остатки гигантских столбов поставляют еще больше угля.

Отходящий майнинг может быть самым опасным методом майнинга. Остальные столбы подвергаются большой нагрузке, и если их не вытащить в точном порядке, они могут обрушиться и заманить шахтеров в ловушку под землей.

Как мы используем уголь

Люди во всем мире тысячелетиями использовали уголь для обогрева домов и приготовления пищи. Уголь использовался в Римской империи для обогрева общественных бань.В Империи ацтеков блестящий камень использовался не только в качестве топлива, но и для украшений.

В основе промышленной революции лежал уголь. Это была более дешевая альтернатива древесному топливу, и при сжигании она производила больше энергии. Уголь давал пар и энергию, необходимые для массового производства предметов, выработки электроэнергии, а также топлива для пароходов и поездов, необходимых для перевозки предметов для торговли. Большинство угольных шахт промышленной революции находились в северной Англии, где в начале 18 века добывалось более 80% угля.

Сегодня уголь по-прежнему используется напрямую (для обогрева) и косвенно (для производства электроэнергии). Уголь также важен для сталелитейной промышленности.

Топливо
Во всем мире уголь в основном используется для производства тепла. Это лучший выбор энергии для большинства развивающихся стран, и мировое потребление увеличилось более чем на 30% в 2011 году.

Уголь можно сжигать в частных домах или в огромных промышленных печах. Он производит тепло для комфорта и стабильности, а также нагревает воду для санитарии и здоровья.

Электроэнергия
Угольные электростанции — один из самых популярных способов производства и распределения электроэнергии. На угольных электростанциях уголь сжигается и нагревает воду в огромных котлах. Кипящая вода создает пар, который вращает турбину и приводит в действие генератор для производства электроэнергии.

Почти вся электроэнергия в Южной Африке (около 93%) вырабатывается из угля. Польша, Китай, Австралия и Казахстан — другие страны, которые используют уголь для производства электроэнергии.В Соединенных Штатах около 45% электроэнергии страны вырабатывается углем.

Кокс
Уголь играет жизненно важную роль в сталелитейной промышленности. Для производства стали железную руду необходимо нагреть, чтобы отделить железо от других минералов в породе. В прошлом сам уголь использовался для нагрева и разделения руды. Однако при нагревании уголь выделяет примеси, такие как сера, что может сделать полученный металл слабым.

Еще в 9 веке химики и инженеры открыли способ удаления этих примесей из угля до его сжигания.Уголь запекается в духовке около 12-36 часов при температуре около 1000–1100 ° C (1800–2000 ° F). Это удаляет примеси, такие как угольный газ, окись углерода, метан, смолы и нефть. Полученный материал — уголь с небольшим количеством примесей и высоким содержанием углерода — представляет собой кокс. Метод называется коксованием.

Кокс сжигается в доменной печи с использованием железной руды и воздуха при температуре около 1200 ° C (2200 ° F). Горячий воздух воспламеняет кокс, а кокс плавит чугун и отделяет примеси. Полученный материал — сталь.Кокс обладает тепловыми и химическими свойствами, которые придают стали прочность и гибкость, необходимые для строительства мостов, небоскребов, аэропортов и автомобилей.

Многие из крупнейших производителей угля в мире (США, Китай, Россия, Индия) также входят в число крупнейших производителей стали. Япония, еще один лидер сталелитейной промышленности, не обладает значительными запасами угля. Это один из крупнейших в мире импортеров угля.

Синтетические продукты
Газы, которые выделяются в процессе коксования, можно использовать в качестве источника энергии.Угольный газ можно использовать для получения тепла и света. Уголь также можно использовать для производства синтез-газа, комбинации водорода и окиси углерода. Синтез-газ можно использовать в качестве транспортного топлива, аналогичного бензину или дизельному топливу.

Кроме того, побочные продукты угля и кокса могут использоваться для производства синтетических материалов, таких как смола, удобрения и пластмассы.

Уголь и выбросы углерода

При сжигании угля выделяются газы и твердые частицы, вредные для окружающей среды. Углекислый газ — это первичный выброс.

Двуокись углерода — важная часть атмосферы нашей планеты. Он называется парниковым газом, потому что он поглощает и сохраняет тепло в атмосфере и поддерживает температуру на нашей планете, пригодную для жизни. В естественном круговороте углерода углерод и углекислый газ постоянно циркулируют между землей, океаном, атмосферой и всеми живыми и разлагающимися организмами. Углерод также улавливается или хранится под землей. Это поддерживает баланс углеродного цикла.

Однако, когда уголь и другие ископаемые виды топлива добываются и сжигаются, они высвобождают секвестрированный углерод в атмосферу, что приводит к накоплению парниковых газов и отрицательно сказывается на климате и экосистемах.

В 2011 году около 43% электроэнергии в США было произведено за счет сжигания угля. Однако на добычу угля приходится 79% выбросов углерода в стране.

Другие токсичные выбросы
Двуокись серы и оксиды азота также выделяются при сжигании угля. Они способствуют возникновению кислотных дождей, смога и респираторных заболеваний.

Ртуть выделяется при сжигании угля. В атмосфере ртуть обычно не представляет опасности. Однако в воде ртуть превращается в метилртуть, которая токсична и может накапливаться в рыбе и организмах, потребляющих рыбу, включая людей.

Летучая зола (которая уносится вместе с другими газами при сжигании угля) и зола (которая не уносится) также выделяются при сжигании угля. В зависимости от состава угля эти частицы могут содержать токсичные элементы и раздражители, такие как кадмий, диоксид кремния, мышьяк и оксид кальция.

В США летучая зола должна улавливаться промышленными «скрубберами», чтобы предотвратить загрязнение атмосферы. К сожалению, летучая зола часто хранится на свалках или электростанциях и может стекать в грунтовые воды.В ответ на эту экологическую опасность зола-унос используется в качестве компонента бетона, тем самым изолируя ее от окружающей среды.

Многие страны не регулируют свою угольную промышленность так же строго, как США, а выбросы загрязняют воздух и водоснабжение.

Угольные пожары
При правильных условиях тепла, давления и вентиляции угольные пласты могут самовоспламеняться и гореть под землей. Молния и лесные пожары также могут воспламенить открытую часть угольного пласта, а тлеющий огонь может распространиться по пласту.

Угольные пожары выбрасывают в атмосферу тонны парниковых газов. Даже если пожар на поверхности потушен, уголь может тлеть годами, прежде чем вспыхнет и, возможно, снова вызовет лесной пожар.

Пожары угля могут также начаться в шахтах в результате взрыва. Угольные пожары в Китае, многие из которых возникли в результате взрывов, используемых в процессе добычи, могут составлять 1% мировых выбросов углерода. В США заброшенные шахты чаще загораются, если мусор сжигают на близлежащих свалках.

Когда уголь загорается и начинает тлеть, его очень трудно потушить. В Австралии угольный пожар на «Горящей горе» горит уже 5 500 лет!

Преимущества и недостатки

Преимущества
Уголь — важная часть мирового энергетического бюджета. Его относительно недорого найти и добыть, и его можно найти по всему миру. В отличие от многих возобновляемых ресурсов (например, солнца или ветра) добыча угля не зависит от погоды.Это топливо базовой нагрузки, то есть его можно производить 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, 365 дней в году.

Мы используем и зависим от многих вещей, которые дает уголь, таких как тепло и электричество для питания наших домов, школ, больниц и промышленных предприятий. Сталь, жизненно важная для строительства мостов и других зданий, использует кокс почти во всем производстве.

Побочные продукты угля, такие как синтез-газ, могут использоваться в качестве топлива для транспортных средств.

Добыча угля также обеспечивает экономическую стабильность миллионам людей во всем мире.Угольная промышленность полагается на людей с широким спектром знаний, навыков и способностей. Работы, связанные с углем, включают геологов, горняков, инженеров, химиков, географов и руководителей. Угольная промышленность имеет решающее значение для стран как развитого, так и развивающегося мира.

Недостатки
Уголь — невозобновляемый источник энергии. На его формирование потребовались миллионы лет, и их конечное количество существует на нашей планете. Хотя на данный момент это постоянный и надежный источник энергии, он не будет доступен вечно.

Горное дело — одна из самых опасных профессий в мире. Опасности для здоровья подземных горняков включают респираторные заболевания, такие как «черные легкие», при которых угольная пыль накапливается в легких. Помимо болезней, тысячи горняков ежегодно умирают в результате взрывов шахт, обрушений и других несчастных случаев.

Сжигание угля для получения энергии выделяет токсины и парниковые газы, такие как углекислый газ. Они оказывают непосредственное влияние на качество местного воздуха и способствуют глобальному потеплению, текущему периоду изменения климата.

Открытые горные работы навсегда меняют ландшафт. При удалении горных вершин стирается сам ландшафт и разрушаются экосистемы. Это увеличивает эрозию местности. Наводнения и другие стихийные бедствия подвергают эти районы большому риску.

Добыча угля может повлиять на местное водоснабжение несколькими способами. Потоки могут быть заблокированы, что увеличивает вероятность затопления. Токсины часто попадают в грунтовые воды, ручьи и водоносные горизонты.

Уголь — один из самых противоречивых источников энергии в мире.Преимущества добычи угля экономически и социально значимы. Однако добыча полезных ископаемых разрушает окружающую среду: воздух, землю и воду.

3 Технологии производства электроэнергии из возобновляемых источников | Электроэнергия из возобновляемых источников: состояние, перспективы и препятствия

Эрнст, Б., Б. Оуклиф, М.Л. Альстром, М. Ланге, К. Мёрлен, Б. Ланге, У. Фокен и К. Рориг. 2007. Предсказание ветра. Журнал IEEE Power & Energy 5 (6): 78-89.

ETSO (Европейские операторы систем передачи).2007. Европейское исследование интеграции ветра (EWIS) на пути к успешной интеграции ветроэнергетики в европейские электрические сети. Брюссель. Доступно на http://www.etsonet.org/upload/documents/Final-report-EWIS-phase-I-approved.pdf.

Флетчер, Э.А. 2001. Солнечная термическая обработка: обзор. Журнал инженерии солнечной энергии 123: 63-74.

Гюк, И. 2008. Хранение энергии для более зеленой сети. Презентация на третьем заседании Группы экспертов по электроэнергии из возобновляемых источников, 16 января 2008 г.Вашингтон, округ Колумбия,

Хоулинс Д. и М. Ротледер. 2006. Возрастающая роль прогнозирования ветра в рыночных операциях CAISO. Стр. 234-238 на конференции и выставке Power Systems, 2006 (PSCE ’06). Вашингтон, округ Колумбия: Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике.

IEEE (Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике). 2005. Выпуск за ноябрь / декабрь: Работа с ветром — интеграция ветра в энергосистему. Журнал IEEE Power & Energy 3 (6).

IEEE.2007a. Выпуск за ноябрь / декабрь: Интеграция ветроэнергетики, политика вождения и экономика. Журнал IEEE Power & Energy 5 (6).

Джонс А.Т. и У. Финли. 2003. Последние разработки в области мощности градиента солености. Стр. 2284-2287 в ОКЕАНАХ 2003: празднование прошлого, объединение в будущее. Колумбия, штат Мэриленд: Общество морских технологий.

King, D.L., W.E. Бойсон, Дж. Мраточвиль. 2004. Модель производительности фотоэлектрических массивов. Отдел исследований и разработок фотоэлектрических систем. Альбукерке, Н.Мекс .: Национальные лаборатории Сандиа.

Кропоски, Б. 2007. Взаимосвязь и хранение возобновляемых источников энергии. Презентация на первом заседании Группы экспертов по электроэнергии из возобновляемых источников, 18 сентября 2008 г., Вашингтон, округ Колумбия,

Манчини Т., П. Хеллер, Б. Балтер, Б. Осборн, С. Вольфганг, Г. Вернон, Р. Бак, Р. Дайвер, К. Андрака и Дж. Морено. 2003. Системы Блюдо Стирлинга: Обзор развития и состояния. Журнал инженерии солнечной энергии 125: 135-151.

Маккенна, Дж., Д. Блэквелл, К. Мойес и П.Д. Паттерсон. 2005 г. Возможна поставка геотермальной электроэнергии с побережья Мексиканского залива и нефтяных месторождений Среднего Континента. Нефтегазовый журнал (5 сентября): 3440.

Miles, A.C. 2008. Гидроэнергетика в Федеральной комиссии по регулированию энергетики. Презентация на третьем заседании Группы экспертов по электроэнергии из возобновляемых источников, 16 января 2008 г., Вашингтон, округ Колумбия,

Миллс, Д., П. Ле Ливр и Г.Л. Моррисон. 2004. Подход к более низким температурам для очень больших солнечных электростанций.Материалы 12-го Международного симпозиума по солнечной энергии и химическим энергетическим системам (SolarPACES ’04), Оахака, Мексика. Доступно на http://www.ausra.com/pdfs/LowerTempApproach_Mills_2006.pdf.

7.1: Каталитические преобразователи — Chemistry LibreTexts

Каталитический нейтрализатор — это устройство, используемое для снижения выбросов от двигателя внутреннего сгорания (используется в большинстве современных автомобилей и транспортных средств). Недостаточно кислорода для полного окисления углеродного топлива в этих двигателях до двуокиси углерода и воды; таким образом образуются токсичные побочные продукты.Каталитические преобразователи используются в выхлопных системах, чтобы обеспечить место для окисления и восстановления токсичных побочных продуктов (например, оксидов азота, монооксида углерода и углеводородов) топлива до менее опасных веществ, таких как диоксид углерода, водяной пар и газообразный азот.

Введение

Каталитические нейтрализаторы

были впервые широко внедрены в автомобили американского производства в 1975 году из-за правил EPA по снижению токсичных выбросов. Закон Соединенных Штатов о чистом воздухе требовал сокращения выбросов всех новых моделей автомобилей на 75% после 1975 года, причем снижение должно было осуществляться с использованием каталитических нейтрализаторов.Без каталитических нейтрализаторов автомобили выделяют углеводороды, окись углерода и окись азота. Эти газы являются крупнейшим источником приземного озона, который вызывает смог и вреден для жизни растений. Каталитические нейтрализаторы также можно найти в генераторах, автобусах, грузовиках и поездах — почти все, что имеет двигатель внутреннего сгорания, имеет форму каталитического нейтрализатора, прикрепленного к его выхлопной системе.

Каталитический нейтрализатор — это простое устройство, в котором используются основные окислительно-восстановительные реакции для уменьшения количества загрязняющих веществ, производимых автомобилем.Он преобразует около 98% вредных паров, производимых автомобильным двигателем, в менее вредные газы. Он состоит из металлического корпуса с керамической сотовой внутренней частью с изолирующими слоями. Этот сотовый интерьер имеет тонкостенные каналы, покрытые тонким слоем оксида алюминия. Это пористое покрытие увеличивает площадь поверхности, позволяя протекать большему количеству реакций и содержит драгоценные металлы, такие как платина, родий и палладий. В одном конвертере уходит не более 4-9 граммов этих драгоценных металлов.

Конвертер использует простые реакции окисления и восстановления для преобразования нежелательных паров. Вспомните, что окисление — это потеря электронов, а восстановление — это получение электронов. Драгоценные металлы, упомянутые ранее, способствуют переносу электронов и, в свою очередь, преобразованию токсичных паров.

Последняя секция преобразователя управляет системой впрыска топлива. Этой системе управления помогает датчик кислорода, который отслеживает количество кислорода в выхлопном потоке и, в свою очередь, сообщает компьютеру двигателя, что нужно отрегулировать соотношение воздух-топливо, поддерживая работу каталитического нейтрализатора на стехиометрической точке и почти 100%. эффективность.

Функции

Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор выполняет одновременно три функции:

1. Восстановление оксидов азота до элементарного азота и кислорода: \ [NO_x \ rightarrow N_x + O_x \]
2. Окисление окиси углерода до двуокиси углерода: \ [CO + O_2 \ rightarrow CO_2 \]
3. Окисление углеводородов до диоксида углерода и воды: \ [C_xH_ {4x} + 2xO_2 \ rightarrow xCO_2 + 2xH_2O \]

Есть два типа «систем», работающих в каталитическом нейтрализаторе: «обедненная» и «богатая».«Когда система работает« на обедненной смеси », кислорода больше, чем требуется, и поэтому реакции способствуют окислению монооксида углерода и углеводородов (за счет восстановления оксидов азота). Напротив, когда система работает «богатый», топлива больше, чем необходимо, и реакции способствуют восстановлению оксидов азота до элементарного азота и кислорода (за счет двух реакций окисления). При постоянном дисбалансе реакций система никогда не достигает 100% эффективность.

Примечание: конвертеры могут накапливать «лишний» кислород в потоке выхлопных газов для дальнейшего использования. Это хранилище обычно происходит, когда система работает экономно; газ выделяется, когда в выхлопном потоке недостаточно кислорода. Выделяемый кислород компенсирует недостаток кислорода, полученный в результате восстановления NO _x , или когда происходит резкое ускорение, и система соотношения воздух-топливо становится обогащенной быстрее, чем каталитический нейтрализатор может адаптироваться к этому. Кроме того, высвобождение накопленного кислорода стимулирует процессы окисления CO и C _x H _4x .

Опасности загрязняющих веществ

Без окислительно-восстановительного процесса для фильтрации и преобразования оксидов азота, монооксидов углерода и углеводородов качество воздуха (особенно в больших городах) становится вредным для человека.

Оксиды азота: Эти соединения относятся к тому же семейству, что и диоксид азота, азотная кислота, закись азота, нитраты и оксид азота. Когда NO _x выбрасывается в воздух, он вступает в реакцию, стимулируемую солнечным светом, с органическими соединениями в воздухе; результат — смог.Смог является загрязнителем и оказывает вредное воздействие на легкие детей. NO _x , реагируя с диоксидом серы, производит кислотный дождь, который очень разрушителен для всего, на что он попадает. Кислотный дождь разъедает автомобили, растения, здания, национальные памятники и загрязняет озера и ручьи до непригодной для рыбы кислотности. NO _x может также связываться с озоном, создавая биологические мутации (например, смог) и уменьшая пропускание света.

Окись углерода: Это опасный вариант природного газа, CO ₂ .Не имеющий запаха и цвета, этот газ не выполняет многих полезных функций в повседневных процессах.

Углеводороды: Вдыхание углеводородов из бензина, бытовых чистящих средств, топлива, керосина и других видов топлива может быть смертельным для детей. Дополнительные осложнения включают нарушения центральной нервной системы и сердечно-сосудистые проблемы.

Каталитическое ингибирование и разрушение

Каталитический нейтрализатор — это чувствительное устройство с внутренним покрытием из драгоценных металлов.Без этих металлов окислительно-восстановительные реакции не могут происходить. Есть несколько веществ и химикатов, которые тормозят работу каталитического нейтрализатора.

1. Свинец: Большинство автомобилей работают на неэтилированном бензине, в котором весь свинец удален из топлива. Однако, если свинец добавляется в топливо и сжигается, он оставляет осадок, покрывающий каталитические металлы (Pt, Rh, Pd и Au) и предотвращающий контакт с выхлопными газами, что необходимо для проведения необходимых окислительно-восстановительных реакций.
2. Марганец и кремний: Марганец в основном содержится в металлоорганическом соединении ММТ (метилциклопентадиенил-трикарбонил марганца).MMT — это соединение, используемое в 1990-х годах для увеличения октанового числа топлива (более высокое октановое число указывает на то, что газ с меньшей вероятностью воспламеняется, вызывая взрыв двигателя. Это важно, поскольку двигатели с более высокими рабочими характеристиками имеют высокую степень сжатия, что может нужен бензин с более высоким октановым числом, чтобы увеличить степень сжатия в двигателе), и в настоящее время запрещен к коммерческой продаже из-за правил EPA. Кремний может просачиваться из камеры сгорания в выхлопной поток из охлаждающей жидкости внутри двигателя.

Эти загрязнения препятствуют нормальной работе каталитического нейтрализатора. Однако этот процесс можно обратить вспять, запустив двигатель при высокой температуре, чтобы увеличить поток горячих выхлопных газов через преобразователь, расплавив или сжижая некоторые загрязнения и удалив их из выхлопной трубы. Этот процесс не работает, если металл покрыт свинцом, потому что свинец имеет высокую температуру кипения. Если отравление свинцом достаточно серьезное, весь преобразователь приходит в негодность и подлежит замене.

Термодинамика каталитических нейтрализаторов

Напомним, что термодинамика предсказывает, являются ли реакция или процесс самопроизвольными при определенных условиях, но не скорость этого процесса. Приведенные ниже окислительно-восстановительные реакции протекают медленно без катализатора; даже если процессы термодинамически благоприятны, они не могут происходить без надлежащей энергии. Эта энергия представляет собой энергию активации (\ (E_a \) на рисунке ниже), необходимую для преодоления начального энергетического барьера, препятствующего реакции.Катализатор способствует термодинамическому процессу за счет снижения энергии активации; сам по себе катализатор не производит продукт, но он влияет на количество и скорость образования продуктов.

1. Восстановление оксидов азота до элементарного азота и кислорода: \ [NO_x \ rightarrow N_x + O_x \]
2. Окисление окиси углерода до двуокиси углерода. \ [CO + O_2 \ вправо CO_2 \]
3. Окисление углеводородов до диоксида углерода и воды. \ [C_xH_ {4x} + 2xO_2 \ стрелка вправо xCO_2 + 2xH_2O \]

Каталитический нейтрализатор угонный

Из-за наличия драгоценных металлов в покрытии внутренней керамической конструкции многие каталитические нейтрализаторы стали объектами краж.Преобразователь является наиболее легкодоступным компонентом, поскольку он находится снаружи и под автомобилем. Вор легко мог проскользнуть под машину, пропилить соединительные трубки на каждом конце и уйти вместе с катализатором. В зависимости от типа и количества драгоценных металлов внутри каталитический нейтрализатор можно легко продать по 200 долларов за штуку.

Глобальное потепление

Хотя каталитический нейтрализатор помогает снизить токсичность выхлопных газов автомобильных двигателей, он также оказывает вредное воздействие на окружающую среду.При конверсии углеводородов и окиси углерода образуется двуокись углерода. Двуокись углерода — один из наиболее распространенных парниковых газов, вносящий значительный вклад в глобальное потепление. Конвертеры иногда вместе с углекислым газом перестраивают азотно-кислородные соединения с образованием закиси азота. Это то же соединение, которое используется в веселящем газе и в качестве усилителя скорости в автомобилях. Как парниковый газ, закись азота в 300 раз сильнее углекислого газа и пропорционально способствует глобальному потеплению.

Список литературы

1. Тимберлейк, Карен К. Химия: Введение в общую, органическую и биологическую химию . 10-е изд. Верхняя Сэдл Ривер: Высшее образование Прентис Холл, 2008.
2. Петруччи, Ральф Х., Уильям С. Харвуд и Джефф Э. Херринг. Общая химия: принципы и современные приложения . 9 изд. Верхняя река Сэдл: Prentice Hall, 2006. d Biological Chemistry . 10-е изд. Тимберлейк, Карен К. Химия: Введение в общие, органические и биологические Chmi

Проблемы

1. Каковы потенциальные опасности токсичных веществ, выбрасываемых автомобилем без каталитического нейтрализатора?
2. Какие 3 окислительно-восстановительные реакции происходят в трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе?
3. Каталитический нейтрализатор работает с КПД 100%? Почему или почему нет?
4. Как можно повредить или неправильно использовать каталитические нейтрализаторы?
5. Почему кражи каталитических нейтрализаторов? What ar

Авторы

.