Страница 124 из 176
В зависимости от вида перерабатываемого твёрдого топлива различают типы Г.: для тощего топлива — с незначительным выходом летучих веществ (кокс, антрацит, тощие угли), для битуминозного топлива — со значительным выходом летучих веществ (газовые и бурые угли), для древесного и торфяного топлива и для отбросов минерального топлива (коксовая и угольная мелочь, остатки обогатительных производств). Различают Г. с жидким и твёрдым шлакоудалением. Битуминозные топлива обычно газифицируются в Г. с вращающимся водяным поддоном, а древесина и торф — в Г. большого внутреннего объёма, т. к. перерабатываемое топливо имеет незначительную плотность. Мелкое топливо перерабатывается в Г. высокого давления и во взвешенном или кипящем слое.
По назначению Г. можно разделить на стационарные и транспортные, а по месту подвода воздуха и отбора газа на Г. прямого, обращенного и горизонтального процесса. В Г. прямого процесса (рис. 2) движение носителя кислорода и образующихся газов происходит снизу вверх. В Г. с обращенным процессом (рис. 3) носитель кислорода и образующийся газ движутся сверху вниз. Для обеспечения обращенного потока средняя часть таких Г. снабжается фурмами, через которые вводится дутьё. Так как отсасывание образовавшихся газов осуществляется снизу Г., то зона горения 1 (окислительная) находится сразу же под фурмами, ниже этой зоны следует зона восстановления II, над зоной горения 1 располагается зона III — пирогенетического разложения топлива, происходящего за счёт тепла раскалённого горящего кокса зоны 1. Сушка самого верхнего слоя топлива в Г. происходит за счёт передачи тепла от зоны III. В Г. с горизонтальным процессом носитель кислорода и образующийся газ движутся в горизонтальном направлении.
Рис. 2. Газогенератор прямого процесса для получения смешанного газа:
1 — загрузочное устройство; 2 — шахта; 3 — водяная рубашка; 4 — колосниковая решётка; 5 — фартук; 6 — чаша с водой, образующая гидравлический затвор; 7 — выгребной нож; 8 — конвейер для удаления золы; 9 — дутьевая коробка.
При эксплуатации Г. соблюдается режим давления и температуры, величина которых зависит от перерабатываемого топлива, назначения процесса газификации и конструкции Г.
Бурное развитие газовой промышленности в СССР привело к почти полной замене генераторных газов природными и попутными, т. к. себестоимость последних значительно ниже. В зарубежных странах, где мало природного газа, Г. широко применяются в различных отраслях промышленности (ФРГ, Великобритания).
Рис. 3. Схема газогенератора с обращённым процессом газификации топлива.
Раз мы коснулись истории этого агрегата, то не помешает сделать более подробный экскурс в прошлое. Не любопытства ради, а с целью знакомства с различными конструкциями газогенераторов. Путь вас не смущает, что речь в нижеследующей статье идет о транспортных газогенераторах. Едет газогенератор на автомобиле ГАЗ-42 или не едет на нем, газ он все равно производит.
СТАНОВЛЕНИЕ И КОНСТРУКТИВНОЕ РАЗВИТИЕ ТРАНСПОРТНЫХ ГАЗОГЕНЕРАТОРОВ
Н. М. Цивенкова, а. А. Самылин
Транспортный газогенератор и автомобиль — почти ровесники. Но история газогенератора начинается значительно раньше. Когда начали строить транспортные газогенераторы, традиции стационарной техники были полностью перенесены на новую установку, надолго определив характер ее развития. Способы охлаждения и очистки газа, теория процесса, методика теплового расчета, оптимальное соотношения основных размеров — все, что было получено в результате опыта почти вековой эксплуатации, было использовано при конструировании новых машин.
Такая преемственность имела как свои положительные, так и отрицательные стороны. Специфические требования к транспортным газогенераторам (малые габариты, неустойчивость процесса газификации, переменный режим и необходимость более тщательной очистки и охлаждения газа) очень скоро заставили конструкторов выйти за рамки стационарной техники. Ряд вопросов, связанных с переводом двигателей с жидкого топлива на генераторный газ, потребовал дополнительных нестандартных решений. Однако сама методология расчета и конструирования автомобильных газогенераторных установок существенно не менялась с середины прошлого века. Она уже морально устарела и требует всестороннего анализа и доработки для дальнейшей конструктивной оптимизации газогенераторов.
Интересно исследовать историю конструктивного развития стационарных, силовых и транспортных газогенераторных установок, чтобы определить направления для их дальнейшей оптимизации.
Еще в средние века было замечено, что при ограничении доступа воздуха под угольный слой из твердого топлива получается газ. Этот газ может быть сожжен после выделения его из топлива путём подвода вторичного воздуха. Газодобывание и собственно газогенератор, однако, возникли только тогда, когда использование газа было полностью отделено от процесса его добывания.
Создателем первого газогенератора принято считать французского инженера Филиппа Лебона, родившегося в Браше 29 мая 1767 г. Однажды, в 1788 г., бросив горсть древесных опилок в стоявший перед ним на огне сосуд, Лебон увидел, что из сосуда поднялся густой дым, который вспыхнул на огне и дал яркое светящееся пламя. Лебон понял, что случай помог ему сделать открытие чрезвычайной важности. Продолжая свои опыты, он создал в миниатюре первый газовый завод, на постройку которого в 1799 г. получил патент. Он принялся за дело с величайшей энергией, разрабатывая проекты самого разнообразного использования генераторного газа. Был придуман проект газового двигателя, на который Лебон в 1801 г. получил патент. Этот двигатель должен был работать по принципу парового двигателя. Вместо пара подавался газ, зажигаемый поочередно поту и другую сторону поршня. После трагической гибели Лебона в декабре 1804 г. его работы были продолжены В. Мурдохоми в Англии и С. Минкедерсом в Бельгии.
В первые десять лет XIX века число полученных в Англии и Франции патентов на газогенераторные установки и двигатели было совсем незначительным. Ни одна из изобретенных установок этого рода не нашла практического применения, хотя в общих чертах они были близки к последующим разработкам. Особо стоит отметить интересные работы французов Фабер де Фор и Оберто (1837–1839). Они предложили пользоваться колосниковыми газами доменных печей для нагревательных целей. Их опыты относились скорее к работам по утилизации отходов доменного процесса и могут рассматриваться лишь как рационализаторские мероприятия. Хотя они были весьма близки к идее самостоятельной газогенераторной установки.
Вероятно, первый промышленный газогенератор был построен в начале 1839 г. в Лаухгаммере инженером Бишофом. Поданным самого Бишофа, он пытался создать пламенную печь с полугазовой топкой. Бишоф хотел достичь экономии в расходовании кокса и угля путём обращения необработанного топлива (в первую очередь торфа) непосредственно в газ, чтобы использовать его для плавильного процесса. На рис. 1 показан усовершенствованный газогенератор Бишофа, применявшийся им в Мегдешпрунге в 1844 г. Устройство представляло собой простой шахтный генератор.
Рис. 1. Газогенератор Бишофа