Газогенератор на дровах для техники и выработки электроэнергии: теория и практика

Принцип работы и основные технические сложности

При газификации твердого топлива на выходе образуется горючий генераторный газ, однако его прямое использование в двигателях внутреннего сгорания сопряжено с рядом серьезных инженерных задач:

• Загрязнение газа: продукт газификации содержит смолы, избыточную влагу, сернистые соединения (превращающиеся в кислоты) и сажу в виде абразивных частиц, разрушающих поршневую группу.
• Высокая температура: газ покидает реактор разогретым до 450–600 °C, поэтому перед подачей в двигатель его необходимо охлаждать.
• Нестабильность мощности: объем выработки газа непостоянен, из-за чего сложно поддерживать устойчивую работу мотора.

Исторически системы газогенерации применялись на серийных грузовиках ЗИС-5, ЗИС-21, ГАЗ-42. При переводе на древесные чурки отдача силового агрегата снижалась приблизительно вдвое (для ЗИС-5 — с 72 л.с. на бензине до 34 л.с. на генераторном газе).

Практический опыт переоборудования легкового автомобиля

Попытка монтажа газогенераторной установки на малолитражный автомобиль («Ока») выявила ряд эксплуатационных ограничений. Оборудование заняло все пространство заднего ряда сидений и багажника, а часть узлов пришлось выносить на кронштейнах наружу — на капот и задний бампер.

Падение мощности двигателя составило от 50% до 70%, пусковой процесс оказался трудоемким, а общая работа силового агрегата — крайне нестабильной. Расход топлива на 100 км пути составил порядка 40 кг древесины (приходилось полностью загружать 100-литровый реактор). При этом выяснилась важная эксплуатационная особенность: в движении по неровной дороге топливо в бункере оседает и встряхивается естественным путем от вибраций кузова, что стабилизирует газообразование.

Стационарные газогенераторы для электростанций

При использовании газогенератора в паре с неподвижным бензогенератором или котлом естественное встряхивание топлива отсутствует. Чтобы газообразование не прекращалось, чурки в бункере приходится регулярно ворошить вручную.

Тем не менее, существуют успешные примеры реализации стационарных систем, где газовый реактор обеспечивает работу электростанции и одновременно используется для утилизации попутного тепла на отопление дома. Для измельчения древесного сырья под подобные установки самодельщики используют самодельные измельчители веток (в том числе собранные на базе компрессоров от грузовика ЗИЛ).

Требования к качеству древесины и сырью

К сырью для газогенератора предъявляются строгие требования:

• Оптимальным топливом считаются чурки лиственных пород, наилучшие результаты показывает береза.
• Размеры кусков должны быть калиброванными (например, кубики 4×4 см или 5×5 см), обычные тонкие ветки без подготовки горят неравномерно.
• Попытки применения соломы или пеллет из нее приводят к образованию мелкого стекловидного шлака, который пробивает фильтры и наносит критический абразивный износ цилиндро-поршневой группе.

Альтернативные концепции автономного энергоснабжения

В качестве альтернативы газогенераторам на твердом топливе рассматриваются другие автономные варианты:

• Дизель на растительном масле: посадка подсолнечника, отжим масла под прессом с последующей заливкой непосредственно в дизельный двигатель без необходимости сложной газоочистки.
• Паровые установки: для стационарного генератора использование пара часто эффективнее за счет возможности простой комбинированной выработки тепла и электричества.
• Двигатели Стирлинга: двигатели внешнего сгорания всеядны и способны функционировать на любом стабильном источнике тепла — от дров и угля до сжигания биомассы, не требуя очистки горючего газа от смолы и сажи.
• Спирт и самогоноварение: кустарное производство этанола в качестве горючего признается нерациональным из-за длительного цикла подготовки браги (до месяца на сахаре и сухарях) и высоких энергозатрат на перегонку и дробный отбор фракций на ректификационных колоннах.