Коллектив авторов - Большая энциклопедия техники

Газогенератор – устройство, предназначенное для температурной переработки жидкого и твердого топлива в газообразное горючее топливо с температурой от 500 до 1200 К. В структуре газогенератора различают загрузочный бункер, камеру возгорания и камеру газообразования.

Как правило, термическая переработка осуществляется в присутствии воздуха, свободного или связанного кислорода (водяных паров). Получаемые в газогенераторе газы называются генераторными.

В отличие от топок горение твердого топлива в газогенераторе осуществляется в большом слое и характеризуется количественным поступлением воздуха, недостаточного для полного сжигания топлива. Процесс, происходящий в газогенераторе, называется газификацией топлива.

Образующиеся в газогенераторе газы содержат продукты полного горения топлива (углекислый газ, вода) и продукты их восстановления, неполного горения и пирогенетические разложения топлива на составляющие (угарный газ, водород, метан, углерод). Также в генераторные газы переходит азот воздуха.

Идея газогенератора была выдвинута в конце 1830-х гг. в Германии (Бищофом в 1839 г. и Эбельманом в 1840 г.), но их промышленное применение началось только после того, как Ф. Сименсом (1861 г.) был предложен регенеративный принцип отопления заводских печей, позволивший очень эффективно применять генераторный газ. По праву изобретателями первого промышленного газогенератора были братья Ф. и В. Сименс. Конструкция газогенератора получила повсеместное распространение и просуществовала в течение длительного периода (40—50 лет). В начале ХХ в. появились новые, более совершенные конструкции.

Часто газогенератор представляет собой шахту, внутренние стенки которой выложены огнеупорным материалом. Основными составляющими элементами газогенератора являются:

1) корпус, который изготовлен в виде цилиндра из листовой стали, сваренной в местах стыка. В нижней части к корпусу приварено днище, в верхней находится соединительный фланец;

2) бункер, служащий для загрузки топлива. Он представляет собой цилиндр, изготовленный из листовой малоуглеродистой стали. Бункер устанавливается внутри корпуса и закрепляется болтами на асбестовых прокладках на фланце вместе с крышкой;

3) камера сгорания (активная камера), необходима для интенсивного сгорания топлива. Корпус камеры сгорания изготавливается из жаропрочной стали и приваривается к нижней части бункера. Внизу корпуса камеры прикрепляется горловина из жаропрочной хромистой стали, она необходима для крекинга смол. Между корпусом и горловиной прокладывается уплотнительный асбестовый шнур. В средней части корпуса камеры горения располагаются калиброванные отверстия – фурмы для подвода воздуха, они соединены с воздухораспределительной коробкой, изготавливаемой из жаропрочной стали. Воздухораспределительная коробка связана с атмосферой. Обратный клапан устанавливается на выходе воздухораспределительной коробки, он препятствует выходу газа из газогенератора при остановке двигателя. Перед воздухораспределительной коробкой устанавливается нагнетающий вентилятор, способствующий лучшей работе газогенератора и повышению мощности двигателя, а также дающий возможность использовать твердое топливо (чурки) повышенной влажности (до 60%);

4) колосниковая решетка, располагающаяся в нижней части корпуса генератора, она поддерживает слой раскаленного угля под камерой горения. Зола через колосниковую решетку проваливается в зольную камеру. Для улучшения очистки от шлака средняя часть колосниковой решетки выполнена подвижной. Соответствующим рычагом осуществляется поворот чугунных (или жаропрочной стали) колосников;

5) загрузочные устройства, которые состоят из крышек, герметично закрывающих люки. Верхний загрузочный люк закрывается откидной крышкой, уплотняемой асбестовым шнуром. В креплении крышки предусматривается амортизационное устройство в виде листовой рессоры (или пружины), которое при повышении давления сверх нормы в бункере дает возможность приоткрываться крышке. В этом случае крышка исполняет роль предохранительного клапана. На боковой поверхности корпуса в его нижней части выполнены два люка с герметичными резьбовыми крышками. Нижний предназначается для удаления золы, верхний – для догрузки угля в зону восстановления;

6) охладитель и фильтр, которые изготавливаются из труб, наполненных различными фильтрующими элементами.

Для осуществления отбора газа в верхней части газогенератора приварен патрубок. К патрубку присоединен газоотводящий трубопровод. Газ через патрубок проходит по кольцевой полости, образованной стенками корпуса и бункера, обогревает бункер и подсушивает топливо в нем.

Сгорая, твердое топливо окисляется кислородом воздуха, поступающего в камеру горения. Затем продукты горения, проходя через фильтр, попадают в охладитель (так называемый фильтр грубой очистки), после чего охлажденный газ проходит тонкую очистку в соответствующем фильтре и перемешивается с воздухом в специализированном смесителе. Получившаяся газовоздушная смесь поступает в воздухозаборник двигателя внутреннего сгорания.

В работающем газогенераторе его внутреннее пространство разделяется на четыре зоны: подсушки, сухой перегонки, горения, восстановления.

Зона подсушки – это верхняя часть бункера, с температурой 150—200 °С.

Зона сухой перегонки – это средняя часть бункера. Температура в ней 300—500 °С. Топливо в этой зоне без доступа воздуха обугливается, и из него выделяются различные смолы, кислоты и другие продукты сухой перегонки.

Зона горения расположена в поясе фурм. Обугленное топливо здесь в основном сгорает, образуя СО 2и СО. Температура в зоне – 1100—1300 °С и более.

Зона восстановления находится между зоной горения и колосниковой решеткой. В этой зоне СО 2проходит через раскаленный уголь и соединяется с частицами углерода, образуя его окись.

Топливо в шахту загружается сверху, а снизу подается воздух. На колосниковой решетке расположен слой топлива. Состав генераторных газов может быть изменен в зависимости от того, в каком виде подается в газогенератор кислород. При подаче в газогенератор одного воздушного потока получается воздушный газ, теплота горения которого в зависимости от перерабатываемого топлива колеблется от 3,8 до 4,5 МДж/м 3(900—1080 ккал/м 3). При обдувании и обогащении кислородом получают так называемый парокислородный газ (содержащий меньшее количество азота, чем воздушный газ), его теплота горения может быть доведена до 5—8,8 МДж/м 3(1200—2100 ккал/м 3). Если газогенератор работает на воздухе с умеренной добавкой к нему водяных паров, получается смешанный газ. Теплота сгорания такого газа (в зависимости от исходного топлива) колеблется от 5 до 6,7 МДж/м 3(1200—1600 ккал/м 3). При подаче в раскаленный слой топлива газогенератора водяного пара получают водяной газ с теплотой сгорания от 10 до 13,4 МДж/м 3(2400—3200 ккал/м 3).