Table Of ContentГазогенератор А7
1 Введение
Из ископаемого углеродсодержащего сырья Украина обеспечена в достатке толь-
ко углем, однако угледобывающая отрасль находится в кризисном состоянии. В опреде-
ленной степени это связано со сложными горно-геологическими условиями добычи, но
основные причины кризиса общие для всех отраслей промышленности страны.
Социально-экономическая обстановка диктует необходимость использования аль-
тернативных видов топлива и возобновляемых источников энергии, что позволит различ-
ным предприятиям создать собственное энергохимическое производство, обеспечиваю-
щее глубокую переработку углеродсодержащего сырья (органических отходов) с целью
поставки на рынок высоколиквидных, конкурентоспособных товаров, таких как:
(cid:190) электроэнергия;
(cid:190) тепловая энергия;
(cid:190) горючие газы;
(cid:190) газы для органического синтеза;
(cid:190) моторное топливо;
(cid:190) смолы и масла;
(cid:190) термоантрациты;
(cid:190) технический углерод;
(cid:190) графит, металлографитные изделия и углепластмассы;
(cid:190) карбиды;
(cid:190) абразивные материалы и изделия из них;
(cid:190) минеральные удобрения;
(cid:190) сорбенты и фильтранты;
(cid:190) металлы, в т.ч., и редкоземельные (Al, Li, Ba, Ge, Co, Va, Cr, Mn и т.п.);
(cid:190) технические и питьевые воды;
(cid:190) строительные материалы и т.д.
Как показывают расчеты, такой подход позволит увеличить стоимость товарной
продукции в несколько раз, значительно улучшить экономическое положение угледобы-
вающих предприятий, оздоровить экологическую обстановку и создать новые рабочие
места в шахтерских регионах. Однако для обеспечения работы новых производств потре-
буется большое количество дешевой электрической и тепловой энергии.
Анализ опыта, накопленного в странах СНГ и за рубежом, убедительно показы-
вает, что основной технологией химической переработки угля на современном этапе раз-
вития является его газификация. Внимание к этому процессу обусловлено, прежде всего,
удобством его использования в энергетике. Например, в США считают, что это позволит
на 27 % (до 1,05 $/кВт) снизить стоимость производства электроэнергии по сравнению с
прямым сжиганием угля. В ЮАР 47 % потребности страны в жидких топливах удовле-
творяется с использованием технологий газификации угля.
Исторический опыт развития химической переработки угля и различных возоб-
новляемых видов топлива показывает, что расцвет этого направления в промышленной
практике приходится на 50-60-е годы XX века.
В 50-е годы в СССР работало 2500 газогенераторов, производивших 35 млрд. м3
энергетических и технологических газов и перерабатывавших около 9 млн. т угля в год.
Однако с переходом промышленности на нефть и природный газ практически прекрати-
лись работы по газификации угля.
Основываясь на предыдущем опыте, разработан проект газогенератора, позво-
ляющий при минимальных затратах на изготовление и эксплуатацию получить реальную
прибыль при производстве генераторного газа, как топлива, альтернативного природному
газу, бензину и дизтопливу.
Газогенератор А7 (см. Рис.1) мощностью до 400 квт предназначен для безоста-
точного термохимического преобразования углерода твердого топлива (уголь, древесина,
отходы углеобогащения, сельхозпроизводства, деревообработки) в горючий генераторный
А.С. Язев
Газогенератор А7
газ с последующим использованием его в качестве топлива, для производства тепловой и
электрической энергии с помощью комбинированного тепло-электрогенератора (когене-
ратора), состоящего из двигателя внутреннего или внешнего сгорания, теплообменного
аппарата и электрогенератора.
Рис.1
Основные технические характеристики газогенератора А7
Наименование параметра Ед. изм. Значение параметра
Тип процесса газификации обратный
древесина, кокс, уголь, сельхо-
Вид топлива
зотходы, био-ил, шлам и т.п.
Газ дутья воздух
Наименование получаемого газа генераторный газ
Выход сухого газа из 1 кг топлива нм3/кг 1,4 - 4,4
Расход топлива кг/час 20,0 - 80,0
Производительность по генераторному газу, м3/час 28,0 - 350,0
приведенная к метану 4,0-54,0
Температура газа на выходе из генератора 0С 38,0
Теплотворная способность газа ккал/нм3 1560 - 1200
кдж/нм3 6536 - 5028
Плотность газа кг/нм3 1,14 – 1,17
К.п.д. газификации % 80,0 – 72,0
Мощность газогенератора (тепловая) кВт/Гкал до 500,0/0,44
Расход газа на выработку электроэнергии нм3/кВт*ч 2,0
Трудозатраты на обслуживание чел/см. 0,2
Состав сухого нормального газа (усредненный) % объем.
СО 3-5
2
СО 27-29
СН 0,5-0,7
4
СH 0,1
n m
Н 13 –15
2
О 0 - 0,3
2
N 53 - 55
2
Масса газогенератора кг 615,0
Габариты монтажной площадки (LxBxH) м 2,6х1,9х3,0
Генераторный газ, полученный на газогенераторе А7, был применен в качестве
топлива вместо природного газа при выпаривании битума на АБЗ ДСУ-6 г. Луганска. При
этом производительность газогенератора, работающего на сосновых дровах, была эквива-
лента 32 м3/час природного газа, генераторный газ сжигался в специальной камере сгора-
ния (см. Рис.2).
А.С. Язев
Газогенератор А7
Рис.2
Удовлетворительные результаты получены при сжигании генераторного газа в
инфракрасных горелках ЗАО «Краматорский завод «Теплоприбор»:
(cid:190) температура излучения равна 8300С;
(cid:190) содержание вредных веществ в продуктах сгорания ниже ПДК.
На рис. 3 и 4 показаны момент розжига горелки и выход на режим инфракрасно-
го излучения, соответственно.
Рис.3
А.С. Язев
Газогенератор А7
Рис. 5
3 Устройство газогенератора А7 и процесс
получения генераторного газа из твердого топлива
Газогенератор состоит из металлического трубчатого корпуса со встроенным то-
пливным бункером, загрузочного устройства, реакторной камеры и зольника для удаления
золы и шлака.
Воздух, необходимый для газификации топлива, подается в реакторную камеру
компрессором или вентилятором высокого давления (воздуходувкой, пылесосом), или
всасывается за счет депрессии, создаваемой двигателем внутреннего сгорания. Патрубок
подачи воздуха находится на крышке газогенератора.
Топливо загружается в бункер сверху, через загрузочное устройство, а зола и
шлак удаляются через люк в нижней части зольника. Объем топлива, загружаемого в топ-
ливный бункер равен 0,13 м3. Этого количества, в зависимости от нагрузки и используе-
мого вида топлива, хватает на 1…8 часа работы.
Процесс газификации твердого топлива состоит из ряда термохимических реак-
ций, происходящих в различных зонах столба топлива в шахте газогенератора, образуе-
мой бункером, реактором и колосниковой решеткой (см. Рис.6).
Первой зоной по ходу продвижения топлива под собственным весом в шахте ге-
нератора является зона подсушки топлива, затем топливо последовательно проходит зоны
пиролиза, горения (образования СО ) и восстановления окиси углерода (СО) из углеки-
2
слого газа (СО ).
2
РИС. 6
В процессе газификации углерод топлива соединяется с кислородом воздуха, об-
разуя углекислый газ – СО .
2
А.С. Язев
Газогенератор А7
С + О = СО
2 2
Образовавшийся в зоне горения (окисления) газ проходит через слой раскаленного угле-
рода топлива зоны восстановления и восстанавливается в горючий газ – окись углерода
СО + С = 2СО.
2
Водяной пар, полученный из влаги топлива или воды, добавленной в реактор гене-
ратора в количестве 200-500 г на 1 кг углерода, под действием температуры высокой в
присутствии углерода разлагается с образованием окиси углерода (СО) и водорода (Н )
2
С + Н О = СО + Н
2 2
В результате получается генераторный газ, состоящий из СО, Н , СО , О , N и не-
2 2 2 2
которого количества СН .
4
Теплотворная способность генераторного газа, в зависимости от применяемого ви-
да топлива, находится в пределах 1000 – 1600 ккал/м3.
Теплотворная способность, например, бензовоздушной смеси составляет около
800 ккал/м3. Теплотворная способность газовоздушной смеси ниже и составляет примерно
550 ккал/м3. Таким образом, полезная мощность двигателя внутреннего сгорания при ра-
боте на генераторном газе по сравнению с двигателем, работающим на бензине меньше,
на ~25-30 %. Но, учитывая то, что октановое число генераторного газа около 110, есть
возможность компенсировать потери мощности за счет увеличения степени сжатия топ-
ливной смеси.
4 Охлаждение и очистка газа
Сырой неочищенный газ на выходе из газогенератора имеет температуру ~5500С и
несет около 200 ккал/м3 физического тепла. При необходимости в тепловой энергии газ
охлаждают, а тепло соответственно утилизируют в теплообменнике. При подаче получен-
ного генераторного газа непосредственно на горелку в топке котла, необходимости в ох-
лаждении газа нет, он только очищается от взвешенных частиц и частично от паров воды.
Предварительная грубая очистка газа от взвешенных частиц топлива и золы проис-
ходит в циклоне. По мере их накопления камера сбора циклона очищается через люк в
нижней части корпуса.
При подаче генераторного газа в двигатель внутреннего сгорания газ должен иметь
температуру не более 35…380С. Для чего газ охлаждается в радиаторе и с температурой
около 1000С подается в фильтр тонкой очистки, где происходит его окончательное охлаж-
дение и очистка от тонкой пыли. В качестве фильтрующих элементов в фильтре тонкой
очистки могут применяться кольца «Рашига» или отрезки спиралей, навитых из проволо-
ки диаметром 1-2 мм, металлическая стружка и т.п. Пары воды от соприкосновения с по-
верхностью фильтрующих элементов конденсируются и оседают на последних, увлекая за
собой и тонкую пыль. Окончательная очистка газа от механических примесей произво-
дится в фильтре двигателя.
Если газ при выходе из газогенератора будет иметь температуру, превышающую
400С, то это приведет к уменьшению объемного коэффициента наполнения цилиндров ра-
бочей смесью и снизит мощность двигателя, так как количество горючего газа в рабочей
смеси в одном и том же объеме при более высокой температуре будет меньше.
5 Топливо
В качестве топлива для газификации могут быть использованы:
А.С. Язев
Газогенератор А7
(cid:190) дрова различных пород, размером 80х80х150 мм с влажностью до 35%;
(cid:190) отходы деревообработки;
(cid:190) различные сельскохозяйственные отходы – солома, кукурузные кочерыжки,
обрезь деревьев и виноградной лозы, скорлупа и шелуха различных косточ-
ковых и зерновых культур, семена сорняков и т.д.
(cid:190) кокс, древесные, бурые, каменные угли и антрацит, угольные брикеты. Раз-
мер кусков угля не должен превышать 25 мм, влажность 5-12%.
6 Осмотр газогенератора и подготовка к работе
Прежде чем приступить к заправке и розжигу газогенератора, нужно тщательно
осмотреть всю установку и убедиться в том, что фланцы, патрубки и уплотнения не имеют
механических повреждений, все болтовые соединения затянуты и обеспечивают необхо-
димую плотность. При наличии даже незначительных зазоров и неплотностей качество
генераторного газа ухудшится, а подсосы воздуха, например через стыки в зольнике могут
вызвать местный перегрев деталей генератора и выход последнего из строя.
7 Заправка и розжиг газогенератора
Прежде чем приступить к любым работам с газогенератором, обязательно
продуть весь газовый тракт: генератор, циклон, радиатор, фильтр тонкой очистки и все
трубопроводы чистым воздухом для исключения образования в них взрывоопасных кон-
центраций компонентов генераторного газа!
При заправке газогенератора через загрузочный люк топливо загружают неболь-
шими порциями с таким расчетом, чтобы оно, не задерживаясь в корпусе бункера, запол-
нило реакторную зону. Затем, периодически прошуровывая, догружают бункер доверху.
После этого, плотно закрывают крышку бункера и открывают шуровочное отверстие на
крышке. Открыв люк в реакторной зоне, через него производят розжиг топлива в реакто-
ре. Для ускорения возгорания топлива и подъема температуры в реакторной зоне реко-
мендуется подать дутье от компрессора (воздуходувки) через люк, при этом продукты
сгорания выбрасываются в атмосферу через открытое шуровочное отверстие.
Процесс розжига длится от 10 до 30 минут, после чего устанавливаются на место
люк реакторной зоны, крышка шуровочного отверстия, а подача дутья переключается на
коллектор воздухоподводящий.
8 Обслуживание газогенератора
Правильное обслуживание газогенератора имеет решающее значение для дли-
тельной, надежной и безопасной работы. Уход и обслуживание заключаются в своевре-
менной загрузке генератора топливом, в систематическом наблюдении за работой, качест-
вом газа и герметичностью соединений.
Загрузка топливом
При работе генератора нельзя допускать полного выжигания топлива, так как при
этом процесс газификации будет прекращен и потребуется вновь розжигать генератор.
Также нельзя давать топливу опускаться вниз слишком быстро, так как новая загрузка то-
плива должна пройти все предусмотренные процессом стадии термохимических преобра-
зований. Поэтому, при интенсивной нагрузке, рекомендуется производить дозагрузку то-
пливом через каждые 20…25 минут.
А.С. Язев
Газогенератор А7
Уход за газогенератором
Во время работы газогенератора необходимо:
1. Не допускать образования сводов (зависания) топлива. Для этого перио-
дически топливо в бункере прошуровывается.
2. Следить за плотностью соединений и уплотнений.
3. Освобождать колосник от золы и шлака, периодически проворачивая нож
зольника рукояткой. Чистку зольника производить через нижний люк по
мере необходимости.
Уход за циклоном, радиатором и фильтром тонкой очистки газа
В случае загрязнения системы очистки и охлаждения генераторного газа, сопро-
тивление прохождению газа значительно возрастает, что приводит к нарушению скорости
проведения термохимических реакций в реакторе газогенератора и ухудшению качества
газа и его загрязнению взвешенными частицами топлива и золы. Поэтому для нормальной
работы этой системы необходимо через каждые 24 часа очищать циклон от топливной
пыли и золы, через 7 суток работы очищать радиатор. Фильтрующие элементы фильтра
тонкой очистки газа рекомендуется промывать горячей водой каждые 60-100 часов рабо-
ты (в зависимости от используемого топлива).
Контроль за работой газогенератора
Для обеспечения надежной и безаварийной работы газогенератора необходимо
контролировать следующее:
1. Температуру газа перед циклоном и после фильтра тонкой очистки (550-
6000С и 35-400С, соответственно).
2. Давление газа перед циклоном и после фильтра тонкой очистки
(0,2-0,12 кг/см2).
Повышение давления более 0,3 кг/см2 указывает на возросшее сопротивление сис-
темы и необходимость чистки отдельных элементов.
9 Основные правила безопасности
1. Осторожно обращаться с огнем, так как получаемый генераторный газ со-
держит легковоспламеняемые и взрывоопасные компоненты.
2. После остановки газогенератора и прекращения процесса горения, а так же
перед началом розжига топлива необходимо продуть весь газавоздушный
тракт инертным газом.
3. При очистке зольника горячего газогенератора, во избежание ожогов и про-
сыпания горящих углей, соблюдать осторожность.
4. При открытии шуровочного отверстия во время работы газогенератора со-
блюдать осторожность во избежание ожогов от возможных вспышек генера-
торного газа, особенно когда топливо в газогенераторе на исходе.
5. В случае размещения газогенераторной установки в помещении, необходи-
мо оборудовать приточно-вытяжную вентиляцию, так как наличие газа мо-
жет вызвать отравление обслуживающего персонала или привести к взрыву.
А.С. Язев
Газогенератор А7
Оглавление
Стр.
1 Введение 2
2 Общая схема газогенератора А7 5
3 Устройство газогенератора А7 и процесс получения генераторного газа из 6
твердого топлива
4 Охлаждение и очистка газа 7
5 Топливо 7
6 Осмотр газогенератора и подготовка к работе 8
7 Заправка и розжиг газогенератора 8
8 Обслуживание газогенератора 8
9 Основные правила безопасности 9
А.С. Язев
