Партнеры журнала:

Биоэнергетика

История развития транспортных газогенераторов

История развития транспортных газогенераторов. Часть 2
История развития транспортных газогенераторов. Часть 3

Три стадии признания научной истины: первая − «это абсурд!», вторая − «в этом что-то есть…», третья − «это же общеизвестно».

Эрнест Резерфорд

Использование растительной биомассы для получения генераторного газа, а его в качестве топлива для автотранспорта − тема весьма актуальная в наши дни. Предлагаем вашему вниманию серию статей, рассказывающих о наиболее эффективных конструкциях газогенераторных установок транспортного типа, оказавших наибольшее влияние на развитие технологии газогенераторостроения в мире.

Рис. 1. Паровая коляска «Серполе»

Рис. 2. Газогенератор «Васкер» для легковых автомобилей

Рис. 3. Компоновка газогенераторной установки на автомобиле «Вандерер-W23» (1939 год)

Рис. 4. Древняя буровая установка для добычи природного газа (Китай, провинция Сычуань, II в. н. э.)

Рис. 5. Схема газогенераторной установки Бишофа

Рис. 6. Схема газогенераторной установки Эбельмана

Рис. 7. Схема газогенератора Сименса

Рис. 8. Схема газогенератора Гребе-Лермана

Рис. 9. Схема газогенераторной установки Даусона

Рис. 10. Схема газогенераторной установки Бенье

Рис. 11. Схема газогенератора Моргана

Рис. 12. Схема газогенератора Керпелли

Рисунки смотрите в PDF-версии журнала

С чего начинались газогенераторы

Рис. 1. Паровая коляска «Серполе»
Рис. 1. Паровая коляска «Серполе»

История развития технических средств и методов газификации местного биотоплива всегда интересовала исследователей и широкую научно-техническую общественность. Но, к сожалению, история развития газогенераторных технологий не была достаточно хорошо изучена и не нашла достойного освещения в литературе, хотя и насчитывает более двухсот лет.

В исследованиях русских новаторов и ученых, посвященных развитию тепловых устройств и теории теплоты, вопрос получения газа в «высоком слое» топлива почти не рассматривался. В то же время этот вопрос имеет непосредственное отношение к зарождению принципов газогенераторного процесса в России.

Получение газа из твердого топлива путем его «томления» или выжига в «высоком слое» можно отнести ко времени создания Петром I на Урале «железоделательного» производства, то есть в этой области Россия примерно на 135 лет опередила другие страны.

Первые русские металлурги, которые демонстрировали иностранцам способ получения тепла и плавку руды в «домнице», именно тогда, впервые в истории, прокладывали путь к современному газогенератору.

Русская доменная техника, на базе которой возник газогенератор, всемерно культивировалась за границей, и иностранцы были частыми посетителями русских заводов и промыслов. О том, что русские мастера достигли в этом деле больших успехов, свидетельствует в своих записках западноевропейский историк конца XVIII века металлург Л. Берг.

Не является случайностью и то обстоятельство, что дата создания газогенератора за рубежом (1839) совпадает с расцветом доменного дела в России и позволяет с большой долей достоверности заявлять, что именно на основе богатейшего опыта русских металлургов за границей была создана самостоятельная газовая печь − газогенератор.

Рис. 2. Газогенератор «Васкер» для легковых
автомобилей
Рис. 2. Газогенератор «Васкер» для легковых автомобилей

Первый историко-технический обзор генераторного дела сделал выдающийся русский ученый Д. И. Менделеев. В нем он отмечал важность первых попыток использования доменного газа для создания производственных газогенераторов. Он писал: «История введения в практику воздушного или генераторного газа очень сложна и тесно связана с доменным производством чугуна, потому что при нем из верхнего отверстия горна, куда засыпается смесь угля и руды, выделяется горючий газ вместо воздуха, что вдувается снизу, который содержит преимущественно азот и окись углерода».

Систематические исследования для становления технологии транспортного газогенератора в историческом аспекте его конструктивного развития почти не велись. Даже работы таких российских исследователей, как О. П. Лидова («Краткий курс газового производства», 1911), М. А. Павлова («Металлургические заводы на территории СССР с XVIII ст. до 1917 г.», 1937) и других, не позволяют считать этот вопрос сколько-нибудь освещенным.

При рассмотрении истории генераторного дела следует учитывать то обстоятельство, что «техническая» история тесно связана с социальной историей конкретной страны. Интенсивное развитие газогенераторных технологий в середине прошлого века стало возможным по трем причинам:

  • во-первых, топливом для газогенераторных устройств служат местные возобновляемые энергоресурсы, сырьевой базой которых в достаточном количестве обладало большинство стран;
  • во-вторых, резкий рост транспортного парка в этих странах вызвал дефицит экспортного нефтяного топлива;
  • в-третьих, предвидя Вторую мировую войну, правительства большинства стран, не обладающих достаточным количеством собственных традиционных ископаемых энергоресурсов, приняли меры для обеспечения разнообразия источников энергии.

Историко-технический подход к рассмотрению хода развития газогенераторов (хотя он и основан на опыте прошлого) крайне важен, так как иногда промышленное развитие страны и размещение промышленных предприятий не поддаются рациональному объяснению. Они есть результат истории страны, и события, произошедшие много лет назад, неумолимо влияют на то, как ведутся дела в настоящем.

Изучение материалов развития газогенераторных технологий в целом показало, что периоды развития генераторного дела точно соответствуют периодам мировой истории: первый период − 1788−1914 годы; второй − 1914−1945 годы (Первая мировая война − Великая Отечественная война); третий − 1946−1980 годы (послевоенный).

Технология газогенераторных установок транспортного типа развивалась в точном соответствии объективным законам развития техники. Например, мировая автомобилизация в начале 1930-х годов резко увеличила потребление бензина, нехватка которого инициировала бурное развитие газогенераторных технологий.

Прародители газогенератора

 Рис. 3. Компоновка газогенераторной установки на автомобиле «Вандерер-W23» (1939 год)
Рис. 3. Компоновка газогенераторной установки
на автомобиле «Вандерер-W23» (1939 год)

Как известно, у первого автомобиля был паровой двигатель (рис. 1). Однако мир автомобиль завоевал только после того, как обрел мотор, работающий на бензине.

Транспортный газогенератор и автомобиль почти ровесники. Но история развития технологии стационарных газогенераторов началась значительно раньше. Поэтому, когда стали строить транспортные газогенераторы, традиции создания стационарной техники были полностью перенесены на новую установку, надолго определив характер ее развития. Способы охлаждения и очистки газа, теория процесса, методика теплового расчета, оптимальное соотношение основных размеров − все, что было достигнуто в результате опыта почти вековой эксплуатации, использовалось при конструировании нового типа установок.

Такая преемственность имела и хорошие, и плохие стороны. Специфические требования к транспортным газогенераторам − малые габариты, устойчивость процесса газификации, переменный режим и необходимость более тщательной очистки и охлаждения газа − вскоре заставили конструкторов выйти за рамки стационарной техники. По мере роста производства газогенераторных установок транспортного типа накапливался эксплуатационный и технологический материал, характеризующий их работу. Изучение процесса газификации позволило по-новому подойти к конструированию и расчету основных узлов газогенераторной установки. Сопоставление моделей газогенераторных установок середины прошлого века, свободно умещающихся под обычным задним капотом легкового автомобиля, без ухудшения его обтекаемости (рис. 2 и 3), и громоздких и тяжелых стационарных газогенераторных установок начала XX века иллюстрирует перспективность и возможности развития технологии.

Технологическая доступность изготовления газогенераторных установок в гаражных условиях позволила в середине ХХ века перевести более 80% мирового транспорта на твердое топливо. Однако в 50-х годах прошлого века вследствие сильного удешевления бензина использование газогенераторных транспортных средств было признано нерентабельным и их эксплуатация была прекращена. С тех пор более 50 лет газогенераторные установки транспортного типа в нашей стране не собирались, опыт их проектирования и эксплуатации в значительной степени был утрачен, а методология их расчета и конструирования существенно не менялась с середины прошлого века, поэтому, конечно, уже морально устарела, требует анализа и доработки с целью конструктивной оптимизации. Современные технические решения тех или иных инженерных задач зачастую основаны на совершенно иных подходах. Кроме того, часто какая-либо «старая» мысль, в свое время казавшаяся нежизнеспособной, благодаря достижениям научно-технического прогресса возрождается и становится причиной значительных успехов и технических переворотов. Вот почему так интересно изучать историю конструктивного развития газогенераторных установок транспортного типа с целью получения практической основы для их конструктивного совершенствования, развития и широкого внедрения в сельское и лесное хозяйство России.

Патентная литература в области конструирования газогенераторных установок транспортного типа чрезвычайно обширна. Но так как многие идеи остались лишь на бумаге, их описание, как нам кажется, интересно лишь экспертам. Поэтому не станем перегружать читателя информацией и постараемся сделать исторический обзор развития основных конструкторских идей кратким и емким.

Газогенераторы в Древнем Китае

Впервые использовать природный газ для своих нужд научились древние китайцы. Даже по самым осторожным оценкам историков, уже в IV веке до н. э. природный газ использовался в Китае для отопления и освещения.

В I веке до н. э. китайцы бурили скважины глубиной более ста метров для извлечения рассолов. Систематическое глубокое бурение непосредственно для добычи природного газа началось во II веке н. э. Древняя буровая установка провинции Сычуань, которая использовалась для добычи природного газа (рис. 4), уже имела многие основные элементы современных буровых установок: вышку, талевую систему, лебедку, кронблок, отводной ролик, бурильный инструмент (бамбуковые штанги) и пр. По бамбуковым трубам, которые прокладывали под дорогами или устанавливали на подпорках, солевой раствор и природный газ перегоняли на многие километры.

Летописец Чжан Цюй писал в своей «Летописи страны к югу от горы Хуа» (347 год): «В том месте, где река, текущая из Бупу, соединяется с рекой Хуоцзинь, есть огненные колодцы. По ночам зарево освещает все небо − местные жители, чтобы добыть огонь, зажигают от него головни из очагов. Через короткие промежутки времени раздается шум, похожий на раскаты грома и ослепительное пламя освещает местность на несколько десятков ли вокруг (ли − китайская единица измерения расстояния. 1 ли равен
500 м. − Примеч. авт.). Для „удержания света“ здесь пользуются трубами из бамбука − с их помощью газ переносят с одного места в другое, иногда на расстояние в один день пути от скважины. Это пламя не оставляет пепла и горит ярко».

Добыча и использование природного газа вызвали ряд проблем, которые с успехом решались в Древнем Китае. В книгах довольно подробно рассказывается о сложных приспособлениях для контроля его горения. Из «огненных колодцев» газ попадал в большую деревянную камеру, напоминающую конусообразную бочку, врытую в землю на глубину около трех метров. По подземной трубе в камеру подавался воздух. От этого большого «карбюратора» отводились трубы к коническим бочкам меньшего размера, установленным на поверхности. Через отверстия, которые можно было открывать и закрывать, в них попадал воздух. Постоянный контроль состава воздушно-топливной смеси обеспечивал регулировку всего «двигателя». При падении давления смеси возникала опасность выброса пламени и взрывов. Для их предотвращения приоткрывали отверстие главной камеры. Чрезмерное обогащение смеси также грозило возгоранием, поэтому избыточный газ отводился по трубам, «устремленным в небо». Факелы высотой до 50 см в некоторых городах провинции Сычуань служили для освещения. Пользовались газом и для отопления жилищ, но как именно −
неизвестно. Вряд ли в то время существовали настоящие газовые плиты, на которых готовилась пища. Скорее всего, для этой цели приспосабливали отопительное устройство.

Именно тогда в Китае были заложены научно-практические основы работы с газом как с топливом, которые впоследствии, спустя века, легли в основу и современных газогенераторных технологий.

Появление идеи газогенераторов

Возможность получения горючего газа из твердого или жидкого топлива была известна задолго до его промышленного использования. Искусственный газ в Европе начали получать еще в ХVIII веке. В 1726 году доктор Галес (Англия) провел опыт, во время которого при перегонке 158 г угля получил 2880 см3 газа. В 1730 году доктор Клайтон (Англия), раскаляя в закрытой реторте каменный уголь, тоже получил газ, который не сжижался и хорошо горел. Процесс разложения водяного пара раскаленным коксом и получение водяного газа разработал Феликс Фонтана (Германия) в 1870 году. Однако процесс получения водяного газа не был выяснен.

В 1783−1784 годах Лавуазье разложил водяной пар с целью получения водорода и указал на возможность технического применения этого процесса.

Создателем первого газогенератора принято считать французского инженера Филиппа Лебона. Однажды, в 1788 году, 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. Ученый понял, что случай помог ему сделать открытие чрезвычайной важности. Продолжая свои опыты, он создал в миниатюре первый газовый завод, на постройку которого в 1799 году получил разрешение властей. Энергично принявшись за дело, он разрабатывал проекты самого разного использования генераторного газа, в том числе и проект газового двигателя, на который получил патент в 1801 году. Этот двигатель должен был работать по схеме парового двигателя, в который вместо пара подавался газ, зажигаемый поочередно по разные стороны поршня. После смерти Лебона в 1804 году его работы были продолжены в Англии С. Брауном, В. Мурдохоми, а в Бельгии С. Минкедерсом.

Большое практическое значение имели работы Вильяма Мурдохоми, который занимался исследованием качества светильного газа, полученного из разных сортов каменного угля. Он разработал различные конструкции горелок, в которых сжигал получаемый газ. Кроме того, Мурдохоми исследовал влияние формы реторт и установил, что наилучшее их сечение овальное. Полученные им результаты освещения газом прядильных фабрик в Ланкашире привлекли внимание многих ученых, в частности механика Самуила Клега, который по заказу газоосветительного завода разработал много аппаратов и приборов, настолько совершенных, что значительную часть их применяли в газовом производстве вплоть до начала ХХ столетия. Клегу принадлежит идея применения извести для очистки газа. Он предложил особую систему приемников, в которых могла сгущаться смола, прибор для регулирования давления, ретортные печи со сводом (так называемые печи Клега) и изобрел газометр-счетчик. Именно Клег 13 декабря 1813 года впервые осветил газом Вестминстерский мост.

Следует отметить также работы инженера Бернардуса (Нидерланды), который получил водяной газ при пропускании водяного пара через кокс в газовых ретортах и использовал его в смеси со светильным газом для освещения.

В первое десятилетие XIX века количество патентов на газогенераторные установки и двигатели, выданных в Англии и Франции, было небольшим. Ни одна из изобретенных в то время установок не нашла применения, хотя в общих чертах все они были близки к последующим разработкам.

В России, напротив, первая газогенераторная установка, созданная талантливым русским инженером Петром Соболевским (в 1811 году он получил на нее патент), нашла практическое применение. «Термоламп», как называлась установка, применялся для выработки светильного газа и освещения заводских помещений.

Развитие газогенераторной техники было вызвано развитием черной металлургии. В 1809−1811 годах инженер Оберто (Франция) попробовал использовать доменный газ для выжигания извести. Этот опыт много раз пытались повторить, однако на возможность использования доменного газа в качестве топлива обратили внимание значительно позже.

В 1832−1837 годах Фабер дю Фор (Германия) применил доменный газ для отопления сварочных и пудлинговых печей. В 1840 году на смеси доменного и генераторного газа уже работала томильная печь. Генераторный газ Фабер дю Фор добывал в отдельной печи − «газогенераторе» − из дешевого и непригодного для других нужд каменного угля. «Газогенератор» был шахтным, как доменная печь, без колосниковой решетки. Работал он с выпуском жидкого шлака.

Работы инженеров Оберто и Фабер дю Фора относятся скорее к работам по утилизации отходов доменного процесса и могут рассматриваться лишь как рационализаторские мероприятия. Хотя ученые и были весьма близки к идее создания самостоятельной газогенераторной установки.

Первый газогенератор

Первый промышленный газогенератор, скорее всего, был построен в начале 1839 года в г. Лаухгаммере (Германия) инженером Бишофом. Бишоф писал, что пытался создать пламенную печь с полугазовой топкой и добиться экономии в расходовании кокса и угля. Для этой цели он хотел использовать необработанное топливо, в первую очередь торф, и обращать его непосредственно в газ для плавильного процесса. Усовершенствованный газогенератор Бишофа применялся им в местечке Магдешпрунге в 1844 году. Газогенератор Бишофа (рис. 5), по сути, представляет собой простой шахтный генератор.

В конце 30-х годов XIX века во Франции газогенераторы создали также инженеры Лоранс и Тома. А в 1840 году на заводе «С.-Стефан» в г. Аудикурте (Австрия) инженер Эбельман впервые построил газогенератор, работающий по принципу обращенного горения (рис. 6).

Этот принцип получил впоследствии широкое распространение в газогенераторных установках транспортного типа, так как чрезвычайно удачно разрешал проблему разложения паров воды и сжигания смолистых веществ, получающихся при газификации древесного топлива.

В 1830 году инженеру Доновану в Дублине (Ирландия) удалось использовать водяной газ, полученный при продувании водяного пара через слой раскаленного кокса в реторте. Чистый, без примесей, водяной газ был впервые применен для освещения г. Нарбонна (Франция) в 1856 году. Однако производство газа в ретортах с внешним обогревом было очень дорогим и невыгодным. Водяной газ в газогенераторе с переменным вдуванием воздуха и пара впервые получил инженер Киркгамами (Англия) в 1854 году.

Появление первого газогенератора промышленного типа и прочное внедрение его в заводскую практику стало возможным лишь после создания в 1856 году регенеративной печи Фридриха Сименса (Германия) (рис. 7). Фридрих Сименс вместе с братом Вильгельмом сумел дать своей идее настолько совершенное для того времени практическое оформление, что газогенератор, названный его именем, получил почти повсеместное распространение в течение последующих 40−50 лет. Газогенераторы Сименса были самодувные (то есть с естественной тягой), со ступенчатой колосниковой решеткой. Использование естественной тяги позволило отказаться от двигателей, которыми поддували газогенераторы и установка которых в то время была затруднительна. Пар в газогенератор вводили так: заливали воду в поддувало. Успех газогенератора Сименса сделал его необходимым элементом стеклоплавильных, пудлинговых, сталеплавильных (сименс-мартеновских), сварочных и нагревательных печей, работающих по регенеративному принципу. Только спустя время, после изобретения сначала паровых инжекторов, а потом и центробежных вентиляторов с приводом от двигателя внутреннего сгорания или паровой турбины, самодувные газогенераторы уступили место газогенераторам с поддувом.

Предложенное в 1882 году инженером Сименсом подогретое дутье с использованием физического тепла газа позднее было реализовано в установках инженера Монда и газогенераторах с жидким шлаком.

В 1849 году инженер Петенкрофер (Германия) сконструировал газогенератор, на котором впервые в Европе из древесины получил газ, пригодный для освещения улиц. В 1851 году он осветил этим газом вокзал и улицы Мюнхена.

Стоит отметить также такое важное конструктивное усовершенствование газогенератора, как косая реторта Гребе-Лермана (1877 год) (рис. 8). Газогенераторы инженеров Незе (1878 год) и Ольшевского (1880 год) использовали принцип обратного горения и позволяли полностью разложить дистилляционные составляющие генераторного газа. Но, так как для печного отопления разложение указанных составляющих газа не является абсолютно необходимым, а разложение смол желательно, лишь поскольку нужно предохранить от тяжелых загрязнений газопроводы, вентили и т. п., эти конструкции применялись редко. Только после введения газомоторов Лангена и Отто (1867 год) и усовершенствований инженерами Твайдом (1880 год) и Сетзерлендом (1883 год) газогенераторы стали иметь большое значение при использовании газа в силовых целях.

Бурное же развитие силовых газогенераторных установок началось после того, как газогенераторный двигатель немецкой фирмы «Отто Дейц» в 1867 году был награжден золотой медалью на Всемирной выставке в Париже. В результате фирма получила много заказов. Причем заказчики хотели применять этот двигатель и в других отраслях промышленности, требуя от фирмы выпуска дешевого и негромоздкого газогенератора. Особенно остро вопрос усовершенствования газогенераторных установок был поставлен после международной выставки, прошедшей в Париже в 1878 году, где фирмой «Отто Дейц» был представлен первый четырехтактный газогенераторный двигатель, имевший огромный мировой успех. После этого развитие двигателей и газогенераторов шло параллельно по пути увеличения мощности. Резкий рост производства газогенераторных двигателей инициировал всестороннее усовершенствование газогенераторных установок, стоимость которых с повышением мощности стала превышать стоимость самого двигателя. Распространению газогенераторных двигателей в значительной мере мешала необходимость приобретения громоздкой газогенераторной установки. Поэтому с появлением двигателей внутреннего сгорания сформировалась тенденция к созданию удобных, простых и легких газогенераторов. Дальнейшее развитие двигателей внутреннего сгорания благодаря инженерам Лебону и Ленуару, создавшему в 1860 году первую годную практически машину, до разработок инженера Дизеля шло параллельно с развитием стационарных газогенераторов. Газовые двигатели нуждались в чистом газе. Воздушный газ не соответствовал этим требованиям, поэтому пришлось искать другие решения. Наиболее успешной оказалась работа инженера Даусона (Англия, 1879−1881 годы), который, основываясь на исследованиях Эбельмана, впервые применил так называемый силовой газ − воздушный газ, смешанный с водяным. Для получения такого газа Даусон сконструировал очень практичную и экономичную установку, представлявшую собой совершенную на то время концепцию сочетания газогенератора и двигателя внутреннего сгорания в одном устройстве (рис. 9). Значение этой работы было столь велико, что одно время силовой генераторный газ назывался «газом Даусона».

Воспользовавшись опытами Даусона, в 1889 году заводы «Крослей» и «Отто Дейц» взялись за конструктивную разработку устройства, которое должно было сочетать газогенератор и двигатель. Эти фирмы стали пионерами применения газомоторов.

Существенное нововведение сделал инженер Бенье, который в 1892 году присоединил к мотору насос, всасывающий газ. Таким образом, воздух стал подаваться под дополнительным давлением (рис. 10). Так был введен в практику способ получения газа с всасыванием, который оказался особенно подходящим для маломощных установок, так как в результате все устройство упрощалось, делалось дешевле, а процесс становился саморегулирующимся.

Силовые газогенераторы

С момента появления силовых газогенераторов их разработка велась в двух направлениях − газификации твердого и жидкого топлива. Однако в 1883 году ситуация изменилась. Готлиб Даймлер (Германия) опубликовал патент на простейший газогенератор жидкого топлива под названием «Калильная трубка для зажигания горючей смеси в моторе». В 1885 году Даймлер получил патент на изобретение мотора для экипажа, которым позже была оборудована первая одноместная моторная повозка. Калильная трубка была усовершенствована до прибора, названного карбюратором, который, как известно, получил широчайшее распространение и, по сути, является газогенератором жидкого топлива.

В последующие 15 лет разработка газогенераторов транспортного типа была почти полностью прекращена. Объяснялось это, с одной стороны, удобством новых жидкостно-топливных двигателей, а с другой − успехом нового двигателя Дизеля, который был представлен в 1892 году на выставке в Париже. Подавляющее большинство исследований после этого было направлено на разработку технологии непосредственного использования в двигателе внутреннего сгорания (ДВС) твердого топлива в высокодисперсном состоянии. Путем тщательного измельчения удавалось превратить топливо (уголь) в столь тонкую пыль, что скорость ее сгорания была весьма высокой, а стоимость получения приемлемой. Неразрешимой проблемой, вставшей на пути этого направления развития двигателей Дизеля, явилось удаление золы из цилиндра двигателя. Наличие золы в цилиндре ведет к быстрому износу наиболее ответственных деталей, после чего работа двигателя становится невозможной. В результате это направление позже было признано тупиковым, а применение твердого топлива для ДВС возможным лишь при условии его предварительной газификации.

В прошлом столетии уже было получено синтетическое твердое топливо, не образующее золу при сгорании, но все его виды были намного дороже горючего нефтяного происхождения и не нашли широкого применения. Интересно, что в наши дни проблема сжижения твердого топлива снова стала актуальной и активно изучается.

«Шлифовка» конструкции газогенераторов

С развитием газогенераторной техники совершенствовались также отдельные детали и узлы конструкции газогенератора. Наибольшее значение имели работы по улучшению системы удаления золы. До этого для удаления золы применялись в основном плоские и слабонаклонные решетки. Сименс впервые предложил сильно наклоненную ступенчатую решетку, которая предшествовала изобретению ступенчатых решеток Одельстьена. Примерно в 1880 году в качестве новой формы подвода дутья появился центральный дутьевой колпак, что вскоре привело к созданию газогенераторов с вращающимся дутьевым колпаком и зольной тарелкой. Изобретателями этой конструкции считаются Брук (1884 год) и Тейлор (1889 год). Их конструкция газогенератора дала толчок развитию газогенераторных установок. Из многочисленных предложений устройств для удаления золы следует упомянуть шнеки Зикеля (1877 год) и Геринга (1879 год), вращающийся поддон Гопкрафта (1889 год), сдвоенный вращающийся поддон Кетхума (1893 год) и оригинальную конструкцию Китсона (1893 год). Геринг, к слову, также предложил использовать шнек для подачи топлива в газогенератор. Р. Аккельман (Швеция) провел интересное исследование газификации торфа и дров на газогенераторах с плоской решеткой. Но особо стоит отметить газогенератор Мюллера (1895 год), который можно считать предшественником газогенератора с вращающейся решеткой.

Важным этапом в развитии конструкции газогенератора был переход на цилиндрическую шахту с конусным затвором шуровочной коробки, водяным поддоном и центральным принудительным подводом дутья. Роль колосниковой решетки в этом случае играют куски частично оплавленной золы топлива, заполняющие нижнюю часть шахты. Представителем установок этого типа является газогенератор системы Моргана (1896 год) (рис. 11). Разработка этого газогенератора стала большим шагом вперед, а основные особенности его конструкции, такие как водяной затвор, цилиндрическая шахта, центральный подвод дутья, принудительная подача воздуха, сохранились во всех последующих типах более совершенных газогенераторов того времени.

В газогенераторах системы Сименса и Моргана совершенно отсутствовала механизация, ставшая впоследствии основой автоматизации газогенераторного процесса. В развитии этого направления особо следует отметить работу-Де Лаваля (Франция, 1896 год), предложившего конструкцию вращающейся решетки. Это изобретение стало отправной точкой в разработке первой удачной конструкции, решающей вопросы механического измельчения и удаления золы (шлака). В 1905 году инженер Керпелли блестяще решил эту проблему, разработав газогенератор с вращающимся водяным поддоном и эксцентрично расположенной полигональной колосниковой решеткой (рис. 12).

Керпелли первым также предложил изготавливать нижнюю часть шахты газогенератора в виде цилиндрического кессона, охлаждаемого водой. Это позволяло устранить износ огнеупорной кладки и образование на ней шлаковых настылей, а также бесплатно получать пар для нужд газогенератора. Такой полумеханизированный газогенератор произвел переворот в области газогенераторостроения. В разных конструктивных модификациях он продержался до 20-х годов прошлого столетия, когда на смену ему были предложены полностью механизированные газогенераторы. Последним важным открытием в этой области, сделанным в начале ХХ века, стало изобретение охлаждения шахтной стенки, которая предотвращала присадку шлаков. При газификации большинства многозольных видов топлива охлаждение стенок не только обеспечивает получение газа более высокого качества за счет предотвращения зашлаковывания, но и позволяет достигать более полного выгорания золы с меньшей потерей в ней топлива. Первое предложение этого рода сделано инженером Кнаудом (1881 год), а затем инженерами Штапфом (1905 год) и Турком (1906 год). Следует также отметить работы Сепюлькрома и П. Вюртома (газогенератор с плавлением золы), Бамага и Колера (веерная зольная решетка), Шаввана, Рамбуша и Лаймана (вращающиеся решетки), Юза и Чемпмана (шуровочные устройства), а также теоретические работы К. Бунте, Ф. Тренклера.

В 1912 году профессор Штрахе (Австрия) создал первый газогенератор двойного действия, который решал проблему получения водяного газа с использованием продуктов сухой перегонки топлива. Кроме того, Штрахе провел много исследований в области получения водяного и двойного газа.

Механизация процесса газогенерации

Далее развитие конструкций газогенераторов шло в направлении их полной механизации при одновременном повышении производительности. Это достигалось за счет увеличения их размера, повышения интенсивности их работы, но в то же время было возможно только при наличии качественного, хорошо сортированного и тщательно подготовленного топлива.

Параллельно с работами по усовершенствованию конструкций газогенераторов и повышению их КПД активно велись исследования получения необходимых продуктов: бессмольного газа, газа повышенного качества, смол, аммиака, уксусной кислоты и т. п.

С начала ХХ века начался переход от механизации отдельных узлов газогенераторных установок к общей механизации и автоматизации газогенераторных механизмов. К таким установкам можно отнести газогенераторы конструкции Керпелли, Моргана, Вельмана, Гильгера, фирм AVG и «Демаг».

Газогенераторостроение эволюционировало до разделения на две самостоятельные отрасли − промышленные стационарные газогенераторы и газогенераторные установки транспортного типа. В дальнейшем эти отрасли развивались отдельно. Каждая из них имеет интересную историю, достойную дополнительного изучения и освещения.

Александр САМЫЛИН,
Михаил ЯШИН

История развития транспортных газогенераторов. Часть 2