История развития транспортных газогенераторов. Часть 4
Три стадии признания научной истины: первая - «это абсурд!»,
вторая - «в этом что-то есть...», третья - «это же общеизвестно».
Эрнест Резерфорд
Предлагаем вашему вниманию очередную публикацию из серии статей, рассказывающих о лучших конструкциях газогенераторных установок транспортного типа.
Смотрите рисунки к статье в PDF-версии журнала.
Рис. 1. Автомобильное топливо ближайшего будущего?
Технологии транспортных газогенераторов Швейцарии
Швейцария, в которой в 1938 году насчитывалось 500 газогенераторных автомобилей, к 1943 году довела их парк до 15 тыс. единиц. Из швейцарских разработок наибольший интерес представляет конструкция газогенераторной установки фирмы Avto-Arm с автомобильным газогенератором прямого процесса газификации, который работал на коксе с паровоздушным дутьем. Еще интересен автомобильный газогенератор Dufour для древесного топлива и газогенератор Brandt, который выпускала фирма Sageb.
Технологии транспортных газогенераторов США
Рис. 2. Газогенераторный автомобиль середины прошлого века, США
В США в 1943 году было только шесть газогенераторных экспериментальных автомобилей (рис. 2), зато тысяча транспортных газогенераторов была построена в Мичигане для экспорта в Китай. Из американских разработок того времени следует отметить газогенераторную установку Smitt (не получившую, однако, широкого применения ввиду громоздкости) и газогенератор Gelford прямого процесса газификации с центральной газоотборной трубой.
Газогенераторная установка Smitt отличается расположением очистителя в кольцевой полости вокруг топливника (рис. 3). Схема действия газогенератора Smitt такова: воздух подается через отверстия k и, подогреваясь при прохождении через кольцевую полость j вокруг топливника а, поступает в активную зону шахты.
Газ, отбираемый через патрубок l, выходит из топливника через щели р закрытого двойного конуса с, d и, попадая в коническое кольцевое пространство, замыкаемое открытым двойным конусом d 1, е, подвергается грубой очистке.
Выходя из открытого двойного конуса, газ проходит через зольник в кольцевые камеры о. Камеры расположены с некоторым радиальным зазором вокруг топливника и заполнены фильтрующей набивкой, размещенной на горизонтальных решетках. Рубашка зольника u может быть использована для получения пара, подаваемого трубками v и w в полость j подвода воздуха.
В конструкции газогенератора Gelford (рис. 4) центральная газоотборная труба 9 снабжена паровой рубашкой 12, соединенной патрубком 16 с парообразователем 11 очистителя. Воздух и пар, поступающие под колосниковую решетку 2, подогреваются в кольцевой камере 5 вокруг топливника 1 газогенератора. В эту камеру воздух и пар входят по тангенциальному каналу, в который вставлены две концентрично расположенные трубки: внутренняя 8 - для пара - и внешняя 7 - для воздуха (на схеме не видны).
В 1938 году общее количество газогенераторных автомобилей в мире составляло не более 10 тыс. единиц, но уже к 1942 году их количество выросло до 600 тыс. единиц, а к 1946 году превысило 1 млн.
К этому времени технология газификации твердого топлива достигла высокого уровня развития. Однако большинство транспортных средств представляли собой временно переоборудованные жидкотопливные модели. Таким образом, рост числа газогенераторных автомобилей в промышленно развитых странах в годы Второй мировой войны определялся в основном временными факторами, вызванными трудностями военной обстановки.
Однако перевод двигателей внутреннего сгорания (ДВС) на местные виды топлива нельзя рассматривать как мероприятие временное, вызванное только войной. Военные действия только дали мощный толчок развитию газосиловых установок и отчетливо показали их значение для народного хозяйства.
Транспортные газогенераторы послевоенной Европы
В целом для Европы генераторный газ в 1946 году стал «гражданским топливом». К марту 1944 года там больше 80% всего количества грузовых авто и других транспортных средств и 26% легковых автомобилей были переведены на генераторный газ. В итоге в каждом из больших европейских государств имелось не менее 10 тыс. газогенераторных транспортных средств.
Кроме того, очень эффективным оказалось использование генераторного газа на стационарных газогенераторных установках, которые обеспечивали теплом и энергией большинство промышленных и гражданских объектов.
Развитие технологии автомобильных газогенераторов прекратилось с 1946 года. Основной причиной спада интереса к ним стало появление после окончания Второй мировой войны большого количества недорогого бензина.
Дальнейшее развитие транспортные газогенераторы получили во Франции, Германии и Швеции. Эти страны не имели своих запасов нефти и после Второй мировой войны испытывали острую нехватку автомобильного топлива. Большое значение в послевоенные годы специалисты французской и шведской автомобильной промышленности уделяли использованию газового топлива. Наиболее практичным инженерам представлялось использование машин не с запасом сжатого или сжиженного газа на борту, а с газогенераторной установкой для газификации органического сырья - древесины, угля, торфа. Для организации сети газонаполнительных станций были необходимы значительные капиталовложения, а производство высокопрочных баллонов для сжатого газа требовало применения легированных сталей, которые в то время были в дефиците. Отсутствие необходимой производственной базы сделало эти причины решающими и поставило в центр внимания создание мобильных транспортных газогенераторов.
Начиная с 1949 года, после того как дешевые нефтепроизводные виды топлива стали общедоступными, развитие технологии транспортных газогенераторов окончательно пришло в упадок. Проекты и исследования были прекращены, а производственные команды расформированы или перепрофилированы. Большая часть накопленного опыта и результаты последних экспериментов были либо утеряны, либо забыты, и до нас дошла только малая часть былых наработок.
К 1950 году парк газогенераторных транспортных средств в промышленно развитых странах (исключая СССР) сократился до 300 шт.
Второе рождение транспортных газогенераторов
Когда в 1973 и 2005 годах произошло резкое повышение цен на нефтепродукты и возникла угроза дальнейшего сокращения их поставок, со стороны правительств некоторых стран, крупных и малых компаний, инженеров и ученых возродился интерес к газогенераторным технологиям. Во многих развитых странах такие исследования проводились и проводятся энтузиастами или инженерами небольших предприятий, работающих в области альтернативной энергетики. В отличие от рассмотренных ранее в нашей публикации, большое количество заявленных в этой области современных патентов не прошло серьезную практическую проверку. И по этой причине мы их рассматривать не будем, отметим лишь те, которые, на наш взгляд, наиболее интересны.
Прежде всего стоит обратить внимание на газогенераторную установку конструкции K. Gustov (рис. 5), тонкий очиститель газогенератора конструкции Ergard (рис. 6) и топливник газогенератора конструкции Gernhard (рис. 7), наклонные сопла которого впоследствии получили широкое применение.
Газогенераторная установка конструкции К. Gustov (рис. 5) предназначена для работы на растительных и древесных отходах биомассы по принципу обращенного процесса газификации. Для пуска установки необходимо наличие древесного угля. Кроме того, установка работает на топливе в виде брикетов или чипсов размером не более 100 х 75 мм. Эта установка отличается высокой надежностью и автоматизацией рабочих процессов. Наибольший интерес представляет для лесного и сельского хозяйства.
Тонкий очиститель газогенератора конструкции Ergard (рис. 6) с глубоким барботажем предназначен для очистки генераторного газа. Отличается высокой степенью очистки газа и высокой надежностью работы, что достигается благодаря комбинированию центробежной фильтрации газа, проходящего по ребристой поверхности направляющего конуса, глубокого барботажа газа посредством его пропускания через воду и очистки от твердых примесей с помощью центрифугирования в циклоне.
В Швеции, ЮАР, Китае и на Филиппинах развитие газогенераторных технологий не прекращалось и до сих пор поддерживается на государственном уровне. Исследования в этих странах финансируются из госбюджета. Власти стимулируют коммерческое использование этих технологий в сельском, лесном и коммунальном хозяйстве.
Транспортные газогенераторы Швеции, 1970-1980-е годы
Рис. 8. Прицепная газогенераторная установка Volvo (модель F-300),
1980 год
Рис. 9. Газогенераторный трактор Volvo (газогенератор модели F-500),
1979 год
В сотрудничестве со шведскими автопроизводителями Volvo и SAABScania в шведском Национальном институте сельского хозяйства были разработаны модели газогенераторных установок для легковых (рис. 8) и грузовых автомобилей, а также тракторов (рис. 9). Технология изготовления и необходимое оборудование подготовлено так, что в случае перебоев с поставками нефтепроизводного топлива Швеция в течение шести месяцев сможет наладить производство до 10 тыс. газогенераторов в месяц. Поставку топлива (древесную щепу) в первое время обеспечит шведская целлюлознобумажная промышленность.
Транспортные газогенераторы ЮАР, 1970-1980-е годы
Опыт ЮжноАфриканской Республики в области газогенераторов особенно интересен. Эмбарго, наложенное ООН на ЮАР в 1975 году, привело к тому, что при отсутствии собственных запасов газа и нефти потребление нефтепроизводных видов топлива в стране было сокращено до минимума. Все отрасли промышленности, где это было возможно, перевели на генераторный газ, получаемый из каменного и бурого угля, так как ЮАР располагает довольно большими запасами угля.
В наше время генераторный газ в ЮАР по-прежнему широко используется не только как автомобильное топливо, но и для выплавки чугуна и стали, на электростанциях и теплоцентралях.
В условиях устойчивого удорожания ископаемых видов топлива южноафриканское правительство возлагает большие надежды на использование отходов биомассы для силовых целей (получения энергии для выполнения работы) путем их газификации в газогенераторных установках малой мощности для ДВС. С этой целью в ЮАР был создан государственный комитет, объединяющий производителей газогенераторных установок, исследователей, финансистов. Только в 1985 году там было газифицировано более миллиона тонн растительных и древесных остатков. Кроме того, активную государственную поддержку получило развитие стационарных газогенераторных установок с целью получения электроэнергии, тепловой энергии и подачи воды.
Работы по созданию и внедрению газогенераторных технологий курирует Южноафриканский совет по научному и индустриальному исследованию (CSIR). Только в конце прошлого века в рамках программ, реализуемых CSIR, на территории ЮАР было введено в действие более 100 газогенераторных станций мощностью 0,5-1 МВт, а также налажено серийное производство четырех типов газогенераторных установок транспортного типа мощностью от 30 до 150 кВт.
Транспортные газогенераторы Филиппин, 1980-е годы
В 1980 году правительством Филиппин было принято решение о государственной поддержке исследований, направленных на создание новых и совершенствование существующих транспортных газогенераторных установок. В результате 25 бензиновых и три дизельных автомобиля были переведены на твердое топливо. Уже в 1981 году газогенераторные автомобили и автобусы обслуживали сельские районы на островах Лусон, Висаяс и Минданао, снабжая население товарами и выполняя пассажирские перевозки. Тогда же был проведен автопробег газогенераторных автомобилей на 2,5 тыс. км с целью демонстрации надежности и целесообразности использования газогенераторных установок на транспорте. Проведенные испытания подтвердили практичность использования на автомобилях газогенераторных установок вместо двигателей, работающих на жидком топливе.
Транспортные газогенераторы Китая, ХХI век
Энергетическая политика Китая сформулирована лаконично и четко: поиск любых источников энергии в стране и за рубежом. С этой целью правительство Китая широко поддерживает научные изыскания в направлении нетрадиционных источников энергии, среди которых большое значение имеет биомасса. Газификация биомассы получила широкое распространение в сельском хозяйстве Китая, особенно там, где имеется значительное количество растительных остатков. Более всего распространены стационарные газогенераторные установки мощностью до 1 МВт. Газогенераторные установки транспортного типа в Китае коммерческого успеха не имели. Однако, принимая во внимание политику властей Китая в отношении альтернативных энергоресурсов, можно ожидать значительного прогресса в развитии и распространении этой технологии, особенно в сельском хозяйстве страны.
Транспортные газогенераторы США, ХХI век
Рис. 10. Современная кустарная компоновка газогенераторной
установки на автомобиль Ford F250
Сегодня в Соединенных Штатах Америки вновь растет интерес к технологиям автомобильных газогенераторов, правда, пока это больше интерес научный, а не коммерческий. Он проявляется, главным образом, в росте числа новых университетских и научноисследовательских программ в заявленной отрасли. Энтузиасты-исследователи популяризируют эту технологию на примере самодельных конструкций, установленных на разных транспортных средствах (рис. 10).
Большее распространение в США получили стационарные газогенераторные установки, которые применяют для отопления складских помещений и хранилищ, а также в некоторых случаях и для нужд промышленности.
В заключение
Благодаря протекционистской политике в отношении технологий получения энергии из биомассы в странах Европейского союза, Индии, Бразилии и Аргентине альтернативная энергетика стала конкурентоспособной и коммерчески привлекательной. Это, в свою очередь, инициировало широкое коммерческое распространение и производство частными компаниями газогенераторных установок транспортного типа мощностью до 100 кВт. В основном такие установки нашли применение в сельском, лесном и коммунальном хозяйстве упомянутых стран.
В развивающихся странах можно выделить три основные причины, препятствующие распространению и широкому использованию газогенераторных установок:
1) политические;
2) отсутствие научнотехнического задела и недостаток коммерчески доступного оборудования;
3) отсутствие инвестиций и разветвленного рынка поставки потребителям биотоплива (раздаточных станций древесного угля и т. п.).
Александр САМЫЛИН, Михаил ЯШИН
