Для выработки электроэнергии и тепла можно использовать не только природный газ, но и горючий газ, получаемый из органического топлива, например, дров. Создание газогенератора своими руками — это экономичная альтернатива покупке готового агрегата. В процессе работы устройства образуется смесь горючих газов (CO, CH4, H2 и др.), пригодная для различных нужд.
Как устроен и работает дровяной газогенератор
Горючий газ образуется при тлении дров в условиях ограниченного доступа кислорода. В отличие от обычного горения, этот процесс, называемый пиролизом, приводит к выделению древесного газа. Помимо горючих компонентов (окись углерода, водород, метан), в смеси присутствуют балластные вещества (CO2, O2, N2, водяной пар), которые необходимо удалить в процессе очистки.
Конструкция типичного газогенератора включает несколько ключевых элементов:
- Корпус и камера загрузки: Стальной, обычно цилиндрический корпус, внутри которого размещена камера для топлива с герметичным загрузочным люком.
- Камера сгорания и зона восстановления: Расположена в нижней части. Внутренняя часть часто выполнена из керамики, а в горловине происходит крекинг смол. Подача воздуха организована через фурмы, соединенные с воздухораспределительной коробкой. Обратный клапан предотвращает утечку газа.
- Колосниковая решетка и зольник: Решетка удерживает раскаленные угли, а зола через нее попадает в зольник. Для удобства очистки центральная часть решетки часто делается подвижной.
- Система очистки и охлаждения газа: После выхода из корпуса газ последовательно проходит через циклонный фильтр (грубая очистка), охладитель и фильтр тонкой очистки. Затем он смешивается с воздухом в смесителе и направляется к потребителю.
Горячий газ на выходе можно использовать для подогрева воды или сушки дров в загрузочной камере, повышая общую эффективность системы.
Процесс генерации газа происходит в несколько этапов, соответствующих разным температурным зонам внутри аппарата:
- Сушка (150–200°C): В верхней части загрузочной камеры дрова подсушиваются за счет тепла отводимого газа.
- Пиролиз (300–500°C): В средней зоне, без доступа воздуха, происходит сухая перегонка топлива с выделением смол и кислот.
- Горение (1100–1300°C): В нижней зоне обугленное топливо и выделившиеся вещества сгорают при подаче воздуха, образуя CO и CO2.
- Восстановление: Двуокись углерода (CO2), поднимаясь через слой раскаленного угля, восстанавливается до горючей окиси углерода (CO). Также образуется водород (H2).
После этого газовая смесь охлаждается, очищается от примесей и смешивается с воздухом для последующего использования.
Основные типы газогенераторов
В зависимости от направления потоков воздуха и газа различают три основных типа устройств:
- Прямого процесса: Воздух подается снизу через колосник, газ отбирается сверху. Оптимален для угля (полукокс, антрацит). Мощность можно повысить, обогащая газ водородом из водяного пара.
- Обратного процесса: Воздух подается в среднюю часть (зону горения), а газ отбирается снизу. Такая схема хорошо подходит для топлива с высоким содержанием смол (дрова, отходы деревообработки), так как позволяет использовать тепло газа для подсушки дров.
- Горизонтального процесса: Воздух нагнетается сбоку в нижней части. Активная зона компактна, что обеспечивает быстрый разогрев и хорошую реакцию на изменение режимов работы.
Пиролизные котлы: следующая ступень эволюции
Пиролизный котел — это усовершенствованный газогенератор с двумя камерами сгорания. В первой происходит пиролиз топлива и генерация газа, а во второй — дожиг этого газа с передачей тепла теплоносителю. Это делает их более экономичными и экологичными.
Принцип работы:
- Розжиг дров при подаче первичного воздуха.
- Переход в режим газогенерации: доступ кислорода ограничивается, начинается тление и выделение пиролизного газа.
- Пиролизный газ поступает в камеру дожигания.
- Подача подогретого вторичного воздуха, который воспламеняет газ.
- Полное сгорание газовоздушной смеси с высоким выделением тепла.
Такая конструкция обеспечивает почти полное сгорание топлива, минимальные выбросы и высокий КПД (до 95%).
Особенности подключения и использования газогенератора
Использование газогенератора на транспорте (например, на автомобиле) имеет ряд нюансов. Специалисты не рекомендуют полностью отказываться от бензиновой системы. Запуск двигателя лучше осуществлять на бензине, а затем переходить на генераторный газ, используя специальный смеситель.
Важные ограничения при эксплуатации:
- Использование сухих дров размером до 6 см (влажное топливо снижает выход газа).
- Потеря мощности двигателя на 50% по сравнению с бензиновым режимом.
- Необходимость предварительного розжига (около 20 минут) перед началом движения.
- Ускоренный износ двигателя из-за особенностей состава самодельного топлива.
Плюсы и минусы газогенераторных установок
Преимущества:
- Универсальность: Полученный газ можно использовать для приготовления пищи, отопления (через пиролизный котел) и как топливо для ДВС (электрогенераторы, насосы, транспорт).
- Автономность и эффективность: Установка не зависит от магистральных сетей. КПД достигает 80-95%, что значительно выше, чем у обычных твердотопливных котлов (~60%).
- Длительное горение: Одна закладка дров может гореть 8-25 часов, угля — до 8 суток.
- Экономия и экологичность: Полное сгорание топлива, регулируемая мощность (30-100%), низкий уровень вредных выбросов.
- Нетребовательность к топливу: Могут использоваться длинные поленья (до 1 м), некоторые модели работают на влажной древесине, опилках и даже некоторых полимерных отходах.
- Безопасность: По сравнению с традиционными твердотопливными котлами, газогенераторы считаются более безопасными.
Недостатки:
- Высокая стоимость: Газогенераторы примерно в 2 раза дороже обычных твердотопливных котлов.
- Зависимость от электричества: Модели с дутьевым вентилятором требуют подключения к сети.
- Требовательность к режиму работы: Работа на малой мощности может привести к нестабильному горению и образованию дегтя.
- Образование конденсата: Возможно при низкой температуре обратки в системе отопления (ниже 60°C).
- Сложность изготовления: Даже самодельная установка требует значительных затрат на материалы и точность исполнения.
Практическое руководство: сборка газогенератора своими руками
Для самостоятельного изготовления газогенератора, например, для мотоцикла, потребуется набор материалов: металлическая бочка (100 л), толстостенная труба, фильтры, охладитель (можно из автомобильного радиатора), огнетушитель (для циклона), бидон, ресивер и различные крепежные элементы.
Основные этапы сборки:
- Изготовление корпуса газогенератора из бочки и внутренней камеры из трубы и бидона.
- Создание системы очистки: циклон из огнетушителя, приваренного к бочке, и фильтра тонкой очистки из ведер, заполненных минеральной ватой и керамзитом.
- Монтаж охладителя (радиатора) с патрубком для слива конденсата.
- Установка вентилятора для розжига (например, от автомобильной печки) и монтаж системы управления (шаровые краны, смеситель перед карбюратором).
- Обеспечение герметичности всех соединений — это критически важно для правильной работы установки.
Рекомендации по установке и эксплуатации
Газогенераторы можно устанавливать как внутри дома (чаще это касается пиролизных котлов), так и снаружи в специальном утепленном помещении или под навесом. Уличное размещение предпочтительнее для моделей, работающих на длинных поленьях или угле, так как упрощает загрузку и очистку, а также повышает пожарную безопасность.
Ключевые моменты:
- Теплоизоляция: При уличном монтаже необходима качественная теплоизоляция корпуса для стабильной работы в любую погоду.
- Защита: Блок управления должен быть защищен от осадков.
- Прокладка газопровода: Трубы, отводящие газ к потребителю, рекомендуется прокладывать под землей для минимизации теплопотерь.
- Дымоход: Для уменьшения сажеобразования элементы дымохода следует соединять «по конденсату» (против движения дыма).
- Пожарная безопасность: Вокруг работающего газогенератора должно быть свободное пространство, так как корпус сильно нагревается.