Иногда зольниковый люк располагают в днище газогенератора. Преимуществом такого размещения люка является возможность быстрой и полной разгрузки газогенератора как в холодном, так и в горячем состоянии. Однако большой диаметр люка и плохая доступность к нему для осмотра уплотнения способствуют возникновению подсосов воздуха.

Осмотр фурмы и решетки при чистке газогенератора в горячем состоянии также затруднен.

На фиг. 46 представлены три варианта бокового размещения зольникового люка. На фиг. 46, а показан зольниковый люк, расположенный за газоотборной решеткой. Удлиненная обечайка люка образует газоотборную камеру, в которой оседают крупные частицы пыли. Доступность к газоотборной решетке в этом случае наилучшая. Решетку вынимают и осматривают при каждой чистке газогенератора. Однако сам процесс чистки газогенератора затруднен.

Наиболее существенным недостатком этой конструкции является перегрев люка. На фиг. 32 показана кривая нагрева стенок газогенератора на высоте газоотборного патрубка; из кривой видно, что люк при работе газогенератора будет нагреваться до температуры 500—560°. При таком нагреве разрушается прокладка люка. Наличие подсоса воздуха через люк будет повышать его температуру в этом месте за счет сгорания части газа. Люк при этом будет деформироваться, вследствие чего создать надежное уплотнение будет невозможно.

Более выгодно располагать люк под фурмой (фиг. 46,б), где температура не превышает 200—250°. Недостатком данной схемы является необходимость поднимать фурму выше и ставить ее наклонно. Это усложняет конструкцию газогенератора и снижает дальность хода автомобиля за счет увеличения объема невыжигаемого топлива.

Наиболее рациональным является размещение зольникового люка на боковой стенке газогенератора между фурмой и газоотборной решеткой (фиг. 46, в). В этом случае нагрев люка не будет превышать 300—350°, подход к люку будет свободен и чистка газогенератора потребует немного времени, фурма и газоотборная решетка оказываются достаточно доступными для осмотра.

Круглый люк небольшого диаметра (130 мм) имеет преимущество по сравнению с прямоугольным или круглым люками большего диаметра. Его применение позволяет создать лучшую герметичность, что более важно, чем незначительное сокращение времени очистки газогенератора при люке большего размера.

Надежная герметичность люка должна быть обеспечена достаточной упругостью прокладки и равномерным ее прилеганием по всей поверхности стыка, а также жесткостью крышки и обечайки люка. В современных конструкциях газогенераторов получили распространение резьбовые зольниковые люки с литыми чугунными крышками (фиг. 47).

В газогенераторах прямого и поперечного процесса газификации загрузочный люк должен быть не менее герметичен, чем зольниковый люк, так как подсосы воздуха в этих газогенераторах одинаково опасны как внизу, так и наверху. Загрузочный люк не подвергается воздействию высоких температур (за исключением случая полного выжига топлива в бункере), но зато чаще открывается. Кроме того, диаметр загрузочного люка больше, чем зольникового, и поэтому создать у него надежное уплотнение труднее. Прокладка загрузочного люка должна быть изготовлена из асбестового шнура в оплетке.

Газогенераторы обращенного процесса газификации

Для работы на битуминозных топливах (древесная чурка, торф, бурый уголь), при газификации которых образуются смолы, применяются только газогенераторы обращенного процесса.

В таком газогенераторе водяной пар и продукты сухой перегонки (швельгаз) смешиваются с основным генераторным газом только пройдя активный слой топлива в камере газификации. При этом смолистые вещества частично сгорают, частично подвергаются крекинг-процессу, а влага топлива, контактируя с раскаленным до высокой температуры углем (или коксом) в восстановительной зоне, образует водяной газ (СО и Н₂).

Газогенератор ГАЗ-42, изображенный на фиг. 48, является типичным для класса газогенераторов, предназначенных для газификации древесных чурок. Газогенератор состоит из цилиндрического корпуса 1, изготовленного из 2-миллиметровой листовой стали, загрузочного люка 2 и внутреннего бункера 3, к нижней части которого приварена стальная цельнолитая камера 8 газификации с периферийным подводом воздуха (через фурмы).

Для защиты от разъедания кислотами, которые образуются при сухой перегонке топлива в бункере, внутренняя поверхность последнего иногда покрывается эмалью или же тонким медным листом.

Нижняя часть корпуса газогенератора служит зольником, в котором накапливаются очаговые остатки (зола, угольная мелочь), периодически удаляемые через зольниковый люк 7. Верхняя часть зольника и камера газификации заполнены древесным углем, выше которого (в бункере) находятся частично обугленные и еще выше необугленные древесные чурки.

Воздух под действием разрежения, создаваемого двигателем, открывает обратный клапан 5 и через клапанную коробку 4, футорку 6, воздушный пояс и фурмы поступает в камеру 8 газификации.

Образующийся газ выходит из-под юбки камеры 8, поднимается вверх, проходит через кольцевое пространство между корпусом и. внутренним бункером и отсасывается через газоотборный патрубок 10, расположенный в верхней части корпуса газогенератора.

Равномерный отбор газа по всей окружности газогенератора обеспечивается отражателем 9, приваренным к внутренней стенке корпуса 1 со стороны газоотборного патрубка 10.

Для более полного разложения смол, особенно при малых нагрузках газогенератора, в камере газификации предусмотрено местное сужение — горловина. При такой форме камеры поток воздуха и горячих газов направляется от фурм к центру камеры, вследствие чего температура в камере повышается, что способствует более полному разложению смол. Чем ниже интенсивность газификации, т. е. чем больше диаметр фурменного пояса D_к при данной производительности газогенератора, и чем меньше количество фурм, тем больше неразложившихся смол может пройти в зону восстановления, а следовательно тем меньше должен быть диаметр горловины d, для получения газа, не содержащего смолы.

У большинства работающих на древесных чурках газогенераторов отношение D_к/d_г равно 1,6—2,3, причем большие значения D_к/d_г относятся к камерам с низкой интенсивностью газификации в плоскости фурменного пояса. Являясь достаточно совершенной с точки зрения обеспечения нормального рабочего процесса, камера газификации такого типа подвержена большим термическим напряжениям вследствие неравномерного нагрева стенок. В результате этого в ней с течением времени появляются трещины, и камера выходит из строя.

Измерения температуры на внутренней поверхности подобной камеры в зависимости от нагрузки двигателя показали, что камера работает в очень тяжелых условиях (табл. 18).

Колебания температур при постоянной нагрузке достигают 200—400°, а с изменением нагрузки повышаются до 550°.

Особенно большая разность температур получается между поверхностью горловины (1000—1200°) и поверхностью стенки воздушного пояса (300—400°).

Камера газификации газогенератора, изображенная на фиг. 49 и 50, в этом отношении является более совершенной, так как не имеет жесткого фурменного пояса. Воздух из клапанной коробки подводится к фурмам по отдельным трубам, которые могут свободно деформироваться при нагреве. Интенсивный подогрев воздуха в трубах несколько улучшает процесс газификации.

На фиг. 51 показана камера газификации автомобиля УралЗИС-352, конструкция которой еще более усовершенствована. Она имеет сменную конусную вставку — горловину, отлитую из легированной стали. Сама камера сварена из 8-миллиметровой листовой углеродистой стали. Горловина опирается на четыре штыря, полукруглые головки которых приварены к корпусу камеры с наружной стороны. Для создания уплотнения между стенкой камеры и горловиной вложено асбестовое кольцо, а поверх него насыпана зола.

Под камерой газификации расположена колосниковая решетка, средняя подвижная часть которой может качаться при помощи

рукоятки, расположенной снаружи на боковой стенке газогенератора. Наличие колосниковой решетки уменьшает количество уносимой из газогенератора пыли и позволяет производить очистку зольника, не нарушая слоя угля в восстановительной зоне.

На фиг. 52 изображена еще одна конструкция камеры газификации газогенератора со сменной горловиной. Эта камера состоит из трех отдельных деталей (верхней части с фурмами, средней части — горловины и нижней части— юбки), которые соединяются между собой болтами в одном фланцевом сочленении.

Являясь по идее разборной, камера доступна для ремонта, который осуществляется путем замены поврежденной горловины и юбки камеры.

Однако эта камера недостаточно надежна. За сравнительно короткий срок болты, стягивающие фланец, обгорают, прокладки выкрашиваются и через образовавшуюся щель проходит газ, минуя зону восстановления.

Цельнолитые камеры газификации отливаются из жароупорной или из простой углеродистой стали с последующим алитированием (алитированием называется процесс термической обработки, в результате которого поверхность металла насыщается алюминием). В камерах газификации, изображенных на фиг. 49—51, из жароупорной стали изготовляются только горловины. Срок службы таких камер 20 000—40 000 км пробега автомобиля.

В табл. 19 приведены основные размеры и показатели камер газификации отечественных газогенераторных автомобилей.

Зависимость качества генераторного газа от размеров камер газификации с периферийным подводом воздуха, а также зависимость устойчивости работы газогенератора от типа камер изучалась в НАТИ инж. И. С. Мезиным.

На фиг. 53 показано изменение состава и качества газа в зависимости от интенсивности газификации — напряженности горения (в кг/м²час) в камере газификации диаметром 230 мм и с высотой активной зоны 305 мм. Как видно из приведенных данных, качество газа по мере увеличения производительности газогенератора, а следовательно интенсивности газификации, непрерывно улучшается, что может быть объяснено ростом температуры в активной зоне. Таким образом, здесь имеет место та же закономерность, что и в газогенераторах прямого процесса газификации, работающих на топливах, не содержащих смолы (см. фиг. 10).

Однако если интенсивность газификации меняется не путем изменения производительности газогенератора, а путем изменения диаметра камеры при одном и том же заданном расходе газа, то результат получается совершенно иной (фиг. 54).

Чем больше поперечное сечение камеры газификации, тем лучше качество генераторного газа. Подобные, казалось бы, противоречивые предыдущему опыту результаты могут быть объяснены особенностями камер с фурменной подачей воздуха и специфическими качествами, присущими древесным чуркам.

В то время как в газогенераторах прямого процесса газификации, в которых дутье осуществляется по всему сечению шахты, изменение диаметра камеры газификации влечет за собой и изменение скорости воздуха, поступающего в зону горения (т. е. скорости дутья), в работающих на древесных чурках газогенераторах с фурменной подачей воздуха скорость поступления последнего зависит не от диаметра камеры, а только от проходного сечения фурменных отверстий (аналогично тому, как это имеет место в газогенераторах поперечного процесса газификации). Поэтому изменение диаметра камеры газификации при том же проходном сечении фурм не может изменить условий газообразования в кислородной зоне и качество газа при этом не должно существенно изменяться.

С другой стороны, меньшая насыщенность кислородом центральной части камеры газификации большего диаметра (фиг. 55) обусловливает большую возможность проникновения продуктов сухой перегонки из бункера в зону восстановления, минуя кислородную зону. При большем диаметре камеры газификации горючие газы сухой перегонки, выделившиеся из древесных чурок, в меньшей степени сгорают в зоне фурменного пояса и в большей степени проходят в зону восстановления, смешиваясь там с генераторным газом и обогащая его.

Улучшение качества газа по мере увеличения диаметра камеры газификации газогенератора, работающего на древесных чурках, связано также с лучшей осадкой топлива и меньшей вероятностью его зависания в камерах большего размера.

Указанные преимущества камер газификации большего размера (т. е. низкой напряженности горения) на практике, однако, не могут быть полностью реализованы по следующим причинам.

Все приведенные выше результаты опытов относятся к камерам цилиндрической формы, без горловины. Так как в камерах большего диаметра продукты сухой перегонки, в том числе и смолы, в значительной мере проходят в зону восстановления в несгоревшем виде, то для обеспечения получения газа с малым содержанием смол приходится применять горловину. При этом диаметр горловины должен быть тем меньше (при заданной производительности газогенератора), чем больше диаметр камеры по фурменному поясу, т. е. чем ниже интенсивность газификации. Применение же горловины приводит одновременно с уменьшением смолы в газе и к его обеднению горючими компонентами сухой перегонки. В результате этого, а также вследствие увеличения сопротивления слоя топлива при наличии горловины мощность двигателя с увеличением диаметра камеры газификации не только не повышается, а иногда даже понижается. Наибольшее значение мощности достигается правильным сочетанием размера диаметра камеры по фурменному поясу с проходным сечением фурм, диаметром горловины, а также высотой активной зоны.

На фиг. 56 и 57 показано влияние высоты активной зоны на состав и качество газа для камер диаметром 230 и 200 мм (примерно при одинаковом расходе газа). Высота активного слоя топлива изменялась от 40 до 305 мм путем перемещения решетки в камере, а свыше 305 мм — путем засыпки древесного угля в дополнительную зону восстановления, расположенную вокруг камеры газификации.

Для камеры диаметром 230 мм наиболее выгодная по теплотворности газа и газо-воздушной смеси высота активной зоны (реакционного слоя топлива) получилась равной 300 мм. Увеличение длины активной зоны более 300 мм сопровождается снижением теплотворности газа и смеси за счет уменьшения количества окиси углерода и количества метана (влияние пониженной температуры в конце активной зоны).

Количество водорода при этом продолжает расти, но незначительно.

Для камеры диаметром 200 мм более высокое значение теплотворности газа обеспечивается при высоте активной зоны порядка 400 мм, хотя теплотворность газо-воздушной смеси при высоте зоны свыше 400 мм еще продолжает несколько повышаться.

Необходимость иметь большую высоту активной зоны при меньшем диаметре камеры газификации объясняется тем, что скорость газового потока в этом случае более высокая и для завершения восстановительных реакций требуется больший путь. Объемы же камер газификации в обоих случаях будут примерно одинаковыми:

В целях упрощения конструкции камер газификации и увеличения срока их службы иногда применяется центральный подвод воздуха с помощью специального сопла.

На фиг. 58, а изображен газогенератор с центральным подводом воздуха. Этот газогенератор имеет бункер без обогрева и камеру 1 газификации конической формы.

Для разложения смол в камере газификации предусмотрено сужение проходного сечения в камере, созданное конической формой камеры и расположением центрального сопла 2 снизу.

Так как зона горения сосредоточена в центре камеры, стенки последней в меньшей степени подвержены действию высокой температуры, поэтому камера имеет большой срок службы. Сменной деталью является сопло 2, которое изготовляется из жароупорной стали.

Необходимый для газификации воздух подводится к соплу снизу, через клапанную коробку.

На фиг. 58. б изображен газогенератор, в котором центральное сопло 2 имеет форму груши с большим числом отверстий (фурм) на верхней сферической поверхности. Воздух подводится к соплу по трем трубам, расположенным под углом 120° и имеющим отдельные клапанные коробки 3. Газогенератор снабжен колосниковой решеткой, которая может повертываться рукояткой, расположенной снаружи под зольником газогенератора.

Крупным недостатком газогенераторов с центральным подводом воздуха является возможность зависания в них топлива. Это происходит вследствие того, что топливо, лежащее по периферии, хуже обгорает, чем в центре камеры, и образует своды.

На фиг. 59 показана устойчивость работы (изменение мощности по времени) двигателей ЗИС-5 и ЗИС-21 —первого при работе на бензине (для сравнения) и второго — на генераторном газе, полученном при газификации древесных чурок в газогенераторах с периферийным подводом воздуха и с центральным подводом через нижнее сопло.

Характер протекания кривых и подсчитанные по этим кривым численные значения коэффициента неравномерности ω показывают, что при центральном подводе воздуха степень неравномерности работы двигателя значительно увеличивается.

На газогенераторе для двигателя ЗИС-21 были, кроме того, проведены опыты с центральным соплом, имеющим верхнее расположение (сопло, обращенное вниз).

При этом применялись четыре варианта сопел, с различным количеством и расположением фурменных отверстий (фиг. 60). Характер расположения зоны активного горения топлива при различных вариантах верхнего сопла показан на фиг. 61.

При испытании было установлено, что сопло с нижним расположением фурменных отверстий (фиг. 60, а) обеспечивает меньшую устойчивость процесса, чем сопло с боковым расположением фурменных отверстий (фиг. 60,б), хотя работа газогенератора и получается более устойчивой по сравнению с той, которая была получена при работе с соплом, расположенным снизу (нижняя кривая на фиг. 59).

Горизонтальное расположение фурм у сопла с боковым расположением фурменных отверстий обеспечивает более удачную форму зоны активного горения, которая охватывает большее пространство над горловиной и поэтому в меньшей мере создает условия для образования сводов.

ГАЗОГЕНЕРАТОРНЫЕ АВТОМОБИЛИ
КТН Г.Г.Токарев
1955