Поток газа (фиг. 61, в) при соплах с одним фурменным отверстием (фиг. 60, в и 60, г) имеет форму узкой струи, направленной вниз. Поскольку в этом случае высокая температура поддерживается не по всему сечению горловины, а только в центре ее, часть продуктов сухой перегонки проходит в зону восстановления, расположенную под горловиной, не сгорая и не подвергаясь крекингу.

Повышенное содержание смолы в газе и плохая осадка топлива, полученные при этих соплах, указывают на то, что они наименее пригодны для эксплуатации.

Следует отметить, что даже при наиболее выгодном расположении сопла и фурменных отверстий в нем устойчивость процесса газификации при центральном подводе воздуха ниже, чем при периферийном дутье, особенно при малых размерах камеры газификации, т. е. в газогенераторах малой и средней производительности, так как происходит зависание топлива. Поэтому газогенераторы с центральным подводом воздуха изготовляются только для мощных двигателей (производительность по газу не менее 120—200 м³/час) с большим поперечным сечением камеры.

Для газификации зольных шлакующихся сортов битуминозных топлив (торф, бурый уголь) применяются только камеры с периферийным подводом воздуха и без горловины (фиг. 62), чтобы не препятствовать опусканию и последующему удалению шлака из активной зоны. Крекинг смол достигается только за счет обращенного процесса газификации, так как количество летучих в торфе и особенно в буром угле значительно меньше, чем в древесных чурках. В этих газогенераторах обязательно наличие колосниковой решетки и приспособлений для шуровки, например подвижной решетки.

На фиг. 63 приведен разрез газогенератора НАТИ-Г-59-01, работающего на буром угле, со сварной камерой газификации из листовой углеродистой стали. Фурменный пояс образован изогнутой в виде кольца трубой 2, концы которой приварены к головке, соединенной с клапанной коробкой 1. Колосниковая решетка 5 укреплена на горизонтальной оси и может качаться с помощью рычага 3, расположенного сбоку газогенератора. Чистка зольника производится через нижний боковой люк 4. Для чистки камеры газификации и полного удаления шлака предусмотрен второй боковой люк 6, расположенный над зольниковым люком.

Частичное удаление шлака во время работы газогенератора производят посредством осаживания и дробления его ломиком через верхний загрузочный люк с последующим встряхиванием колосниковой решетки. Происходящее при этом разрушение слоя угля в активной зоне обычно приводит к временному увеличению количества смол в газе. Поэтому производить шуровку надо осторожно и только в случае крайней необходимости (при значительном увеличении сопротивления газогенератора).

Наличие шлака и высокий температурный режим в активной зоне таких газогенераторов вызывают более быстрое разрушение камеры газификации, чем в газогенераторах для работы на древесных чурках. В ряде конструкций газогенераторов для работы на буром угле камеры газификации облицованы огнеупорной керамикой.

Подавляющее большинство газогенераторов, работающих на древесных чурках, буром угле, торфе, имеют верхний отбор газа, аналогичный показанному на фиг. 48, 51 и 52, при котором физическое тепло газа используется для подогрева топлива в бункере. Это устройство хотя несколько и усложняет конструкцию, но дает повышение к. п. д. газогенератора и увеличивает мощность двигателя на 10—12%.

Подогрев бункера, кроме того, улучшает осадку топлива, так как устраняет прилипание покрытых смолой чурок к стенкам бункера, повышая, таким образом, устойчивость работы газогенератора.

На фиг. 64 показано установленное опытным путем (НАТИ, инж. Й. С. Мезиным) изменение мощности двигателя ГАЗ-42 (п= 1500 об/мин) по времени выжига древесных чурок при полном обогреве бункера, частичном (50 и 10%) и без обогрева.

Показанный на фиг. 64 характер изменения мощности двигателя по времени выжига топлива в буккере является типичным. Наблюдаемое после разжига газогенератора некоторое повышение мощности двигателя является результатом прогрева газогенератора, после чего наступает временная стабилизация режима. В середине выжига имеет место некоторое снижение мощности, соответствующее максимальному количеству водяных паров, образующихся в бункере (фиг. 65). К концу выжига мощность постепенно повышается, так как в бункере уменьшается парообразование, после чего мощность резко падает (при малом количестве топлива, оставшегося в бункере, снижается выход продуктов сухой перегонки и ухудшается осадка топлива в камере газификации).

Таким образом, количество гигроскопической влаги топлива, фактически участвующей в процессе газификации (в каждый данный момент), не всегда соответствует номинальной влажности древесных чурок, бурого угля или торфа. По мере прогрева топлива в бункере происходит интенсивное выделение водяного пара, которое в максимуме может превышать номинальное количество в 2 раза.

Для удаления излишней влаги, выделяющейся в бункере, особенно при употреблении топлив повышенной влажности (30—35%), применяют газогенераторы, снабженные устройством для отбора конденсата.

На фиг. 58, б показан газогенератор, особенность устройства которого заключается в том, что в бункере на расстоянии 15—20 мм от его стенок установлена цилиндрической формы рубашка из перфорированного медного листа, Необходимость применения меди обусловлена корродирующим действием уксусной и муравьиной кислот, содержащихся в продуктах сухой перегонки топлива. При работе газогенератора некоторая часть водяных паров в результате соприкосновения с относительно холодными стенками корпуса конденсируется в пространстве между рубашкой и корпусом и стекает по трубке в специальный бачок, который периодически опорожняют.

Газогенераторы, у которых рубашка для отбора конденсата расположена по всей высоте бункера, не могут иметь верхнего отбора газа, позволяющего повысить к. п. д. газогенератора и мощность двигателя.

Для того чтобы частично реализовать преимущества, которые дает обогрев бункера, и в то же время иметь устройство для конденсации излишней влаги, иногда отбор газа делают на половине высоты бункера, а оставшуюся верхнюю часть бункера используют для размещения рубашки, служащей для отбора конденсата.

Этот способ заключается в том, что через специальное калиброванное отверстие, расположенное в верхней части бункера, избыточная влага выбрасывается в атмосферу под действием небольшого давления (200—300 мм вод. ст.), создаваемого вентилятором, который приводится в движение от двигателя автомобиля и нагнетает воздух в газогенератор. Естественно, что при этом вместе с парами воды в атмосферу будет выброшено и некоторое количество газов сухой перегонки.

При движении газов в бункере в направлении от камеры газификации к отверстию, соединяющему бункер с атмосферой, происходит дополнительный процесс в газогенераторе — процесс искусственной (принудительной) подсушки топлива. В этом случае воздух, подаваемый в газогенератор, частично расходуется на газификацию, а частично — на сжигание той доли топлива, тепло которой идет на принудительную подсушку. Соотношение этих расходов зависит от размера калиброванного отверстия, соединяющего объем бункера с атмосферой, и от сопротивления, создаваемого газогенератором.

Увеличив калиброванное отверстие, можно значительно повысить интенсивность процесса подсушки. Это позволяет газифицировать топливо с высокой первоначальной влажностью.

Существует и другой вариант искусственной подсушки топлива в газогенераторе, а именно удаление избыточной влаги из бункера через трубу, соединяющую бункер с инжектором, который работает энергией пропускаемых через него выпускных газов двигателя. При этом более простом по принципиальной схеме способе пока еще не обеспечивается достаточная надежность работы газогенератора, так как смолистые вещества, содержащиеся в паро-газовой смеси, выбрасываются вместе с ней в атмосферу через инжектор и быстро его засоряют.

Расход топлива на процесс искусственной подсушки и потеря части газообразных продуктов сухой перегонки, выбрасываемых в атмосферу, обусловливают общий перерасход топлива, потребляемого газогенератором, оборудованным указанными приспособлениями.

Этот перерасход в пересчете на топливо нормальной влажности достигает 30%. Если же учесть, что в газогенераторе газифицируется топливо повышенной влажности, т. е. с большим содержанием балласта, то расход рабочего топлива примерно в 1,8 раза превышает расход топлива нормальной влажности при его газификации в обычном газогенераторе.

Другим, более крупным недостатком, ограничивающим область применения газогенераторов подобной конструкции, является загрязнение окружающего воздуха, в том числе воздуха в кабине автомобиля, паро-газовой смесью, которая содержит окись углерода и ряд других вредных компонентов.

Газогенераторы обращенного процесса применяют и для газификации древесного угля. Эти газогенераторы позволяют работать на древесном угле с повышенным содержанием летучих без опасности засмоления газа (древесный уголь с наличием недопала), а также с повышенным содержанием влаги (до 30%), часть которой, участвуя в процессе газообразования, увеличивает содержание водорода в газе, что повышает мощность и экономичность работы двигателя.

Вследствие большого содержания углерода в древесном угле процесс газификации древесного угля происходит при высокой температуре, которая разрушительно действует на детали камеры газификации газогенератора. Поэтому газогенераторы обращенного процесса газификации с периферийным подводом воздуха, имеющие металлические камеры, т. е. обычно применяемые для газификации древесных чурок, торфа или бурого угля, в этом случае непригодны.

Для повышения долговечности камер газификации газогенераторов, работающих на древесном угле, применяют центральный подвод воздуха, при котором стенки камеры разгружены от воздействия высокой температуры, или выполняют камеры газификации из жароупорного керамического материала.

На фиг. 66 показан газогенератор НАТИ-Г-15 для работы на древесном угле с металлической камерой газификации и центральным подводом воздуха.

Камера газификации, изготовленная из 12-миллиметровой листовой углеродистой стали в виде усеченного конуса, своим верхним основанием приварена к корпусу газогенератора. В средней части газогенератора, несколько выше края камеры, на специальном патрубке смонтирована воздухоподводящая фурма. Она представляет собой чугунную отливку грушевидной формы. Внутри отливки имеется лабиринт для подвода воздуха в газогенератор.

В нижней части камеры газификации имеется колосниковая решетка, которая вынимается при чистке и разгрузке газогенератора. Для проведения этой операции, а также для чистки зольника, в корпусе газогенератора предусмотрен зольниковый люк прямоугольной формы. Образующийся в камере газификации газ, пройдя через колосниковую решетку, поднимается вверх в пространство между корпусом газогенератора и камерой и отсасывается через газоотборный патрубок.

Во избежание перегрева нижней части газогенератора с внутренней стороны корпуса предусмотрена асбесто-железная изоляция.

Конструктивным недостатком данного газогенератора является трудность замены камеры газификации в случае ее коробления или прогара.

Газогенератор предназначен для работы на крупном древесном угле, с размером кусков 20—40 мм. При работе на мелком древесном угле (с размером кусков 60—20 мм), когда очаг горения располагается ближе к устью фурмы, она перегревается и выходит из строя.

Газогенератор, изображенный на фиг. 67, состоит из нижней части — корпуса и верхней части — бункера, который крепится к корпусу тремя стяжными болтами. Корпус газогенератора имеет футерованную камеру газификации, выполненную из жароупорных фасонных кирпичей, смонтированных в металлическом кожухе. Засасываемый в газогенератор воздух поступает в пространство между корпусом газогенератора и кожухом камеры горения и далее, поднимаясь вверх, проходит через кольцевую щель, образованную верхней частью футеровки и конусообразным чугунным диском, который отделяет бункер от нижней части газогенератора.

В середине этого диска имеется отверстие для подачи топлива из бункера в камеру газификации. Последняя в верхней части имеет сужение (горловину) для повышения интенсивности газификации и обеспечения равномерной подачи воздуха по всему сечению. Ниже горловины камера резко расширяется и затем переходит в усеченный конус, который меньшим основанием обращен вниз. Стальная литая колосниковая решетка сферической формы отделяет камеру газификации от зольникового пространства.

Решетка может поворачиваться специальной рукояткой, смонтированной снаружи под днищем газогенератора. Вращением решетки достигается удаление из камеры газификации золы и угольной пыли, которые осаждаются в зольнике. Для чистки зольника и камеры предусмотрены специальные люки.

Специфическими конструктивными недостатками этого газогенератора являются:

1) большое количество пыли, уносимой из зольника, вследствие низкого расположения патрубка отбора газа;

2) необходимость периодической разборки бункера при чистке камеры газификации от шлака, который постепенно накапливается в ней и прилипает к стенкам; скалывание шлака со стенок камеры в ряде случаев приводит к разрушению футеровки.

Данный газогенератор предназначен для работы только на крупнокусковом древесном угле. Следует отметить, что газогенераторы обращенного процесса газификации вообще не приспособлены для работы на мелком древесном угле. Положительным их качеством является, как уже указывалось выше, возможность работы на древесном угле с повышенным содержанием летучих и с повышенным содержанием влаги, которая, участвуя в процессе газообразования, повышает экономичность работы двигателя.

В табл. 20 приведены данные по расходу древесного угля автомобилями ГАЗ-АА с газогенераторами различных конструкций.

Из приведенных данных видно, что расход топлива автомобилем ГАЗ-АА с газогенератором поперечного процесса газификации в среднем на 10% выше, чем с газогенераторами обращенного процесса газификации. Но если в экономичности газогенератор поперечного процесса газификации уступает газогенераторам обращенного процесса, то по пусковым качествам он превосходит их (табл. 21).

Из данных табл. 21 следует, что газогенератор с футерованной камерой имеет наиболее плохие пусковые качества. Это объясняется малой скоростью воздуха, поступающего в камеру газификации данного газогенератора; наличие же футеровки, способствующей сохранению тепла, должно уменьшать время пуска.

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ И ОЧИСТКИ ГАЗА

По выходе из газогенератора газ имеет довольно высокую температуру и загрязнен вредными примесями, к числу которых относятся зола или шлак, угольная пыль, сажа, смолистые вещества, сернистые соединения и влага.

Газ, имеющий высокую температуру, непригоден для питания двигателя, так как, обладая малой плотностью, он имеет низкую объемую теплотворность, что значительно снижает мощность двигателя.

Механические примеси и смолы, содержащиеся в газе, осаждаясь во всасывающей системе и в цилиндрах двигателя, нарушают нормальную работу двигателя и, постепенно загрязняя смазку, вызывают преждевременный износ трущихся деталей. Поэтому газ до поступления в двигатель должен быть охлажден и очищен от механических примесей.

Охлаждение газа

В газогенераторах поперечного или прямого процессов газификации, предназначенных для работы на древесном угле или антраците, выходящий из генератора газ в условиях стационарной работы имеет температуру порядка 450—600°, но при движении автомобиля в результате обдувания газогенератора встречным потоком воздуха температура газа на выходе снижается до 250—300°.

В работающих на древесных чурках газогенераторах обращенного процесса газификации с полным обогревом бункера и верхним отбором газа охлаждение газа в самом газогенераторе происходит еще более интенсивно, и температура его на выходе обычно не превышает 120—180°. Однако и эта температура является весьма высокой.

Для того чтобы максимально повысить плотность заряда газовоздушной смеси, желательно охладить газ до температуры окружающей среды. Однако практически газ удается охладить только до температуры от +30 до +40° при температуре окружающей среды +15°. Дальнейшее охлаждение газа потребовало бы значительного увеличения охлаждающей поверхности, что в транспортной газогенераторной установке, ограниченной малыми размерами и весом, практически осуществить пока не удается.

Газ для охлаждения пропускают по длинному трубопроводу, соединяющему газогенератор с очистителем (см. охладитель газогенераторной установки УралЗИС-352, фиг. 139) или через специальный охладитель радиаторного типа, который устанавливается впереди водяного радиатора автомобиля, как это сделано в газогенераторной установке УралЗИС-2Г (фиг. 68).

Конструкции охладителей радиаторного типа показаны на фиг. 69 и 70.

Восьмиходовой охладитель газогенераторной установки НАМИ- Г-78 (фиг. 69) состоит из нижнего и верхнего резервуаров и восьми труб овального сечения. Газ поступает в охладитель через патрубок 1 в левый отсек нижнего резервуара и далее последовательно проходит через восемь вертикальных труб 5, делая каждый раз поворот на 180° в нижнем 2 и верхнем 7 резервуарах. Охлажденный газ выходит через патрубок 4. Для осмотра и очистки охладителя предусмотрены четыре пробки 6 в верхнем резервуаре и пять пробок 3 в нижнем резервуаре. В крайних секциях нижнего резервуара предусмотрены отверстия небольшого сечения для стока конденсата.

Наличие в охладителе большого количества пробок создает излишние неудобства в эксплуатации, так как увеличивает время на промывку радиатора.

В этом смысле более удобен радиаторный четырехходовой охладитель УралЗИС-2Г (фиг. 70). Охладитель имеет 16 трубок, расположенных вертикально в один ряд. Крышка верхнего резервуара открывается над всем рядом трубок, что упрощает осмотр и промывку охладителя. Для спуска воды при промывке охладителя в нижнем резервуаре имеются пробки, из которых одна расположена впереди и две снизу. Конденсат, образующийся в охладителе, вытекает наружу через отверстия в пробках. Два кронштейна, приваренные впереди к нижнему резервуару, служат для крепления охладителя на трубе — поперечине рамы автомобиля.

Охлаждение газа часто производят одновременно с его очисткой от механических примесей в одних и тех же агрегатах. В каждом очистителе в какой-то мере происходит охлаждение газа, и каждый охладитель, хотя бы в незначительной степени, является и очистителем. Следовательно, любой агрегат, входящий в систему очистки и охлаждения газа, в принципе является комбинированным. Однако он получает название очистителя или охладителя по той основной функции, которую он выполняет. Охлаждение газа в очистителях происходит вследствие его расширения и отдачи тепла стенкам. Конденсирующиеся при этом водяные пары способствуют очистке газа от мельчайших частиц золы и угольной пыли.

ГАЗОГЕНЕРАТОРНЫЕ АВТОМОБИЛИ
КТН Г.Г.Токарев
1955