La pratica di utilizzare la legna da ardere come combustibile ai nostri giorni, anche in relazione alle apparecchiature delle caldaie, sembra obsoleta. Eppure, questo principio di funzionamento dei sistemi energetici presenta vantaggi innegabili, che, di conseguenza, si riflettono nell'emergere di nuovi concetti tecnologici. In questo caso si considera un impianto di generazione di gas, le cui caratteristiche operative hanno da tempo attirato l'attenzione dei progettisti dell'industria automobilistica. Naturalmente non si parla di legna tradizionale che brucia sotto il cofano, ma l'energia generata da tali unità è direttamente correlata alla combustione di combustibili solidi.
Progetti di apparecchiature per la generazione di gas
L'apparecchiatura è composta da un convertitore, un ventilatore, uno scrubber, un ingresso della tubazioneinfrastrutture, camere di combustione e raccordi di collegamento. La progettazione è guidata dalle condizioni di trattamento termico del combustibile solido al fine di generare energia termica o elettrica. Può essere un'installazione monoblocco o modulare con possibilità di sostituzione dei singoli elementi. Gli alloggiamenti dei componenti sono realizzati in metallo (lamiera d'acciaio) mediante assemblaggio di saldatura. Nella parte inferiore è montata una piattaforma metallica, che può essere integrata con un carrello, a seconda della specifica soluzione progettuale. Nella parte superiore è solitamente organizzato un sistema di carico con un bunker, a cui sono collegati i canali di alimentazione dell'ossigeno. Negli impianti industriali di generazione di gas per la generazione di elettricità, a volte sono previsti elementi meccanici di caricamento del combustibile con regolazione automatica. Ma in questo caso, la camera di combustione dovrà essere dotata anche di appositi indicatori che daranno un comando per aggiungere la prossima porzione di carburante.
Aree funzionali del generatore di gas
L'intero spazio interno dell'unità può essere suddiviso condizionatamente in quattro dipartimenti:
- Zona di asciugatura. Una specie di camera di preparazione del combustibile, in cui la stessa legna da ardere acquisisce la temperatura ottimale senza eccessiva umidità. Di solito il regime di temperatura in quest'area è 150-200 ° С.
- Zona di distillazione a secco. Un' altra fase nella preparazione del combustibile solido, ma in condizioni di regime di temperatura superiore fino a 500 °C. A questo punto, il generatore di gas carbonizza il legno per rimuovere catrame, acidi e altre sostanze indesiderate.
- Zonaardente. Questa sezione si trova al livello di connessione dei condotti dell'aria, attraverso i quali viene convogliata l'aria per mantenere la stabilità della combustione. Strutturalmente si tratta di una camera di combustione convenzionale, presente in tutte le caldaie a combustibile solido. La temperatura media al suo interno varia da 1100 a 1300 °C.
- Zona di recupero. L'area tra la griglia e la camera di combustione. Per analogia con le moderne caldaie a pirolisi, questa sezione può essere immaginata come un luogo di ricombustione. Il carbone caldo entra qui dalla zona di combustione, che può essere rimossa o sm altita immediatamente.
Il principio di funzionamento del gruppo elettrogeno a gas
Il processo di lavoro di questa apparecchiatura si basa sul trattamento incompleto del carbonio rilasciato durante la combustione del carburante. Sia la legna da ardere con carbone che i biomateriali come bricchetti di torba, pellet o granuli provenienti dai rifiuti dell'industria della lavorazione del legno possono fungere da elementi combustibili solidi. Il carbonio risultante, quando interagisce con i flussi d'aria forniti, può attaccare atomi di ossigeno a se stesso. Il gas risultante può potenzialmente fornire una quantità di energia corrispondente solo al 30% del carburante inizialmente caricato da cui è stato prodotto. D' altra parte, sono necessarie molte meno risorse per elaborare il carbonio - almeno l'ossigeno è richiesto in una quantità minima. E già in fase di combustione secondaria, il gruppo generatore di gas genera energia mirata e adatta all'uso. In questa fase, variconvertitori e batterie - a seconda del tipo di energia che si prevede di ottenere dalla miscela gas-aria.
Capacità delle apparecchiature di generazione del gas
La combinazione dei principi della combustione di combustibili fossili con la generazione di gas è stata considerata già all'inizio del 20° secolo. Inoltre, vi furono sviluppi pratici positivi in questa direzione, che sostituirono i più comuni a quel tempo generatori per il trattamento delle fonti di energia rinnovabile. Oggi, sullo sfondo della divulgazione dei principi dell'uso razionale delle risorse con particolare attenzione al risparmio energetico, il concetto di conversione termochimica dei rifiuti e delle biomasse vegetali sta tornando ad avere rilevanza. E anche i generatori di gas di piccola capacità da 70-80 kW possono essere utilizzati nei servizi pubblici o in agricoltura, dove i rifiuti locali verranno utilizzati come combustibile. Ad esempio, esiste la pratica di far funzionare tali impianti negli impianti di irrigazione delle aziende agricole in piena autonomia per 4-5 ore Le apparecchiature da 150 kW trovano il loro posto nelle grandi industrie, nelle aree di manutenzione e nelle grandi strutture che dipendono dall'energia.
Applicazione delle tecnologie di generazione del gas nell'industria
Per la prima volta, le tecnologie per la generazione di gas iniziarono ad essere utilizzate nelle industrie del vetro e della metallurgia in Europa e in URSS trovarono il loro posto nell'economia nazionale. Ad esempio, a metà del 20° secolo, le centrali di generazione del gas sono state distribuite in tutto il paese, generando fino a 3 MW dabiomassa vegetale e torba. Le moderne attrezzature hanno notevolmente aumentato lo sviluppo tecnologico. Oggi si tratta di interi complessi dotati di mezzi di controllo automatico e persino robotico sotto il controllo di un computer. La potenza dei generatori di gas per la generazione di elettricità nel settore industriale è in media di 300-350 kW. In alcuni casi, si tratta di interi impianti chimici con requisiti rigorosi per i materiali combustibili. Tali unità sono utilizzate in grandi complessi industriali per servire più sistemi di consumo contemporaneamente: unità di potenza (macchine utensili, linee di montaggio, dinamo, compressori), dispositivi di illuminazione, infrastrutture di ventilazione, ecc.
Generatori di gas nell'ingegneria dei trasporti
La pratica di modificare le auto per l'installazione di generatori di gas iniziò negli anni prebellici. Su molte macchine, nell'ambito di questa modernizzazione, è stato installato un generatore elettrico ad alte prestazioni, poiché era necessario fornire un flusso di pressurizzazione dell'ossigeno sufficientemente potente. Per questo è stato utilizzato un elettroventilatore. Gli sviluppi più notevoli di questo tipo includono i camion GAZ-AA e lo ZIS-5 da tre tonnellate, i cui generatori di gas fornivano una percorrenza fino a 80-90 km in una stazione di servizio. Non è molto, ma nelle condizioni di carenza di combustibile liquido nella silvicoltura, questa decisione si è pienamente giustificata dal punto di vista economico. Come oggi, anche la conversione delle vetture convenzionali ICE è motivata principalmente dall'interesse del risparmio energetico. Ci sono esempi riusciti di conversione di auto GAZ-24 eAZLK-2141, che percorrono fino a 120 km su una stazione di servizio, mantenendo il limite di velocità nell'intervallo 80-90 km/h.
Come realizzare un gruppo elettrogeno a gas per un'auto con le tue mani?
Puoi implementare questo principio senza contattare specialisti a casa e da solo. Le istruzioni generali per tale aggiornamento possono essere rappresentate come segue:
- Si sta organizzando un bunker di carico. Di solito utilizzare una bombola del gas con una capacità di 40-50 litri. Il fondo è tagliato al suo interno e nel collo viene praticato un foro o una finestra per il riempimento del carburante. Vale la pena concentrarsi sull'uso di carbone a grana fine o pellet.
- La griglia è montata per sostenere il carico principale.
- Si stanno realizzando un filtro a ciclone e una lancia per sopportare il carico termico. Indipendentemente dal tipo di combustibile solido utilizzato, emetterà prodotti di combustione sotto forma di cenere e polvere. Questi rifiuti dovrebbero essere catturati immediatamente dopo essere stati rilasciati dal filtro.
- Montaggio del radiatore. Questo componente svolgerà la funzione di raffreddamento della miscela di gas. Per l'installazione di un generatore di gas con le tue mani, puoi realizzare una struttura del radiatore dai tubi idraulici. È importante solo calcolare correttamente la sezione trasversale per una preparazione ottimale del carbonio.
- Creazione di un filtro fine. Dai moderni materiali a membrana, è possibile produrre uno smorzatore per la purificazione a più livelli della miscela gas-aria, che aumenterà la potenza del generatore di corrente.
- Collegamento al motore. La fase finale, durante la quale, con l'aiuto del pendolarismoi tubi sono collegati al motore per dirigere ad esso la miscela di gas purificato.
Generatori di gas per uso domestico
Anche le apparecchiature per caldaie domestiche stanno migliorando, aggiungendo nuove funzionalità e capacità operative. Per quest'area vengono offerti gruppi elettrogeni a gas fino a 150 kW per GPL (gas di carbonio liquefatto), completi di sistema di raffreddamento a liquido, caricabatteria e dispositivi di protezione. Questo è un generatore di riserva completo che può essere utilizzato in caso di interruzione di corrente.
Calcolo delle apparecchiature di generazione del gas per capacità
Indipendentemente dallo scopo dell'unità di potenza, i suoi indicatori tecnici e operativi devono essere calcolati prima dell'acquisto. Di seguito è riportato un tipico esempio di calcolo per un gruppo elettrogeno a gas per un sistema di riscaldamento domestico.
La potenza dell'unità dovrebbe essere mediata rispetto all'area della sala operatoria target, tenendo presente la seguente relazione: 1 kW di potenza potenziale dalla miscela di gas generata per 10 m2. Quindi, per un sito di 50 m2, sarà necessaria un'installazione di almeno 5 kW e se l'area dell'impianto di produzione è di 1000 m2, sarà necessario un sistema di riscaldamento di almeno 100 kW. Ma non è tutto. Per ogni apertura della parete viene effettuato un addizione di circa 1 kW, senza contare le modifiche per le condizioni climatiche. Di conseguenza, un oggetto con una superficie totale di 1000 m2 con 10 finestre e 5 porte richiederà l'uso di un'unità con una capacità di almeno 1015 kW.
Professionistitecnologia
I generatori di gas sono ottimi per le attività di base della generazione di energia. Quindi, se le unità a combustibile solido convenzionali hanno un'efficienza del 60%, le controparti a gas sono superiori all'80%. Ci sono anche sfumature positive di servizio. Poiché nella camera avviene una combustione completa con rimozione della miscela di anidride carbonica, non è necessaria un'ulteriore pulizia speciale delle pareti dell'apparecchiatura. Naturalmente, ci sono anche vantaggi economici. Il più semplice generatore di gas a legna può risparmiare fino al 30-40% rispetto ai riscaldatori elettrici e alle caldaie che forniscono un effetto termico simile.
Contro della tecnologia
I vantaggi dei generatori di gas potrebbero renderli il principale mezzo di generazione di energia elettrica e termica, se non per punti deboli. Innanzitutto, includono la natura multicomponente delle parti funzionali. Nonostante il semplice principio di funzionamento, il gruppo elettrogeno a gas contiene molti elementi interdipendenti, il che complica l'assemblaggio e il controllo del sistema. Vale anche la pena sottolineare la necessità di mantenere costantemente la combustione caricando materie prime combustibili. In una produzione funzionante, questo deve essere fatto regolarmente, quindi non sarà possibile fare a meno dell'automazione del controllo.
Il futuro delle tecnologie di generazione del gas
Il continuo sviluppo delle unità di generazione del gas è supportato dalla loro combinazione organica con le celle a biocombustibile, che sono incondizionatamente una delle fonti di combustibile più promettenti. Anella direzione dell'ottimizzazione delle strutture per pellet e bricchetti, è più probabile che questo concetto venga promosso. Come per i generatori di gas per auto, a livello industriale, il loro sviluppo può giustificarsi anche economicamente. A proposito, circa 2 kg di materiali combustibili a basso costo producono tanta energia per un'auto quanto 1 litro di benzina. Tuttavia, il processo di sviluppo in questa direzione è ancora ostacolato dalla necessità di complicare la progettazione delle automobili e dall'emergere di nuovi generatori competitivi, che stanno anche sostituendo i tradizionali motori a combustione interna.
Conclusione
I sistemi di generazione di energia elettrica e liquida oggi sono sempre più contrastati dalle tecnologie energetiche alternative. Per lo stesso ambiente domestico si producono da tempo pannelli solari completi e batterie geotermiche. Che posto può prendere un moderno generatore di gas in questa lotta competitiva? Questa non è la soluzione più pratica per l'uso domestico a causa delle grandi dimensioni delle apparecchiature e della laboriosa manutenzione. Tuttavia, l'industria è piuttosto interessata a tali installazioni, in quanto consentono di contare su risparmi impressionanti senza ridurre la potenza.
