2. Аналіз конструкцій засобів виробництва генераторного газу

В працях українських, радянських та іноземних інженерів та вчених розглянуто практичні та теоретичні питання процесів піролізу і газоутворення в шарі палива. Теорією і практикою інтенсифікації процесу газоутворення і створення на базі цього конструкцій газогенераторів (рис. 2) займалися В. С. Альштуцер, В. Я. Бохман, А. А. Бронштейн, М. П. Вознесенський, Д. Б. Гінзбург, М. М. Доброхотов, В. А. Лямін, І. С. Мєзін, В. В. Померанцев, Г. Г. Токарєв, М. Г. Юдушкін, Т. Рид та ін.

В їхніх працях відображені наукові основи кінетики, термодинаміки, газодинаміки та тепломасообмінні процеси при газоутворенні. Аналітичний опис процесу газоутворення в шарі сировини здійснювався з використанням моделі ідеальної структури шару згідно теорії фільтрації. Газодинамічні процеси при газоутворенні згідно теорії турбулентного джерела Г. Н. Абрамовича висвітлені в наукових працях І. С. Мєзіна.

Рис.2. Класифікація газогенераторів

В газогенераторах протікає змішаний процес газоутворення, а отриманий газ називають генераторним. Аналіз схем процесів газоутворення з твердого палива досліджено в працях. За характером напрямку газового потоку газогенератори поділяються на: прямого, оберненого, двозонного і горизонтального процесів газоутворення. Дані процеси газоутворення відрізняються способами підведення газів дуття, відбирання генераторного газу та розташуванням відповідних реакційних зон.

Порівняльний аналіз техніко-економічних показників існуючих конструкцій газогенераторних установок представлено в таблиці 3. В якості порівнюваних критеріїв обрано технічні характеристики основного конкурентоспроможного газогенераторного обладнання, представленого на світовому ринку виробниками України, Росії, Німеччини, Ірландії, США, КНР.

Таблиця 3

Аналіз ефективності газогенераторів на рослинній сировині

Марка (виробник) газогенератора	Потужність газогенера-тора N, кВт·год		Продуктив-ність за виробленим газом ПVгг, м3/год		Витрати палива Gп, кг/год		Приведений показник ефективності
	Нату-ральні знач.	Б1, бали	Нату-ральні знач.	Б2, бали	Нату-ральні знач.	Б3, бали	Бприв, бали	К1
Газогенератори з виробництва силової енергії
ЖНАЕУ (Україна)**	50	1,00	70	1,00	0,56	2,24	0,45	0,10
Spanner RE GmbH (Німеччина)*	100	2,80	140	1,93	0,6	2,48	2,18	0,19
Газогенератори з виробництва теплової енергії
ГГУ-100 «АТТИК» (Україна)***	100	2,80	115	1,60	0,45	1,59	2,81	0,23
«Термотех» (Росія)***	125	3,70	160	2,19	0,51	1,91	4,25	0,30
УДСО-60 «ИнтерРеммаш» (Росія)***	60	1,36	80	1,13	0,42	1,39	1,11	0,14
HERLT HSV-85 (Німеччина)**	85	2,26	220	2,99	1,29	6,57	1,03	0,13
ГГУ-300 (КНР)**	300	10,00	600	8,01	0,35	1,00	1,45	0,15
ГГУ-200 (КНР)**	200	6,40	400	5,37	0,75	3,36	10,22	0,62
G-60 «Herbst gasmiser» (Ірландія)***	60	1,36	75	1,07	1,00	4,84	16,57	0,96
Газогенератори з виробництва електричної енергії
АГК-300 ООО «Наша енергія» (Україна)**	300	10,00	630	8,41	1,00	4,84	17,39	1,00
ENEA (Італія)***	80	2,08	120	1,66	0,69	2,99	1,16	0,14
«Woodbio-300» Flex technologic, inc. (США)***	300	10,00	750	10,0	1,20	6,02	16,62	0,96
ГГС-160 (КНР)**	160	4,96	550	7,35	1,88	10,00	3,65	0,27

^* – пелети з деревини та сільськогосподарської рослинної сировини;

^** – сільськогосподарська рослинна сировина вологістю 30 – 40%;

^*** – деревинні відходи вологістю 25 – 45%.

Порівняння виконувалось за показниками: потужності газогенератора (критерій Б₁), продуктивності за газом (критерій Б₂), витратами палива (критерій Б₃). Розподіл балів за критеріями наступний: Б_min=1, Б_max=10. Вищі значення критеріїв Б₁ і Б₂ відповідають вищим значенням ефективності газогенераторів. А зростання критерію Б₃ знижує ефективність обладнання.

Для визначення приведеного показника ефективності здійснено узагальнення критеріїв і визначено ступінь їх спільного впливу на ефективність газогенераторного обладнання:

. (1)

Вагомість Б_прив, в межах вибірки К₁, визначається аналогічно до розрахунків Б₁, Б₂, Б₃, при чому, К_max=1, К_min=0,1.

Значення вагомості К₁ є відносним приведеним показником ефективності газогенераторів в межах вибірки.

Найвищі значення приведеного показника енерго-економічної ефективності відповідають газогенераторам найбільшої потужності АГК-300 (Україна) та «Woodbio-300» (США). В даному випадку більш вагомим показником є не максимізація потужності газогенераторів, а точна відповідність потужності потребам зерносушарки та економічність газогенератора за паливом. Критерії порівняння (табл. 4): питома ціна установки (критерій Б₄); питома продуктивність за газом, приведена до 1 кг палива (критерій Б₆); енергозатратність підготовки, транспортування і зберігання палива (критерій Б₅);. Визначення бальної оцінки Б₄ і Б₆ виконується аналогічно до Б₁, Б₂ і Б₃. Критерій Б₅ визначається на основі експертної оцінки енерговитрат на підготовку палива до газоутворення, де найменш енерговитратному процесу відповідає значення Б_5min=1, а найбільш енерговитратному – Б_5max=10. Отже, найнижчі значення Б₅ встановлені для газогенераторів HERLT HSV-85 та ГГУ-300, де використовуються солома та інші рослинні залишки у вигляді рулонів без попередньої підготовки. При визначенні критерію Б₅ також приймалася до уваги доступність палива в умовах господарства, основним видом діяльності якого є вирощування злакових культур. Приведений показник енерго-економічної ефективності Б_2прив є величиною оберненопропорційною до Б₄ і Б₅ і прямопропорційною до показника Б₆.

Таблиця 4

Порівняння газогенераторів, адаптованих до рослинної сировини, за критерієм енерго-економічної ефективності

Марка газогене-ратора	Питома ціна установки		Вид палива, вологість Wр, %	Б5, бали	Продуктив-ність за газом ПVгг		Приведений показник енерго-економічної ефективності
		Б4, бали				Б6, бали	Б2прив, бали	К2
ЖНАЕУ (Україна)	2400	1,00	с.-г. рослинна сировина Wр до 40%	2	2,5	4,47	2,23	0,59
Spanner RE	2800	1,55	деревинні пелети	10	2,33	3,59	0,46	0,18
HERLT HSV-85	3300	2,25	солома Wр до 30%	1	2,5	4,47	3,98	1,00
ГГУ-300	3400	2,39	с.-г. рослинна сировина Wр до 40%	1	3,57	10,0	2,10	0,56
ГГС-160	3500	2,52	с.-г. рослинна сировина Wр до 40%	2	1,83	1,00	0,40	0,17
ГГУ-200	3650	2,73	кукурудзяні стебла Wр до 30%	5	2,67	5,35	0,78	0,26
G-60	4400	3,77	деревинні тріски Wр до 30%	7	2,00	1,88	0,14	0,11
ENEA	4800	4,32	деревинні відходи Wр =25 – 30%	7	2,18	2,81	0,19	0,12
Woodbio-300	5200	4,88	деревинні відходи Wр до 30%	7	2,08	2,29	0,13	0,11
ГГУ-100	6300	6,40	деревинні відходи Wр до 45%	7	2,56	4,78	0,21	0,12
АГК-300	7200	7,65	с.-г. рослинна сировина Wр до 30%	3	2,10	2,40	0,21	0,12
УДСО-60	7900	8,62	деревинні відходи Wр =30 – 45%	7	3,20	8,09	0,27	0,14
Термотех	8900	10,0	деревинні відходи Wр =25 – 40%	8	2,54	4,67	0,12	0,10

Так як для оцінки енергоекономічної ефективності газогенераторів питома продуктивність за газом з кілограма твердого палива є більш значущим критерієм ніж енергоємність процесу підготовки палива, підвищення впливу даного критерію досягається шляхом введення коефіцієнта значущості r=2. Отже, Б_2прив складатиме:

. (1.2)

Результуючим показником енергоекономічної ефективності є показник К₂, який відповідає вагомості величини Б_2прив кожної моделі газогенератора в межах досліджуваної вибірки і визначається аналогічно до К₁.

При виробництві генераторного газу з соломи зернових (склад органічної маси: водень Н₂ = 6,29 %; вуглець С = 49,95 %; кисень О₂ = 42,91 %; азот N₂ = 0,85 %; зольність А = 3,5 %; вологість W^Р = 8,0 %) в прямопотокових газогенераторах можна отримати наступний за об’ємом склад генераторного газу: водень Н₂ = 15,7 %; оксид вуглецю СО = 19,8 %; вуглекислий газ СО₂ = 12,2 %; метан СН₄ і вуглеводні С_nH_m – 2,96%; кисень О₂ = 0,3 %; азот N₂ = 49,04 % з теплотою згоряння за нормальних фізичних умов рівною 5 МДж/м³ і виходом сухого газу з кілограма соломи-січки в межах 2 – 2,4 м³/кг [22].

При виробництві генераторного газу з соломи обмеження величини її вологості є однією з основних вимог ведення безшлакового процесу. Найбільш ефективним процес газоутворення з соломи є при її відносній вологості в межах 8% – 14%. Досягненню цих меж повинен відповідати весь технологічний процес її попереднього підготування до використання в газогенераторі.

Можливість отримання чистого газу в прямопотокових газогенераторах дозволяє спростити технологічні схеми його подальшого використання шляхом зменшення кількості апаратури додаткового очищення від шкідливих домішок. Це дозволяє транспортувати даний газ трубопроводами на відстані значно більші ніж газ, отриманий в протипотокових газогенераторах. Але, прямопотокові газогенератори, в порівнянні з протипотоковими, мають складну конструкцію камери газоутворення, колосникової решітки, систем підсушування вихідного палива і охолодження отриманого газу.

Максимальна ефективність процесу газоутворення досягається впровадженням раціональної конструкції камери газоутворення, яка є основним конструктивним елементом газогенератора.