ممارسة استخدام الحطب كوقود في عصرنا ، حتى فيما يتعلق بمعدات الغلايات ، تبدو قديمة. ومع ذلك ، فإن مبدأ تشغيل أنظمة الطاقة هذا له مزايا لا يمكن إنكارها ، والتي ، وفقًا لذلك ، تنعكس في ظهور مفاهيم تكنولوجية جديدة. في هذه الحالة ، يتم النظر في إنشاء مصنع لتوليد الغاز ، وقد جذبت ميزاته التشغيلية انتباه المصممين من صناعة السيارات لفترة طويلة. بالطبع ، ليس هناك حديث عن حرق الأخشاب التقليدي تحت الغطاء ، لكن الطاقة المتولدة من هذه الوحدات ترتبط ارتباطًا مباشرًا باحتراق الوقود الصلب.
تصاميم معدات توليد الغاز
تتكون المعدات من محول ومروحة وجهاز تنقية ومدخل لخط الأنابيبالبنية التحتية وغرف الاحتراق ووصلات التوصيل. يسترشد التصميم بظروف المعالجة الحرارية للوقود الصلب من أجل توليد طاقة حرارية أو كهربائية. يمكن أن يكون تركيبًا أحادي الكتلة أو معياريًا مع إمكانية استبدال العناصر الفردية. أغطية المكونات مصنوعة من المعدن (صفائح فولاذية) عن طريق اللحام. يتم تثبيت منصة معدنية في الجزء السفلي ، والتي يمكن استكمالها بمعدات تشغيل ، اعتمادًا على حل التصميم المحدد. في الجزء العلوي ، عادة ما يتم تنظيم نظام تحميل مع قبو ، يتم توصيل قنوات إمداد الأكسجين به. في منشآت توليد الغاز الصناعي لتوليد الكهرباء ، يتم أحيانًا توفير عناصر تحميل وقود ميكانيكي مع ضبط تلقائي. لكن في هذه الحالة ، يجب أيضًا تزويد غرفة الاحتراق بمؤشرات خاصة تعطي أمرًا لإضافة الجزء التالي من الوقود.
المجالات الوظيفية لمولد الغاز
يمكن تقسيم المساحة الداخلية للوحدة بالكامل بشكل مشروط إلى أربعة أقسام:
- منطقة تجفيف. نوع من غرفة تحضير الوقود ، حيث يكتسب الحطب نفسه درجة الحرارة المثلى دون زيادة الرطوبة. عادة ما تكون درجة الحرارة في هذه المنطقة 150-200 درجة مئوية.
- منطقة التقطير الجاف. مرحلة أخرى في تحضير الوقود الصلب ، ولكن في ظل ظروف درجة حرارة أعلى تصل إلى 500 درجة مئوية. في هذه المرحلة ، يقوم مولد الغاز بشحن الخشب لإزالة القطران والأحماض والمواد الأخرى غير المرغوب فيها منه.
- منطقةاحتراق. يقع هذا القسم على مستوى توصيل مجاري الهواء ، والتي يتم من خلالها توجيه الهواء للحفاظ على استقرار الاحتراق. من الناحية الهيكلية ، هذه غرفة احتراق تقليدية ، موجودة في جميع غلايات الوقود الصلب. يتراوح متوسط درجة الحرارة فيه من 1100 إلى 1300 درجة مئوية.
- منطقة الانتعاش. المنطقة الواقعة بين الشبكة وغرفة الاحتراق. عن طريق القياس مع غلايات الانحلال الحراري الحديثة ، يمكن تصور هذا القسم كمكان لإعادة الاحتراق. يدخل الفحم الساخن من منطقة الاحتراق هنا ويمكن إزالته أو التخلص منه على الفور.
مبدأ تشغيل مجموعة مولدات الغاز
تعتمد عملية تشغيل هذا الجهاز على المعالجة غير المكتملة للكربون المنطلق أثناء احتراق الوقود. يمكن أن يعمل كل من الحطب الذي يحتوي على الفحم والمواد الحيوية مثل قوالب الخث أو الكريات أو الحبيبات من نفايات صناعة معالجة الأخشاب كعناصر وقود صلب. يمكن للكربون الناتج ، عند التفاعل مع تدفقات الهواء المزودة ، أن يربط ذرات الأكسجين بنفسه. يمكن للغاز الناتج أن يوفر كمية من الطاقة تعادل 30٪ فقط من الوقود الذي تم تحميله في البداية منه. من ناحية أخرى ، هناك حاجة إلى موارد أقل بكثير لمعالجة الكربون - على الأقل الأكسجين مطلوب بكمية قليلة. وفي عملية الاحتراق الثانوي بالفعل ، تولد وحدة توليد الغاز طاقة مستهدفة مناسبة للاستخدام. في هذه المرحلة مختلفةالمحولات والبطاريات - اعتمادًا على نوع الطاقة المخطط الحصول عليها من خليط الغاز والهواء.
قدرة معدات توليد الغاز
تم اعتبار الجمع بين مبادئ حرق الوقود الأحفوري وتوليد الغاز منذ بداية القرن العشرين. علاوة على ذلك ، كانت هناك تطورات عملية ناجحة في هذا الاتجاه ، والتي حلت محل المولدات الأكثر شيوعًا في ذلك الوقت لمعالجة مصادر الطاقة المتجددة. اليوم ، على خلفية تعميم مبادئ الاستخدام الرشيد للموارد مع التركيز على توفير الطاقة ، أصبح مفهوم التحويل الكيميائي الحراري للنفايات والكتلة الحيوية النباتية ذا صلة مرة أخرى. وحتى مولدات الغاز صغيرة السعة من 70-80 كيلوواط يمكن استخدامها في المرافق العامة أو الزراعة ، حيث سيتم استخدام منتجات النفايات المحلية كوقود. على سبيل المثال ، هناك ممارسة لتشغيل مثل هذه التركيبات في أنظمة الري للمزارع باستقلالية كاملة لمدة 4-5 ساعات. المعدات من 150 كيلوواط تجد مكانها في الصناعات الكبيرة ، في مناطق الخدمة والمرافق الكبيرة التي تعتمد على الطاقة.
تطبيق تقنيات توليد الغاز في الصناعة
لأول مرة ، بدأ استخدام تقنيات توليد الغاز في صناعات الزجاج والمعادن في أوروبا ، وفي الاتحاد السوفياتي وجدوا مكانهم في الاقتصاد الوطني. على سبيل المثال ، في منتصف القرن العشرين ، تم توزيع محطات توليد الغاز في جميع أنحاء البلاد ، لتوليد ما يصل إلى 3 ميجاوات منالكتلة الحيوية النباتية والجفت. لقد أضافت المعدات الحديثة بشكل ملحوظ إلى التطور التكنولوجي. اليوم ، هذه مجمعات كاملة مزودة بوسائل تحكم آلي وحتى آلي تحت سيطرة الكمبيوتر. تبلغ طاقة مولدات الغاز لتوليد الكهرباء في القطاع الصناعي في المتوسط 300-350 كيلوواط. في بعض الحالات ، تكون هذه مصانع كيميائية كاملة ذات متطلبات صارمة لمواد الوقود. تُستخدم هذه الوحدات في المجمعات الصناعية الكبيرة لخدمة العديد من أنظمة الاستهلاك في وقت واحد - وحدات الطاقة (أدوات الآلات ، وخطوط التجميع ، والدينامو ، والضواغط) ، وأجهزة الإضاءة ، والبنية التحتية للتهوية ، وما إلى ذلك.
مولدات الغاز في هندسة النقل
بدأت ممارسة تعديل السيارات لتركيب مولدات الغاز في سنوات ما قبل الحرب. في العديد من الأجهزة ، كجزء من هذا التحديث ، تم تركيب مولد كهربائي عالي الأداء ، حيث كان من الضروري توفير تدفق قوي بما فيه الكفاية لضغط الأكسجين. لهذا الغرض ، تم استخدام مروحة كهربائية. من أبرز التطورات من هذا النوع شاحنات GAZ-AA و ZIS-5 التي تزن ثلاثة أطنان ، والتي توفر مولداتها الغازية مسافة تصل إلى 80-90 كم في محطة وقود واحدة. هذا ليس كثيرًا ، ولكن في ظروف نقص الوقود السائل في الغابات ، فإن هذا القرار يبرر نفسه تمامًا اقتصاديًا. أما اليوم ، فإن تحويل سيارات ICE التقليدية مدفوع بشكل أساسي بمصالح توفير الطاقة. هناك أمثلة ناجحة على تحويل سيارات GAZ-24 وAZLK-2141 ، الذي يسافر حتى 120 كم في محطة وقود واحدة ، ويحافظ على الحد الأقصى للسرعة في حدود 80-90 كم / ساعة.
كيف تصنع مولد غاز للسيارة بيديك؟
يمكنك تنفيذ هذا المبدأ دون الاتصال بالمتخصصين في المنزل وحدك. يمكن تمثيل الإرشادات العامة لمثل هذه الترقية على النحو التالي:
- يتم تنظيم قبو تحميل. عادة ما تستخدم اسطوانة غاز بسعة 40-50 لترًا. يتم قطع الجزء السفلي فيه ، ويتم عمل فتحة أو نافذة في الرقبة لتعبئة الوقود. يجدر التركيز على استخدام الفحم أو الحبيبات الدقيقة.
- تم تركيب الشبكة لتتحمل الحمولة الرئيسية.
- يتم تصنيع مرشح إعصار ورمح لتحمل الحمل الحراري. بغض النظر عن نوع الوقود الصلب المستخدم ، فإنه سينبعث منه نواتج احتراق على شكل رماد وغبار. يجب التقاط هذه النفايات فور إطلاقها بواسطة المرشح.
- تركيب المبرد. سيؤدي هذا المكون وظيفة تبريد خليط الغاز. لتركيب مولد الغاز بيديك ، يمكنك إنشاء هيكل المبرد من أنابيب السباكة. من المهم فقط حساب المقطع العرضي بشكل صحيح لإعداد الكربون الأمثل.
- إنشاء مرشح جيد. من المواد الغشائية الحديثة ، يمكن تصنيع مخمد لتنقية متعددة المستويات لخليط الهواء والغاز ، مما سيزيد من قوة مولد الطاقة.
- اتصال بالمحرك. المرحلة النهائية والتي يتم خلالها بمساعدة التنقليتم توصيل الأنابيب بالمحرك لتوجيه خليط الغازات النقية إليه.
مولدات الغاز المنزلي
معدات الغلايات المنزلية تتحسن أيضًا ، مضيفة وظائف وقدرات تشغيلية جديدة. بالنسبة لهذه المنطقة ، يتم تقديم مجموعات مولد الغاز حتى 150 كيلوواط لغاز البترول المسال (غاز الكربون المسال) ، كاملة مع نظام تبريد سائل وشاحن بطارية وأجهزة واقية. هذا مولد احتياطي كامل يمكن استخدامه في حالة انقطاع التيار الكهربائي.
حساب معدات توليد الغاز حسب السعة
بغض النظر عن الغرض من وحدة الطاقة ، يجب حساب مؤشراتها الفنية والتشغيلية قبل الشراء. يوجد أدناه مثال حسابي نموذجي لمجموعة مولدات غاز لنظام تدفئة منزلي.
يجب حساب متوسط قوة الوحدة بالنسبة إلى مساحة غرفة العمليات المستهدفة ، مع مراعاة العلاقة التالية: 1 كيلوواط من الطاقة المحتملة من خليط الغاز المتولد لكل 10 م 2. لذلك ، بالنسبة للموقع الذي تبلغ مساحته 50 مترًا مربعًا ، سيلزم تركيب 5 كيلو واط على الأقل ، وإذا كانت مساحة منشأة الإنتاج 1000 متر مربع ، فستكون هناك حاجة إلى نظام تدفئة لا يقل عن 100 كيلو واط. لكن هذا ليس كل شيء. لكل فتحة في الجدار ، تتم إضافة حوالي 1 كيلوواط ، دون احتساب التعديلات للظروف المناخية. نتيجة لذلك ، سيتطلب كائن تبلغ مساحته الإجمالية 1000 م 2 به 10 نوافذ و 5 أبواب استخدام وحدة بسعة 1015 كيلو وات على الأقل.
الايجابياتالتكنولوجيا
مولدات الغاز رائعة لمهام توليد الطاقة الأساسية. لذلك ، إذا كانت وحدات الوقود الصلب التقليدية لديها كفاءة بنسبة 60 ٪ ، فإن نظائرها الغازية - أكثر من 80 ٪. هناك أيضا الفروق الدقيقة الإيجابية في الخدمة. نظرًا لأن الاحتراق الكامل يحدث في الغرفة مع إزالة خليط ثاني أكسيد الكربون ، فلا يلزم إجراء مزيد من التنظيف الخاص لجدران المعدات. بالطبع ، هناك فوائد اقتصادية أيضًا. أبسط مولدات غاز تعمل بحرق الأخشاب يمكن أن توفر ما يصل إلى 30-40٪ مقارنة بالسخانات الكهربائية والمراجل التي توفر تأثيرًا حراريًا مشابهًا.
سلبيات التكنولوجيا
مزايا مولدات الغاز يمكن أن تجعلها الوسيلة الرئيسية لتوليد الطاقة الكهربائية والحرارية ، إن لم يكن لنقاط الضعف. بادئ ذي بدء ، فهي تشمل الطبيعة متعددة المكونات للأجزاء الوظيفية. على الرغم من مبدأ التشغيل البسيط ، تحتوي مجموعة مولدات الغاز على العديد من العناصر المترابطة ، مما يعقد تجميع النظام والتحكم فيه. يجدر أيضًا التأكيد على الحاجة إلى الحفاظ على الاحتراق باستمرار عن طريق تحميل المواد الخام للوقود. في الإنتاج العامل ، يجب أن يتم ذلك بانتظام ، لذلك لن يكون من الممكن الاستغناء عن التحكم الآلي.
مستقبل تقنيات توليد الغاز
يتم دعم التطوير المستمر لوحدات توليد الغاز من خلال توليفها العضوي مع خلايا الوقود الحيوي ، والتي تعد دون قيد أو شرط أحد أكثر مصادر الوقود الواعدة. فيفي اتجاه تحسين الهياكل للكريات والقوالب ، من المرجح أن يتم الترويج لهذا المفهوم. أما بالنسبة لمولدات الغاز للسيارات ، على المستوى الصناعي ، فإن تطويرها يمكن أن يبرر نفسه اقتصاديًا. بالمناسبة ، ينتج حوالي 2 كجم من مواد الوقود الرخيصة نفس القدر من الطاقة للسيارة مثل لتر واحد من البنزين. ومع ذلك ، لا تزال عملية التطوير في هذا الاتجاه تعوقها الحاجة إلى تعقيد تصميم السيارات وظهور مولدات تنافسية جديدة ، والتي تحل أيضًا محل محركات الاحتراق الداخلي التقليدية.
الخلاصة
أنظمة توليد الطاقة الكهربائية والسائلة اليوم تعارضها بشكل متزايد تقنيات الطاقة البديلة. بالنسبة لنفس البيئة المنزلية ، تم منذ فترة طويلة إنتاج الألواح الشمسية الكاملة والبطاريات الحرارية الأرضية. ما هو المكان الذي يمكن أن يتخذه مولد الغاز الحديث في هذا الصراع التنافسي؟ هذا ليس الحل الأكثر عملية للاستخدام المنزلي بسبب الحجم الكبير للمعدات والصيانة المزعجة. ومع ذلك ، فإن الصناعة مهتمة جدًا بمثل هذه التركيبات ، لأنها تتيح لك الاعتماد على المدخرات الرائعة دون تقليل الطاقة.
