Принцип работы газового генератора кратко

Обновлено: 06.07.2024

Среди прочих моделей электростанций газовые генераторы получили высшего достижения человеческого гения. И это абсолютно адекватно, потому что эти устройства генерации, которые созданы на базе газопоршневого двигателя, способны преобразовывать топливную энергию, в данном случае газа, в электрическую энергию.

Наиболее эффективны для энергоснабжения

жилых коттеджей
целых поселков в отдаленной от городской черты местности
крупных предприятий
нефтедобывающих платформ и скважин
очистных сооружений
шахт

Высокопродуктивны для использования:

на производственных объектах
в строительной отрасли
в медицинских учреждениях и административных зданиях
в гостиницах, аэропортах, узлах телекоммуникации, системах жизнеобеспечения
во многих других сферах, где необходимо автономно работающее генерирующее оборудование, способное работать в связке с централизованными тепловыми и энергоснабжающими системами

Используемые в настоящее время газовые генераторы классифицируются на три основные классы:

стандартные, используемые только для выработки электроэнергии;
когенерационные, предназначенные не только для поддержания соответствующего напряжения в сети, но и производящие тепло;
тригенерационные, в сочетании с электроэнергией вместо тепла генерирующие холод.

Первый класс генераторов отработанные при производстве электричества газы утилизирует их в атмосферу. А вместе с ними и тепловую энергию. Это малоэффективно, в силу чего сегодня повышенной популярностью пользуются когенерационные установки: устройства отработанные газы пропускает через теплообменник, в котором нагревается вода. В результате имеется возможность по созданию горячего водоснабжения. По популярности им уступают тригенерационные приборы: производимый ими холод позволяет нормально функционировать холодильным установкам.

Принцип работы и конструкция газовых генераторов

Конструкция газового генератора включает в себя стандартный двигатель внутреннего сгорания, а также внешние смесеобразование и искровое зажигание горючего вещества в камере сгорания. В качестве энергоресурсов в используется природный газ, поддерживающий функционал устройства по циклу Отто. Его суть заключается в выделении при сгорании топлива энергии, которая приводит в механическое движение вал двигателя. Далее вращательный момент передается генератору, в котором и происходит выработка электроэнергии.

Газовые двигатели превосходно зарекомендовали себя в составе генерирующих установок, используемых периодически либо постоянно в момент пиковых нагрузок, а также в виде резервных и аварийных источников качественной электроэнергии и тепла. Это, безусловно, придает конструктиву определенной модели своеобразную уникальность, в силу которой применять резервный генератор в постоянной работе нет экономического смысла. Как и инженерное оборудование, наделенное высокой мощностью и производительностью, эксплуатировать только от случая к случаю. Это не только приведет к материальным издержкам, но может стать причиной поломки агрегата.

В сравнении с иными генерирующими установками, газовые генераторы неподражаемы еще и тем, что могут работать как когенерационные установки, что означает одновременную выработку и электрической энергии, и тепла, что не по силам ни дизельным, ни бензиновым генераторам. Определенная модификация ГГУ может использоваться и для производства холода, а также в комплексе с насосными приводами и газовыми компрессорами.

Газовые генераторы по своему конструктиву делятся на:

устройства для постоянного функционирования;
для периодичной эксплуатации;
в качестве аварийного источника.

Установки способны вырабатывать однофазный и трехфазный электроток, параметры выходного напряжения также различны: как правило, производится переменный ток в 220 либо 480 В и частотой 50 Гц.

В качестве топлива газогенераторные агрегаты могут использовать не только природный газ, но и другие виды газовых энергоресурсов, такие как газы с низкими теплотворными характеристиками, невысокой детонирующей способностью, низким содержанием метана или газы с высокими теплотворными параметрами: бутан, пропан, факельный. В большинстве моделей предусмотрена возможность перестройки работы на одном виде газа на другой.

Помимо этого, существуют и более совершенные двухтопливные модели двигателей, способные функционировать сразу на газу и на жидком видах топлива:

природный (сжатый, сжиженный и магистральный);
пропан-бутановые смеси;
попутный из нефтяных скважин и пары резервуаров больших дыханий;
промышленный (коксовый, пиролизный, биогаз, из стоков, шахтный и другие).

Преимущества газогенераторных устройств

Газовые электростанции вполне стабильно функционируют в широком температурном диапазоне – от +50 до -50 С. При этом они абсолютно не требуют обязательного обустройства специализированных помещений: вполне достаточно навеса, который предохранит оборудование от контакта с атмосферной влагой. В некоторых случаях можно использовать обычную будку. Единственным обязательным требованием является устройство заземления.

Газ можно хранить неограниченное время, а бензин либо дизтопливо уже через полгода могут потерять свое октановое значение, в смеси появиться осадок в результате расслоения. Для иных моделей генераторов существуют ограничения по времени беспрерывной работы: на бензине – не более 10 часов. А вот ГГУ лишь на одном газовом баллоне способна перекрыть этот срок в два с лишним раза.

Эти параметры подтверждены практикой использования: на четверть выше срок службы, чем у жидкотопливных генераторов. Благодаря применению более чистого топлива в системах отсутствует риск скопления нагара, который может привести к неисправности устройства и требует периодической чистки узлов.

Недостатки газогенерирующих установок

Наиболее существенным ограничением является доступность топлива в определенной местности. Также повышены требования и со стороны контролирующих организаций, потому что газ относится к взрывоопасным смесям. Для транспортировки этого топлива применяется спецтехника.

Если же есть возможность подключения к центральной магистрали, то многие ограничения не действуют: достаточно получить соответствующее разрешение на подключение к магистрали, осуществить врезку и грамотную обвязку точки потребления. Это требует определенных материальных издержек, которые в ряде случаев могут в разы повысить стоимость приобретения и монтажа газового генератора.

Газовые электрогенераторы – это электромеханические устройства, которые вырабатывают электроэнергию за счет сжигания природного газа. В качестве источника энергии используют газ: метан, бутан или пропан. Устройства пользуются большой популярностью в регионах с низкой стоимостью газа, и высокой стоимостью электричества за кВт/ч .

Газовый электрогенератор

Место применение газовых электрогенераторов

Аппараты подбирают исходя из конечной мощности, которую может выдавать генератор. Отталкиваясь от данного параметра, различают несколько сфер применения:

В небольшом доме или даче. Небольшие устройства мощностью до 1,5-9 кВт . Такие аппараты оборудуют на случаи экстренного отключения электричества.
Для нужд частного дома, коттеджа. Более производительное оборудование. Минимальная мощность составляет порядка 9-15 кВт . Эти устройства способны длительное время поддерживать электропитание среднего дома до 100 кв. м.
В качестве резервного источника питания небольшого цеха или магазина с торговым оборудованием. Генераторы мощностью от 15 кВт и более. Это мощные аппараты с хорошим охлаждением. Они рассчитаны на длительную работу.
Промышленные генераторные установки. Стационарные станции, которые обеспечивают электричеством производства, фермы, строительные участки, буровые скважины, небольшие поселки. Обычно мощность подобных установок перешагивает отметку в 100 кВт . Их используют в качестве основного источника питания, а также для аварийных случаев отключения электричества.

В данной статье мы рассмотрим устройства из первой, второй и третьей категории. Они относятся к мобильным или стационарным аппаратам. Генераторные установки имеют более сложную конструкцию, хотя они работают по такому же принципу.

Устройство газового электрогенератора

Аппарат на газу не сильно отличается по принципу работы от того же бензинового или дизельного электрогенератора. Конструктивно он состоит из нескольких основных элементов: стальной рамы, бака для сжиженного газа, синхронного генератора, электростартера с кислотным аккумулятором 12 В , газового ДВС и блока управления мощностью. Также в системе может присутствовать пассивное или активное охлаждение.

Устройство может работать и на магистральном газу. Для подключения такого типа генератора потребуется вызвать специалиста из газовой службы.

Рассмотрим наглядную схему устройства подобного агрегата:

В качестве мер безопасности на генераторе устанавливают электромагнитный клапан. Он встроен в систему подачи топлива. При отключении генератора, клапан перекрывает подачу газа в ДВС.

Необходимо соблюдать правильную последовательность подключение аппарата к общей электрической сети. В противном случае можно или испортить сам генератор, либо сжечь защитные приборы в доме (автоматы защиты сети).

Классификация

Все газовые генераторы можно разделить на несколько категорий, в зависимости от тех задач, которые на них возложены:

Часть обозначений по классу защиты, шумности и мощности устройства можно найти на заводской информационной табличке аппарата, либо в руководстве пользователя.

Как отдельную подгруппу можно выделить комбинированные устройства. Они могут работать как на газу, так и на бензине.

Моторесурс газовых электрогенераторов

Полноценно оценить количество моточасов, как на бензиновом моторе машины, довольно сложно. Здесь все зависит от нескольких факторов:

Условий эксплуатации. Генератор, который работает на улице и в мороз – прослужит меньше, чем аналогичное устройство, работающее в теплом, сухом боксе.
Нагрузки. Если постоянно эксплуатировать устройство на пиковых нагрузках, то оно быстро выработает свой ресурс.
Используемого топлива. Конечно, проблем с газом меньше. Однако это не исключает возможности порчи устройства от плохого топлива. Лучше использовать газ с проверенных станций.

Расчёт необходимой мощности генератора в зависимости от размеров питаемого строения

В данном вопросе корректней рассматривать мощность не от объема помещения, а от потребителей, которые находятся в нем. Например, для зимнего проживания в небольшом домике с 2 радиаторами на 1,5 кВт (каждый) и стандартной бытовой техникой потребуется генератор от 5 кВт . Для дома с 5 радиаторами и большим количеством техники – от 10 кВт .

Посчитать мощность просто. Нужно сложить потребляемую мощность от всех электроприборов в доме. После чего к полученному значению добавить еще 25%. Это и будет необходимая мощность газового генератора. Дополнительные 25% берут исходя из того, что устройство не должно работать на пиковых нагрузках продолжительное время.

Учитывайте сезонность. Если генератор используют только летом, когда происходит экстренное отключение электроэнергии, можно взять маломощный аппарат для обеспечения элементарных нужд.

Сравнительная таблица достоинств и недостатков газовых электрогенераторов

Рассмотрим некоторые плюсы и минусы газовых генераторов в сравнении с дизельными аппаратами:

Сравнение некоторых характеристик электрогенераторов

дизель	газ
Подключение к магистральной сети	нет	есть
Стоимость энергоносителя	Высокая	Невысокая
Уровень опасности	Можно использовать в помещении или на улице	Можно использовать на улице. В помещении нужно организовать дополнительную систему оповещения на случай утечки газа
Требования к энергоносителю	Чистое проверенное топливо. В случае использования суррогата, генератор может выйти из строя	Более неприхотливое отношение к топливу. Однако и здесь нужно иметь проверенных поставщиков газа

Из таблицы видно, что газовые генераторы более экономичные, однако подключение данной техники к магистрали требует соблюдения жестких требований по безопасности.

При использовании генератора в помещении нужно организовать дополнительную систему вентиляции для отвода выхлопных газов.

Обслуживание газового электрогенератора

Генератор на газу обслуживают примерно также, как и дизельные или бензиновые агрегаты. Устройство нужно держать под навесом или в закрытом помещении, чтобы влага не проникала внутрь корпуса. Регулярно осматривать и чистить аппарат от засорений. Следить за состоянием проводки, чтобы она не оплавились. Вовремя менять расходные материалы.

Газовые генераторы становятся все более популярны. Во многом они получили широкое распространение за счет своей экономичности (газ в разы дешевле бензина и дизеля) и возможности включения при минусовых температурах. Поэтому такие станции стали чаще использовать не только в промышленности и на стройплощадках, но и в быту. В этой статье мы расскажем, как работают генераторы на природном газе.

Механизм действия

Принцип работы газового электрогенератора такой же, как у его бензиновых и дизельных аналогов. В рабочей камере происходит сгорание топлива - газа, - в результате чего выделяется энергия, которая приводит в движение поршень, коленчатый вал и сам генератор. Распространенный тип оборудования - газовый генератор с автозапуском. Он снабжен блоком АВР, который без вмешательства пользователя включает электростанцию при разрыве питания в центральной сети.

Стоит отметить, что при сгорании газа выделяется больше энергии, чем у бензо- и дизельных генераторов такой же мощности. Поэтому небольшие генераторные установки, которые работают на природном газе, часто предпочитают более мощным крупногабаритным дизельным станциям.

Как и другие виды электростанций, газовые используют:

как основной источник энергоснабжения;
для временного пользования (например, для дачи, бытового и сезонного включения);
для резервного питания.

Одно из главных преимуществ таких станций - многофункциональность. Их можно подключить к центральной газомагистрали. Это, конечно, займет время: необходимо собрать необходимые документы и согласовать проект подключения. Но в результате вы получите дешёвый автономный источник энергоснабжения, который не надо заправлять топливом. Если нет возможности такого подключения, можно использовать баллоны со сжиженным газом. Требования к хранению таких баллонов менее жёсткие, чем, например, к хранению дизеля. Самое важное из них - соблюдение техники безопасности: газ является взрывоопасным веществом.

К установке бытовой газовой электростанции существуют определённые требования, о которых мы подробно рассказывали в статье “Как подключить газовый генератор?”.

Применение автономных агрегатов по выработке электроэнергии оправдано и с экономической, и практической точки зрения. Однако людям, живущим далеко от цивилизации, довольно затратно и хлопотно приобретать и транспортировать до дома природный газ или жидкое топливо. На выход в такой ситуации приходит газогенератор на дровах. Разберем, что собой представляет данное оборудование, как оно устроено и по какому принципу работает, на какие виды подразделяется, каковы его плюсы и минусы, правила установки современных моделей.

Дровяной газогенератор – что это такое, устройство, принцип действия, применение

В автономных установках по выработке электроэнергии для нужд частного дома применяется двигатель внутреннего сгорания. Функционировать он может на бензине, солярке или природном газе. Однако, когда дело касается удаленных районов, доставлять такие виды топлива будет экономически не выгодно и технически трудно.

Альтернативным решением вопроса в такой ситуации является дровяной газогенератор. Мотор такого агрегата питается смесью газов – преимущественно, водорода, моноксида углерода, метана и некоторых других углеводородов. Образуются они в специальных условиях в ходе термического разложения древесины, угля, торфа, органики и прочих подходящих видах твердого топлива.

Устройство

Классическая дровяная газогенераторная установка бытового типа состоит из следующих основных узлов:

Корпус. Изготавливается из стали, может иметь цилиндрическую или прямоугольную форму. Устанавливается на специальных ножках.

Загрузочный отдел. Располагается и крепится внутри корпуса. Предназначается для загрузки топлива через специальный люк, края которого оснащаются специальным огнестойким уплотнителем.
Камера сгорания. Отличается жаростойкостью и находится внизу загрузочного отдела. В ней осуществляется непосредственное сжигание топлива. Для осуществления термического разложения смол в нижней ее части обустроена специальная горловина. Посередине камеры проделаны специальные отверстия-фурмы, соединенные с воздухоподающим устройством. Последнее оснащается клапаном обратного типа для препятствия выхода горючих газов.
Вентилятор. При необходимости повышения КПД, а также улучшения сжигания отдельных видов топлива или очень сырых дров, воздухораспределительный модуль дополнительно комплектуется вентилятором или турбиной – для усиленной подачи воздуха в топку.
Колосники. Устанавливаются в нижней части камеры сгорания. Главное их назначение заключается в поддержке раскаленных горящих углей и отделении прогоревшего вещества – осыпания золы в специальный расположенный ниже зольник.

Люки. Специальные герметично закрываемые крышки – верхняя для загрузки топлива с устройством для выравнивания давления внутри, боковая для загрузки в зону восстановления и нижняя для выгребания шлака.
Газовод. Патрубок для вывода образуемой смеси газов из камеры сгорания. Ввиду высокой изначальной температуры и необходимости охлаждения для дальнейшего использования, специально проводится по кольцеобразной траектории в полости между корпусом установки и камерой загрузки. Это позволяет не только охлаждать газ, но также предварительно просушивать топливо, прежде чем оно попадет в топку.
Система фильтрации. После выхода из камеры газ требует обязательной очистки от сажи и других твердых взвешенных частиц. Поэтому сначала он в горячем виде подается в фильтр грубой очистки, а после уже в охлажденном виде подвергается более тонкой фильтрации.

По завершении очищенная и охлажденная газовая смесь подается в смесительный блок. Здесь газ до необходимой степени насыщается кислородом. Только после этого он подается в двигатель внутреннего сгорания.

Механизм действия

Принцип работы газогенератора на дровах сводится к тому, что в условиях повышенной температуры (порядка 1200-1500°C) и низком уровне кислорода древесина не горит, как обычно, а тлеет, выделяя при этом генераторный газ, служащий топливом для ДВС. Механизм действия установки сводится к следующим поэтапным процессам, происходящих в соответствующих зонах генератора:

Сушка топлива. При температуре порядка 160-190°C расположенные в самой верхней части загрузочного отдела дрова высушиваются под действием проходящих по кольцевому трубопроводу газами.
Сухая перегонка. В средней части агрегата, где уровень нагрева достигает 450-500°C осуществляется обугливание древесины. В результате помимо кокса образуются смолы, кислоты и прочие продукты низкотемпературного распада топлива.
Горение. В самой нижней части установки при максимальной температуре 1100-1500°C обугленное топливо и продукты распада сгорают до углекислого и угарного газа.

Восстановление. Образованный и разогретый в нижней части углекислый газ подымается до раскаленного кокса и, взаимодействует с углеродом и водой, в результате реакции образуется моноксид углерода и водород.

В зоне горения и восстановления образуется не только горючие газы, но также балластные. К первым относятся – угарный газ, водород, метан и некоторые непредельные углеводороды, ко вторым – углекислый газ, азот, кислород и пары воды. Кроме того, топочный газ в сыром виде содержит множество включений в виде шлака, золы, органических кислот. Поэтому прежде чем пускать в ДВС, его требуется тщательно очистить. Для этого и применяются фильтры грубой и тонкой очистки.

Применение

При высоком качестве топлива, отлаженной технологии и принудительном поддуве газонегераторы на дровах достигают настолько высокого КПД, что устанавливаются даже на автомобили. Однако в большинстве случаев их основной сферой применения являются объекты и дома с обилием древесины и затрудненным доступом других видов энергоресурсов (электричества, газа, бензина, мазута и т. д.).

Дровяные генераторы применяются в следующих случаях:

Для электрификации домов в удаленных районах без доступа к электросетям.
Для обеспечения бесперебойности подачи электричества на объектах повышенной важности – военных, научных, медицинских базах.
В промышленности – в качестве альтернативного источника выработки электроэнергии при наличии сопутствующих отходов производства – щепы, опилок, обрезков стройматериалов и проч.

Обратите внимание! Для стабильной и высокопроизводительной работы генератор требует загрузки изначально хорошо просушенного топлива. Так, использование сырых дров снижает КПД на 25 %. Кроме того, при тлении сырой древесины образуются тугоплавкие смолы, быстро засоряющие систему трубопроводов, что и без того приведет к снижению эффективности агрегата и потребует частой его чистки.

Плюсы и минусы

Газогенераторная машина по производству топочного газа, функционирующая на дровах, характеризуется следующим рядом преимуществ:

Высокий КПД. При сопутствующих условиях величина может достигать 95%.
До 25 часов горения за одну закладку дров.

Полное сжигание топлива, обеспечивающее минимальное образование отходов и редкую чистку зольника.
Возможность регулировки мощности и автоматизации процесса.
Практически полное отсутствие вредных выбросов в атмосферу, ввиду полной утилизации пиролизных газов.
Высокий экономический показатель.
Возможность загрузки свежесрубленной и невысушенной древесины на некоторых моделях агрегатов.
Большие габариты загрузочной камеры позволяют использовать неколотые дрова длиной до 1 м.
Возможность применения альтернативных видов топлива – опилок, коры, пластика и проч.
Полная безопасность эксплуатации.

Более того, если нет необходимости в очистке газовой смеси для двигателя электрогенератора, то установку можно использовать для прямого нагрева теплоносителя, тем самым обеспечивая экономное отопление дома.

Среди недостатков газогенераторной установки на дровах выделяются следующие:

Более высокая, почти в 2 раза, стоимость на оборудование по сравнению со стандартными моделями твердотопливных котлов.

Современные агрегаты работают на принудительном поддуве, поэтому являются энергозависимыми. Простые экземпляры имеют меньшую производительность.
При эксплуатации на мощности ниже 50% процесс горения становится нестабильным, в результате чего трубопровод засоряется смолой.
Для стабильности работы требуется строгий контроль температуры газов. Если показатель упадет ниже 60°C, в газоходе образуется конденсат с последующим засорением.
Загрузка топлива производится вручную.
Стабильность работы проявляется при использовании хорошо просушенной древесины.

На заметку! Мощность бытовых дровяных газогенераторов не превышает 15-20 кВт. При этом для конкретных условий эксплуатации агрегат подбирается с запасом этого параметра до 25 %. Кроме того, при выборе необходимо учитывать время работы, тип самого генератора, а также разновидности применяемого топлива.

Разновидности

Существуют 3 основных вида дровяного газогенератора:

Классический вариант исполнения агрегата. Функционирует на угле, полукоксе и антраците. Главные отличия:

Воздух в зону горения поступает снизу через колосники.
Забор газа осуществляется сверху.
Влага из топлива не проникает в топку, поэтому ее требуется доставлять специально.

Видео описание

Видео-пример работы газового генератора на дровах:

Высокая производительность обуславливается обогащением смеси газов водородом, образуемым в реакции с подаваемой водой.

Данный вариант установки способен перерабатывать различные виды топлива, при сжигании которых образуются смолы. Это в первую очередь дрова и древесный уголь, а также различные отходы. Характерные особенности:

Воздух подается в среднюю часть – непосредственно в зону горения.
Выход газа осуществляется ниже – через зольник.

Образуемый газ поступает на просушку и подогрев топлива в загрузочной камере.

Отличие от выше приведенных вариантов в том, что зона активности в нем намного меньше, что обуславливает меньшее время для запуска и возможность быстрой смены рабочего режима. Характерные особенности работы проявляются в следующем:

Воздух подается принудительно в боковой нижней части.
Забор газа осуществляется через газозаборную решетку – напротив приспособления для воздухоподачи.

Важно! Для установки газогенератора требуется отдельное помещение со специальными техническими условиями. Его площадь не должна быть менее 15 м 2 .

Видео описание

Видео-обзор автономного электроснабжения на дровяном газогенераторе:

Правила установки

При монтаже газогенераторных агрегатов на дровах рекомендуется соблюдать следующий ряд правил:

Установка оборудования допускается в любом месте дома – подвале, цоколе, в комнате – а также на улице, с соблюдением техники безопасности и технических условий.
Модели, предназначенные для загрузки дров большой длины, лучше устанавливать на улице рядом с местом хранения топлива.
Для монтажа внутри дома лучше выбирать вариант генератора, работающего на пеллетах. Так как их хранение и эксплуатация не сопряжена с образованием мусора.
В случае использования топочных газов для обогрева и минимального их охлаждения трубы к дому от агрегата, установленного на улице, прокладываются в теплоизоляции и под землей.

Рекомендация! Газогенераторы проявляют максимальную производительность при полной загрузке. Однако количества вырабатываемой энергии бывает избыточно много. Поэтому чтобы сохранить ее, например, для обогрева, необходимо использовать специальные теплоизолированные емкости – теплоаккумуляторы.

Видео описание

Видео о том, как работает газогенератор на дровах:

Коротко о главном

Современные модели дровяных газогенераторов настолько эффективны, что их допустимо устанавливать даже на автомобиль. Однако в большинстве случаев он является успешным способ сэкономить на топливе для отдаленных районов проживания, где кроме дров нет других видов энергоресурса, а доставлять их туда невыгодно. Упрощенно, агрегат состоит из корпуса, камеры загрузки, топки и зольника. Принцип его работы основан на термическом разложении древесины или угля при низком уровне кислорода, и последующем восстановлении – до моноксида углерода и водорода.

Топочные газы прежде чем попасть в ДВС охлаждаются, очищаются и смешиваются с кислородом. Основные плюсы газогенераторов рассматриваемого типа:

Большой КПД.
До 25 часов горения за одну загрузку.
Полное сжигание древесины.
Регулировка мощности.
Отсутствие вредных выбросов.
Экономичность.
Возможность использования сырой древесины.
Эксплуатация на других видах топлива.
Безопасность.
Большие объемы камеры.

Недостатки проявляются в высокой стоимости, энергозависимости современных моделей, возможности засорения, контроле температуры газов, ручной загрузке, необходимости применять сухое топливо. При этом существуют 3 разновидности – прямые, обратные и горизонтальные. У каждой из них есть свои плюсы, минусы и особенности применения. Установка агрегата должна выполняться в соответствии с правилами.

Читайте также: