ВОДЯНОЙ ГАЗ ЯК СИЛОВОГО ГАЗУ
Інженер' Н.Г. Кузнецов', "Двигун" № 3 1911 р
Водяний газ, який отримав широке поширення в багатьох галузях промисловості, як в железоделательной (зварювання), в скляній (плавлення) і освітлювальної техніки (освітлення міста, опалення, газова кухня), не має до цих пір в якості силового приводу того успіху, якого від нього можна було очікувати. На жаль, вина в цьому падає не на водяній газ, а на заводи теплових двигунів, які його відсунули на другий план через деякі досить значних труднощів, пов'язаних із застосуванням цього газу. Завдяки цьому вийшло таке положення, що в тих місцях, де є газові заводи для освітлення, не можна з'єднати заводські двигуни з газовою мережею, а їх доводиться живити бензином, так як вони не пристосовані для роботи на водяному газі.
Австрійському інженеру K. Reitmaier'у кілька років тому вдалося пристосувати газові двигуни існуючих конструкцій для роботи на водяному газі. Але перш, ніж пояснити причину колишніх невдач в цьому напрямку і приступити до опису виробленого інженером Рейтмейером способу, спочатку треба зупинитися на властивостях водяного газу.
Останній утворюється при пропущенні водяної пари через шар розпеченого коксу в генераторі, подібно до того, як у всмоктуючому генераторі через шар розпеченого пального пропускається суміш пари і повітря. В даному випадку проводиться один тільки пар, причому відбувається розпад останнього і освіту окису вуглецю.
Суміш звільнився водню і окису вуглецю і утворює водяний газ. Хімічна реакція супроводжується поглинанням тепла, так як розкладання пара на кисень і водень для 12 кг коксу вимагає приблизно 57560 калорій. Теплова втрата, отже, виражається в 28970 калоріях, яка відшкодовується періодичним перервою газоутворення (пропускання пара) і свіжої задування генератора. На практиці задування триває дві хвилини, а газовий період - 6 хвилин.
Генератор водяного газу, що відрізняється здатністю накопичувати в стовпі коксу вельми великий запас тепла в період дуття має наступну конструкцію. Кокс лежить в генераторі, як у відкритому ящику, і повітря, що вдихається проникає в нього з усіх боків, утворюючи майже повне горіння. Це досягається тим, що повітря входить тільки однією частиною в генератор (через трубу), а інша ж частина його надходить в кожух генератора, розподіляється там в кільцевому каналі і тільки після цього потрапляє через решітку в шар коксу, де відбувається згоряння окису вуглецю в вуглекислоту . На ступінь повноти згоряння вказує склад продуктів горіння, що випускаються в період дуття через отвір в димову трубу: СО2 - 17,2%; СО - 5,5.%; O- 0,4%; N - інше.
На підставі даних цього аналізу обчислюється кількість накопиченого в генераторі тепла кожними 12 кг коксу. Виходить всього 98818 калорій.
Так як продукти горіння йдуть з температурою в 600 ° С, той вони забирають з собою 21012 калорій.
Залишається в генераторі 98818 - 21012 = 77806 калорій, тим часом як втрата під час газоутворення становить 28970 калорій на 12 кг вуглецю. Ця втрата, таким чином, покривається з надлишком, що на практиці виражається в досить короткому періоді дуття (3/4 - 1 хв.) І довгому періоді газоутворення (близько 7 хв.).
Виходить з генератора газ потребує ще в очищенні, так як крім сірки містить ще золу і кремнезем. Останній відкладається у вигляді тонкого білого порошку на стінках генератора і трубопроводів. Цей кремнезем утворюється від окислення міститься в золі коксу кремневодорода.
Видалення з газу твердого осаду і сірководню безумовно необхідно. Неповна очищення газу від цих речовин веде до того, що циліндри і поршні швидко втрачають свою герметичність, наслідком чого є втрата газу в період стиснення, зменшення ступеня наповнення, а тому - зменшення потужності двигуна. Втрата герметичності відбувається, з одного боку під впливом роз'їдає дії на стінки циліндра і поршня сірчаної кислоти, що утворюється від згоряння в циліндрі сірководню, а з іншого боку, порошкоподібний кремнезем, змішуючись з маслом, утворює рід наждака, який стирає стінки циліндрів.
Для видалення сірки і кремнезему потрібно в разі правильно обладнаній газової установки два очищувача; один наповнений гідратом окису заліза для поглинання сірководню, а інший - дерев'яними тирсою, уловлюють частинки кремнезему. Крім того, до надходження в очисники газ промивається в скрубері, де звільняється від золи і охолоджується. З очищувачів газ прямує в резервуар, а звідти до двигуна. Вміст очищувачів має оновлюватися через кожні 5-6 тижнів; крім того необхідно проводити частіше випробування газу на присутність в ньому сірки і кремнезему.
Для цього служить наступний прилад. Газ підводиться до нього за допомогою гутаперчевою трубки і проходить через регулятор, встановлений на прохід 50 літрів газу на годину, йде далі по скляній трубці і згорає в пальнику, забезпеченою градуйованим циліндром. У скляній трубці є паперова смужка, змочена оцтовокислим свинцем (свинцевим цукром). Якщо в газі є сірководень, то останній забарвлює папірець в коричневий або чорний колір. Присутність кремнезему в газі виявляється за допомогою шматка звичайного листового заліза (чорної жерсті), який тримають над циліндром; поява на чорній поверхні металу білого плями вказує на присутність кремнекислоти. Само собою зрозуміло, що в разі виявлення зазначених елементів в газі, необхідно наповнити очисники свіжими реагентами.
Водяному газу приписується ще той недолік, що він має схильність давати передчасні спалаху. При застосуванні електричного запалювання цього, звичайно, не буває, але при запалюванні трубкою цей недолік проявляється досить регулярно. Пояснюється це високим вмістом водню в водяному газі, порівняно з генераторним газом. Усуваються передчасні спалаху укорочуванням трубки розжарювання, або приміщенням лампи ближче до кінця трубки, так як стиснута газова суміш при цьому пізніше доходить до розпеченої частини трубки; або ж поміщають лампу ближче до кінця трубки.
Залишається ще вказати теплової коефіцієнт корисної дії двигуна, що живиться водяним газом, і вартість його експлуатації. Тепловий коефіцієнт корисної дії, як відомо, визначається формулою:
N = (T1-T2) / T1,
а дійсний коефіцієнт корисної дії виводиться з теплового еквівалента Q = 624 калорії на 1 л. силу, поділеного на дійсний витрата одиниць тепла.
Так як теплопродуктивністю здатність газу - 2500 калорій на 1 кб. метр, температура полум'я - 1700 ° С, а температура відхідних газів близько 400 ° С, то при витраті 900 метрів газу на силу, отримаємо: Тепловий коефіцієнт отриманого дії дорівнює 0,66, дійсний тепловий коефіцієнт корисної дії дорівнює 0,276, а дійсне використання становить 41,9%.
Вартість експлуатації 100-сильною установки, що доставляє 1000 куб. метрів водяного газу в день або 300000 куб. метрів на рік.
15 вагонів коксу по 250 марок .................. 3750 марок
3 вагони вугілля для виробництва пара .... ...... .600 марок
1 майстер і помічник .................................. ... ..1800 марок
Очищення газу ................................................ ... ... ... 300 марок
Ремонт ................................................. .............. ...... .... 200 марок
Погашення капіталу і% з нього (7% з 35000 марок) ....... 2450 марок
РАЗОМ ................................................. ............. .................. 9100 марок
Вартість 1 куб. м. газу ...... 9100/300000 = 3.03 пфен.
Вартість 1 сили-годину ................. 3.03х0.9 = 2.727 пфен.
Міські газові заводи в Німеччині стягують 10 Пфеніг за 1 кубич. метр водяного газу для промислових цілей. Для тих, хто користується покупним газом, вартість 1 сили-годину виразиться, отже, величиною 10х0.9 = 9 пфен.
У Шенеберге багато дрібних і середніх підприємств харчуються водяною газом, які доставляють міської центральної газової станцією, і дія їх цілком бездоганно.
Двигун, який живиться водяним газом, має, на думку Рейтмейера, велике майбутнє. Шлях, по якому йде розвиток міського благоустрою, призведе в найближчому майбутньому до злиття газової та електричної центральних станцій в одну, двигуни якої будуть харчуватися водяним газом і приводити в дію динамо-машини. Така станція, виробляючи одночасно газову та електричну енергію для цілей освітлення, опалення і передачі сили, має на своєму боці перевага дешевизни устаткування і експлуатації.
(Підготовка до друку: інженер Д.А. Боєв, 06-2006)