ВОДЯНОЙ ГАЗ В КАЧЕСТВЕ СИЛОВОГО ГАЗА

Инженеръ Н.Г. Кузнецовъ, "Двигатель" № 3, 1911 г.

Водяной газ, получивший широкое распространение во многих отраслях промышленности, как в железоделательной (сварка), в стекольной (плавление) и осветительной технике (освещение города, отопление, газовая кухня), не имеет до сих пор в качестве силового привода того успеха, которого от него можно было ожидать. К сожалению, вина в этом падает не на водяной газ, а на заводы тепловых двигателей, которые его отодвинули на второй план из-за некоторых довольно значительных затруднений, связанных с применением этого газа. Благодаря этому получилось такое положение, что в тех местах, где имеются газовые заводы для освещения, нельзя соединить заводские двигатели с газовой сетью, а их приходится питать бензином, так как они не приспособлены для работы на водяном газе.

Австрийскому инженеру K. Reitmaier'у несколько лет назад удалось приноровить газовые двигатели существующих конструкций для работы на водяном газе. Но прежде, чем объяснить причину прежних неудач в этом направлении и приступить к описанию выработанного инженером Рейтмейером способа, сначала надо остановиться на свойствах водяного газа.

Последний образуется при пропускании водяного пара через слой раскаленного кокса в генераторе, подобно тому, как во всасывающем генераторе через слой раскаленного горючего пропускается смесь пара и воздуха. В данном случае проводится один только пар, причем происходит распадение последнего и образование окиси углерода.

Смесь освободившегося водорода и окиси углерода и образует водяной газ. Химическая реакция сопровождается поглощением тепла, так как разложение пара на кислород и водород для 12 кг кокса требует приблизительно 57560 калорий. Тепловая потеря, следовательно, выражается в 28970 калориях, которая возмещается периодическим перерывом газообразования (пропускания пара) и свежей задувкой генератора. На практике задувка продолжается две минуты, а газовый период - 6 минут.
Генератор водяного газа, отличающийся способностью накапливать в столбе кокса весьма большой запас тепла в период дутья имеет следующую конструкцию. Кокс лежит в генераторе, как в открытом ящике, и вдуваемый воздух проникает в него со всех сторон, образуя почти полное горение. Это достигается тем, что воздух входит только одной частью в генератор (через трубу), а другая же часть его поступает в кожух генератора, распределяется там в кольцевом канале и только после этого попадает через решетку в слой кокса, где совершается сгорание окиси углерода в углекислоту. На степень полноты сгорания указывает состав продуктов горения, выпускаемых в период дутья через отверстие в дымовую трубу: СО2 - 17,2%; СО - 5,5.%; O- 0,4%; N - остальное.

На основании данных этого анализа вычисляется количество накопленного в генераторе тепла каждыми 12 кг кокса. Получается всего 98818 калорий.

Так как продукты горения уходят с температурой в 600°С, тот они уносят с собой 21012 калорий.

Остается в генераторе 98818 - 21012 = 77806 калорий, между тем как потеря во время газообразования составляет 28970 калорий на 12 кг углерода. Эта потеря, таким образом, покрывается с избытком, что на практике выражается в весьма коротком периоде дутья (3/4 - 1 мин.) и длинном периоде газообразования (около 7 мин.).

Выходящий из генератора газ нуждается еще в очистке, так как кроме серы содержит еще золу и кремнезем. Последний отлагается в виде тонкого белого порошка на стенках генератора и трубопроводов. Этот кремнезем образуется от окисления содержащегося в золе кокса кремневодорода.

Удаление из газа твердого осадка и сероводорода безусловно необходимо. Неполная очистка газа от этих веществ ведет к тому, что цилиндры и поршни быстро теряют свою герметичность, следствием чего является потеря газа в период сжатия, уменьшение степени наполнения, а потому - уменьшение мощности двигателя. Потеря герметичности происходит, с одной стороны под влиянием разъедающего действия на стенки цилиндра и поршня серной кислоты, образующейся от сгорания в цилиндре сероводорода, а с другой стороны, порошкообразный кремнезем, смешиваясь с маслом, образует род наждака, который истирает стенки цилиндров.

Для удаления серы и кремнезема требуется в случае правильно оборудованной газовой установки два очистителя; один наполнен гидратом окиси железа для поглощения сероводорода, а другой - деревянными опилками, улавливающими частицы кремнезема. Кроме того, до поступления в очистители газ промывается в скруббере, где освобождается от золы и охлаждается. Из очистителей газ направляется в резервуар, а оттуда к двигателю. Содержимое очистителей должно обновляться через каждые 5-6 недель; кроме того необходимо производить почаще испытание газа на присутствие в нем серы и кремнезема.
Для этого служит следующий прибор. Газ подводится к нему посредством гуттаперчевой трубки и проходит через регулятор, установленный на проход 50 литров газа в час, идет далее по стеклянной трубке и сгорает в горелке, снабженной градуированным цилиндром. В стеклянной трубке имеется бумажная полоска, смоченная уксуснокислым свинцом (свинцовым сахаром). Если в газе имеется сероводород, то последний окрашивает бумажку в коричневый или черный цвет. Присутствие кремнезема в газе обнаруживается при помощи куска обыкновенного листового железа (черной жести), который держат над цилиндром; появление на черной поверхности металла белого пятна указывает на присутствие кремнекислоты. Само собой разумеется, что в случае обнаружения указанных элементов в газе, необходимо наполнить очистители свежими реагентами.
Водяному газу приписывается еще тот недостаток, что он имеет склонность давать преждевременные вспышки. При применении электрического зажигания этого, конечно, не бывает, но при зажигании трубкой этот недостаток проявляется довольно регулярно. Объясняется это высоким содержанием водорода в водяном газе, сравнительно с генераторным газом. Устраняются преждевременные вспышки укорачиванием трубки накаливания, или помещением лампы ближе к концу трубки, так как сжатая газовая смесь при этом позже доходит до раскаленной части трубки; или же помещают лампу ближе к концу трубки.
Остается еще указать тепловой коэффициент полезного действия двигателя, питаемого водяным газом, и стоимость его эксплуатации. Тепловой коэффициент полезного действия, как известно, определяется формулой:

N=(T1-T2)/T1,

а действительный коэффициент полезного действия выводится из теплового эквивалента Q = 624 калории на 1 л. силу, деленного на действительный расход единиц тепла.

Так как теплопроизводительная способность газа - 2500 калорий на 1 кб. метр, температура пламени - 1700°С, а температура уходящих газов около 400°С, то при расходе 900 метров газа на силу, получим: Тепловой коэффициент полученного действия равен 0,66, действительный тепловой коэффициент полезного действия равен 0,276, а действительное использование составляет 41,9 %.

Стоимость эксплуатации 100-сильной установки, доставляющей 1000 куб. метров водяного газа в день или 300000 куб. метров в год.

15 вагонов кокса по 250 марок..................3750 марок
3 вагона угля для производства пара....…….600 марок
1 мастер и помощник..................................…..1800 марок
Очистка газа...................................................…... 300 марок
Ремонт...............................................................……....200 марок
Погашение капитала и % с него (7 % с 35000 марок).......2450 марок
ИТОГО..............................................................………………9100 марок
Стоимость 1 куб. м. газа ......9100/300000=3.03 пфен.
Стоимость 1 силы-час................. 3.03х0.9 = 2.727 пфен.

Городские газовые заводы в Германии взимают 10 пфенигов за 1 кубич. метр водяного газа для промышленных целей. Для тех, кто пользуется покупным газом, стоимость 1 силы-час выразится, следовательно, величиной 10х0.9=9 пфен.
В Шенеберге многие мелкие и средние предприятия питаются водяным газом, доставляемым городской центральной газовой станцией, и действие их вполне безукоризненно.

Двигатель, питающийся водяным газом, имеет, по мнению Рейтмейера, большую будущность. Путь, по которому идет развитие городского благоустройства, приведет в ближайшем будущем к слиянию газовой и электрической центральных станций в одну, двигатели которой будут питаться водяным газом и приводить в действие динамомашины. Такая станция, вырабатывая одновременно газовую и электрическую энергию для целей освещения, отопления и передачи силы, имеет на своей стороне преимущество дешевизны оборудования и эксплуатации.

(Подготовка к печати: инженер Д.А. Боев, 06-2006)