Gasgenerator för fuktigt bränsle

Professor Harald Kyrklund, Helsingfors

(Ur Teknisk Tidskrift, 21 Juli 1945)




Flytande bränslen äro så överlägsna gengas att gasbränslet i bilar sannolikt kommer att överges, om vi åter får fri tillgång till flytande bränsle, men frågan är, när detta inträffar. Sannolikt komma vi ännu i åratal att vara hänvisade till gengas, åtminstone i våra lastbilar och bussar, och till och med i fredstid komma vi att alstra gas i industrigeneratorer. Det är därför fullt motiverat, att vi allt fortfarande intressera oss för generatorproblem.

Tidigare försök med våt ved

På vår sida av Bottenhavet har utvecklingen gått därhän, att kolgasen nästan helt ersatts av vedgas. Också på detta område, liksom då det gäller ångpanneeldstäder och industriugnar, har erfarenheten visat, att det i regel är ekonomiskt fördelaktigare att använda ett bränsle i rå, dvs oförädlad form, än att omvandla det till ett kvalitetsbränsle, enär vinsten vanligen icke motsvarar de av förädlingen betingade komplikationerna och omkostnaderna. Men övergången från kol till vedgas är endast en halvmesyr, så länge vi äro tvungna att använda ugnstorkad eller i varje fall fullt lufttorr ved, såsom tills vidare varit fallet i alla bilgeneratorer.

För att avlägsna denna olägenhet ha olika metoder tillgripits. Då gengasens kvalitet i främsta rummet beror av den i reaktionszonen härskande temperaturen, har man för att höja denna tillgripit värmerekuperation, dvs. utnyttjat de avgående gasernas värme, som i alla händelser går förlorad, till uppvärmning av den i generatorn insugna primärluften resp. förvärmning av bränslet.

Uppvärmning av primärluften är under alla omständigheter på sin plats, men förvärmning av bränslet kan, så som jag skall visa, då det gäller fuktig ved leda till rakt motsatta resultat mot de önskade.

En annan väg att höja reaktionstemperaturen är att på förhand avlägsna fukten ur veden genom att kondensera den från förrådsbränslet avdunstande ångan. I denna avsikt har man på de flesta vedgasgeneratorer lämnat förrådsbehållarens övre del ouppvärmd, så att ångorna här kondenseras och delvis avrinna till ett separationskärl. Principen är riktig, men tidigare har den icke konsekvent tillämpats, och denna omständighet i förening med en felaktigt applicerad bränsleförvärmning har lett därtill, att våra vedgasgeneratorer icke kunnat arbeta med fuktigt bränsle, och att man över huvud taget ansett detta omöjligt, åtminstone i bilgeneratorer.







Figure 1: Gasgenerator vid Outokumpu kopparverk.
På många håll har man dock ej uppgivit hoppet att denna ''omöjlighet'' kunde övervinnas. Sålunda byggdes vid Outokumpu kopparverk i Vuoksenniska en stor, stationär, med övertryck arbetande generator (fig. 1), där bränslebehållaren var kopplad till en strålkondensor, som effektivt utsög ångorna och härigenom torkade bränslet. Alldeles våt ved användes, men kondensorn måste förses med en reglerbar ventil, varigenom en del permanenta gaser kunde avgå, annars blev dess kondenserande effekt otillräcklig och gasens kvalitet dålig.







Figure 2: Torkning av förrådsbränsle med ejektor.
Vid Tekniska Högskolan i Helsingfors laboratorium utförde jag också för några år sedan försök att med ejektor avlägsna ångan ur en bilgenerators bränslebehållare (fig. 2). Som drivande medium användes motorns avloppsgas. Härigenom kunde en tydlig förbättring av gaskvaliteten iakttas. Tyvärr går en del brännbar gas förlorad, vilket undvikes i den av dr Lutz föreslagna anordningen (fig. 3).






Figure 3: Torkanordning enligt Lutz.

Monoratorns tillkomst

En radikal lösning av problemet har emellertid uppnåtts med monoratorn, som till stor del har en ren tillfällighet att tacka för sin tillkomst. Vid experimenterande med gengassläpvagnar i början av nu pågående världskrig fann den också i Sverige kände racerföraren S P J Keinänen, att han för att behålla fri sikt bakåt var tvungen att göra generatorns bränslebehållare mycket låg men för att likväl få tillräckligt bränsleutrymme i stället i hög grad öka bredden. Dessa grundförutsättningar i förening med uppfinnarens dåvarande ofullständiga kännedom om tidigare existerande generatortyper ledde till att bränslebehållaren blev utbildad på ett från den av Imbert skapade ortodoxa typen i flera avseenden avvikande sätt, och härigenom uppstod monoratorbehållaren (fig. 4).






Figure 4: Monorator.
De praktiska erfarenheterna av den nya typen voro emellertid helt överraskande: bilen arbetade tillfredsställande icke blott med vanligt lufttorrt bränsle, utan också med färsk ved erhölls en driftsäker gång och acceptabel effekt.

Det är rätt kuriöst, att uppfinnaren själv till en början ej haft klart för sig, vad han egentligen uppfunnit. Redan för flera år sedan erhöll han nämligen ett mycket gott anbud men vågade ej sälja ens tillverkningsrätten, då han ännu ej hade en aning om vari den verkliga finessen låg.

Monoratorns teori







Figure 5: Generator, t.v. av standardtyp, t.h. med monoratorbehållare.
Olikheten mellan en vanlig, med kylmantel försedd bränslebehållare och en monorator framgår av fig. 5. I en vanlig standardgenerator är bränsleschaktet högt och smäckert, omgivet av varm gas och endast upptill försett med en proportionsvis mycket liten kylande yta. Också schaktets botten är till alla delar uppvärmd. I monoratorn däremot är bränsleschaktet lågt, utbildat antingen cirkulärt, ovalt eller rektangulärt med till största delen avkyld bottenyta, som i varje fall är mycket större än tvärsnittet på den egentliga generatorn. Medan i standardgeneratorn hela bränsleförrådet uppvärmes genom ledning från förbränningszonen som genom de kring schaktets nedre ledda heta gaserna, tar blott en del av monoratorns bränsleförråd emot värme och uteslutande från förbränningsrummet, medan huvudmassan tack vare behållarens form och den kylda bottnens speciella utbildning skyddas mot värmetillförsel och avkyles av de proportionsvis stora, för ytterluften utsatta kylytorna.

Till följd av behållarens utbildning och sättet för uppvärmningen kommer gascirkulationen att bli fullt determinerad: uppvärmning och förångning ske uteslutande i centrum och i en snävt begränsad volym, så att av bränslet endast en liten del i sänder torkas och kolas, varigenom ångutvecklingen håller sig inom sådana gränser, att övertryck undvikes. De fuktiga, heta gaserna stiga uppåt i förrådsrummets mitt, avvika upptill mot periferin, varpå de av det svala huvudbränsleförrådet och de stora, kalla ytterväggarna avkylas, så att vattenångan kondenseras och jämte gaserna sjunka nedåt mot bottnen, där kondensatet passerar rosten och samlas i en fullt avkyld ränna och därpå avrinner till separationskärlen. Huvuddelen av bränsleförrådet verkar härvid som en ytkondensor med mycket stor kylyta. Befriade från den avskiljda vattenmängden insugas gaserna därpå mot centrum och delta på nytt i processen.

I motsats till monoratorns determinerade cirkulation är cirkulationen i en standardgenerator alldeles kaotisk. Till följd av uppvärmningen av förrådsschaktets väggar kommer praktisk taget hela bränsleförrådet att samtidigt uppvärmas, vilket resulterar i en alltför våldsam och plötslig ångutveckling, så att behållaren kommer att verka som en ångpanna, vars övertryck tvingar ångorna ut genom reaktionszonen, som härigenom avkyles, så att gasens kvalitet försämras.

Genom att förrådsrummets väggar uppvärmas uppstår längs dessa en torkningsprocess, varvid de utvecklade heta gaserna stiga uppåt, motverkande uppkomsten av den nyssbeskrivna, determinerade cirkulationen. Även om de i proportion otillräckliga kylytorna utkondensera något vatten, kommer detta ånyo att uppvärmas av de uppstigande heta gaserna och kondensationsrummets genom ledning upphettade botten, så att största delen ånyo förångas och någon fullt verksam separation icke åstadkommes. Framför allt kan emellertid själva bränslets kontaktyta icke utnyttjas som kylande yta, ty den vattenmängd, som här kondenseras, avlägsnas icke som i monoratorn, utan rinner tillbaka till förbränningszonen och måste ånyo förångas.

Praktiska körprov

Då vi först fingo höra talas om monoratorn, antogs allmänt, att det var fråga om en renodlad humbug, då det ansågs alldeles otänkbart att i en bilgenerator använda drypvåt och direkt från växande träd tagen ved. Uppgifterna bekräftades dock från ojävigt håll, och jag var personligen i tillfälle att köra med dylik ved och utföra diverse drastiska experiment. Sålunda kunde vi vid provkörningar stanna vagnen, öppna generatorluckan och stoppa in i behållaren en väldig 6--8 kg snöboll, varpå körningen fortsattes utan några som helst störningar. Efter en stund upprepades samma manöver, och en intresserat gapande publik kom till den förbluffande, ehuru något oriktiga slutsatsen, att generatorn arbetade uteslutande med is och snö och att driften sålunda blev ovanligt billig.

Laboratorieförsök

För att verifiera här framställda teori underkastades två generatorer av ungefär samma kapacitet jämförande undersökningar vid Tekniska Högskolan i Helsingfors värmekraftlaboratorium. Den ena generatorn var utbildad med monoratorbehållare, medan den andra var en vanlig standardgenerator utan kondensationsmantel och med hela bränsleschaktet uppvärmt av de avgående gaserna. Anordningen vid försöket framgår ur fig. 6.






Figure 6: Principschema över försöksanordningarna.
Genom ett kalibrerat poncelet-munstycke 1 insuges luft till en behållare 2, varifrån den fortsätter till generatorn 3. Med kvicksilvermanometern 4 avläses behållarens 2 undertryck, så att man i varje ögonblick kan fastställa den per tidsenhet insugna luftmängden och härigenom generatorns belastning. I separationskärlet 5 uppsamlas och avlägsnas utkondenserat vatten. Gasen utsuges vid 7 ur generatorn av en med tryckluft arbetande ejektor 8 och utblåses i yttre luften, men därjämte utsuges genom en biledning och med en med tryckvatten arbetande ejektor 9 en mindre gasmängd, som via en gasmätare 10 och en liten gasklocka 11 ledes till en bunsenbrännare 12, där den förbrinner och leverar sin värme till en junkerkalorimeter 13.

Generatorn uppställdes ute på gården och avkyldes med fläkt, så att förhållandena motsvarande praktisk drift; all övrig apparatur var uppställd inomhus i laboratoriet.

Då en bilgenerator vid körning alltid är underkastad både plötsliga och mycket starka belastningsvariationer blir en undersökning på provbänk alldeles illusorisk om icke generatorn också nu drives på ett likartat sätt. För att härvid kunna bedöma variationerna i gasens sammansättning är det nödvändigt att ta praktiskt taget kontinuerliga gasprov. Då mätningarna emellertid äro alldeles enkla och snabbt utförda, kunde gasens värmevärde utan svårighet fastställas två gånger i minuten, vilket visat sig fullt tillräckligt.

För att få en fullt åskådlig bild av generatorernas arbete uppritades diagram, där de vid undersökningen uppmätta värdena, generatorbelastningen och gasens kalorimetriska värmevärde avsattes som funktioner av tiden. Det effektiva värmevärdet är som bekant något lägre eller minskat med det vid förbränningen bildade vattnets ångbildningsvärme. Då mätningarna emellertid utvisade, att detta belopp var relativt litet och någorlunda lika vid alla provtagningar, beslöts lämna detsamma utan avseende, så mycket mera som endast relativa och icke absoluta värden avsågos.





upptill ugnstorr ved (8,6 % fukt),

mitten lufttorr ved (29,5 % fukt),

nedtill starkt fuktig ved (ca 47 % fukt).

-- -- -- -- standardgenerator,

--------- monorator.

Figure 7: Gengasens värmevärde vid användning av,
I fig. 7 har ett antal kurvor införts, visande huru gasens värmevärde varierat vid användning av olika fuktiga bränslen i monorator- och standardgeneratorer. För belastningsvariationerna blott en enda kurva uppritats, enär belastningarna vid alla försök inställdes praktiskt taget lika. Att beakta är vidare, att gasen kan anses kvalitativt fullt tillfredsställande om dess värmevärde når upp till 1150 kcal/m³.

Slutsatsen har blivit följande:

Vid försöken konstaterades vidare, att den från monoratorn utsugna och i yttre luften utblåsta gasen förblev genomskinlig också vid användning av starkt fuktig ved, medan standardgeneratorn under likartade förhållanden levererade en alldeles tjock dimma, utvisande att i det förra fallet överskottsvattnet urkopplats före förgasningsprocessen, men ej i det senare.







Figure 8: Försök med kyld och okyld monoratorbehållare och med ved med ca 45 % fukt.
För att undersöka inverkan av monoratorbehållarens avkylning utfördes ett antal försök med generatorn inomhus och utan effektiv kylning. I fig. 8 jämföras resultaten av ett dylikt försök med resultaten från den med avkyld behållare arbetande generatorn. Skillnaden är iögonenfallande: trots det att i den kylda generatorn användes betydligt fuktigare ved, blir den utvecklade gasen mycket bättre. Först mot slutet av försöket då vedförrådet hunnit torka, stiger värmevärdet också för den okylda. Vid försöken iakttogs också, att den utblåsta gasen blev något dimmig, då kylningen var defekt, och att den uttappade destillatmängden var mycket mindre än vanligt.







Figure 9: Försöksanordning för kontroll av kyleffekten.
För att kontrollera den kylande effekten hos huvudbränsleförrådets kontaktyta anbringades en uppsamlingsränna nedtill vid kylmanteln och försågs med ett extra separationskärl (fig. 9). Det visade sig härvid, att blott en tredjedel av destillatet samlade sig i den intill manteln belägna rännan, medan två tredjedelar uttogos från den ordinarie separatorn, vilket antyder, att blott 30 % kondenseras direkt av den yttre kylmanteln, medan huvudmassan kondenseras i själva bränslet. I sista hand är det naturligtvis kylmanteln som avför värmen, medan reservbränslet verkar som en köldackumulator.





  1. standardgenerator utan kondensator
  2. standardegenerator med monoratorbehållare
  3. standardgenerator med förkortat schakt och monoratorbehållare
  4. ren monoratorkonstruktion
Figure 10: Gengasens värmevärde hos olika generatorer vid använding av ved med ca 48 % fukt;
För att ytterligare konstatera, att de med monoratorn erhållna resultaten berott icke på själva generatorn utan på bränslebehållarens konstruktion, utfördes ett antal försök med en standardgenerator, försedd med en monoratorbehållare ovanom det ordinarie bränsleschaktet samt med förkortat schakt och monorator ovan detta. Resultaten åskådliggöras i fig. 10. Starkt fuktig ved användes vid alla försök. Av resultaten framgår, att en standardgenerator arbetar bättre med fuktigt bränsle, om den ytterligare förses med en monoratorbehållare, men att det uppvärmda schaktet allt fortfarande försämrar resultaten, ehuru i mindre grad, ju mera detta uppvärmda schakt förkortas.

Dessa resultat avliva definitivt den populära myten, att det vore likgiltigt, om den rekupererade värmen användes till luftens eller bränslets förvärmning.

Användningsområden

Försöken visa, att äldre standardgeneratorer enkelt kunna omändras, så att de lämpa sig också för alldeles fuktigt bränsle, om blott det ursprungliga, förvärmda bränsleschaktet avlägsnas och ersättes med en monoratorbehållare. Då själva generatorn i allmänhet håller längre än bränslebehållaren, som utsättes för de frätande träsyrornas inverkan, ha de flest nu existerande generatorer redan fått sina förrådsbehållare mer eller mindre sönderfrätta, och ombytet till monoratorbehållare kommer sålunda icke att vålla några extra kostnader, så mycket mindre som dessa behållare äro enkelväggade och därigenom plåtbesparande. I Finland har folkförsörjningsministeriet tagit fast på denna omständighet och över huvud taget förbjudit tillverkning av dubbelmantlade bränslebehållare.

Också för industrigeneratorer bör monoratorbehållaren få sin betydelse. Här om någonsin gäller regeln, att råbränslet helst borde användas direkt som sådant, och detta möjliggöres tack vare monoratorn. Vissa tekniska detaljer böra sannolikt ändras: den luftkylda manteln kan göras vattenkyld resp. besprutas utvändigt med vatten, eller kan vatten inpumpas direkt till bränslebehållarens övre del i närheten av periferin, varigenom förrådsbränslets perifera delar komma att arbeta som en förträfflig strålkondensor, som stimulerar den tidigare antydda cirkulations- och separationsprocessen. Ingenjör U Blomquist har föreslagit ännu en förbättring, nämligen att förrådsbränslet omges av en värmeledande grovkornig fyllning, som sannolikt kommer att ytterligare förbättra monoratorns effekt. Försöken med denna äro planerade men ännu icke slutförda.

This document was translated from LATEX by HEVEA.