Drizzler auslegen

Theorie der Holzvergasung

Zunächst etwas Theorie über die Holzvergasung und die ablaufenden Prozesse. 

 

Holz besteht im Wesentlichen aus Kohlenstoff "C" und Wasser "H²O". 

 

Diese Chemischen Bestandteile werden zunächst in der Pyrolyse unter zunahme von Luft (enthält Sauerstoff also "O") Oxidiert. Das Holz verbrennt quasi ganz normal wie in jedem Lagerfeuer. Dabei entsteht Wärme, CO2 sowie Wasserdampf. Alles zunächst nicht weiter Brennbar. Die Oxidation bildet den heissesten Teil bei der Holzvergasung mit über 1000°C. Diese Temperatur ist wichtig um den Holzteer Chemisch zu cracken.

 

Nachdem der komplette Sauerstoff verbrannt ist, geht es unter Luftabschluss in der Reduktionszone weiter. Hier wird dem CO2 ein O entrissen. Übrig bleibt CO und ein O. Das O verbindet sich daraufhin mit einem C aus der Holzkohle zu einem weiteren CO. Wir machen also aus CO2 + C = 2CO. 

CO ist ein Brennbares Gas was den größten Anteil im Holzgas bildet. 

Übrig ist noch der Wasserdampf. Dieser wird ebenfalls in seine Bestandteile gespalten. Es entstehen 2H (Wasserstoff) sowie ein O Atom. 4 H-Atome verbinden sich mit einem C aus der Holzkohle zu CH4 (Methan). Das übrige O Atom verbindet sich wie weiter oben Beschrieben mit dem C zu einem weiteren CO.

Wenn der Prozess also Perfekt abläuft, kommt am Ende möglichst viel Brennbares CO und CH4 heraus und wenig CO2. Das erreicht man durch ausreichende Kohlehöhe im Vergaser. Das Gas braucht seine Zeit bis alle Prozesse abgelaufen sind.

Die Richtige Größe/Dimensionierung

Prinizipiell sei gesagt: Ein Drizzler kann und muss, wie ein Imbert Vergaser auch, für einen bestimmten Betriebsbereich Konstruiert werden. 

 

Das geht nach unten hin allerdings begrenzt. Man muss im Auge behalten, dass ein gewisser Mindestdurchmesser des Fallrohres eingehalten werden muss. Dieser wird unter anderem durch das Verwendete Brennmaterial bestimmt. Damit genug Luft für die brennende Pyrolyse einfallen kann, sollten zudem 90mm als Innenmaß nicht unterschritten werden. 

 

Ich habe einen Test mit einem 70x2er V2A Rohr durchgeführt. In der Funktion kein Thema, allerdings ist das Leerbrennen kaum möglich. Dadurch hat man bei Abschalten sehr starke Rauchentwicklung in Verbindung mit Teerdämpfen. Das ganze Rohr inkl. dem Aufbau war danach komplett Schwarz beschichtet. Unbrauchbar!

Ich habe mit einem 100mm Fallrohr, 60cm lang weiter gemacht. Unten ganz klassisch ein Rost. Mit Fichte-Hackschnitzeln aus neuem Bauholz (Balkenabschnitte etc.) ist hier eine Gasabnahme ab 50L/min als Untergrenze möglich. Es ist kein Teer nachweisbar. Die Maximale Gasmenge ist noch nicht ausgetestet worden. Schön eins nach dem anderen ;-) Diese Dimension sollte man als Neuling anstreben und für seine ersten Gehversuche verwenden. 

 

Auch sollte eine Holzkohlenhöhe von 30cm nicht unterschritten werden um sauberes und vor allem Energiereiches Gas zu erzeugen. Für letzteres sind möglichst lange hohe Temperaturen nötig. Das heisst man sollte auch auf eine gute Isolierung um das Rohr selbst achten. Doppelwandige aufbauten, Zwischenraum gefüllt mit Perlit sind perfekt geeignet. Für den Anfang reicht allerdings einfache Steinwolle um das Rohr selbst gewickelt.

 

Gasmenge berechnen:

Der Heizwert von Holzgas liegt bei rund 2,3 Kwh/m³ (Quelle Wikipedia). Will man das Gas in einem Motor verbrennen und damit Strom erzeugen kann hierdurch die notwendige Gasmenge errechnet werden. Ein klassischer Benzinmotor kommt auf einen Wirkungsgrad von etwa 25% an der Kurbelwelle. Wir brauchen also die 4-Fache Menge an Gasenergie als an der Motorwelle ankommen soll. Zudem sollte man noch den Wirkungsgrad der Kraftübertragung zum Generator, sowie der des Generators selbst mit einberechnen. Eine direkte Anflanschung an den Motor kann Verlustfrei betrachtet werden, erfordert aber genaue Mechanische Ausrichtung. Bei Keilriemen kann man mit 5% Verlust rechnen, Zahnriemen etwa 2%. Generatoren haben je nach Größe 70-95% Wirkungsgrad. Für kleine Maschinen bis 4KW würde ich 85% annehmen.

Bei gewünschten 3KW Elektrisch und Keilriemen müssten wir also:

3KW / 0,85 / 0,95 = 3,7KW an der Motorwelle bereit stellen. Bei 25% Wirkungsgrad Motorseitig:

3,7KW / 0,25 = 14,86KW Holzgas. Bei rund 2,3 KW/m³/h  muss unser Vergaser also:

14,86KW / 2,3KW/m³/h = 6,5m³/h Gas liefern.

Für die Tests sollte man das Entsprechende Gebläse mit dieser Leistung wählen.

Mit der Gasmenge können wir nun auch den nötigen Hubraum des Motors grob überschlagen:

6,5m³/h : 60 = 108 L/Min

Holzgas wird etwa 1 : 1,1 mit Luft gemischt. 

108 L/Min * 2,1 = 227 L/Min muss der Motor ziehen können. Bei Motoren ohne Turboaufladung, kann man von maximal 70% Füllgrad im Motor ausgehen.

227 L/Min / 0,7 = 324 L/Min.

Strebt man nun eine Drehzahl von 1500 Umdrehungen an, was für einen Asyncrongenerator mit 4 Polen genau 50Hz ergibt:

324 L/Min / 1500U/min = 0,216L Hubraum. Bei einem 4-Takter wird aber nur bei jedem 2. Takt der Zylinder gefüllt. Also:

0,216L * 2 = 432ccm nötiger Hubraum.

Das gilt natürlich nur, wenn man super Gas erzeugen kann. Enthält das Gas viel CO2 durch schlechte Vergasung, nimmt die Leistung natürlich ab. Das gleiche gilt für zu hohen Unterdruck im Gesamtsystem. Der Motor muss größer werden und mit ihm alle Rohre, Filter etc. Daher sollte in erster Linie der Vergaser optimal laufen. Das hält die Komponenten klein.

Aufgrund einer Nachfrage ein kleines Update: 

Mit der so errechneten Gasmenge kann man auch grob die Wärmeleistung ermitteln. Wir hatten ganz oben etwa 14,9 KW an Gasleistung errechnet. Hier muss nun die Leistung für den Motor (3,7KW) abgezogen werden. Rein Theoretisch ist der Rest die Wärmeleistung, welche aber in verschiedenen Formen zu Verfügung steht. Die größten Teile davon sind die Motorabwärme in Form von Zylinderabwärme (Luft- oder Wasserkühlung) und natürlich Abgasabwärme.