Зольність березових дров. Зольний склад деревини різних порід дерев у заплавному біотопі. Альтернативні паливні матеріали
Деревина є досить складним матеріалом за своїм хімічним складом.
Чому нас цікавить хімічний склад? Адже горіння (зокрема і горіння дрова в печі) є хімічну реакцію матеріалів дерева з киснем з навколишнього повітря. Саме від хімічного складу тієї чи іншої породи деревини залежить теплотворна здатність дров.
Основними сполучними хімічними матеріаламиу деревині є лігнін та целюлоза. Вони утворюють клітини - своєрідні ємності, всередині яких знаходиться волога та повітря. Також у деревині присутні смола, білки, дубильні речовини та інші хімічні інгредієнти.
Хімічний склад переважної більшості порід дерева практично однаковий. Невеликі коливання хімічного складу різних порід і визначають відмінності теплотворної здатності різних порід дерева. Теплотворна здатність вимірюється в кілокалоріях – тобто обчислюється кількість тепла, що отримується при спалюванні одного кілограма дерева тієї чи іншої породи. Принципових відмінностей між теплотворними здібностями різних порід деревини немає. І для побутових цілей достатньо знати усереднені значення.
Відмінності між породами теплотворної здатності виглядають мінімально. Виходячи з таблиці може здатися, що вигідніше купувати дрова, заготовлені з деревини. хвойних порідадже їх теплотворність більша. Однак, на ринку дрова поставляються за обсягом, а не по масі, так що в одному кубометрі дров, заготовлених з деревини листяних порід дерева, їх буде просто більше.
Шкідливі домішки у деревині
В ході хімічної реакціїгоріння деревина згоряє не повністю. Після згоряння залишається попел - тобто не згоріла частина деревини, а в процесі горіння з деревини випаровується волога.
Найменше впливає на якість горіння та теплотворність дров зола. Її кількість у будь-якій деревині однакова і становить близько 1 відсотка.
А ось волога, що знаходиться в деревині, може доставити чимало проблем при їх спалюванні. Так, відразу після рубання деревина може містити до 50 відсотків вологи. Відповідно при горінні таких дров – левова часткаенергії, що виділяється з полум'ям може йти просто на випаровування самої деревної вологи, не роблячи при цьому жодної корисної роботи.
Волога, що є в деревині, різко знижує теплотворну здатність будь-яких дров. Дрова, що згорають, не просто не виконують свою функцію, але й стають нездатними підтримувати необхідну температуру при горінні. У цьому органіка, що у дровах згоряє в повному обсязі, при горінні таких дров виділяється повішене кількість диму, який забруднює як димар, і топковий простір.
Що таке вологість деревини, що вона впливає?
Фізична величина, що описує відносну кількість води, що міститься в деревині, називається вологістю. Вимірюють вологість деревини у відсотках.
При вимірюваннях може враховуватися два види вологості:
- Абсолютна вологість – це кількість вологи, яка міститься в деревині на даний момент по відношенню до повністю висушеного дерева. Такі вимірювання проводяться зазвичай у будівельних цілях.
- Відносна вологість – це кількість вологи, яка міститься в деревині на даний момент по відношенню до її власної ваги. Такі розрахунки проводяться для деревини, яка використовується як паливо.
Так, якщо написано, що деревина має відносну вологість у 60%, то її абсолютна вологість виявиться у показнику 150%.
Аналізуючи цю формулу можна встановити, що дрова, заготовлені з хвойних порід дерева з показником відносної вологості в 12 відсотків при спалюванні 1 кілограма виділять 3940 кілокалорії, а дрова, заготовлені з листяних порід при порівнянні вологості виділять вже 3852.
Щоб зрозуміти, що є відносна вологість у 12 відсотків – пояснимо, що таку вологість набувають дрова, яке довгий чассушаться на вулиці.
Щільність деревини та її вплив на теплотворність
Щоб оцінити теплотворність, потрібно використовувати трохи іншу характеристику, а саме питому теплотворність, що є величиною, похідною від щільності та теплотворності.
Експериментальним шляхом було отримано відомості про питому теплотворність тих чи інших порід деревини. Дані наведені для однакового показника вологості в 12 відсотків. За результатами експерименту було складено ось таку таблиця:
Використовуючи дані з цієї таблиці, ви легко зможете порівняти теплотворну здатність різних порід деревини.
Які дрова можна використовувати в Росії
Традиційно, найулюбленішою породою дров для спалювання в цегляних печаху Росії є береза. Хоча по суті береза є бур'яном, насіння якого легко зачіпляється за будь-який ґрунт – воно надзвичайно широко використовується в побуті. Невибагливе дерево, що швидко зростає, вірою і правдою служило нашим предкам уже багато століть.
Березові дрова мають порівняно хорошу теплотворність і горять досить повільно, рівно, не розжарюючи надмірно пекти. Крім того, навіть сажа, що отримується при згорянні березових дров йде в справу - вона включає дьоготь, який використовується як у побутових, так і в лікувальних цілях.
Крім берези, з листяних порід дерева як дрова використовується деревина осики, тополі та липи. Якість їх у порівнянні з березою, звичайно ж не дуже, але за відсутності інших цілком можна користуватися і такими дровами. Крім того, липові дрова при згорянні виділяють особливий аромат, який вважається за корисний.
Дрова з осики дають високе полум'я. Їх можна використовувати на заключному етапітопки, щоб випалити сажу, що утворилася при спалюванні інших дров.
Також досить рівно горить вільха, і після згоряння вона залишає невелику кількість золи та сажі. Але знову ж таки за сумою всіх якість вільхові дрова не можуть скласти конкуренцію березовим. Але з іншого боку - при використанні не в лазні, а для приготування їжі - дрова вільхові дуже навіть непогані. Їхнє рівне горіння допомагає якісно готувати їжу, особливо випічку.
Дрова, заготовлені з плодових дерев, зустрічаються досить рідко. Такі дрова, особливо клен горять дуже швидко і полум'я при горінні досягає дуже високої температури, що може негативно позначитися на стані печі. До того ж вам лише потрібно нагріти в лазні повітря і воду, а не плавити в ній метал. У разі використання таких дров їх необхідно перемішувати з дровами з низькою теплотворною здатністю.
Дрова із хвойних порід дерева використовуються досить рідко. По-перше, така деревина дуже часто використовується в будівельних цілях, а по-друге – наявність великої кількостісмоли у хвойних деревах забруднює топки та димарі. Топити грубку хвойними дровами має сенс тільки після тривалого сушіння.
Як заготовляти дрова
Заготівля дров починається зазвичай наприкінці осені чи на початку зими, до встановлення постійного снігового покриву. Зрубані стволи залишаються на ділянках для первинного сушіння. Через деякий час, зазвичай взимку або на початку весни дрова вивозяться з лісу. Це пов'язано з тим, що в цей період не проводиться аграрних робіт і замерзла земля дозволяє навантажувати більшу вагу на транспортний засіб.
Але це традиційний лад. Зараз у зв'язку з великим рівнем розвитку техніки дрова можна заготовляти цілий рік. Заповзятливі люди можуть привести вам вже попиляні та поколоті дрова будь-якого дня за розумну плату.
Як пиляти і колоти дрова
Розпиляйте привезену колоду на відрізки, що підходять за розміром вашої топки. Після одержані колоди розколюються на поліна. Колоди з перетином понад 200 сантиметрів колються колуном, решта – звичайною сокирою.
Колоди колються на поліна так, щоб перетин поліна, що вийшов, становив близько 80 кв.см. Такі дрова досить довго горітимуть у банній печі і виділятимуть більше спеки. Поліни меншого перерізу використовуються для розпалювання.
Нарубані поліни складаються в чорницю. Вона призначається не просто для накопичення палива, а й для просушування дров. Хороша полонянка розташовуватиметься на відкритому просторі, що продувається вітром, але під навісом, що захищає дрова від атмосферних опадів.
Нижній ряд колод укладається на лаги - довгі жердини, які запобігають контакту дров з вологим грунтом.
Сушіння дров до прийнятного значення вологості відбувається приблизно за рік. До того ж деревина в полінах сохне набагато швидше, ніж у колодах. Нарубані дрова досягають прийнятного значення вологості вже за три місяці літа. При річному сушінні дрова в стібці отримають вологість в 15 відсотків, яка ідеально підходить для згоряння.
Теплотворна здатність дров: відео
Вологість
Вологість деревної біомаси - це кількісна характеристика, що показує вміст біомаси вологи. Розрізняють абсолютну та відносну вологість біомаси.
Абсолютною вологістюназивають відношення маси вологи до маси сухої деревини:
Де W a - Абсолютна вологість, %; м - маса зразка у вологому стані, г; м 0 - маса того ж зразка, висушеного до постійного значення, М.
Відносною або робочою вологістюназивають відношення маси вологи до маси вологої деревини:
Де W p - відносна, або робоча, вологість, %
При розрахунках сушіння деревини використовується абсолютна вологість. У теплотехнічних розрахунках застосовується лише відносна, чи робоча, вологість. З урахуванням цієї традиції надалі ми будемо користуватися тільки відносною вологістю.
Розрізняють дві форми вологи, що міститься в деревної біомаси: пов'язану (гігроскопічну) та вільну. Пов'язана волога знаходиться всередині стінок клітин та утримується фізико-хімічними зв'язками; видалення цієї вологи пов'язане з додатковими витратами енергії і суттєво відбивається на більшості властивостей деревини.
Вільна волога знаходиться в порожнинах клітин та міжклітинних просторах. Вільна волога утримується лише механічними зв'язками, видаляється значно легше і менший вплив на механічні властивості деревини.
При витримуванні деревини на повітрі відбувається обмін вологою між повітрям та деревною речовиною. Якщо вологість деревини дуже висока, то при цьому обміні відбувається висихання деревини. Якщо вологість його низька, то деревина зволожується. При тривалому перебування деревини на повітрі, стабільній температурі та відносній вологості повітря вологість деревини стає також стабільною; це досягається тоді, коли пружність парів води навколишнього повітря зрівняється з пружністю парів води біля поверхні деревини. Величина стійкої вологості деревини, витриманої тривалий час за певної температури і вологості повітря, однакова всім деревних порід. Стійку вологістьназивають рівноважною, і вона повністю визначається параметрами повітря, Серед якого вона знаходиться, тобто його температурою і відносною вологістю.
Вологість стовбурової деревини. Залежно від величини вологості стовбурову деревину поділяють на мокру, свіжозрубану, повітряно-суху, кімнатно-суху та абсолютно суху.
Мокрою називають деревину, яка тривалий час перебувала у воді, наприклад при сплаві або сортуванні у водному басейні. Вологість мокрої деревини W p перевищує 50%.
Свіжозрубаною називають деревину, що зберегла вологу дерева, що росте. Вона залежить від породи деревини і змінюється не більше W p =33...50 %.
Середня вологість свіжозрубаної деревини становить %, у ялини 48, у модрини 45, у ялиці 50, у сосни кедрової 48, у сосни звичайної 47, у верби 46, у липи 38, у осики 45, у вільхи 46, у тополя у берези бородавчастої 44, у бука 39, у в'яза 44, у граба 38, у дуба 41, у клена 33.
Повітряно-суха - це деревина, витримана тривалий час на відкритому повітрі. Під час перебування на відкритому повітрі деревина постійно підсихає та її вологість поступово знижується до стійкої величини. Вологість повітряно-сухої деревини W p =13...17 %.
Кімнатно-суха деревина - це деревина, яка тривалий час перебуває в опалювальному та вентильованому приміщенні. Вологість кімнатно-сухої деревини W p = 7 ... 11%.
Абсолютно суха деревина, висушена при температурі t = 103 ± 2 ° С до постійної маси.
У дереві, що росте, вологість стовбурової деревини розподілена нерівномірно. Вона змінюється як за радіусом, так і за висотою ствола.
Максимальна вологість стовбурової деревини обмежена сумарним обсягом порожнин клітин та міжклітинних просторів. При гнитті деревини її клітини руйнуються, у результаті утворюються додаткові внутрішні порожнини, структура гнилої деревини у міру розвитку процесу гниття стає пухкою, пористою, міцність деревини у своїй різко знижується.
З вказаних причин вологість деревної гнилі не обмежена і може досягти таких високих значень, при яких її спалювання стане неефективним. Збільшена пористість гнилої деревини робить її дуже гігроскопічною, перебуваючи на свіжому повітрі, вона швидко зволожується.
Зольність
Зольністюназивають вміст у паливі мінеральних речовин, що залишаються після повного згоряння всієї пальної маси. Зола є небажаною частиною палива, оскільки знижує вміст горючих елементів та ускладнює експлуатацію топкових пристроїв.
Зола поділяється на внутрішню, що міститься в деревині, і зовнішню, що потрапила в паливо при заготівлі, зберіганні та транспортуванні біомаси. Залежно від виду зола має різну плавність при нагріванні до високої температури. Легкоплавкою називається зола, що має температуру початку рідкого стану нижче 1350°С. Середньоплавка зола має температуру початку рідкого стану в межах 1350-1450 °С. У тугоплавкої золи ця температура вища за 1450 °С.
Внутрішня зола деревної біомаси є тугоплавкою, а зовнішня – легкоплавкою.
Зольність кори різних порід варіює від 0,5 до 8% і вище за сильного забруднення при заготівлі або складуванні.
Щільність деревини
Щільність деревини - це відношення маси матеріалу, що утворює стінки клітин, до займаного ним обсягу. Щільність деревини однакова для всіх порід деревини і дорівнює 1,53 г/см 3 . За рекомендацією комісії РЕВ, усі показники фізико-механічних властивостейДеревини визначаються за абсолютної вологості 12 % і перераховуються на цю вологість.
Щільність різних порід деревини
| Порода | Щільність кг/м3 | |
| При стандартній вологості | Абсолютно суха | |
| Модрина | 660 | 630 |
| Сосна | 500 | 470 |
| Кедр | 435 | 410 |
| Ялиця | 375 | 350 |
| Граб | 800 | 760 |
| Акація біла | 800 | 760 |
| Груша | 710 | 670 |
| Дуб | 690 | 650 |
| Клен | 690 | 650 |
| Ясен звичайний | 680 | 645 |
| Бук | 670 | 640 |
| В'яз | 650 | 615 |
| Береза | 630 | 600 |
| Вільха | 520 | 490 |
| Осика | 495 | 470 |
| Липа | 495 | 470 |
| Верба | 455 | 430 |
Насипна щільність відходів у вигляді подрібнених відходів деревини коливається в широких межах. Для сухої стружки від 100 кг/м 3 до 350 кг/м 3 і більше у вологої тріски.
Теплотехнічні характеристики деревини
Деревну біомасу в тому вигляді, в якому вона надходить у топки котлоагрегатів, називають робочим паливом.Склад деревної біомаси, тобто вміст у ній окремих елементів, характеризується наступним рівнянням:
З р + Н р + О р + N р + A р + W р = 100%,
де З р, Н р, Про р, N p - вміст у деревній масі відповідно вуглецю, водню, кисню та азоту, %; A р, W p - вміст палива відповідно золи і вологи.
Для характеристики палива в теплотехнічних розрахунках користуються поняттями суха та палива маса палива.
Суха масапалива є в даному випадкубіомасу, висушену до абсолютно сухого стану. Її склад виражається рівнянням
З +Н з +О +N з +A з =100%.
Горюча масапалива - це біомаса, з якої видалені волога та зола. Її склад визначається рівнянням
З г +Н г +О г +N r =100%.
Індекси у знаків компонентів біомаси означають: р - вміст компонента в робочій масі, с - вміст компонента в сухій масі, г - вміст компонента в паливі палива.
Однією з визначних особливостей стовбурової деревини є дивовижна стабільність її елементарного складу паливної маси. Тому питома теплота згоряння різних порід деревини мало відрізняється.
Елементарний склад паливної маси стовбурової деревини практично однаковий всім порід. Як правило, варіювання вмісту окремих компонентів паливної маси стовбурової деревини знаходиться в межах похибки технічних вимірювань. масу: З г =51%, Н г =6,1%, Про г =42,3%, N г =0,6%.
Теплотою згоряннябіомаси називається кількість тепла, що виділяється при згорянні 1 кг речовини. Розрізняють найвищу та нижчу теплоту згоряння.
Найвища теплота згоряння- Це кількість тепла біомаси, що виділилося при згорянні 1 кг при повній конденсації всіх парів води, що утворилися при горінні, з віддачею ними тепла, витраченого на їх випаровування (так званої прихованої теплоти пароутворення). Вища теплота згоряння Q визначається за формулою Д. І. Менделєєва (кДж/кг):
Q =340С р +1260Н р -109О р.
Нижча теплота згоряння(НТС) - кількість тепла, що виділилося при згорянні 1 кг біомаси, без урахування тепла, витраченого на випаровування вологи, що утворилася при згорянні цього палива. Її значення визначається за формулою (кДж/кг):
Q р =340C р +1030H р -109О р -25W р.
Теплота згоряння стовбурової деревини залежить лише від двох величин: зольності та вологості. Нижча теплота згоряння паливної маси (сухої беззольної!) стовбурової деревини практично постійна і дорівнює 18,9 МДж/кг (4510 ккал/кг).
Види деревних відходів
Залежно від виробництва, при якому утворюються деревні відходи, їх можна поділити на два види: відходи лісозаготівель та відходи деревообробки.
Відходи лісозаготівель— це частини дерева, що відокремлюються в процесі лісозаготівельного виробництва. До них відносяться хвоя, листя, пагони, що неодревеснели, гілки, суки, вершинки, відкомлівки, козирки, фаутні вирізки стовбура, кора, відходи виробництва колотих балансів і т. п.
У своєму природному вигляді відходи лісозаготівель малотранспортабельні, при енергетичне використаннявони попередньо подрібнюються на тріску.
Відходи деревообробки- Це відходи, що утворюються в деревообробному виробництві. До них відносяться: горбиль, рейки, зрізки, короткомір, стружка, тирса, відходи виробництва технологічної тріски, пил, кора.
За характером біомаси деревні відходи можуть бути поділені на наступні види: відходи з елементів крони; відходи із стовбурової деревини; відходи з кори; деревна гнилизна.
Залежно від форми та розміру частинок деревні відходи зазвичай поділяються на такі групи: кускові відходи і м'які деревні відходи.
Кускові деревні відходи- це відкомлівки, козирки, фаутні вирізки, горбиль, рейка, зрізки, короткоміри. До м'яких деревних відходів відносяться тирса і стружки.
Найважливішою характеристикоюподрібненої деревини є її фракційний склад. Фракційний склад є кількісним співвідношенням частинок певних розмірів у загальній масі подрібненої деревини. Фракцією подрібненої деревини називають відсотковий вміст частинок певного розміру загалом.
Подрібнену деревину за розмірами частинок можна поділити на такі види:
- — дерев'яний пил, що утворюється при шліфуванні деревини, фанери та дерев'яних плит; основна частина частинок проходить через сито з отвором 0,5 мм;
- — тирса, що утворюються при поздовжньому і поперечному розпилюванні деревини, вони проходять через сито з отворами 5...6 мм;
- — тріску, що отримується при подрібненні деревини та деревних відходів у рубальних машинах; основна частина тріски проходить через сито з отворами 30 мм і залишається на ситі з отворами 5...6 мм;
- - Велику тріску, розміри частинок якої більше 30 мм.
Окремо відзначимо особливості деревного пилу. Деревний пил, що утворюється при шліфуванні деревини, фанери, деревостружкових і деревноволокнистих плит не підлягає зберіганню, як у буферних складах котелень, так і в складах міжсезонного зберігання дрібного деревного палива через її високу парусність і вибухонебезпечність. При спалюванні деревного пилу в топкових пристроях повинно бути забезпечене виконання всіх правил спалювання пилоподібного палива, що попереджають виникнення спалахів і вибухів усередині топкових пристроїв і в газових трактах парових і водогрійних котлів.
Деревно-шліфувальний пил є сумішшю деревних частинок розміром в середньому 250 мкм з абразивним порошком, що відокремився від шліфувальної шкурки в процесі шліфування деревного матеріалу. Вміст абразивного матеріалу в пилу може доходити до 1 % по масі.
Особливості спалювання деревної біомаси
Важливою особливістюдеревної біомаси як палива є відсутність у ній сірки та фосфору. Як відомо, основною втратою тепла в будь-якому котлоагрегаті є втрата теплової енергії з газами, що йдуть. Величина цієї втрати визначається температурою газів, що відходять. Ця температура при спалюванні палив, що містять сірку, щоб уникнути сірчано-кислотної корозії хвостових поверхонь нагріву підтримується не нижче 200...250 °С. При спалюванні ж деревних відходів, що не містять сірки, ця температура може бути знижена до 100 ... 120 ° С, що дозволить суттєво підвищити ККД котлоагрегатів.
Вологість палива може змінюватися в дуже широких межах. У меблевому та деревообробному виробництвах вологість деяких видів відходів становить 10...12%, у лісозаготівельних підприємствах вологість основної частини відходів становить 45...55%, вологість кори при стегнах відходів після сплаву або сортування у водних басейнах досягає 80%. Підвищення вологості деревного палива знижує продуктивність і ККД котлоагрегатів. Вихід летючих при спалюванні деревного палива дуже високий - сягає 85%. Це є також однією з особливостей деревної біомаси як палива і вимагає мати велику довжину факела, в якому здійснюється згоряння горючих компонентів, що виходять з шару.
Продукт коксування деревної біомаси деревне вугіллявідрізняється високою реакційною здатністю в порівнянні з копалинами. Висока реакційна здатність деревного вугілля забезпечує можливість роботи топкових пристроїв при низьких значеннях коефіцієнта надлишку повітря, що позитивно впливає на ефективність роботи котелень при спалюванні в них деревної біомаси.
Однак поряд із цими позитивними властивостямиДеревина має особливості, що негативно впливають на роботу котлоагрегатів. До таких особливостей, зокрема, відноситься здатність поглинання вологи, тобто збільшення вологості у водному середовищі. Зі зростанням вологості швидко падає нижча теплота згоряння, зростає витрата палива, утруднюється горіння що вимагає прийняття спеціальних конструктивних рішеньу котельно-топковому обладнанні. При вологості 10% та зольності 0,7% НТС становитиме 16.85 МДж/кг, а при вологості 50% всього 8,2 МДж/кг. Таким чином, витрата палива котлом при однаковій потужності зміниться більш ніж у 2 рази при переході з сухого палива на вологе.
Характерною особливістю деревини як палива є незначний вміст внутрішньої золи (не перевищує 1%). У той же час зовнішні мінеральні включення відходів лісозаготівель іноді досягають 20%. Зола, що утворюється при згорянні чистої деревини тугоплавка, та видалення її із зони горіння топки не становить особливої технічної складності. Мінеральні включення у деревній біомасі легкоплавки. При згорянні деревини зі значним їх вмістом утворюється шлак, що спекся, видалення якого з високотемпературної зони топкового пристрою утруднене і вимагає для забезпечення ефективної роботи топки особливих технічних рішень. Спеклий шлак, що утворюється при спалюванні високозольної деревної біомаси, має хімічну спорідненість з цеглою, і при високих температураху топковому пристрої спікається з поверхнею цегляної кладкистін топки, що ускладнює шлаковидалення.
Жаропродуктивністюзазвичай називається максимальна температура горіння, що розвивається при повному згорянні палива без надлишку повітря, тобто в умовах, коли все тепло, що виділяється при згорянні, повністю витрачається на нагрівання утворюються продуктів згоряння.
Термін жаропродуктивність запропонований свого часу Д. І. Менделєєвим як характеристика палива, що відображає його якість з точки зору можливості використання для здійснення високотемпературних процесів. Чим вище жаропродуктивність палива, тим вище якість теплової енергії, що виділяється при його спалюванні, тим вища ефективність роботи парових та водогрійних котлів. Жаропродуктивність є межа, до якого наближається реальна температура в топці в міру вдосконалення процесу згоряння.
Жаропродуктивність деревного палива залежить від його вологості та зольності. Жаропродуктивність абсолютно сухої деревини (2022 ° С) всього на 5% нижче за жаропродуктивність рідкого палива. При вологості деревини 70% жаропродуктивність знижується більш ніж 2 рази (939 °С). Тому вологість 55-60% - практична межа використання деревини в паливних цілях.
Вплив зольності деревини на її жаропродуктивність значно слабкіший за вплив на цей фактор вологості.
Вплив вологості деревної біомаси на ефективність роботи котельних установок дуже суттєвий. При спалюванні абсолютно сухої деревної біомаси з малою зольністю ефективність роботи котлоагрегатів, як за їх продуктивністю, так і по ККД наближається до ефективності роботи котлоагрегатів на рідкому паливі і перевершує в деяких випадках ефективність роботи котлоагрегатів, які використовують деякі види кам'яного вугілля.
Підвищення вологості деревної біомаси неминуче спричиняє зниження ефективності роботи котельних установок. Це слід знати та постійно розробляти та проводити заходи щодо недопущення попадання у деревне паливо атмосферних опадів, ґрунтових вод тощо.
Зольність деревної біомаси ускладнює її спалювання. Наявність у деревній біомасі мінеральних включень обумовлено застосуванням недостатньо досконалих технологічних процесів заготівлі деревини та її первинної обробки. Необхідно віддавати перевагу таким технологічним процесам, за яких забруднення деревних відходів мінеральними включеннями може бути зведено до мінімуму.
Фракційний склад подрібненої деревини має бути оптимальним для цього виду топкового пристрою. Відхилення у розмірі частинок від оптимального, як у бік збільшення, так і у бік зменшення, знижують ефективність роботи топкових пристроїв. Рубальні машини, що застосовуються для подрібнення деревини в паливну тріску, не повинні давати великих відхилень у розмірі частинок у бік їхнього збільшення. Водночас наявність великої кількості замаленьких частинок також небажана.
Для забезпечення ефективного спалюваннядеревних відходів необхідно, щоб конструкція котлоагрегатів відповідала особливостям цього виду палива.
Дрова - найдавніше і традиційне джерело теплової енергії, яке відноситься до відновлюваного виду палива. За визначенням, дрова - це пропорційні осередку шматки деревини, що використовуються для розведення та підтримки в ньому вогню. За своєю якістю дрова - це нестабільне паливо у світі.
Тим не менш, ваговий процентний склад будь-якої дров'яної маси приблизно однаковий. До нього входять - до 60% целюлози, до 30% лігніну, 7...8% супутніх вуглеводнів. Решта (1...3%) -
Державний стандарт на дрова
На території Росії діє
ГОСТ 3243-88 Дрова. Технічні умови
завантажити (завантажень: 1689)
Стандарт часів Радянського Союзувизначає:
- Сортамент дров за розміром
- Допустима кількість гнилої деревини
- Сортамент дров за теплотворністю
- Методику обліку кількості дров
- Вимоги до транспортування та зберігання
дров'яного палива
З усієї ГОСТ-івської інформації, найцінніша - це методи обмірів дров'яних штабелів і коефіцієнти для переведення величин зі складеної міри в щільну (зі складометра - кубометр). Крім цього, викликає ще деякий інтерес пунктик з обмеження ядрової та заболонної гнилі (не більше 65% площі торця), а також заборона на зовнішню трухлявість. Ось тільки важко уявити такі гнилі дрова в наш космічний вік погоні за якістю.
Що стосується теплотворності,
то ГОСТ 3243-88 поділяє всі дрова на три групи:
Облік дров
Для обліку будь-якої матеріальної цінності, найголовніше - способи та методи підрахунку її кількості. Кількість дров можна враховувати, або в тоннах і кілограмах, або в складальних та кубічних метрахта дециметрах. Відповідно - у масових чи об'ємних одиницях виміру
- Облік дров у масових одиницях виміру
(у тоннах та кілограмах)
Цей спосіб обліку дров'яного палива використовується вкрай рідко через свою громіздкість і неповороткість. Він запозичений у будівельників-деревообробників і є альтернативним методомдля тих випадків, коли дрова простіше зважити, ніж визначити їх обсяг. Так, наприклад, іноді при оптових поставках дров'яного палива буває простіше зважувати відвантажені «з верхом» вагони і автомобілі-лісовози, ніж визначати об'єм безформних дров'яних «шапок, що підносяться на них».Переваги
- Простота обробки інформації для подальшого підрахунку сумарної теплотворності палива при теплотехнічних розрахунках. Тому що, теплотворність вагової міри дров обчислюється і практично незмінна для будь-якої породи дерева, незалежно від географічного місця її і ступеня. Таким чином, при врахуванні дров у масових одиницях відбувається облік чистої ваги пального матеріалу за мінусом ваги вологи, кількість якої визначається приладом-вологоміромНедоліки
обліку дров у масових одиницях виміру
- спосіб абсолютно неприйнятний для обміру та обліку партій дров польових умовахлісозаготівлі, коли необхідного спецобладнання (ваг та приладу-вологоміра) може не опинитися під рукою
- результат виміру вологості незабаром стає неактуальним, дрова швидко сиріють чи підсихають повітря - Облік дров в об'ємних одиницях виміру
(у складкових та кубічних метрах та дециметрах)
Цей спосіб обліку дров'яного палива отримав саме широке розповсюдженняяк найбільш простий і швидкий спосіб обліку дров'яної паливної маси. Тому облік дров повсюдно проводиться в об'ємних одиницях виміру - складометрах і кубометрах (складкова і щільна міри)Переваги
обліку дров в об'ємних одиницях виміру
- гранична простота у виконанні обмірів дров'яних штабелів лінійним метром
- результат обміру легко контролюється, залишається незмінним довгий час і не викликає сумнівів
- методика обмірів дров'яних партій та коефіцієнти для переведення величин зі складочного заходу до щільного стандартизовані та викладені вНедоліки
обліку дров у масових одиницях виміру
- платою за простоту обліку дров в об'ємних одиницях стає ускладнення подальших теплотехнічних розрахунків для підрахунку сумарної теплотворності дров'яного палива (потрібно враховувати породу дерева, місце його зростання, ступінь трухлявості дров і т.д.)
Теплотворність дров
Теплотворність дров,
вона ж - теплота згоряння дров,
вона ж - теплотворна здатність дров
Чим теплотворність дров відрізняється від теплотворності деревини?
Теплотворність деревини та теплотворність дров - споріднені та близькі за значенням величини, що ототожнюються в повсякденному життіз поняттями «теорія» та «практика». Теоретично ми вивчаємо теплотворність деревини, але в практиці - маємо справу з теплотворністю дров. При цьому, реальні дров'яні чурбаки можуть мати значно ширший спектр відхилень від норми, ніж лабораторні зразки.
Наприклад, реальні дрова мають кору, яка не є деревиною в прямому сенсі цього слова і, тим не менш - займає обсяг, бере участь у процесі горіння дров і має власну теплотворність. Найчастіше теплотворність кори значно відрізняється від теплотворності самої деревини. Крім цього, реальні дрова можуть бути , мати різну щільність деревини в залежності від , мати великий відсоток та ін.
Таким чином, для реальних дров – показники теплотворності носять узагальнений і злегка занижений характер, оскільки для реальних дров – потрібно враховувати у комплексі всі негативні фактори, що знижуютьїхня теплотворність. Цим і пояснюється різниця в меншу сторону за величиною між теоретично-розрахунковими значеннями теплотворності деревини та практично-прикладними значеннями теплотворності дров.
Іншими словами, теорія та практика – це різні речі.
Теплотворність дров – це обсяг корисного тепла, що утворюється при їх згорянні. Під корисним тепломмається на увазі теплота, яку можна відібрати від вогнища без шкоди процесу горіння. Теплотворність дров найважливіший показникякості дров'яного палива. Теплотворність дров може коливатися у межах і залежить, насамперед, від двох чинників - самої деревини та її .
- Теплотворність деревини залежить від кількості паливної деревини, що присутня в одиниці маси або обсягу деревини. (Докладніше для теплотворність деревини в статті - )
- Вологість деревини залежить від кількості води та іншої вологи, що присутні в одиниці маси або обсягу деревини. (Докладніше про вологість деревини в статті - )
Таблиця об'ємної теплотворності дров
Градація теплотворності по
(При вологості деревини 20%)
| Порода дерева | питома теплотворна здатність дров (ккал/дм 3) |
|
| Береза | 1389...2240 |
Перша група береза, бук, ясен, граб, ільм, в'яз, клен, дуб, модрина |
| бук | 1258...2133 | |
| ясен | 1403...2194 | |
| граб | 1654...2148 | |
| ільм | не знайдено (аналог - в'яз) |
|
| в'яз | 1282...2341 | |
| клен | 1503...2277 | |
| дуб | 1538...2429 | |
| модрина | 1084...2207 | |
| сосна | 1282...2130 |
Друга група сосна, вільха |
| вільха | 1122...1744 | |
| ялина | 1068...1974 |
Третя група ялина, кедр, ялиця, осика, липа, тополя, верба |
| кедр | 1312...2237 | |
| ялиця |
не знайдено |
|
| осика | 1002...1729 | |
| липа | 1046...1775 | |
| тополя | 839...1370 | |
| верба | 1128...1840 | |
Теплотворність гнилих дров
Абсолютно правильне твердження, що гнилизна погіршує якість дров і зменшує їх теплотворність. Але наскільки сильно зменшується теплотворність гнилих дров - це питання. Радянські ГОСТ 2140-81 і визначають методику вимірювання розмірів гнилі, обмежують кількість гнилі в поліні та кількість гнилих полін у партії (не більше 65% площі торця і не більше 20% загальної маси, відповідно). Але при цьому стандарти ніяк не вказують на зміну теплотворності самих дров.
Очевидно, що у межах вимог ГОСТ-івне настає скільки суттєвої змінизагальної теплотворності дров'яної маси через гнилицю, тому - окремими гнилими чурбаками можна сміливо знехтувати.
Якщо ж гнили більше, ніж допустимо за стандартом, то врахування теплотворності таких дров доцільно проводити в одиницях виміру. Тому що при гнитті деревини відбуваються процеси, які руйнують речовину та порушують її клітинну структуру. У цьому, відповідно - зменшується деревини, що у першу чергу позначається її вазі і мало позначається її обсязі. Таким чином, масові одиниці теплотворності будуть об'єктивнішими для обліку теплотворності дуже гнилих дров.
За визначенням, масова (вагова) теплотворність дров - практично не залежить від їхнього обсягу, породи дерева та ступеня трухлявості. І, тільки вологість деревини – надає великий впливна масову (вагову) теплотворну здатність дров
Теплотворність вагової міри трухлих і гнилих дров практично дорівнює теплотворності вагової міри звичайних дров і залежить від вологості самої деревини. Тому що тільки вага води витісняє вагу паливної деревини з вагової міри дров, плюс втрати тепла на випаровування води і розігрів водяної пари. Що нам і треба.
Теплотворність дров із різних регіонів
Об'ємнатеплотворність дров для однієї і тієї ж породи дерева, що росте в різних регіонахможе відрізнятися рахунок зміни щільності деревини залежно від водонасыщенности грунту у районі проростання. Причому зовсім не обов'язково це повинні бути різні регіони або області країни. Навіть у межах невеликої ділянки(10...100 км) лісозаготівлі, теплотворність дров однієї і тієї ж породи дерева може змінюватися з різницею 2...5% рахунок зміни деревини. Це пояснюється тим, що в посушливій місцевості (в умовах нестачі вологи) наростає і утворюється дрібніша і щільніша клітинна структура деревини, ніж у багатій на воду болотистій землі. Таким чином, сумарна кількість палива в одиниці об'єму буде вищою для дров, заготовлених на більш сухих ділянках навіть для одного і того ж району лісозаготівлі. Звичайно, різниця не така вже й велика, приблизно 2...5%. Тим не менш, при великих заготівлі дров це може дати реальний економічний ефект.
Масова теплотворність для дров з однієї і тієї ж породи дерева, що росте в різних регіонах, абсолютно не відрізнятиметься, оскільки теплотворність не залежить від щільності деревини, а залежить тільки від її вологості.
Зола | Зольність дров
Зола – це мінеральні речовини, що містяться в дровах і які залишаються у твердому залишку після повного згоряння дров'яної маси. Зольність дров – це ступінь їхньої мінералізації. Зольність дров вимірюється у відсотках загальної маси дров'яного палива і свідчить про кількісне вміст у ньому мінеральних речовин.
Розрізняють внутрішню та зовнішню золу
| Внутрішня зола | Зовнішня зола |
| Внутрішня зола - це мінеральні речовини, які містяться безпосередньо в | Зовнішня зола – це мінеральні речовини, які потрапили у дрова ззовні (наприклад, при заготівлі, транспортуванні чи зберіганні) |
| Внутрішня зола - тугоплавка маса (понад 1450 °С), яка легко видаляється з високотемпературної зони горіння палива | Зовнішня зола - легкоплавка маса (менше 1350 ° С), яка спікається в шлак, що прикипає до футерування камери згоряння опалювального агрегату. Як наслідок такого спікання та прикипання – зовнішня зола погано видаляється з високотемпературної зони горіння палива. |
| Зміст внутрішньої золи деревини знаходиться в межах від 0,2 до 2,16% від загальної дров'яної маси. | Зміст зовнішньої золи може досягати 20% загальної дров'яної маси. |
| Зола - це небажана частина палива, яка знижує його горючу складову та ускладнює експлуатацію опалювальних агрегатів. | |
"BM Engineering"виконує повний комплекс послуг з проектування, будівництва, введення в експлуатацію та подальшого обслуговування: заводів з переробки біомаси (виробництво гранул та брикетів), комбікормових заводів Ми пропонуємо спочатку виконати Комплексний аналіз та технічні консультації доцільності будівництва передбачуваного об'єкта та його рентабельності, а саме:
- аналіз сировинної бази та оборотних коштівдля виробництва
- розрахунок основного обладнання
- розрахунок додаткового обладнання та механізмів
- вартість монтажу, пусконалагоджувальних робіт, навчання персоналу
- розрахунок вартості підготовки виробничого майданчика
- розрахунок собівартості виробництва чи комплексу утилізації відходів
- розрахунок рентабельності виробництва чи комплексу утилізації відходів
- розрахунок окупності інвестицій Вартість розрахунків визначається після отримання офіційного запиту та формування переліку та повноти наших послуг.
- ВИРОБНИЦТВО ОБЛАДНАННЯ: пелетні/брикетні лінії, сушильні комплекси, дезінтегратори, преси для біомаси.
- МОНТАЖ ВИРОБНИЧИХ КОМПЛЕКСІВ: проектування, пошук майданчиків, будівництво, введення в експлуатацію
- ПУСКО-НАЛАДКА ОБЛАДНАННЯ: запуск та налаштування обладнання
- НАВЧАННЯ ПЕРСОНАЛУ: постановка роботи технічного відділу, створення відділів збуту, логістики, маркетингу з "0"
- СЕРВІСНЕ ОБСЛУГОВУВАННЯ: повне сервісне та гарантійне обслуговування
- АВТОМАТИЗАЦІЯ ВИРОБНИЦТВА: впровадження систем контролю та обліку на виробництві
- СЕРТИФІКАЦІЯ: підготовка до сертифікації з EN+, ISO
СПЕЦІАЛІЗАЦІЯ КОМПАНІЇ BM Engineering:
Інжинірингова компанія у сфері переробки біомаси BM Engineering вперше на ринку України забезпечує виконання повного комплексу послуг зі створення під ключ сучасних заводівз переробки біомаси, що виробляють пелети, брикети, а також комбікорми. На етапі підготовки проекту фахівці компанії дають кваліфікований висновок про доцільність будівництва об'єкта, його передбачувану рентабельність та термін окупності.
Ми аналізуємо майбутнє виробництво від А до Я! Починаємо дослідження з розрахунку обсягу сировинної бази, її якості, логістики постачання. Кількості біомаси на початковому етапіі поставок її має бути достатньо для безперебійної роботиобладнання тривалий час. На основі об'єктивної інформації, зібраної про майбутнє виробництво, ми розраховуємо характеристики основного обладнання, а за бажанням замовника додаткового обладнання та механізмів.
У загальну вартість проекту обов'язково входять витрати на підготовку виробничого майданчика, монтажні та пуско-налагоджувальні роботи, навчання персоналу. А в прогнозі собівартості продукції заздалегідь враховано енергоефективність та конкретну вартість виробництва одиниці готової продукції, її технічні та якісні характеристики, відповідність міжнародним стандартам, прибутковість та період окупності інвестицій. Використання обладнання для виробництва екструдованих кормів значно підвищує прибутковість тваринництва за рахунок підвищення їхньої якості та зниження собівартості.
Сертифікація та аудит пелетного виробництва відповідно до норм європейських стандартів серії EN 17461 передбачає, що на всіх етапах роботи від отримання та контролю якості біосировини до виготовлення пелет, їх упаковки, маркування, зберігання, доставки та використання необхідно суворо дотримуватися єдиних нормативів, технічні умовита правила.
Відповідно до системи ENplus, сертифікат необхідно отримувати на конкретну партію біопалива після проведення відповідних випробувань за всіма параметрами в сертифікованій лабораторії. Запам'ятайте! Сертифікована продукція коштує у кілька разів дорожче!
Повний комплекс інжинірингових послуг, що виконуються компанією «BM Engineering», включає: складання бізнес-плану виробництва з розрахунком енергоефективності, рентабельності та собівартості продукції, проектування, будівництво, пусконалагоджувальні роботи, введення в експлуатацію та сервісне обслуговування. Крім того, компанія постачає обладнання власного виробництва, виконує роботи з автоматизації та сертифікації збудованих підприємств.
Унікальний модуль переробки біомаси (тріски та тирси) МБ-3 розроблений новітньої технології, при якій біосировину не сушать перед пресуванням з великими витратамиенергії, а миють у гідромийці. Забруднювачі (метал, частинки ґрунту, сміття) видаляють потоком води, а чисті та вологі частинки сировини по конвеєру, а потім через сито надходять у вхідний бункер модуля переробки.
Шнек, що обертається, перетирає вологу біомасу і продавлює її через сито. При біохімічної реакціїу клітинах деревини (біополімерах) виділяється тепло. Оптимальну температуру зволоженої маси підтримує модуль термостабілізації. Тепловий насос забезпечує циркуляцію підігрітої води по всьому контуру переробки. Весь технологічний процесконтролює систему автоматизації.
Комплектація модуля:
- гідромийка;
- модуль переробки біомаси;
- тепловий насос;
- модуль термостабілізації;
- система автоматизації технологічного процесу.
- продуктивність – 1000 кг/год;
- потужність електродвигунів – до 100 кВт;
- вхідна сировина: розмір частинок – до 4 см, вологість – до 50%;
- транспортувальні габарити – 2000х2200х12000 мм;
- маса – 16700 кг.
Лише у першому півріччі 2015 року було проведено 6 спеціалізованих семінарів «Основи пелетного виробництва», на яких пройшло навчання близько 200 слухачів. З другого півріччя 2015 року семінари проводяться щомісяця та користуються зростаючою популярністю у слухачів. Ті фахівці, які прослухали всі лекції та подивилися на працююче обладнання, повністю змінили ставлення до технології виробництва пелет. Метод вологого пресування – абсолютно новий інноваційний підхід до переробки біомаси, за якою майбутнє.
Теплотворна здатність дров залежить від породи дерев та їхньої вологості
Дровами ми називаємо шматочки деревини, що використовуються в реакціях швидкого окислення киснем повітря для отримання світла та тепла. Вогонь розпалюємо просто землі, виїхавши на пікнік. Або в спеціальних пристроях– мангалах, осередках, котлах, печах, токирах чи інших.
Дрова бувають різноманітні, кількість тепла, отриманого від їх спалювання, розділена на масу (обсяг), називається питома теплота згоряння пічного палива. Теплотворна здатність дров залежить від породи дерев та їхньої вологості. До того ж повнота згоряння та коефіцієнт використання енергії горіння залежить і від інших факторів. Різні печі, сила тяги, пристрій димоходу – все впливає результат.
Сутність фізичного параметра
Енергія вимірюється в «джоулях» - кількості роботи з переміщення на 1 метр при додатку сили в 1 ньютон у напрямку додатку. Або в «калоріях» – кількості тепла, необхідному для нагрівання 1 г води на 1 ˚С при тиску 760 мм ртутного стовпа. Міжнародна калорія відповідає 4,1868 Джоуля.
Питома теплоємність палива – кількість тепла, одержуваного за повного згоряння, розділене на масу чи обсяг палива.
Величина непостійна, тому що дрова можуть сильно відрізнятися, відповідно, варіює цей параметр. У лабораторії питома теплота вимірюється спалюванням у спеціальних пристроях. Результат є вірним для конкретного зразка, але тільки для нього.
Повна питома теплота пічного палива вимірюється з одночасним охолодженням продуктів горіння та конденсацією випареної води – щоб врахувати ВСЕ кількість отриманої енергії.
Насправді частіше користуються робоча, а чи не питома теплота згоряння, не враховуючи всієї отриманої енергії.
Сутність процесу горіння
Якщо нагрівати деревину, то при 120–150 ˚С вона стає темного кольору. Це повільне обвуглювання, перетворення на деревне вугілля. Довівши температуру до 350–350 ˚С, побачимо термічне розкладання, почорніння із виділенням білого або бурого диму. Нагріваючи далі, що виділяються піролізні гази (СО та леткі вуглеводні) загоряться, перетворившись на язики полум'я. Прогорівши якийсь час, кількість летких речовин знизиться, і вугілля продовжуватиме горіти, але вже без полум'я. На практиці для підпалювання та підтримки горіння деревина має розігрітися до 450–650 ˚С.
Процес горіння дров
Надалі температура горіння пічного палива в топці становить приблизно від 500 ˚С (тополя) до 1000 і вище (ясен, бук). Ця величина сильно залежить від тяги, конструкції печі та багатьох інших факторів.
Залежність від вологості
Чим вище вологість, тим гірше горіння, нижче ККД печі, складніше запалити та підтримати вогонь. І менша теплотворна здатність дров.
Показники теплотворної здатності (кількість теплоти, що виділилася при повному згорянні 1 кг дров залежно від вологості)
Знижується і питома теплота пічного палива, коефіцієнт її використання. Причини такі.
- Вода у складі знижує кількість палива як: при вологості 50% у дровах води – половина. І горіти вона не буде.
- Частина енергії пічного палива витратиться на нагрівання та випаровування вологи.
- Мокра деревина краще проводить тепло, що заважає прогріти частину полону, що підпалюється, до температури займання.
Свіжозрубана деревина відрізняється по вологості залежно від часу рубки, породи дерева, місця проростання, але в середньому води в ній близько 50%.
Тому її і складають у чорниці під навісом. За час зберігання частина вологи випарується. При зниженні вологості з 50 до 20% збільшується питома теплота згоряння пічного палива приблизно вдвічі.
Залежність від густини
Як не дивно, але склад дерев різних порідсхожий: 35-46% целюлози, 20-28% лігніну + ефіри, смоли, інші речовини. А різниця в теплоті згоряння пічного палива обумовлена пористістю, тобто тим, скільки місця займають порожнечі. Відповідно, чим щільніше дерево, тим більша теплотворність дров із нього. Якісні паливні пелети, одержувані просушуванням та пресуванням деревних відходів мають щільність 1,1 кг/дм 3 тобто вище щільності води. В якій тонуть.
Господарські особливості різних дров
Має значення форма: що дрібніші поліни, то легше спалахують і швидше згоряють. Зрозуміло, довжина залежить і від конструкції: у печі або каміні занадто довгі не можна розташувати, кінці випирають назовні. Занадто короткі – зайва праця при розпилюванні або рубанні. Температура горіння дров залежить від обсягу вологості, породи дерева, кількості підведеного повітря. Найнижча температура при згоранні дров з тополі, вища при горінні твердих порід: ясеня, гірського клена, дуба.
Про значення вологості писалося вище. Від неї сильно залежать не тільки тепловіддача палива в печі, але і трудовитрати на розкол або розпилювання. Легше колеться і пиляється волога, свіжозрубана деревина. Втім, надто волога в'язка, від цього колеться погано. Комлева частина щільніша, а викорчовані пні, ділянки біля сучків мають підвищену міцність. Там шари дерева переплітаються, від цього набагато міцніше. Дуб добре розколюється у поздовжньому напрямку, що здавна використовують бондарі. Отримання ґонти, дранки, колка дров має свої секрети.
Ялина - "стріляюча" порода, тому небажана для використання в камінах або багаттях. При нагріванні внутрішні «бульбашки» зі смолою закипають і відкидають частинки, що горять, досить далеко, що небезпечно: легко пропалити одяг біля багаття. Або може призвести до займання біля каміна. У закритій топці печі це не має значення. Береза дає жарке полум'я, це чудові дрова. Але при поганій тязі у неї утворюється багато смолистих речовин (раніше робили березовий дьоготь), багато відкладається сажі. Вільха та осика, навпаки, дає мало сажі. Саме з осики в основному роблять сірники.
На практиці зручно свіжозрубані дрова відразу розпиляти і розколоти. Потім скласти під навісами, роблячи броню так, щоб повітря проходило, просушуючи паливо і збільшуючи тепловіддачу. Колка дров - трудомістке заняття, тому купуючи, звертайте на це увагу. А ще на те, складені чи насипом дрова вам привезуть.
У другому випадку пічне паливо розміщується в кузові «пуше», і клієнт платить частково за повітря. До того ж рідке або газоподібне паливо, що використовується для обігріву, має плюс: легко автоматизувати подачу. Дрова вимагають багато ручної роботи. Це варто враховувати при виборі печі або котла для житла.
Відео: Як вибрати дрова для топки
