Зольність деревини. Деревна біомаса. Особливості спалювання деревної біомаси
Теплотворна здатність деревини будь-якої породи і будь-якої щільності в абсолютно сухому стані визначається числом 4370 ккал/кг. Вважається також, що ступінь трухлявості деревини практично не впливає на теплотворність.
Існують поняття об'ємної теплотворності та масової теплотворності. Об'ємна теплотворність дров - величина досить нестабільна, що залежить від густини деревини і, отже, від породи дерева. Адже у кожної породи своя щільність, мало того, та сама порода з різних місцевостей можуть відрізнятися за щільністю.
Визначення теплотворності дров найзручніше проводити за масовою теплотворністю залежно від вологості. Якщо відома вологість (W) зразків, то визначити їхню теплотворну здатність (Q) з певною часткою похибки можна за простою формулою:
Q(ккал/кг) = 4370 - 50 * W
За вологістю деревину можна умовно поділити на три категорії:
- кімнатно-суха деревина; вологість від 7% до 20%;
- повітряно-суха деревина; вологість від 20% до 50%;
- сплавна деревина; вологість від 50% до 70%;
Таблиця 1. Об'ємна теплотворна здатність дров залежно від вологості.
| Порода | Теплотворна здатність, ккал/дм 3 при вологості, % | Теплотворна здатність, квт·ч/м 3 при вологості, % | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 12% | 25% | 50% | 12% | 25% | 50% | |
| Дуб | 3240 | 2527 | 1110 | 3758 | 2932 | 1287 |
| Модрина | 2640 | 2059 | 904 | 3062 | 2389 | 1049 |
| Береза | 2600 | 2028 | 891 | 3016 | 2352 | 1033 |
| Кедр | 2280 | 1778 | 781 | 2645 | 2063 | 906 |
| Сосна | 2080 | 1622 | 712 | 2413 | 1882 | 826 |
| Осика | 1880 | 1466 | 644 | 2181 | 1701 | 747 |
| Ялина | 1800 | 1404 | 617 | 2088 | 1629 | 715 |
| Ялиця | 1640 | 1279 | 562 | 1902 | 1484 | 652 |
| Тополя | 1600 | 1248 | 548 | 1856 | 1448 | 636 |
Таблиця 2. Розрахункова масова теплотворність дров залежно від вологості.
| Ступінь вологості, % | Теплотворна здатність, ккал/кг | Теплотворна здатність, кВт·ч/кг |
|---|---|---|
| 7 | 4020 | 4.6632 |
| 8 | 3970 | 4.6052 |
| 9 | 3920 | 4.5472 |
| 10 | 3870 | 4.4892 |
| 11 | 3820 | 4.4312 |
| 12 | 3770 | 4.3732 |
| 13 | 3720 | 4.3152 |
| 14 | 3670 | 4.2572 |
| 15 | 3620 | 4.1992 |
| 16 | 3570 | 4.1412 |
| 17 | 3520 | 4.0832 |
| 18 | 3470 | 4.0252 |
| 19 | 3420 | 3.9672 |
| 20 | 3370 | 3.9092 |
| 21 | 3320 | 3.8512 |
| 22 | 3270 | 3.7932 |
| 23 | 3220 | 3.7352 |
| 24 | 3170 | 3.6772 |
| 25 | 3120 | 3.6192 |
| 26 | 3070 | 3.5612 |
| 27 | 3020 | 3.5032 |
| 28 | 2970 | 3.4452 |
| 29 | 2920 | 3.3872 |
| 30 | 2870 | 3.3292 |
| 31 | 2820 | 3.2712 |
| 32 | 2770 | 3.2132 |
| 33 | 2720 | 3.1552 |
| 34 | 2670 | 3.0972 |
| 35 | 2620 | 3.0392 |
| 36 | 2570 | 2.9812 |
| 37 | 2520 | 2.9232 |
| 38 | 2470 | 2.8652 |
| 39 | 2420 | 2.8072 |
| 40 | 2370 | 2.7492 |
| 41 | 2320 | 2.6912 |
| 42 | 2270 | 2.6332 |
| 43 | 2220 | 2.5752 |
| 44 | 2170 | 2.5172 |
| 45 | 2120 | 2.4592 |
| 46 | 2070 | 2.4012 |
| 47 | 2020 | 2.3432 |
| 48 | 1970 | 2.2852 |
| 49 | 1920 | 2.2272 |
| 50 | 1870 | 2.1692 |
| 51 | 1820 | 2.1112 |
| 52 | 1770 | 2.0532 |
| 53 | 1720 | 1.9952 |
| 54 | 1670 | 1.9372 |
| 55 | 1620 | 1.8792 |
| 56 | 1570 | 1.8212 |
| 57 | 1520 | 1.7632 |
| 58 | 1470 | 1.7052 |
| 59 | 1420 | 1.6472 |
| 60 | 1370 | 1.5892 |
| 61 | 1320 | 1.5312 |
| 62 | 1270 | 1.4732 |
| 63 | 1220 | 1.4152 |
| 64 | 1170 | 1.3572 |
| 65 | 1120 | 1.2992 |
| 66 | 1070 | 1.2412 |
| 67 | 1020 | 1.1832 |
| 68 | 970 | 1.1252 |
| 69 | 920 | 1.0672 |
| 70 | 870 | 1.0092 |
"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 засобів для 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 заводів з переробки біомаси, які виробляють пелети, брикети та комбікорм. 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 етапі та постачання її має бути достатньо для безперебійної роботи обладнання 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 пусконалагоджувальні 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 дотримуватись єдиних нормативів, технічних умов. та 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 за новітньою технологією, при якій біосировину не сушать перед пресуванням з великими витратами енергії, 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 біохімічній реакції у клітинах деревини (біополімерах) виділяється тепло. Оптимальну температуру зволоженої маси підтримує модуль термостабілізації. Тепловий насос забезпечує циркуляцію підігрітої води по всьому контуру переробки. Весь технологічний процес контролює система 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 часток – 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.
З цих питань буду писати тут резюме, а далі щось на зразок параграфів з яких випливають ці резюме.
1. Питома теплотворна здатність будь-якої деревини 18 – 0,1465W, МДж/кг= 4306-35W ккал/кг, W-вологість.
2. Об'ємна теплотворна здатність берези (10-40%)
2,6 кВт*год/л
3. Об'ємна теплотворна здатність сосни (10-40%) 2,1 кВт*ч/л
4. Просушити до 40% і нижче не так і складно. Для кругляка навіть потрібно, якщо планується колка.
5. Зола не горить. Сажа та деревне вугілля близькі до кам'яного вугілля
6. При згорянні сухої деревини виділяється від 567 г води на кілограм дров.
7. Теоретичний мінімум подачі повітря для горіння - 5,2м3/кг_сухих_дров Нормальна подача повітря при тому близько 3м3/л_сосни та 3_5 м3/л_берези.
8. У димарі температура внутрішніх стінок якого вище 75град конденсат не утворюється (при дровах до 70% вологості).
9. ККД ТТ котла/топки без теплоутилізації не може перевищувати 91% при температурі відпрацьованих газів 200град.
10. Теплоутилізатор тепла димового газу з конденсацією пари в межі може повертати до 30% і більше від теплоти згоряння дров, залежно від їхньої вихідної вологості.
11. Відмінність між отриманим тут виразом для питомої теплотворної здатності дров та літературної залежності обумовлена в першу чергу використанням різних визначень вологості
12. Об'ємна теплотворна здатність трухлявих дров із сухою щільністю 0,3 кг/л становить 1,45кВт*ч/л у широкому діапазоні вологостей.
13. Для визначення об'ємної теплотворної здатності різного роду дров достатньо виміряти щільність повітросухих дров даного виду, помножити на 4 і отримати теплотворну здатність у кВт*годлітра цих дров практично незалежно від вологості. Назву правилом четвірки
Зміст
1. Загальні положення.
2. Теплотворна здатність абсолютно сухої деревини.
3. Теплотворна здатність вологої деревини.
3.1. Теоретичний розрахунок теплоти випаровування води з деревини.
3.2. Розрахунок теплоти випаровування води з деревини
4. Залежність густини деревини від вологості
5. Об'ємна теплотворна здатність.
6. Про вологість дров.
7. Дим, деревне вугілля, сажа та зола
8. Скільки водяної пари утворюється при згоранні деревини
9.Приховане тепло.
10. Кількість повітря необхідна для спалювання дров
10.1. Кількість димового газу
11. Теплота димового газу
12. Про ККД топки
13. Сумарний потенціал теплоутилізації
14. Ще раз про залежність теплотворної здатності дров від вологості
15. Про теплотворну здатність трухлявих дров
16. Про об'ємну теплотворну здатність будь-яких дров.
Поки що закінчив. Буду радий доповнень та конструктивних зауважень/пропозицій.
1. Загальні положення.
Відразу обмовлюся, що з'ясувалося, що під вологістю деревини розумію два різні поняття. Я далі оперуватиму тільки тією вологістю, про яку говорять для пиломатеріалів. Тобто. маса води в дереві поділена на масу сухого залишку, а не маса води поділена на повну масу.
Тобто. вологість 100% означає, що в тонні дров 500кг води та 500кг абсолютно сухих дров
Концепт перший. Говорити про теплотворну здатність дров у кілограмах звичайно можна, але незручно, тому що вологість дров сильно відрізняється і відповідно питома теплотворна здатність теж. При цьому дрова ми купуємо кубометрами, а не тоннами.
Вугілля купуємо тоннами, тому для нього теплотворна здатність насамперед цікава на кг.
Газ купуємо кубометрами, тому теплотворна здатність газу цікава саме на кубометр.
Вугілля має теплотворну здатність близько 25МДж/кг, а газ приблизно 40мДж/м3. Про дрова пишуть від 10 до 20 МДж/кг. Розбираємось. Нижче побачимо, що об'ємна теплотворна здатність, на відміну від масової для дров не так сильно і змінюється.
2. Теплотворна здатність абсолютно сухої деревини.
Для початку визначимо теплотворну здатність повністю сухих дров (0%) просто за поелементним складом деревини.
Звідси, вважаю, що відсотки дано масові.
1000 г абсолютно сухих дров містять:
495г
442г O
63г H
Наші підсумкові реакції. Проміжні опускаємо (їх теплові ефекти тією чи іншою мірою сидять у підсумковій реакції):
С+O2->CO2+94 ккал/моль~400 кДж/моль
H2+0,5O2->H2O+240 кДж/моль
Тепер визначимо додатковий кисень - який дасть тепло згоряння.
495г С -> 41,3 моль
442г O2->13,8 моль
63г H2->31,5 моль
Для згоряння вуглецю треба 41,3 моль кисню і згоряння водню 15,8 моль кисню.
Розглянемо два граничні варіанти. У першому весь кисень, що є в дровах, зв'язався з вуглецем, у другому з воднем
Вважаємо:
1-й варіант
Отримуване тепло (41,3-13,8) * 400 +31,5 * 240 = 11000 +7560 = 18,6 МДж / кг
2-й варіант
Отримуване тепло 41,3*400+(31,5-13,8*2)*240=16520+936=17,5МДж/кг
Істина, разом із усією хімією десь посередині.
Кількість виділених вуглекислоти та парів води при повному згорянні однакова в обох випадках.
Тобто. теплотворна здатність будь-яких абсолютно сухих дров (хоч осика, хоч дуб) 18+-0,5МДж/кг~5,0+-0,1кВт*ч/кг
3. Теплотворна здатність вологої деревини.
Тепер шукаємо дані для теплотворної здатності залежно від вологості.
Для розрахунку питомої теплотворної здатності в залежності від вологості пропонується використовувати формулу Q=A-50W, де A змінюється від 4600 до 3870.
або взяти 4400 відповідно до ГОСТ 3000-45 http://www.pechkaru.ru/Svojstva drevesin.html
Розберемося. отримані для сухих дров 18МДж/кг=4306ккал/кг.
а 50W відповідає 20,9 кДж/г води. Теплота випаровування води 2,3 кДж/р. І тут нестиковка. Отже, у широкому діапазоні параметрів вологості формула можливо не застосовується. При малих вологості через невизначеного A, при великих (більше 20-30%) через невірних 50.
У даних безпосередньо теплотворної здатності протиріччя від джерела до джерела і є неясність що розуміється під вологістю. Посилання наводити не буду. Тому просто порахуємо теплоту випаровування води залежно від вологості.
3.1. Теоретичний розрахунок теплоти випаровування води із деревини.
Для цього скористаємося залежностями
обмежимося 20град.
звідси
3% -> 5% (відн)
4% -> 10% (відн)
6% -> 24%(отн)
9% -> 44% (відн)
12% -> 63%(відн)
15% -> 73%(відн)
20% -> 85% (відн)
28% -> 97% (відн)
Як із цього отримати теплоту випаровування? а досить просто.
mu(пара)=mu0+RT*ln(pi)
Відповідно різниця хімпотенціалів пари над деревом і водою визначається як delta(mu)=RT*ln(pi/pнас). pi - парціальний тиск пари над деревом, pнас - парціальний тиск насиченої пари. Їхнє відношення це відносна вологість повітря виражена в частці, позначимо її H.
відповідно
R=8,31 Дж/моль/К
T=293К
Різниця хімпотенціалів це різниця в теплоті випаровування, виражена в Дж/моль. Запишемо вираз у більш зручних одиницях у кДж/кг
delta(Qісп)=(1000/18)*8,31*293/1000 ln(H)=135ln(H) кДж/кг з точністю до знака
3.2. Розрахунок теплоти випаровування води з деревини
Звідси наші графічні дані переробляються на миттєві значення теплоти випаровування води:
3% -> 2,71 МДж/кг
4% -> 2,61 МДж/кг
6% -> 2,49 МДж/кг
9% -> 2,41 МДж/кг
12% -> 2,36 МДж/кг
15% -> 2,34 МДж/кг
20% -> 2,32 МДж/кг
28% -> 2,30 МДж/кг
Далі 2,3 МДж/кг
Нижче 3% вважатимемо 3МДж/кг.
Що ж. У нас є універсальні дані, застосовні для будь-якої деревини, вважаючи, що вихідна картинка також застосовна для будь-якої деревини. Це дуже добре. Тепер розглянемо процес зволоження деревини та відповідне падіння теплотворної здатності
нехай у нас 1кг сухого залишку, вологість 0гр, теплотворна здатність 18МДж/кг
зволожили до 3% – додали води 30гр. Маса зросла цих 30 грам, а теплота при згорянні зменшилася на теплоту випаровування цих 30 грам. Разом у нас (18МДж-30/1000 * 3МДж) / 1,03 кг = 17,4 МДж / кг
далі зволожили ще на 1% маса збільшилася ще на 1%, а приховане тепло збільшилося на 0,0271Мдж. Разом 17,2 МДж/кг
І так далі перераховуємо всі значення. Отримуємо:
0% -> 18,0 МДж/кг
3% -> 17,4 МДж/кг
4% -> 17,2 МДж/кг
6% -> 16,8 МДж/кг
9% -> 16,3 МДж/кг
12% -> 15,8 МДж/кг
15% -> 15,3 МДж/кг
20% -> 14,6 МДж/кг
28% -> 13,5 МДж/кг
30% -> 13,3 МДж/кг
40% -> 12,2 МДж/кг
70% -> 9,6 МДж/кг
Ура! Ці дані знову ж таки не залежать від породи деревини.
При цьому залежність добре описується параболою:
Q = 0,0007143 * W ^ 2 - 0,1702 W + 17,82
або лінійно на інтервалі 0-40
Q = 18 - 0,1465W, МДж/кг або ккал/кг Q=4306-35W (зовсім не 50)З відмінністю ми ще розберемося окремо.
4. Залежність густини деревини від вологості
Розглядатиму дві породи. Сосна та береза
Для початку порився і вирішив зупинитися на наступних даних по щільності деревини
Знаючи величини щільності можемо визначити об'ємну вагу сухого залишку та води залежно від вологості, свіжоспилок не враховуємо, оскільки вологість не визначена.
Звідси щільність берези 2,10E-05x2 + 2,29E-03x + 6,00E-01
сосни 1,08E-05x2 + 2,53E-03x + 4,70E-01
Тут x – вологість.
Спрощу до лінійного виразу в діапазоні 0-40%
Виходить
сосна ro=0,47+0,003W
береза ro=0,6+0,003W
Непогано набрати статистику за даними, оскільки сосна 0,47 м.б. і біля справи, але ось береза легша, і 0,57 десь.
5. Об'ємна теплотворна здатність.
Тепер розрахуємо теплотворну одиницю об'єму здатність сосни та берези
Для берези
0 0,6 18 10,8
15 0,64 15,31541 9,801862
25 0,67 13,91944 9,326025
75 0,89 9,273572 8,253479
Для берези видно, що об'ємна теплотворна здатність змінюється від 8МДж/л для свіжоспиля до 10,8 для абсолютно сухих. У практично значному інтервалі 10-40% приблизно від 9 до 10 МДж/л ~ 2,6 кВт*ч/л
Для сосни
вологість щільність питома_тепломісткість об'ємна теплоємність
0 0,47 18 8,46
15 0,51 15,31541 7,810859
25 0,54 13,91944 7,516497
75 0,72 9,273572 6,676972
Для берези видно, об'ємна теплотворна здатність змінюється від 6,5 МДж/л для свіжоспиля до 8,5 для сухих. У практично значному інтервалі 10-40% приблизно від 7 до 8 МДж/л ~ 2,1 кВт*ч/л
6. Про вологість дров.
Раніше я згадав майже значний інтервал 10-40%. Хочу пояснити. З проведених раніше міркувань стає очевидним, що сухі дрова палити доцільніше, ніж сирі, джа і просто легше їх палити, простіше тягати до топки. Залишилося зрозуміти, що означає сухі.
Якщо звернемося до картинки вище, побачимо, що з тих же 20град понад 30% рівноважна вологість повітря поруч із таким деревом 100%(отн.). Що це означає? АК те, що поліно поводиться як калюжа, і сохне за будь-яких погодних умов, навіть може сохнути в дощ. Швидкість сушіння обмежується лише дифузією, а значить довжиною поліна якщо неколоте.
До речі, швидкість сушіння поліна довжиною 35см приблизно еквівалентна швидкості сушіння дошки п'ятдесятки, при тому за рахунок тріщин у поліні швидкість сушіння його додатково зростає в порівнянні з дошкою, а укладання в однорядні поллянки ще покращує сушіння в порівнянні з дошкою. Звісно ж, що за пару місяців влітку в однорядній поллінці на вулиці можна вийти на вологість 30% і менше ніж півметрових дров. Колоті природно сохнуть ще швидше.
Готовий обговорити, якщо є результати.
Неважко уявити, що це за поліно таке на вигляд і на дотик. Воно не містить тріщин у торці, на дотик трохи вологе. Якщо буде лежати абияк у воді - може з'явитися пліснява, грибки. Радісно забігають якщо тепло всякого роду жучки. Колеться звичайно, але неохоче. Думаю, вище 50% десь не колеться практично взагалі. Сокира/колун входять з "хлюпом" і весь ефект
Повітрясуха деревина вже має тріщини і вологість менше 20%. Вже відносно легко колеться і добре горить.
Що таке 10%? Дивимося на картинку. Це зовсім не обов'язково камерне сушіння. Це може бути сушіння в сауні або просто в опалювальному приміщенні протягом сезону. Ці дрова горять - тільки встигай підкидати, відмінно розгораються, легкі і "дзвінкі" на дотик. Також чудово стругаються на скіпки.
7. Дим, деревне вугілля, сажа та зола
Основними продуктами горіння дров є вуглекислий газ та пари води. Які наряди з азотом є основними компонентами димового газу.
Крім цього залишаються незгорілі залишки. Це сажа (у вигляді пластівців у трубі, і власне те, що ми називаємо димом), деревне вугілля і зола. Їх склад наступний:
деревне вугілля:
http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1490.html
склад: 80-92% С, 4,0-4,8% Н, 5-15% О - той же кам'яний по суті, як і припустив
Деревне вугілля містить також 1-3% мінер. домішок, гол. обр. карбонатів та оксидів К, Na, Ca, Mg, Si, Al, Fe.
А ось і попелщо таке Негорючі оксиди металів. Золу до речі у світі застосовують як добавку до цементу теж клінкер по суті, тільки отриманий на здачу (без додаткових енерговитрат).
сажа
Елементний склад
Вуглець, З 89 - 99
Водень, Н 0,3 - 0,5
Кисень, Про 0,1 – 10
Сірка, S0,1 - 1,1
Мінеральні речовини0,5
Правда це трохи не ті сажі – а технічні сажі. Але думаю різниця невелика.
І деревне вугілля і сажа близькі до кам'яного вугілля за складом, а значить мало того, що горять, але і мають високу теплотворну здатність - на рівні 25МДж/кг. Думаю утворення і вугілля та сажі в першу чергу пов'язане з недостатньою температурою в топці/недоліком кисню.
8. Скільки парів води утворюється при згорянні деревини
1 кг сухих дров містить 63 г водню або
Води з цих 63 г при згорянні вийде максимум 63 * 18/2 (витрачаємо два грами водню на отримання 18 г води) = 567 г/кг_дрів.
Сумарна кількість води, що утворюється при згорянні деревини, таким чином складе
0% -> 567 г/кг
10% -> 615 г/кг
20% -> 673 г/кг
40% -> 805 г/кг
70% -> 1033 г/кг
9.Приховане тепло.
Цікавим є питання, а якщо вологу, що утворюється при згорянні деревини, сконденсувати і забрати отримане тепло, скільки його там? Оцінимо.
0% ->567 г/кг->1,3МДж/кг->7,2% від теплоти згоряння дров
10%->615 г/кг->1,4МДж/кг->8,8% від теплоти згоряння дров
20%->673 г/кг->1,5МДж/кг->10,6% від теплоти згоряння дров
40%->805 г/кг->1,9МДж/кг->15,2% від теплоти згоряння дров
70%->1033 г/кг->2,4МДж/кг->24,7% від теплоти згоряння дров
Ось він теоретично межа тієї добавки, яку можна вичавити від конденсації води. При тому якщо топити таки не сирими дровами весь граничний ефект в межах 8-15%
10. Кількість повітря необхідне спалювання дров
Другим потенційним джерелом тепла для підвищення ефективності роботи ТТ котла/печі є відбір тепла димового газу.
У нас вже є всі необхідні дані, тому не лізтимемо у джерела. Спочатку потрібно розрахувати теоретичний мінімум подачі повітря для спалювання дров. Спочатку сухих.
Звернемося до параграфа 2
1 кг дров:
495г С -> 41,3 моль
442г O2->13,8 моль
63г H2->31,5 моль
Для згоряння вуглецю треба 41,3 моль кисню і згоряння водню 15,8 моль кисню. При цьому 13,8 моль кисню вже є. Разом потреба у кисні для горіння 43,3 моль/кг_дров. звідси потреба у повітрі 216 моль/кг_дров= 5,2 м3/кг_дрів(кисень - одна п'ята).
Для різної вологості деревини маємо
0%->5,2 м3/кг->2,4 м3/л_сосни! 3,1 м3/л_, берези
10%->4,7 м3/кг->2,4 м3/л_сосни! 3,0 м3/л_, берези
20%->4,3 м3/кг->2,3 м3/л_сосни! 2,9 м3/л_, берези
40%->3,7 м3/кг->2,2 м3/л_сосни! 2,7 м3/л_, берези
70%->3,1 м3/кг->2,1 м3/л_сосни! 2,5 м3/л_, берези
Як і у випадку теплотворної здатності бачимо, що потрібна подача повітря на літр дров слабо залежить від їхньої вологості.
При цьому менше отриманої величини подавати повітря не можна - буде неповне вигоряння палива, утворення чадного газу, сажі та вугілля. Сильно більше подавати теж недоцільно, тому що при тому неповне вигоряння кисню, зниження граничної температури димових газів, великі втрати труби.
Вводять коефіцієнт надлишку (gamma) повітря як відношення фактичної подачі повітря до теоретичного мінімуму (5м3/кг). Розмір коефіцієнта надлишку може бути різною і становить зазвичай від 1 до 1,5.
10.1. Кількість димового газу
При цьому 43,3 моль кисню ми спалили, але виділили 41,3 моль CO2, 31,5 моль хімічної води та всю вологість деревини.
Таким чином кількість димового газу на виході з топки більша ніж на вході і становить у перерахунку на кімнатну температуру
0% ->5,9 м3/кг, їх водяної пари 0,76 м3/кг
10%->5,5 м3/кг, їх водяної пари 0,89 м3/кг зокрема випареного 0,13
20%->5,2 м3/кг, їх водяної пари 1,02 м3/кг зокрема випареного 0,26
40%->4,8 м3/кг, їх водяної пари 1,3 м3/кг
70%->4,4 м3/кг, їх водяної пари 1,69 м3/кг
Навіщо нам усе це потрібне?
А ось навіщо. Для початку можемо визначити яку ж температуру потрібно підтримувати димохід, щоб у ньому ніколи не було конденсату. (До речі у мене конденсату в трубі немає зовсім).
Для цього знайдемо температуру, що відповідає відносній вологості димового газу для 70% дров. Можна за графіком вище. Шукаємо 1,68 / 4,4 = 0,38.
А ось і не можна за графіком! Там помилка
Беремо ці дані і отримуємо температуру 75град. Тобто. якщо димохід буде гарячим, конденсату в ньому не буде.
При коефіцієнтах надлишку великих одиниці кількість димового газу слід вважати розрахунковою кількістю димового газу (5,2 м3/кг при 20%) плюс (gamma-1) помножена на теоретично необхідну кількість повітря (4,3 м3/кг при 20%). .
Наприклад для надлишку 1,2 та 20% вологості маємо 5,2+0,2*4,3=6,1м3/кг
11. Теплота димового газу
Обмежимося випадком у якому температура димового газу 200град. Взяв одну з величин за посиланням http://celsius-service.ru/?page_id=766
І шукатимемо надлишок тепла димового газу в порівнянні з кімнатною температурою - потенціал теплоутилізації. Приймемо коефіцієнт надлишку повітря 1,2. Дані щодо димового газу звідси: http://thermalinfo.ru/publ/gazy/gazovye_smesi/teploprovodnosti_i_svojstva_dymovykh_gazov/28-1-0-33
Щільність при 200град 0,748, Cp = 1,097.
при нулі 1,295 та 1,042.
Звертаємо увагу, що щільність пов'язана із законом ідеального газу: 0,748=1,295*273/473. А теплоємність майже константа. Так як ми оперуємо потоками перерахованими на 20 град, то визначимо щільність при даній температурі - 1,207. а Cp візьмемо середнє, десь 1,07. Отже теплоємність нашого стандартного куба диму 1,29 кДж/м3/К
0% ->6,9 м3/кг->1,6МДж/кг->8,9% теплоти згоряння дров
10%->6,4 м3/кг->1,5МДж/кг->9,3% теплоти згоряння дров
20%->6,1 м3/кг->1,4МДж/кг->9,7% теплоти згоряння дров
40%->5,5 м3/кг->1,3МДж/кг->10,5% теплоти згоряння дров
70%->5,0 м3/кг->1,2МДж/кг->12,1% теплоти згоряння дров
Крім того, спробуємо обгрунтувати різницю між літературною теплотворною здатністю дров 4400-50W і отриманими вище 4306-35W. Обґрунтувати різницю у коефіцієнті.
Припустимо, що автори формули вважають тепло на нагрівання додаткової пари такими ж втратами як і приховане тепло та усушка деревини. У нас між 10 та 20% виділено додаткової пари 0,13м3/кг_дрів. Не морочаючись з пошуком величини теплоємності водяної пари (все одно не сильно вони різняться) отримуємо додаткові втрати на нагрівання додаткової води 0,13 * 1,3 * 180 = 30,4 КДж / кг_дров. На один відсоток вологості вдесятеро менше 3 кДж/кг/% або 0,7 ккал/кг/%. Отримали не 15. Все ще нестиковка. Причин поки що більше не бачу.
12. Про ККД топки
Є бажання зрозуміти, що криється в т.зв. ККД казана. Тепло димового газу – безумовно втрати. Втрати через стінки також безумовно (якщо не вважаються корисними). Приховане тепло – втрати? Ні. Приховане тепло від вологи, що випаровується, у нас сидить у зменшеній теплотворній здатності дров. У хімічно утворена вода - продукт горіння, а не втрата потужності (вона не випаровується, а відразу утворюється у вигляді пари).
Разом граничний ККД котла/топки визначається потенціалом теплоутилізації (без урахування конденсації) написаним трохи вище. І становить близько 90% і не більше 91. Для підвищення ККД потрібно знижувати температуру димового газу на виході з топки, наприклад зниженням інтенсивності горіння, але при цьому слід очікувати більшого утворення сажі - димне і не 100% спалювання дров->зниження ККД.
13. Сумарний потенціал теплоутилізації.
З даних, представлених вище, досить просто вважаємо для випадку охолодження з димового газу 200 до 20 і конденсацією вологи. Для простоти всієї вологи.
0% ->2,9МДж/кг->16% від теплоти згоряння дров
10%->3,0МДж/кг->18,6% від теплоти згоряння дров
20%->3,0МДж/кг->20,6% від теплоти згоряння дров
40%->3,2МДж/кг->26,3% від теплоти згоряння дров
70%->3,6МДж/кг->37,4% від теплоти згоряння дров
Слід зазначити, що величини досить помітні. Тобто. потенціал теплоутилізації є, при цьому величина ефектів в абсолютній величині в МДж/кг слабо залежить від вологості, що, можливо, спрощує інженерний розрахунок. У позначеному ефекті десь половина посідає конденсацію, інше на теплоємність димового газу.
14. Ще раз про залежність теплотворної здатності дров від вологості
Спробуємо обґрунтувати різницю між літературною теплотворною здатністю дров 4400-50W та отриманими вище 4306-35W у коефіцієнті перед W.
Припустимо, що автори формули вважають тепло на нагрівання додаткової пари такими ж втратами як і приховане тепло та усушка деревини. У нас між 10 та 20% виділено додаткової пари 0,13м3/кг_дрів. Не морочаючись з пошуком величини теплоємності водяної пари (все одно не сильно вони різняться) отримуємо додаткові втрати на нагрівання додаткової води 0,13 * 1,3 * 180 = 30,4 КДж / кг_дров. На один відсоток вологості вдесятеро менше 3 кДж/кг/% або 0,7 ккал/кг/%. Отримали не 15. Все ще нестиковка.
Припустимо, ще один варіант. Той, що полягає в тому, що автори відомої формули оперували так званою абсолютною вологістю деревини, тоді як ми тут оперували відносною.
У абсолютній за W приймається відношення маси води до повної маси дров, а відносного відношення маси води до маси сухого залишку (див. п.1).
Виходячи з цих визначень побудуємо залежність абсолютної вологості від відносної
0%(отн)->0%(абс)
10% (відн) -> 9,1% (абс)
20% (відн) -> 16,7% (абс)
40% (відн) -> 28,6% (абс)
70% (відн) -> 41,2% (абс)
100% (отн) -> 50% (абс)
Окремо знову розглянемо інтервал 10-40. У ньому можна апроксимувати отриману залежність прямої W = 1,55 Wабс - 4,78.
Підставляємо цей вираз у формулу для отриманої раніше теплотворної здатності та маємо новий лінійний вираз для питомої теплотворної здатності дров
4306-35W = 4306-35 * (1,55 Wабс - 4,78) = 4473-54W. Отримали нарешті результат значно ближчий до літературних даних.
15. Про теплотворну здатність трухлявих дров
У разі топки багаття на природі, у тому числі на шашликах я, напевно як і багато хто волію топити сушняком. Дані дрова є досить трухляві сухі гілки. Горять добре, досить жарко, але для утворення певної кількості вугілля потрібно приблизно вдвічі більше ніж нормальної волздухосухої берези. Але де-небудь узяти ту суху березу в лісі? Тому й топлю тим, що є і тим, що не шкодить лісу. Такі ж дрова добре застосовні для топлення печі/котла в будинку.
Що таке цей сушняк? Це та сама деревина в якій зазвичай йшов процес гниття, в т.ч. прямо на корені, в результаті густина сухого залишку сильно зменшилася, з'явилася пухка структура. Ця пухка структура більш паропроникна ніж звичайна деревина, тому гілка висохла прямо на корені за певних умов.
Мова веду приблизно про такі дрова
Можна також використовувати трухляві стовбури дерев, якщо вони сухі. Сиру трухляву деревину спалювати дуже важко, тому її поки що розглядати не будемо.
Мені не доводилося вимірювати густину подібних дров. Але суб'єктивно ця щільність десь у півтора рази нижча за звичайну сосну (з широкими допусками). Виходячи з цього постулату порахуємо об'ємну теплоємність залежно від вологості, при тому топлю зазвичай сушняком від листяних порід, щільність яких спочатку була вищою, ніж сосни. Тобто. розглянемо випадок коли трухляве поліно має щільність сухого залишку вдвічі менше, ніж вихідної деревини.
Так як для берези та сосни лінійні формули залежності щільності у нас збіглися (з точністю до щільності абсолютно сухих дров), то і для трухлі також скористаємося цією формулою:
ro=0,3+0,003W. Це дуже груба прикидка, але схоже ніхто особливо не досліджував поставлене тут питання. М.Б. у канадців є відомості, але в них і свій ліс, зі своїми властивостями.
0% (0,30 кг/л) ->18,0МДж/кг ->5,4МДж/л=1,5кВт*год/л
10% (0,33 кг/л) ->16,1МДж/кг->5,3МДж/л=1,5кВт*год/л
20% (0,36 кг/л) ->14,6МДж/кг->5,3МДж/л=1,5кВт*год/л
40% (0,42 кг/л) ->12,2МДж/кг->5,1МДж/л=1,4кВт*год/л
70% (0,51 кг/л) ->9,6МДж/кг->4,9МДж/л=1,4кВт*год/л
Що вже не дуже дивно, об'ємна теплотворна здатність трухлявих дров знову слабко залежить від вологості і становить близько 1,45 кВт*ч/л.
16. Про об'ємну теплотворну здатність будь-яких дров.
Взагалі, розглянуті породи, включаючи трухлю, можна об'єднати під однією формулою для теплотворної здатності. Для того щоб вийшла не зовсім академічна формула, а застосовна на практиці замість абсолютно сухої деревини запишемо для 20%:
Щільність Теплотворна здатність
0,66 кг/л -> 2,7кВт*год/л
0,53 кг/л -> 2,1 кВт*ч/л
0,36 кг/л -> 1,5 кВт*ч/л
Тобто. об'ємна теплотворна здатність повітросухих дров незалежно від породи становить приблизно Q=4*щільність(кг/л), кВт*ч/л
Тобто. Щоб зрозуміти що будуть давати ваші конкретні дрова (різні фруктові, трухляві, хвойні і т.п.) можна один раз визначити щільність умовно повітросухих дров - зважуванням та визначенням обсягу. Помножити на 4 і застосовувати отриману величину практично для будь-якої вологості дров.
Подібний вимір я б проводив, зробивши коротке поліно (в межах 10см) наближеного до циліндра або прямокутного паралелепіпеда (дошці). Мета - щоб не морочитися за виміром об'єму і досить швидко висушити на повітрі. Нагадую, вздовж волокон сушіння у 6,5 разів швидше, ніж упоперек. І це 10см полішка висохне на повітрі влітку за тиждень.
_____________________________________________________________________________
Малюнки, викладені тут, розташовані на інших ресурсах. З метою збереження інформативності та на виконання п 6.8 Правил форуму прикладаю їх у вигляді вкладень. Якщо ці вкладення порушують чиїсь права, прошу повідомити - тоді їх буде видалено.
Вкладення:
Коментарі
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, р.Відносною або робочою вологістю
називають відношення маси вологи до маси вологої деревини:
Де W p - відносна, або робоча, вологість, %
Розрізняють дві форми вологи, що міститься у деревній біомасі: 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 вологість називають 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.
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.
ЗольністьЗольністю
називають 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.
| Порода | 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 | |
| Модрина | 660 | 630 |
| Сосна | 500 | 470 |
| Кедр | 435 | 410 |
| Ялиця | 375 | 350 |
| 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 властивостей деревини визначаються за абсолютної вологості 12 % та перераховуються на цю вологість. | 800 | 760 |
| Щільність різних порід деревини | 800 | 760 |
| Щільність кг/м3 | 710 | 670 |
| Дуб | 690 | 650 |
| При стандартній вологості | 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 випадку біомасу, 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: С 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).
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 енергетичному використанні вони 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 такі 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 характеристикою подрібненої 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 деревних плит;основна частина частинок проходить через сито з отвором 0,5 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
Продукт коксування деревної біомаси - деревне вугілля відрізняється високою реакційною здатністю в порівнянні з викопними вугіллям.
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 з цими позитивними властивостями деревина 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 рішень у котельно-топковому обладнанні.При вологості 10% та зольності 0,7% НТС складе 16.85 МДж/кг, а при вологості 50% лише 8,2 МДж/кг.
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.
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 спалювання деревних відходів необхідно, щоб конструкція котлоагрегатів відповідала особливостям цього виду палива.
Вологість деревної біомаси - це кількісна характеристика, що показує вміст біомаси вологи. Розрізняють абсолютну та відносну вологість біомаси.
Абсолютною вологістю називають відношення маси вологи до маси сухої деревини:
Wa= т~т° 100,
Де №а – абсолютна вологість, %; т - маса зразка у вологому стані, г; т0 - маса того ж зразка, висушеного до постійного значення, р.
Відносною або робочою вологістю називають відношення маси вологи до маси вологої деревини:
Де Wр - відносна, або робоча, вологість, 10
Перерахунок абсолютної вологості у відносну і навпаки проводиться за формулами:
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 рідкоплавкого стану нижче 1350 °. 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. Зміст золи у різних частинах дерев різних порід показано у табл. 4.
Зольність стовбурової деревини. Зміст внутрішньої золи стовбурової деревини змінюється не більше від 0,2 до 1,17%. На підставі цього відповідно до рекомендацій щодо нормативного методу теплового розрахунку котельних агрегатів у розрахунках топкових пристроїв зольність стовбурової деревини всіх порід повинна прийматися рівною 1 % сухої маси
|
4. Розподіл золи в частинах дерева для різних порід
|
Деревини. Це правомірно, якщо влучення мінеральних включень у подрібнену стовбурову деревину виключено.
Зольність кори. Зольність кори більша за зольність стовбурової деревини. Однією з причин цього є те, що поверхня кори весь час росту дерева обдувається атмосферним повітрям і вловлює при цьому мінеральні аерозолі, що містяться в ньому.
За спостереженнями, проведеними ЦНДІМОД для сплавної деревини в умовах архангельських лісопильних та деревообробних підприємств, зольність відходів окорки становила
У ялини 5,2, у сосни 4,9% - підвищення зольності кори у разі пояснюється забрудненням кори під час сплаву хлистів по річках.
Зольність кори різних порід на суху масу, за даними А. І. Померанського, становить: сосна 3,2%, ялина 3,95, береза 2,7, вільха 2,4%. За даними НУО ЦКТІ ім. І. І. Пол - зунова, зольність кори різних порід варіює від 0,5 до 8%.
Зольність елементів крони. Зольність елементів крони перевищує зольність деревини та залежить від породи деревини та місця її зростання. За даними В. М. Нікітіна, зольність листя 3,5%. Гілки та суки мають внутрішню зольність від 0,3 до 0,7%. Однак залежно від типу технологічного процесу заготівлі деревини їхня зольність суттєво змінюється через забруднення їх зовнішніми мінеральними включеннями. Забруднення гілок і сучків у процесі заготівлі, трелювання та вивезення найбільш інтенсивно при вологій погоді навесні та восени.
Густина. Щільність матеріалу характеризується ставленням його до обсягу. При вивченні цієї властивості стосовно деревної біомаси розрізняють такі показники: щільність деревини, щільність абсолютно сухої деревини, щільність вологої 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/см3.
Щільність абсолютно сухої деревини є відношення маси цієї деревини до об'єму, що займається нею:
P0 = m0/V0, (2.3)
Де ро – щільність абсолютно сухої деревини; то - маса зразка деревини за №р = 0; V0 - обсяг зразка деревини за №р = 0.
Щільність вологої деревини є відношенням маси зразка при даній вологості до його обсягу при тій же вологості:
Р w = mw/Vw, (2.4)
Де рота – щільність деревини при вологості Wp; mw - маса зразка деревини при вологості Vw - об'єм, який займає зразком деревини при вологості Wр.
Щільність стовбурової деревини. Величина щільності стовбурової деревини залежить від її породи, вологості та коефіцієнта набухання / Порівн. Усі породи деревини по відношенню до коефіцієнта набухання КР поділяються на дві групи. До першої групи належать породи, у яких коефіцієнт розбухання / Ср = 0,6 (біла акація, береза, бук, граб, модрина). До другої групи належать решта породи, у яких /<р=0,5.
За першою групою для білої акації, берези, бука, граба, модрини щільність стовбурової деревини можна обчислити за такими формулами:
Pw = 0,957-------------- р12, W< 23%;
100-0.4WP "(2-5)
Loo-УР р12" №р>23%
Для решти порід щільність стовбурової деревини обчислюється за формулами:
0* = П-Ш.00-0.5ГР Л7Р<23%; (2.6)
Ріг = °, 823 100f°lpp Рі. її">"23%,
Де ріг – щільність при стандартній вологості, тобто при абсолютній вологості 12 %.
Величина густини при стандартній вологості визначається для різних порід деревини за табл. 6.
|
6. Щільність стовбурової деревини різних порід прн стандартної вологості н в абсолютно сухому стані
|
Щільність кори. Щільність кори вивчена набагато менше. Є лише уривчасті дані, які дають досить строкату картину цієї якості кори. У цій роботі орієнтуватимемося на дані М. Н. Симонова і Н. Л. Леонтьєва. Для розрахунку густини кори приймемо формули тієї ж структури, що і формули для розрахунку густини стовбурової деревини, підставивши в них коефіцієнти об'ємного набухання кори. Щільність кори підраховуватимемо за такими формулами: кори сосни
(100-ТГР)Р13 ^р<230/
103,56-1.332ГР "" (2.7)
1,231(1-0,011ГР)" ^>23%-"
Кори їли Pw
|
W P<23%; W*> 23%; Гр<23%; Гр>23%. |
Р w - (100 - WP) р12 102,38 - 1,222 WP
|
Кори берези |
1,253(1 _0,01WP)
(100- WP)pia 101,19 - 1,111WP
1,277(1 -0,01 WP)
Щільність лубу значно вища, ніж щільність кірки. Про це свідчать дані А. Б. Большакова (Сверд - НДІПдрев) про щільність частин кори в абсолютно сухому стані (табл. 8).
Щільність гнилої деревини. Щільність гнилої деревини в початковій стадії гниття зазвичай не знижується, а в деяких випадках навіть збільшується. При подальшому розвитку процесу гниття щільність гнилої деревини зменшується і в кінцевій стадії стає значно меншою за щільність здорової деревини,
Залежність щільності гнилої деревини від стадії ураження її гниллю наведено у табл. 9.
|
9. Щільність гнилі деревини залежно від стадії її ураження |
Рц(ЮО-ІГР) 106-1.46WP
Значення pis гнилої деревини дорівнює: гниль осики pi5 = = 280 кг/м3, гниль сосни pS5 = 260 кг/м3, гниль берези р15 = 300 кг/м3.
Щільність елементів крони дерев. Щільність елементів крони мало вивчена. У паливній трісці з елементів крони переважним за обсягом компонентом є тріска з сучків та гілок, близька за показниками щільності до стовбурової деревини. Тому при проведенні практичних розрахунків у першому наближенні можна прийняти густину елементів крони рівної густини стовбурової деревини відповідної породи.
