Адрес: 105678, г. Москва, Шоссе Энтузиастов, д. 55 (Карта проезда)
Время работы: ПН-ПТ: с 9.00 до 18.00, СБ: с 9.00 до 14.00

Низшая теплота сгорания дерева: Теплота сгорания древесной древесины

Содержание

Теплота сгорания древесной древесины

Теплота сгорания древесной древесины

Теплота сгорания древесной древесины — количество тепла, выделяемое при сгорании 1 кг вещества. Различают высшую и низшую теплоту сгорания древесной древесины.

Высшая теплота сгорания древесной древесины — это количество тепла выделившееся при сгорании 1 кг биомассы при полной конденсации всех паров воды, образовавшихся при горении, с отдачей ими тепла, израсходованного на их испарение (так называемой скрытой теплоты парообразования). Высшая теплота сгорания древесной древесины QBp определяется по формуле Д. И. Менделеева (кДж/кг):

Qрв = 340СР + 1260НР— 109 Ор(2.15)

Низшая теплота сгорания древесной древесины — количество тепла, выделившееся при сгорании 1 кг биомассы, без учета тепла, израсходованного на испарение влаги, образовавшейся при сгорании этого топлива. Ее значение определяется по формуле (кДж/кг):

Qрн = 340C

P+1030HP — 109Ор — 25Wр (2. 16)

Теплота сгорания древесной древесины, вычисленная по этим формулам, имеет размерность килоджоуль на килограмм.

Теплота сгорания стволовой древесины. Теплота сгорания стволовой древесины зависит только от двух величин: зольности и влажности. Низшая теплота сгорания горючей массы стволовой древесины практически постоянна и равна 18,9 МДж/кг (4510 ккал/кг). На основании стабильности горючей массы стволовой древесины и независимости ее от породы древесины нетрудно вывести формулу теплоты сгорания стволовой древесины для любой влажности и зольности. Она будет иметь следующий вид:

Qрн = 18900 — 214WР — 189 Aр (2.17)

где QHp — теплота сгорания стволовой древесины при влажности W

p и зольности Ар, кДж/кг.

Теплота сгорания коры. Исследования по теплоте сгорания коры различных пород древесины очень малочисленны, и можно привести лишь ориентировочные данные по данному показателю. Для ориентировочных расчетов можно принять следующие значения низшей теплоты сгорания коры различных пород древесины в расчете на горючую массу, кДж/кг.
Низшая теплота сгорания коры и гнилой древесины различных пород для различной влажности и зольности может быть подсчитана по формуле

Теплота сгорания древесной гнили. Теплота сгорания гнилой древесины, отнесенная к единице массы, у гнилей коррозионного типа меньше, а у гнилей деструктивного типа больше, чем у здоровой древесины.

Для приближенных расчетов можно принять следующие значения низшей теплоты сгорания гнилой древесины различных пород в расчете на горючую массу:

Теплота сгорания гнилой древесины при различных значениях зольности и влажности рассчитывается по той же формуле, что и теплота сгорания коры.

Удельная теплота сгорания — формула и обозначения

Виды топлива

Человеку очень нужно тепло для всех процессов жизнедеятельности: например, для обогрева жилища, готовки, плавления металлов и получения других видов энергии. Чтобы получать тепло и свет, человек использует топливо. Когда люди впервые добыли огонь, без топлива тоже не обошлось — им послужила древесина.

Топливо — это любое вещество, выделяющее энергию в ходе сгорания.

Существует четыре группы видов топлива:

  • твердое топливо,
  • жидкое топливо,
  • газообразное топливо.

На самом деле есть еще четвертая группа — ядерное топливо, но в этом случае механизм получения энергии другой. О нем мы рассказали в статье про ядерный реактор.

К твердому топливу относятся:

  • древесина,
  • горючие сланцы,
  • уголь,
  • торф.

Ископаемые твердые виды топлива, кроме сланцев, являются продуктом разложения органической массы растений. Торф — самый молодой из них, он представляет собой плотную массу, которая образовалась из перегнивших болотных растений. Уже не такие молодые (скажем, средних лет 🤣) бурые угли — это темная однородная масса, которая окисляется и рассыпается на свежем воздухе. Горючие сланцы — полезные ископаемые, дающие смолу. Каменные угли — ребята с повышенной прочностью и небольшой пористостью.

Жидкое топливо — это, например, бензин или нефть. Газообразное — это смесь, содержащая в себе водород и окись углерода.

В горючей части топлива всегда есть углерод, кислород, водород, сера и азот. Кислород в соединении с углеродом или водородом уменьшает тепло, которое выделяется в процессе горения. Азот переходит в продукты сгорания, не окисляясь. Сера — вредная примесь, при сгорании которой выделяется в 4 раза меньше теплоты, чем при сгорании углерода.

Удельная теплота сгорания топлива

Удельная теплота сгорания определяет энергетическую ценность топлива. Эта величина фигурирует в формуле количества теплоты, выделяемого при сгорании топлива.

Количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива

Q = qm

Q — количество теплоты [Дж]

q — удельная теплота сгорания [Дж/м3]

m — масса [кг]

Удельная теплота сгорания — это табличная величина, которая показывает, какое количество энергии выделится при сгорании 1 кг топлива.

Ниже представлены таблицы с некоторыми значениями удельной теплоты сгорания.

Твердое топливо

Вещество

Удельная теплота сгорания,

МДж/кг

Бурый уголь

9,3

Древесный уголь

29,7

Сухие дрова

8,3

Древесные чурки

15,0

Каменный уголь

марки А-I

20,5

Каменный уголь

марки А-II

30,3

Кокс

30,3

Порох

3,0

Торф

15,0

Жидкое топливо

Вещество

Удельная теплота сгорания,

МДж/кг

Бензин, нефть

46,0

Дизельное топливо

42,0

Керосин

43,0

Мазут

40,0

Этиловый спирт

27,0

Газообразное топливо

Вещество

Удельная теплота сгорания,

МДж/м³

Водород

120,8

Генераторный газ

5,5

Коксовый газ

16,4

Природный газ

35,5

Светильный газ

21,0

Решение задач

Задачка простая

В топке паровой машины сгорело 50 кг каменного угля, удельная теплота сгорания которого равна 30 МДж/кг. Какое количество теплоты выделилось в этом процессе?

Решение

В условии задачи есть все необходимые данные, поэтому переводим их в СИ и подставляем в формулу.

СИ — международная система единиц. «Перевести в СИ» означает перевести все величины в метры, секунды и другие единицы измерения без приставок. Исключение — килограмм с приставкой «кило».

Переводим удельную теплоту сгорания в СИ:

30 МДж/кг = 30 000 000 Дж/кг

Подставляем значения в формулу:

Q = qm = 30 000 000 50 = 1 500 000 000 = 1500 МДж

Ответ: в процессе сгорания выделилось 1500 МДж.

Задачка сложная

Сколько килограммов воды можно нагреть на спиртовке при температуре 30°С, если сжечь в ней 21 грамм спирта? КПД спиртовки равен 30%.

Удельная теплота сгорания спирта — 2,9·107 Дж/кг.

Удельная теплоемкость воды — 4200 Дж/(кг·°С).

Решение

кг

Ответ: можно нагреть 1,45 кг воды.

Попробуйте подготовку к ЕГЭ по физике онлайн с опытным преподавателем в Skysmart!

Вопрос: Много ли тополь дает тепла при сгорании? — Деревья и кустарники

Содержание статьи:

 

Удельная теплота сгорания топлива

Показать описание

Для того чтобы приготовить пищу, обогреть помещение, привести в движение автомобиль, нужно затратить энергию..
Существуют различные источники энергии..
Одним из них является топлива..
При сгорании различного топлива одинаковой массы, выделяется разное количество теплоты..
Известно что природный газ является более выгодным топливом чем дрова..
Это значит, что для получения одного и того же количества теплоты, масса дров которые нужно сжечь, должна быть существенно больше массы природного газа..
Следовательно, различные виды топлива с энергетической точки зрения, характеризуется величиной, называемый.


удельной теплотой сгорания..
За учебником «Физика 8 класс Пурышева Н.С., Важевская Н.Е.»

Видео взято с канала: ШКОЛА ОНЛАЙН


 

Урок 114 (осн). Удельная теплота сгорания топлива. КПД нагревателя

Видео взято с канала: Павел ВИКТОР


 

Физика Сколько сухих дров нужно сжечь, чтобы получить такое же количество теплоты, как при сгорании

Видео взято с канала: Решение задач Математика и Физика


 

Физика 8 класс: Расчет количества теплоты сгорания топлива

Видео взято с канала: OnliSkill видеоуроки с 5 по 11 класс


 

О пользе тополиных дров

Видео взято с канала: Тихвинская система


 

Стоимость 1 кВт тепла при различных источниках тепла

Видео взято с канала: Дачный СозонТ


 

Теплотворная способность пород дерева

Видео взято с канала: stepbystep


Древесина тополя считается не самой лучшей для отопления, но тополь можно использовать на дрова. Дрова из тополя стоят недорого, они доступны, но древесина тополя имеет мягкую структуру и очень быст. Много ли тополь дает тепла при сгорании? korotysha [944] 8 месяцев назад тэги: дрова, тепло, тополь. Вопрос задан неграмотно. Первый вариант.

Допустим, взято 10 кг сухих дров (условно с влажностью 0), т.е. древесины 10 кг, и 10 кг сырых дров с влажностью 20 %. Значит во влажных дровах 2 кг воды и 8. Что дает больше тепла при сгорании ясень или акация? больше всего тепла дает ясень, гледичия, дуб. по сравнению с акацией немного больше теплоотдача. Какие дрова дают больше тепла – Какие дрова самые жаркие. by admin 16.05.2020 24.12.2019.

Содержание. Дрова – классический вариант твердого топлива в местности, богатой лесами. Сжигание древесины дает возможность получать тепловую энергию, при этом температура горения дров напрямую влияет на эффективность. Содержание:1 Когда дрова дают больше жара?1.1 О теплотворной способности топлива1.2 Влияние.

Удельная теплота сгорания дров: зависимость от породы дерева, влажности, сущность процесса горения, влияние разных факторов на количество получаемой энергии и его протекание. Березовые дрова отличаются от осиновых не только составом дре­весины, но и плотностью, они на­много тяжелее их. Чем выше плотность древеси­ны, тем больше дает она тепла при сгорании. То есть 1 кВт*ч потребленной электроэнергии дает 3,6 МДж тепла и стоит 25 укр.коп. = $0,0495. Газ Удельная теплота сгорания (низшая) газа g20 (природный газ) — 34,02 МДж/куб.м.

Таблица — теплота сгорания дров. кВтч/кг: При 20% влажности (воздушно-сухие) кВтч/м3: При 50% влажности Зато по количеству выделяемого тепла они уступают лишь дубовым дровам. При сгорании древесина выделяет тепло, но дают много копоти. Поэтому для каминов лучше подходят одни породы деревьев, а для отопления которая медленно горит и выделяет много тепла.

Удельная теплота сгорания топлива — урок. Физика, 8 класс.

Различные виды топлива (твёрдое, жидкое и газообразное) характеризуются общими и специфическими свойствами. К общим свойствам топлива относятся удельная теплота сгорания и влажность, к специфическим — зольность, сернистость (содержание серы), плотность, вязкость и другие свойства.


Удельная теплота сгорания топлива — это количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании \(1\) кг твёрдого или жидкого топлива или \(1\) м³ газообразного топлива.

Энергетическая ценность топлива в первую очередь определяется его удельной теплотой сгорания.

Удельная теплота сгорания обозначается буквой \(q\). Единицей удельной теплоты сгорания является \(1\) Дж/кг для твёрдого и жидкого топлива и \(1\) Дж/м³ для газообразного топлива.

Удельную теплоту сгорания на опыте определяют довольно сложными методами.

 

Таблица 2. Удельная теплота сгорания некоторых видов топлива.

 

Твёрдое топливо

Вещество

Удельная теплота сгорания,

МДж/кг

Бурый уголь

\(9,3\)

Древесный уголь

\(29,7\)

Дрова сухие

\(8,3\)

Древесные чурки

\(15,0\)

Каменный уголь

марки А-I

\(20,5\)

Каменный уголь

марки А-II

\(30,3\)

Кокс

\(30,3\)

Порох

\(3,0\)

Торф

\(15,0\)

 

Жидкое топливо

Вещество

Удельная теплота сгорания,

МДж/кг

Бензин, нефть

\(46,0\)

Дизельное топливо

\(42,0\)

Керосин

\(43,0\)

Мазут

\(40,0\)

Спирт этиловый

\(27,0\)

 

Газообразное топливо

(при нормальных условиях)

Вещество

Удельная теплота сгорания,

МДж/м³

Водород

\(120,8\)

Генераторный газ

\(5,5\)

Коксовый газ

\(16,4\)

Природный газ

\(35,5\)

Светильный газ

\(21,0\)

 

Из этой таблицы видно, что наибольшей является удельная теплота сгорания водорода, она равна \(120,8\) МДж/м³. Это значит, что при полном сгорании водорода объёмом \(1\) м³ выделяется \(120,8\) МДж \(=\)\(120,8\)⋅106 Дж энергии.

Водород — один из высокоэнергетических видов топлива. Кроме того, продуктом сгорания водорода является обычная вода, в отличие от других видов топлива, где продуктами сгорания являются углекислый и угарный газы, зола и топочные шлаки. Это делает водород экологически наиболее чистым топливом.

Однако газообразный водород взрывоопасен. К тому же он имеет самую малую плотность в сравнении с другими газами при равной температуре и давлении, что создаёт сложности со сжижением водорода и его транспортировкой.

 

Общее количество теплоты \(Q\), выделяемое при полном сгорании \(m\) кг твёрдого или жидкого топлива, вычисляется по формуле:

 

Q=qm.

 

Общее количество теплоты \(Q\), выделяемое при полном сгорании \(V\) м³ газообразного топлива, вычисляется по формуле:

 

Q=qV.


Влажность (содержание влаги) топлива снижает его теплоту сгорания, так как увеличивается расход теплоты на испарение влаги и увеличивается объём продуктов сгорания (из-за наличия водяного пара).
Зольность — это количество золы, образующейся при сгорании минеральных веществ, содержащихся в топливе. Минеральные вещества, содержащиеся в топливе, понижают его теплоту сгорания, так как уменьшается содержание горючих компонентов (основная причина) и увеличивается расход тепла на нагрев и плавление минеральной массы.
Сернистость (содержание серы) относится к отрицательному фактору топлива, так как при его сгорании образуются сернистые газы, загрязняющие атмосферу и разрушающие металл. Кроме того, сера, содержащаяся в топливе, частично переходит в выплавляемый металл, сваренную стекломассу, снижая их качество. Например, для варки хрустальных, оптических и других стёкол нельзя использовать топливо, содержащее серу, так как сера значительно понижает оптические свойства и колер стекла.

Теплота сгорания щепы. Теплотворная способность дров

(рис. 14.1 — Теплотворная
способность топлива)

Обратите внимание на теплотворную способность (удельную теплоту сгорания) различных видов топлива, сравните показатели. Теплотворная способность топлива характеризует количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива массой 1 кг или объёмом 1 м³ (1 л). Наиболее часто теплотворная способность измеряется в Дж/кг (Дж/м³; Дж/л). Чем выше удельная теплота сгорания топлива, тем меньше его расход. Поэтому теплотворная способность является одной из наиболее значимых характеристик топлива.

Удельная теплота сгорания каждого вида топлива зависит:

  • От его горючих составляющих (углерода, водорода, летучей горючей серы и др.).
  • От его влажности и зольности.
Таблица 4 — Удельная теплота сгорания различных энергоносителей, сравнительный анализ расходов .
Вид энергоносителя Теплотворная способность Объёмная
плотность вещества
(ρ=m/V)
Цена за единицу
условного топлива
Коэфф.
полезного действия
(КПД) системы
отопления, %
Цена за
1 кВт·ч
Реализуемые системы
МДж кВт·ч
(1Мдж=0.278кВт·ч)
Электричество 1,0 кВт·ч 3,70р. за кВт·ч 98% 3,78р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), кондиционирование, приготовление пищи
Метан
(Ch5, температура
кипения: -161,6 °C)
39,8 МДж/м³ 11,1 кВт·ч/м³ 0,72 кг/м³ 5,20р. за м³ 94% 0,50р.
Пропан
(C3H8, температура
кипения: -42.1 °C)
46,34
МДж/кг
23,63
МДж/л
12,88
кВт·ч/кг
6,57
кВт·ч/л
0,51 кг/л 18,00р. за л 94% 2,91р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение
Бутан
C4h20, температура
кипения: -0,5 °C)
47,20
МДж/кг
27,38
МДж/л
13,12
кВт·ч/кг
7,61
кВт·ч/л
0,58 кг/л 14,00р. за л 94% 1,96р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение
Пропан-бутан
(СУГ — сжиженный
углеводородный газ)
46,8
МДж/кг
25,3
МДж/л
13,0
кВт·ч/кг
7,0
кВт·ч/л
0,54 кг/л 16,00р. за л 94% 2,42р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение
Дизельное топливо 42,7
МДж/кг
11,9
кВт·ч/кг
0,85 кг/л 30,00р. за кг 92% 2,75р. Отопление (нагрев воды и выработка электричества — очень затратны)
Дрова
(берёзовые, влажность — 12%)
15,0
МДж/кг
4,2
кВт·ч/кг
0,47-0,72 кг/дм³ 3,00р. за кг 90% 0,80р. Отопление (неудобно готовить пищу, практически невозможно получать горячую воду)
Каменный уголь 22,0
МДж/кг
6,1
кВт·ч/кг
1200-1500 кг/м³ 7,70р. за кг 90% 1,40р. Отопление
МАРР газ (смесь сжиженного нефтяного газа — 56% с метилацетилен-пропадиеном — 44%) 89,6
МДж/кг
24,9
кВт·ч/м³
0,1137 кг/дм³ -р. за м³ 0% Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение

(рис. 14.2 — Удельная теплота сгорания)

Согласно таблице «Удельная теплота сгорания различных энергоносителей, сравнительный анализ расходов», пропан-бутан (сжиженный углеводородный газ) уступает в экономической выгоде и перспективности использования только природному газу (метану). Однако следует обратить внимание на тенденцию к неизбежному росту стоимости магистрального газа, которая на сегодняшний день существенно занижена. Аналитики предрекают неминуемую реорганизацию отрасли, которая приведёт к существенному удорожанию природного газа, возможно, даже превысит стоимость дизельного топлива.

Таким образом, сжиженный углеводородный газ, стоимость которого практически не изменится, остаётся исключительно перспективным — оптимальным решением для систем автономной газификации.

Древесина является довольно сложным материалом по своему химическому составу.

Почему нас интересует химический состав? Да ведь горение (в том числе и горение дрова в печи) представляет собой химическую реакцию материалов дерева с кислородом из окружающего воздуха. Именно от химического состава той или иной породы древесины и зависит теплотворная способность дров.

Основными связующими химическими материалами в древесине являются лигнин и целлюлоза. Они образуют клетки – своеобразные емкости, внутри которых находится влага и воздух. Также в древесине присутствуют смола, белки, дубильные вещества и другие химические ингредиенты.

Химический состав подавляющего большинства пород дерева практически одинаковый. Небольшие колебания химического состава различных пород и определяют различия в теплотворной способности различных пород дерева. Теплотворная способность измеряется в килокалориях – то есть вычисляется количество тепла, получаемое при сжигание одного килограмма дерева той или иной породы. Принципиальных различий между теплотворными способностями различных пород древесины нет. И для бытовых целей достаточно знать усредненные значения.

Различия между породами в теплотворной способности выглядят минимально. Стоит отметить, что исходя из таблицы может показаться, что выгоднее покупать дрова, заготовленные из древесины хвойных пород, ведь их теплотворность больше. Однако, на рынке дрова поставляются по объему, а не по массе, так что в одном кубометре дров, заготовленных из древесины лиственных пород дерева их будет просто больше.

Вредные примеси в древесине

В ходе химической реакции горения древесина сгорает не полностью. После сгорания остается зола – то есть не сгоревшая часть древесины, а в процессе горения из древесины испаряется влага.

Меньше влияет на качество горения и теплотворность дров зола. Ее количество в любой древесине одинаково и составляет около 1 процента.

А вот влага, находящаяся в древесине может доставить немало проблем при их сжигании. Так, сразу после рубки древесина может содержать до 50 процентов влаги. Соответственно при горении таких дров – львиная доля энергии, выделяющейся с пламенем может уходить просто на испарение самой древесной влаги, не совершая при этом никакой полезной работы.

Влага, имеющаяся в древесине резко снижает теплотворную способность любых дров. Сгорающие дрова не просто не выполняют свою функцию, но и становятся неспособными поддерживать необходимую температуру при горении. При этом органика, находящаяся в дровах сгорает не полностью, при горении таких дров выделяется повешенное количество дыма, который загрязняет как дымоход, так и топочное пространство.

Что такое влажность древесины, на что она влияет?

Физическая величина, описывающая относительное количество воды, содержащееся в древесине называется влажностью. Измеряют влажность древесины в процентах.

При измерениях может учитываться два вида влажности:

  • Влажность абсолютная – это количество влаги, которое содержится в древесине на текущий момент по отношению к полностью высушенному дереву. Такие измерения проводятся обычно в строительных целях.
  • Влажность относительная – это количество влаги, которое содержится в древесине на текущий момент по отношению к ее собственному весу. Такие расчеты производятся для древесины, используемой в качестве топлива.

Так, если написано, что древесина имеет относительную влажность в 60%, то её абсолютная влажность выразится в показателе 150%.

Анализируя эту формулу можно установить, что дрова, заготовленные из хвойных пород дерева с показателем относительной влажности в 12 процентов при сжигании 1 килограмма выделят 3940 килокалории, а дрова, заготовленные из лиственных пород при сопоставимой влажности выделят уже 3852 килокалории.

Чтобы понять, что представляет собой относительная влажность в 12 процентов – поясним, что такую влажность приобретают дрова, которое длительное время сушатся на улице.

Плотность древесины и ее влияние на теплотворность

Чтобы оценить теплотворность, нужно использовать немного другую характеристику, а именно удельную теплотворность, представляющую собой величину, производную от плотности и теплотворности.

Экспериментальным путем были получены сведения об удельной теплотворности тех или иных пород древесины. Сведения даны для одинакового показателя влажности в 12 процентов. По результатам эксперимента была составлена вот такая таблица :

Используя данные из этой таблицы вы легко сможете сравнить теплотворную способность различных пород древесины.

Какие дрова можно использовать в России

Традиционно, самой любимой породой дров для сжигания в кирпичных печах в России является береза. Хотя по сути береза представляет собой сорняк, семена которого легко зацепляются за любую почву – оно чрезвычайно широко используется в быту. Неприхотливое и быстро растущее дерево верой и правдой служило нашим предкам уже множество веков.

Березовые дрова имеют сравнительно хорошую теплотворность и горят достаточно медленно, ровно, не накаляя чрезмерно печь. Кром того, даже сажа, получаемая при сгорании березовых дров идет в дело – она включает в себя деготь, который используется как в бытовых, так и в лечебных целях.

Кроме березы, из лиственных пород дерева в качестве дров используется древесина осины, тополя и липы. Качество их по сравнению с березой, конечно же не очень, но при неимении других вполне можно пользоваться и такими дровами. Кроме того, липовые дрова при сгорании выделяют особый аромат, который считается полезным.

Дрова из осины дают высокое пламя. Их можно использовать на заключительном этапе топки, чтобы выжечь сажу, образовавшуюся при сжигании других дров.

Также довольно ровно горит ольха, и после сгорания она оставляет небольшое количество золы и сажи. Но опять же по сумме всех качество ольховые дрова не могут составить конкуренцию березовым. Но с другой стороны – при использовании не в бане, а для приготовления пищи – ольховые дрова очень даже неплохи. Их ровное горение помогает качественно готовить пищу, особенно выпечку.

Дрова, заготовленные из плодовых деревьев встречаются довольно редко. Такие дрова, а особенно клен горят очень быстро и пламя при горении достигает очень высокой температуры, что может негативно сказаться на состоянии печи. К тому же вам всего лишь нужно нагреть в бане воздух и воду, а не плавить в ней металл. При использовании таких дров их необходимо перемешивать с дровами с низкой теплотворной способностью.

Дрова из хвойных пород дерева используются довольно редко. Во-первых, такая древесина очень часто используется в строительных целях, а во-вторых – наличие большого количества смолы в хвойных деревьях загрязняет топки и дымоходы. Топить печку хвойными дровами имеет смысл только после длительной сушки.

Как заготавливать дрова

Заготовка дров начинается обычно в конце осени или в начале зимы, до установления постоянного снежного покрова. Срубленные стволы оставляются на делянах для первичной сушки. По прошествии некоторого времени, обычно зимой или в начале весны дрова вывозятся из леса. Это связано с тем, что в этот период не проводится аграрных работ и замерзшая земля позволяет нагружать больший вес на транспортное средство.

Но это традиционный порядок. Сейчас, в связи с большим уровнем развития техники дрова можно заготовлять круглый год. Предприимчивые люди могут привести вам уже попиленные и поколотые дрова в любой день за разумную плату.

Как пилить и колоть дрова

Распилите привезенное бревно на отрезки, подходящие по размеру вашей топки. После полученные колоды раскалываются на поленья. Колоды с сечением более 200 сантиметров колются колуном, остальные – обычным топором.

Колоды колются на поленья так, чтобы сечение получившегося полена составляло около 80 кв.см. Такие дрова будут довольно долго гореть в банной печи и выделять больше жара. Поленья меньшего сечения используются для растопки.

Нарубленные поленья складываются в поленницу. Она предназначается не просто для накопления топлива, но и для просушки дров. Хорошая поленница будет располагаться на открытом пространстве, продуваемом ветром, но под навесом, защищающим дрова от атмосферных осадков.

Нижний ряд бревен поленницы укладывается на лаги – длинные жерди, которые предотвращают контакт дров с влажной почвой.

Сушка дров до приемлемого значения влажности происходит примерно за год. К тому же древесина в поленьях сохнет гораздо быстрее, чем в бревнах. Нарубленные дрова достигают приемлемого значения влажности уже за три месяца лета. При годовой сушке дрова в поленнице получат влажность в 15 процентов, которая идеально подходит для сгорания.

Теплотворная способность дров: видео

Влажность

Влажность древесной биомассы — это количественная характеристика, показывающая содержание в биомассе влаги. Различают абсолютную и относительную влажность биомассы.

Абсолютной влажностью называют отношение массы влаги к массе сухой древесины:

Где W a — абсолютная влажность, %; м — масса образца во влажном состоянии, г; м 0 — масса того же образца, высушенного до постоянного значения, г.

Относительной или рабочей влажностью называют отношение массы влаги к массе влажной древесины:


Где W p — относительная, или рабочая, влажность, %

При расчетах процессов сушки древесины используется абсолютная влажность. В теплотехнических расчетах применяется только относительная, или рабочая, влажность. С учетом этой установившейся традиции в дальнейшем мы будем пользоваться только относительной влажностью.

Различают две формы влаги, содержащейся в древесной биомассе: связанную (гигроскопическую) и свободную. Связанная влага находится внутри стенок клеток и удерживается физико-химическими связями; удаление этой влаги сопряжено с дополнительными затратами энергии и существенно отражается на большинстве свойств древесинного вещества.

Свободная влага находится в полостях клеток и в межклеточных пространствах. Свободная влага удерживается только механическими связями, удаляется значительно легче и оказывает меньшее влияние на механические свойства древесины.

При выдерживании древесины на воздухе происходит обмен влагой между воздухом и древесинным веществом. Если влажность древесинного вещества очень высока, то при этом обмене происходит высыхание древесины. Если влажность его низка, то древесинное вещество увлажняется. При длительном пребывании древесины на воздухе, стабильных температуре и относительной влажности воздуха влажность древесины становится также стабильной; это достигается тогда, когда упругость паров воды окружающего воздуха сравняется с упругостью паров воды у поверхности древесины. Величина устойчивой влажности древесины, выдержанной длительное время при определенной температуре и влажности воздуха, одинакова для всех древесных пород. Устойчивую влажность называют равновесной, и она полностью определяется параметрами воздуха, в среде которого она находится, т. е. его температурой и относительной влажностью.

Влажность стволовой древесины. В зависимости от величины влажности стволовую древесину подразделяют на мокрую, свежесрубленную, воздушно-сухую, комнатно-сухую и абсолютно сухую.

Мокрой называют древесину, длительное время находившуюся в воде, например при сплаве или сортировке в водном бассейне. Влажность мокрой древесины W p превышает 50%.

Свежесрубленной называют древесину, сохранившую влагу растущего дерева. Она зависит от породы древесины и изменяется в пределах W p =33…50 %.

Средняя влажность свежесрубленной древесины составляет, %, у ели 48, у лиственницы 45, у пихты 50, у сосны кедровой 48, у сосны обыкновенной 47, у ивы 46, у липы 38, у осины 45, у ольхи 46, у тополя 48, у березы бородавчатой 44, у бука 39, у вяза 44, у граба 38, у дуба 41, у клена 33.

Воздушно-сухая — это древесина, выдержанная длительное время на открытом воздухе. Во время пребывания на открытом воздухе древесина постоянно подсыхает и ее влажность постепенно снижается до устойчивой величины. Влажность воздушно-сухой древесины W p =13…17 %.

Комнатно-сухая древесина — это древесина, длительное время находящаяся в отапливаемом и вентилируемом помещении. Влажность комнатно-сухой древесины W p =7…11 %.

Абсолютно сухая — древесина, высушенная при температуре t=103±2 °С до постоянной массы.

В растущем дереве влажность стволовой древесины распределена неравномерно. Она изменяется как по радиусу, так и по высоте ствола.

Максимальная влажность стволовой древесины ограничена суммарным объемом полостей клеток и межклеточных пространств. При гниении древесины ее клетки разрушаются, в результате чего образуются дополнительные внутренние полости, структура гнилой древесины по мере развития процесса гниения становится рыхлой, пористой, прочность древесины при этом резко снижается.

По указанным причинам влажность древесной гнили не ограничена и может достигнуть столь высоких значений, при которых ее сжигание станет неэффективным. Увеличенная пористость гнилой древесины делает ее очень гигроскопичной, находясь на открытом воздухе, она быстро увлажняется.

Зольность

Зольностью называют содержание в топливе минеральных веществ, остающихся после полного сгорания всей горючей массы. Зола является нежелательной частью топлива, так как снижает содержание горючих элементов и затрудняет эксплуатацию топочных устройств.

Зола подразделяется на внутреннюю, содержащуюся в древесном веществе, и внешнюю, попавшую в топливо при заготовке, хранении и транспортировании биомассы. В зависимости от вида зола имеет различную плавкость при нагревании до высокой температуры. Легкоплавкой называется зола, имеющая температуру начала жидкоплавкого состояния ниже 1350°С. Среднеплавкая зола имеет температуру начала жидкоплавкого состояния в пределах 1350-1450 °С. У тугоплавкой золы эта температура выше 1450 °С.

Внутренняя зола древесной биомассы является тугоплавкой, а внешняя — легкоплавкой.

Зольность коры различных пород варьирует от 0,5 до 8% и выше при сильном загрязнении при заготовке или складировании.

Плотность древесины

Плотность древесинного вещества — это отношение массы материала, образующего стенки клеток, к занимаемому им объему. Плотность древесинного вещества одинакова для всех пород древесины и равна 1,53 г/см 3 . По рекомендации комиссии СЭВ, все показатели физико-механических свойств древесины определяются при абсолютной влажности 12 % и пересчитываются на эту влажность.

Плотность различных пород древесины

Порода Плотность кг/м 3
При стандартной влажности Абсолютно сухая
Лиственница 660 630
Сосна 500 470
Кедр 435 410
Пихта 375 350
Граб 800 760
Акация белая 800 760
Груша 710 670
Дуб 690 650
Клен 690 650
Ясень обыкновенный 680 645
Бук 670 640
Вяз 650 615
Береза 630 600
Ольха 520 490
Осина 495 470
Липа 495 470
Ива 455 430

Насыпная плотность отходов в виде различных измельченных отходов древесины колеблется в широких пределах. Для сухой стружки от 100 кг/м 3 , до 350 кг/м 3 и более у влажной щепы.

Теплотехнические характеристики древесины

Древесную биомассу в том виде, в котором она поступает в топки котлоагрегатов, называют рабочим топливом. Состав древесной биомассы, т. е. содержание в ней отдельных элементов, характеризуется следующим уравнением:
С р +Н р +О р +N р +A р +W р =100%,
где С р, Н р, О р, N p — содержание в древесной массе соответственно углерода, водорода, кислорода и азота, %; A р, W p — содержание в топливе соответственно золы и влаги.

Для характеристики топлива в теплотехнических расчетах пользуются понятиями сухая масса и горючая масса топлива.

Сухая масса топлива представляет собой в данном случае биомассу, высушенную до абсолютно сухого состояния. Ее состав выражается уравнением
С с +Н с +О с +N с +A с =100%.

Горючая масса топлива — это биомасса, из которой удалены влага и зола. Ее состав определяется уравнением
С г +Н г +О г +N r =100%.

Индексы у знаков компонентов биомассы означают: р — содержание компонента в рабочей массе, с — содержание компонента в сухой массе, г — содержание компонента в горючей массе топлива.

Одной из примечательных особенностей стволовой древесины является удивительная стабильность ее элементарного состава горючей массы. Поэтому удельная теплота сгорания различных пород древесины практически не отличается.

Элементарный состав горючей массы стволовой древесины практически одинаков для всех пород. Как правило, варьирование содержания отдельных компонентов горючей массы стволовой древесины находится в пределах погрешности технических измерений., На основании этого при теплотехнических расчетах, наладке топочных устройств, сжигающих стволовую древесину и т. п., можно без большой погрешности принимать следующий состав стволовой древесины на горючую массу: С г =51%, Н г =6,1%, О г =42,3%, N г =0,6%.

Теплотой сгорания биомассы называется количество тепла, выделяемое при сгорании 1 кг вещества. Различают высшую и низшую теплоту сгорания.

Высшая теплота сгорания — это количество тепла выделившееся при сгорании 1 кг биомассы при полной конденсации всех паров воды, образовавшихся при горении, с отдачей ими тепла, израсходованного на их испарение (так называемой скрытой теплоты парообразования). Высшая теплота сгорания Q в определяется по формуле Д. И. Менделеева (кДж/кг):
Q в =340С р +1260Н р -109О р.

Низшая теплота сгорания (НТС) — количество тепла, выделившееся при сгорании 1 кг биомассы, без учета тепла, израсходованного на испарение влаги, образовавшейся при сгорании этого топлива. Ее значение определяется по формуле (кДж/кг):
Q р =340C р +1030H р -109О р -25W р.

Теплота сгорания стволовой древесины зависит только от двух величин: зольности и влажности. Низшая теплота сгорания горючей массы (сухой беззольной!) стволовой древесины практически постоянна и равна 18,9 МДж/кг (4510 ккал/кг).

Виды древесных отходов

В зависимости от производства, при котором образуются древесные отходы, их можно подразделить на два вида: отходы лесозаготовок и отходы деревообработки.

Отходы лесозаготовок — это отделяемые части дерева в процессе лесозаготовительного производства. К ним относятся хвоя, листья, неодревесневшие побеги, ветви, сучья, вершинки, откомлевки, козырьки, фаутные вырезки ствола, кора, отходы производства колотых балансов и т. п.

В своем естественном виде отходы лесозаготовок малотранспортабельны, при энергетическом использовании они предварительно измельчаются в щепу.

Отходы деревообработки — это отходы, образующиеся в деревообрабатывающем производстве. К ним относятся: горбыль, рейки, срезки, короткомер, стружка, опилки, отходы производства технологической щепы, древесная пыль, кора.

По характеру биомассы древесные отходы могут быть подразделены на следующие виды: отходы из элементов кроны; отходы из стволовой древесины; отходы из коры; древесная гниль.

В зависимости от формы и размера частиц древесные отходы обычно подразделяются на следующие группы: кусковые древесные отходы и мягкие древесные отходы.

Кусковые древесные отходы — это откомлевки, козырьки, фаутные вырезки, горбыль, рейка, срезки, короткомеры. К мягким древесным отходам относятся опилки и стружки.

Важнейшей характеристикой измельченной древесины является ее фракционный состав. Фракционный состав есть количественное соотношение частиц определенных размеров в общей массе измельченной древесины. Фракцией измельченной древесины называют процентное содержание частиц определенного размера в общей массе.

Измельченную древесину по размерам частиц можно подразделить на следующие виды:

  • древесную пыль , образующуюся при шлифовании древесины, фанеры и древесных плит; основная часть частиц проходит через сито с отверстием 0,5 мм;
  • опилки , образующиеся при продольной и поперечной распиловке древесины, они проходят через сито с отверстиями 5…6 мм;
  • щепу , получаемую при измельчении древесины и древесных отходов в рубительных машинах; основная часть щепы проходит через сито с отверстиями 30 мм и остается на сите с отверстиями 5. ..6 мм;
  • — крупную щепу, размеры частиц которой больше 30 мм.

Отдельно отметим особенности древесной пыли. Древесная пыль, образующаяся при шлифовании древесины, фанеры, древесностружечных и древесноволокнистых плит не подлежит хранению, как в буферных складах котельных, так и в складах межсезонного хранения мелкого древесного топлива ввиду ее высокой парусности и взрывоопасности. При сжигании древесной пыли в топочных устройствах должно быть обеспечено выполнение всех правил по сжиганию пылевидного топлива, предупреждающих возникновение вспышек и взрывов внутри топочных устройств и в газовых трактах паровых и водогрейных котлов.

Древесно-шлифовальная пыль представляет собой смесь древесных частиц размером в среднем 250 мкм с абразивным порошком, отделившимся от шлифовальной шкурки в процессе шлифования древесного материала. Содержание абразивного материала в древесной пыли может доходить до 1 % по массе.

Особенности сжигания древесной биомассы

Важной особенностью древесной биомассы как топлива является отсутствие в ней серы и фосфора. Как известно, основной потерей тепла в любом котлоагрегате является потеря тепловой энергии с уходящими газами. Величина этой потери определяется температурой отходящих газов. Эта температура при с жигании топлив, содержащих серу, во избежание серно-кислотной коррозии хвостовых поверхностей нагрева поддерживается не ниже 200…250 °С. При сжигании же древесных отходов, не содержащих серу, эта температура может быть понижена до 100…120 °С, что позволит существенно повысить КПД котлоагрегатов.

Влажность древесного топлива может изменяться в очень широких пределах. В мебельном и деревообрабатывающем производствах влажность некоторых видов отходов составляет 10…12%, в лесозаготовительных предприятиях влажность основной части отходов составляет 45…55%, влажность коры при окорке отходов после сплава или сортировки в водных бассейнах достигает 80%. Повышение влажности древесного топлива снижает производительность и КПД котлоагрегатов. Выход летучих при сжигании древесного топлива очень высок — достигает 85%. Это является также одной из особенностей древесной биомассы как топлива и требует иметь большую протяженность факела, в котором осуществляется сгорание выходящих из слоя горючих компонентов.

Продукт коксования древесной биомассы — древесный уголь отличается высокой реакционной способностью по сравнению с ископаемыми углями. Высокая реакционная способность древесного угля обеспечивает возможность работы топочных устройств при низких значениях коэффициента избытка воздуха, что положительно влияет на эффективность работы котельных установок при сжигании в них древесной биомассы.

Однако наряду с этими положительными свойствами древесина имеет особенности, отрицательно влияющие на работу котлоагрегатов. К таким особенностям, в частности, относится способность поглощения влаги, т. е. увеличение влажности в водной среде. С ростом влажности быстро падает низшая теплота сгорания, растет расход топлива, затрудняется горение что требует принятия специальных конструктивных решений в котельно-топочном оборудовании. При влажности 10% и зольности 0,7% НТС составит 16.85 МДж/кг, а при влажности 50% всего 8,2 МДж/кг. Таким образом расход топлива котлом при одинаковой мощности изменится более чем в 2 раза при переходе с сухого топлива на влажное.

Характерной особенностью древесины как топлива является незначительное содержание внутренней золы (не превышает 1%). В то же время внешние минеральные включения у отходов лесозаготовок иногда достигают 20%. Зола, образующаяся при сгорании чистой древесины тугоплавка, и удаление ее из зоны горения топки не представляет особой технической сложности. Минеральные включения в древесной биомассе легкоплавки. При сгорании древесины со значительным их содержанием образуется спекшийся шлак, удаление которого из высокотемпературной зоны топочного устройства затруднено и требует для обеспечения эффективной работы топки особых технических решений. Спекшийся шлак, образующийся при сжигании высокозольной древесной биомассы, имеет химическое сродство с кирпичом, и при высоких температурах в топочном устройстве спекается с поверхностью кирпичной кладки стенок топки, что затрудняет шлакоудаление.

Жаропроизводительностью обычно называется максимальная температура горения, развиваемая при полном сгорании топлива без избытка воздуха, т. е. в условиях, когда все выделяющееся при сгорании тепло полностью расходуется на нагрев образующихся продуктов сгорания.

Термин жаропроизводительность предложен в свое время Д. И. Менделеевым, как характеристика топлива, отражающая его качество с точки зрения возможности использования для осуществления высокотемпературных процессов. Чем выше жаропроизводительность топлива, тем выше качество тепловой энергии, выделяющейся при его сжигании, тем выше эффективность работы паровых и водогрейных котлов. Жаропроизводительность представляет собой предел, к которому приближается реальная температура в топке по мере совершенствования процесса сгорания.

Жаропроизводительность древесного топлива зависит от его влажности и зольности. Жаропроизводительность абсолютно сухой древесины (2022 °С) всего на 5% ниже жаропроизводительности жидкого топлива. При влажности древесины 70% жаропроизводительность понижается более чем в 2 раза (939 °С). Поэтому влажность 55-60% практический предел использования древесины в топливных целях.

Влияние зольности древесины на ее жаропроизводительность значительно слабее влияния на этот фактор влажности.

Влияние влажности древесной биомассы на эффективность работы котельных установок чрезвычайно существенно. При сжигании абсолютно сухой древесной биомассы с малой зольностью эффективность работы котлоагрегатов, как по их производительности, так и по КПД приближается к эффективности работы котлоагрегатов на жидком топливе и превосходит в некоторых случаях эффективность работы котлоагрегатов, использующих некоторые виды каменных углей.

Повышение влажности древесной биомассы неизбежно вызывает снижение эффективности работы котельных установок. Это следует знать и постоянно разрабатывать и проводить мероприятия по недопущению попадания в древесное топливо атмосферных осадков, почвенных вод и т. п.

Зольность древесной биомассы затрудняет ее сжигание. Наличие в древесной биомассе минеральных включений обусловлено применением недостаточно совершенных технологических процессов заготовки древесины и ее первичной обработки. Необходимо отдавать предпочтение таким технологическим процессам, при которых загрязнение древесных отходов минеральными включениями может быть сведено к минимуму.

Фракционный состав измельченной древесины должен быть оптимальным для данного вида топочного устройства. Отклонения в размере частиц от оптимального, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения снижают эффективность работы топочных устройств. Рубительные машины, применяемые для измельчения древесины в топливную щепу, не должны давать больших отклонений в размере частиц в сторону их увеличения. Вместе с тем наличие большого количества слишком малых частиц также нежелательно.

Для обеспечения эффективного сжигания древесных отходов необходимо, чтобы конструкция котлоагрегатов отвечала особенностям этого вида топлива.

Правильный выбор топлива для твердотопливного котла помогает экономить средства и сохранить оборудование работоспособным.

Используя дрова, пеллеты (топливные гранулы), топливные брикеты и уголь для обогрева помещений важно, чтобы тепловыделение происходило медленно.

Для отопления помещений лучше всего подходит древесина лиственных пород: дуб, ясень, береза, орешник, тис, боярышник.

Различные породы деревьев имеют свои особенности горения. Так, дрова из бука, березы, ясеня, орешника трудно разжигать, но они могут гореть сырыми, так как имеют небольшую влажность. К тому же «лиственные» дрова, кроме буковых, легко раскалываются.

Ольха и осина сгорают без образования сажи и даже выжигают ее с дымохода. Березовые дрова хороши для тепла, но при недостаточном количестве воздуха в топке горят дымно и образуют деготь (березовую смолу), которая оседает на стенках трубы. В свою очередь сосновые дрова горят жарче еловых через большее содержание смолы.

Дуб и граб имеют лучшую теплоотдачу при горении, но плохо раскалываются, кедр дает долготлеющий уголь, дрова из груши и яблони легко раскалываются и хорошо горят, из вишни и вяза – дымят при горении, а с платана – легко плавятся, но трудно колются.

Дрова хвойных пород имеет низкую теплотворную способность, дымят и искрят, образуя смолистые отложения в трубе, но легко колются и плавятся. Тополь и липа хорошо горят, сильно искрят и очень быстро прогорают.

Показатель теплотворной способности дров различных пород зависит от плотности древесины, в свою очередь влияет на пересчетный коэффициент кубометр => складометр.

Таблица со средними значениями теплотворной способности на 1 складометр дров


Примечательно, что 1 складометр сухой древесины лиственных деревьев заменяет 200-210 литров жидкого топлива или 200-210 м 3 природного газа.

Пеллеты, для производства которых используют кору, опилки, щепки, отходы сельского хозяйства (лузга подсолнечника, солома, некондиционный лен), а также органические упаковочные материалы и картонную тару, по эффективности равноценны каменному углю.

Этот современный универсальный вид биотоплива сегодня производят как из булыжника твердых и мягких пород деревьев, так из соломы, подсолнечной лузги, початков и стеблей кукурузы, торфа.

Изготовленные из безвредной для человека и окружающей среды вторсырья, пеллеты выделяют в 10-50 раз меньше углекислого газа (СО 2) в окружающую среду и в 15-20 раз меньше золы, чем в случае сжигания угля.

Пеллеты используют для отопления жилых домов путём сжигания в печах, каминах и котлах, для обеспечения теплом и электроэнергией промышленных объектов и небольших населенных пунктов (с использованием крупных гранул, с высоким содержанием древесной коры).

К тому же пеллеты стоят дешевле, чем уголь, жидкое топливо или дрова, такое биотопливо удобно транспортировать в фасованных пакетах и россыпью, оно не требует больших складских площадей и может храниться на открытом воздухе, не разбухая и не поддаваясь гниению.

При хранении пеллеты не самовозгораются, не требуют дополнительной обработки перед применением, а их теплотворная способность выше, чем у опилок и щепы, и в 1,5 раза превышает теплотворность дров.

Теплоотдача пеллет и альтернативных источников энергии


При сжигании 1,9 т пеллет выделяется приблизительно такое же количество тепла, что и при сжигании 1 т мазута. При этом стоимость пеллет на внутреннем рынке в 3 раза дешевле, то есть обогрев пеллетами на 40% дешевле мазута.

Сравнительные характеристики видов топлива


Такое биотопливо сгорает почти полностью с минимальным количеством шлаков и позволяет гораздо реже чистить котел. Котлы на пеллетах работают дольше, требуют меньшего обслуживания и более экономичны. К тому же бытовые нагревательные устройства на пеллетах можно регулировать в автоматическом режиме.

В США производство пеллет регулируется определенными стандартами – Standard Regulations & Standards for Pellets in the US – по плотности, размерам, влажности, содержания пыли и других веществ. Так, на сорт Премиум, зольность которого составляет не более 1%, приходится около 95% производимых в Штатах пеллет, остальные – на сорт Стандарт, зольность которого составляет не более 3%.

– В Германии: DIN 51731, в Австрии: ONORM M 7135, в Великобритании: The British BioGen Code of Practice for biofuel (pellets), в Швейцарии: SN 166000, в Швеции: SS 187120.

Основные европейские стандарты качества топливных гранул


Топливные брикеты, при производстве которых также используются отходы деревообработки (опилки, щепа), отходы сельского хозяйства (солома, шелуха подсолнечника, гречихи) и торфа, подходят для различных типов топок (печей), дровяных котлов и каминов.

Сейчас можно приобрести RUF-брикеты – кирпичики прямоугольной формы, NESTRO-брикеты цилиндрической формы, иногда с радиальным отверстием внутри и Pini & Kay – брикеты, которые имеют 4, 6 или 8 граней с продольным радиальным отверстием внутри.

Это экологически чистое биотопливо не поддается воздействию грибков, горит дольше, чем дрова в 2-4 раза, удобное в хранении и использовании.

Также брикеты имеют в среднем в два раза выше по сравнению с обычными дровами теплотворность, обеспечивая постоянную температуру на каждом этапе горения благодаря ровному пламени.

Современные твердотопливные котлы на брикетах можно чистить не чаще 1 раза в год, а золу использовать как экологически чистое удобрение.

Расходы на отопление топливными брикетами ниже, чем в случае использования каменного угля или дров.

Качество угля зависит от возраста и условий углефикации. По мере старения происходила концентрация углерода и снижение содержания летучих составляющих, в частности, воды. Так, молодой бурый уголь имеет влажность 30-40% и более 50% летучих компонентов, каменный уголь имеет влажность 12-16% и около 40% летучих компонентов, а у старого угля – антрацита – эти 2 показателя составляют 5-7% .

Уголь также содержит различные негорючие золообразующие примеси, «породу». Зола загрязняет окружающую среду и спекается в шлак на колосниках, что затрудняет горение угля, а наличие породы уменьшает удельную теплоту сгорания угля.

В зависимости от сорта и условий добычи количество минеральных веществ отличается очень сильно. Так, зольность каменного угля составляет около 15% (10-20%).

Вредным компонентом угля также является сера, в процессе сгорания которой образуются оксиды, которые в воздухе превращаются в серную кислоту.

Уголь классифицируется по многим параметрам (география добычи, химический состав), но из «бытовой» точки зрения достаточно знать маркировку и возможности использования.

Используется следующая система обозначений угля: Сорт = (марка) + (класс крупности).

Уголь состоит из двух горючих компонентов: летучие вещества и твердый (коксовый) остаток.

На первом этапе горения выделяются летучие вещества, при избытке кислорода они быстро сгорают, давая длинное пламя, но малое количество тепла. На втором этапе выгорает коксовый остаток, интенсивность горения и температура воспламенения которого зависит от степени углефикации, то есть от вида угля (бурый, каменный, антрацит).

Чем выше степень углефикации (высшая она у антрацита), тем выше температура воспламенения и теплота сгорания, но ниже интенсивность горения.

Уголь марок Б (бурый), Д (каменный длиннопламенные), Г (каменный газовый) из-за высокого содержания летучих веществ быстро разгорается и быстро сгорает.

Уголь этих марок доступный и подходит практически для всех видов котлов, однако для полного сгорания этот уголь должен подаваться маленькими порциями, чтобы летучие вещества успевали полностью соединяться с кислородом.

Полное сгорание угля характеризуется желтым пламенем и прозрачными дымовыми газами, а неполное – багровым пламенем и черным дымом. Для эффективного сжигания такого угля процесс должен постоянно контролироваться.

Уголь марок СС (каменный слабо-спекающийся, А (Антрацит) разжечь труднее, зато оно горит долго и выделяет значительно больше тепла.

Такой уголь можно загружать большими партиями, так как в нем горит преимущественно коксовый остаток и нет массового выделения летучих веществ.

Очень важен режим поддува, так как при недостатке воздуха горение происходит медленно, возможно его прекращение, или, наоборот, чрезмерное повышение температуры, что приводит к вынесению тепла и прогоранию котла.

Сравнительная таблица теплотворности некоторых видов топлива

Преимущества применения древесной щепы по сравнению с каменным углем

  1. При применении древесной щепы решаются следующие вопросы:
    1. утилизации отходов лесопилок;
    2. утилизации сучков, подлеска при разработке делянок на лесоповале;
    3. вопросы по зачистке земель сельхоз назначения, заросших березняком и кустарником;
    4. по утилизации неделовой древесины;
    5. по очистке лесов и лесополос;
    6. снижение пожароопасности лесов и лесополос.
  2. Котлы, работающие на щепе, экологически более чистые, т.к. система автоматики котлов следит за полным сгоранием щепы и за правильным соотношением подаваемого воздуха и щепы.
  3. Щепа – это возобновляемый источник энергии.

Качество щепы

Для бесперебойного функционирования небольших отопительных систем требуется сухой, просеянный материал с определенными размерами отдельных щепок. Обычно для этого используется материал с длиной частиц основной фракции от 3,15 до 30 мм и остаточной влажностью менее 30%.

На больших установках могут использоваться более грубые материалы с увеличенными отклонениями по длине кромки.

Важным показателем качества горения является зольность щепы. При большой зольности требуется очистка дымовых газов.

Нормирование и классификация щепы

В качестве основных параметров в соответствии с классификацией по австрийскому стандарту М7133, устанавливаются требования к размеру щепы, например: G30 — для щепы с поперечным сечением максимум 3 см 2 , G50 — для щепы с поперечным сечением максимум 5 см 2 , а также к содержанию влаги, например: W35 — для щепы с содержанием влаги максимум 35%.

В данной норме устанавливаются классы и спецификации для следующих параметров:

  • Влажность
  • Зольность
  • Фракционный состав (размер)
  • Насыпная плотность
  • Содержание азота и хлора
  • Теплота сгорания

Характеристики щепы

Если теплота сгорания дерева зависит только в незначительной мере от вида дерева, то влажность в этом плане имеет большое значение. Кроме того, влажность является определяющим фактором для стойкости при хранении древесной щепы.

Древесная щепа при влажности ниже 30% классифицируется как «пригодная для хранения», т.е. в данном случае речь не может идти о микробном разложении дерева и связанных с этим потерях массы и энергии. Влажность свежесрубленного материала составляет от 50% до 60%. Поэтому рекомендуется производить щепу после предварительной просушки.

В следующей таблице показана теплота сгорания в зависимости от влажности. Теплота сгорания свежеспиленных хвойных деревьев составляет примерно 2 кВт*ч на кг, после сушки до влажности 20% теплота сгорания щепы может увеличиваться вдвое (4 кВт*ч).

Насыпная плотность является следующей основной характеристикой щепы (и других твердых видов топлива).

Кроме всего прочего, она определяет плотность энергии топлива и находится в непосредственной зависимости от объема помещения, необходимого для хранения и транспортировки определенного количества энергии.

Если теплота сгорания щепы с влажностью 20% из дуба и бука составляет 1100 кВт*ч с насыпного кубометра, то теплота сгорания щепы из тополя существенно ниже и составляет 680 кВт*ч с насыпного кубометра.

Например, чтобы покрыть годовую потребность 44 МВт*ч многоквартирного дома, требуется 40 насыпных кубометров щепы из дуба и бука или 65 насыпных кубометров щепы из тополя.

Изготовление и сбыт

В Германии, на рынке прежде всего востребована щепа из хвойных деревьев.

В 2007 году согласно данным Федерального статистического бюро производство щепы из хвойных деревьев составило 3,80 миллионов тонн, за тот же период было произведено только 41.000 тонн щепы из лиственных деревьев.

Сбыт продукции более низкого качества из горбылей и мелкого кустарникового леса составил 1,98 миллионов тонн. В тот же период было импортировано 4.04 миллиона тонн щепы или пластинок из хвойных деревьев и 85.000 тонн из лиственных деревьев. Это повышение импорта на 340% в течение 5 лет. 63% импорта пришлось на Австрию, Нидерланды и Францию. Экспорт щепы и пластинок в 2007 году составил 17,94 миллиона тонн, что на 66% превышает показатели 2002 года.

Цена

Цены за древесную щепу за прошедшие годы выросли, с июля 2004 года по июль 2009 года прирост составил 80%. Розничная сбытовая цена за сухую щепу в 4 квартаде 2009 года составляла в Германии 119 Евро за тонну (20% влажность или 25% влажность древесины, поставка 30м 3 , включая доставку до 20 км и НДС). Это соответствует цене за эквивалент жидкого топлива в 29,71 центов за литр.

Существенная разница или колебания в цене определяются в зависимости от региона, сезона, качества, влажности и удаленности от объекта поставки. Важным фактором является также объем поставки, так как мощные ТЭЦ расходуют на топливо на 40% меньше, чем маленькие установки.

ТОПЛИВО — ДРЕВЕСНАЯ ЩЕПА

Древесная щепа представляет собой размельченное дерево. В качестве топлива выгода вне конкуренции, имеется в наличии в достаточном количестве и непрерывно восполняется.

При необходимости только в результате регулярного ухода за своими лесами можно мобилизовать дополнительно ежегодно большие количества.

В щепу можно перерабатывать любое необработанное дерево: круглый лесоматериал, отходы лесопиления, дерево после обработки и переработки, продукция хозяйств с быстрым оборотом рубки, деревья после прореживания и древесные остатки.

Щепа, как и пеллеты:

  • Отечественное топливо.
  • Не зависит от кризиса.
  • Нейтральная к углекислому газу.
  • Не дорогая по цене.

Ее применение снижает зависимость от импорта, сдерживает формирование цен в стране и предлагает устойчивые шансы развития для регионов.

Преимущества древесной щепы по сравнению с дровами и кусковой древесиной заключаются, прежде всего, в ее сыпучести, что обеспечивает сжигание в полностью автоматических отопительных установках.

Для качества древесной щепы имеют значение такие характеристики топлива, как влажность, кусковатость, распределение по крупности, доля мелких фракций, доля коры, насыпная плотность и содержание золы.

С увеличением доли коры при сжигании образуется большее количество золы.

Насыпная плотность отражает вес насыпного кубометра и определяет в конечном итоге, какую теплоту сгорания покупатель получит за свои деньги.

В Германии отсутствуют нормы ДИН по щепе. В следствие длительного использования в Германии укоренились в качестве торгового стандарта предельные значения и условия австрийской классификации по щепе в соответствии с австрийской нормой М7133.

В мае 2005 года в качестве классификационной нормы вступила в силу предварительная норма (техническая спецификация) под названием «Твердое биотопливо – Спецификации и классы топлива» (DIN CEN/TS 14961), в которой определяются классы и спецификации для следующих параметров:

  • Влажность
  • Зольность
  • Распределение размера зерна
  • Насыпная плотность
  • Содержание азота и хлора
  • Теплота сгорания

Другие данные по щепе:

  • Теплота сгорания: ок. 3,3 — 4,3 кВт*ч/кг или 783 кВт*ч/м 3 в зависимости от влажности (от свежесрубленного состояния до 40% влажности).
  • Насыпная плотность: ок. 210 — 250 кг/м 3 в зависимости от влажности, 230 кг/м 3 при 20% влажности.
  • Идеальный размер: длина кромки 30-50 мм.
  • Влажность: w (относительная влажность) – указанная в процентах масса воды в соотношении к общей массе, массе свежесрубленной древесины.
  • Владность: u (абсолютно сухая древесина=абсолютно высушенная на воздухе) – указанная в процентах масса воды в соотношении к сухой массе, массе сухого вещества.

Единицы измерения:

  • 1 Srm = насыпной кубометр, соответствует 1 м 3 древесины насыпью
  • 1 rm = складочный кубометр (стер), соответствует 1 м 3 древесины, уложенной рядами
  • 1 fm = 1 кубометр сплошной древесины (без промежутков)

Коэффициенты пересчета:

  • 1 насыпной кубометр щепы = ок. 65-75 л жидкого топлива
  • 1 насыпной кубометр щепы = насыпная плотность 210-250 кг/м 3
  • 1 кг щепы = ок. 3,4 кВт.ч
  • 1 складочный кубометр древесины (стер) = ок. 2,5 насыпных кубометров щепы
  • 1 кубометр сплошной древесины = ca. 2,8 насыпных кубометров щепы

Коэффициент первичной энергии: для щепы fP= 0,2
(описывает потери, возникающие при получении, преобразовании и транспортировке соответствующего энергоносителя)

Теплота сгорания и стоимость:

Ориентировочные данные.

Цены за щепу могут отличаться по регионам. (1 т щепы = ровно 3.400 кВт*ч)

Следующая диаграмма показывает динамику цен с 2007 года за щепу, жидкое топливо, газ и пеллеты за 10 кВт*ч

1 – древесная щепа, 2 – древесные пеллеты, 3 – жидкое топливо, 4 – природный газ.

Энергетическая ценность древесины. Сколько тепла выделяется при сгорании дров? | Теплодар — котлы и печи для отопления и бани

Древесина горит по-разному, это общеизвестный факт. Если сжечь равные по объему охапки дров из дуба и тополя, то в первом случае в помещении будет значительно теплее, а горение будет продолжаться дольше. В данной статье мы попробуем разобраться в физико-химических свойствах древесины и понять, от чего зависит ее теплотворная способность.

Из чего состоит древесина?

В одном килограмме хорошо просушенных дров содержится:

· углерода — 495 г;

· кислорода — 442 г;

· водорода — 63 г.

Несмотря на разницу в теплотворной способности древесина всех без исключения пород имеет одинаковый элементный состав.

Эти элементы представляют собой основу органических соединений: целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина и сравнительно небольших количеств смол, жиров, камедей.

Поскольку древесина имеет ячеисто-волокнистую структуру, капиллярные явления в ней — обычное дело. Иначе говоря, дрова не бывают абсолютно сухими. И строительную, и топливную древесину разделяют на три категории по влажности:

· комнатно-сухая — 7-20 %;

· воздушно-сухая — 20-50 %;

· сплавная — 51 % и выше.

При сжигании дров остается от 1 до 3 % золы — механических примесей (песка, глины) и водорастворимых минеральных солей, которые были поглощенных корневой системой из почвы.

Какие реакции происходят при горении дров?

Итоговые реакции при горении дров — экзотермическое окисление углерода и водорода:

· C + O ₂ = CO ₂ + 400 кДж;

· H ₂ + ½ O ₂ = H ₂ O + 240 кДж.

Конечно же, целиком весь процесс протекает гораздо сложнее. При этом все тепловые эффекты, которыми сопровождаются промежуточные реакции, учтены в итоговых.

Скажем сразу, что теоретически при сгорании одного килограмма абсолютно сухих дров выделяется около 18 МДж или 4300 ккал энергии. Если вы — знаток химии, можете самостоятельно перепроверить нас: перевести массы всех трех элементов в количество моль, посчитать необходимое для горения количество «добавочного» кислорода и вычислить теплотворную способность. Мы в своих расчетах отталкивались от того, что при горении углерод и водород поделят содержащийся в древесине кислород поровну.

Теплотворная способность и влажность

Если сравните полученное нами значение массовой теплоты сгорания древесины с данными из других источников, наверняка заметите разницу. Например, в статье из Википедии можно найти, что теплотворность дуба, бука и некоторых других лиственных пород составляет не 18, а 15 МДж/кг.

Откуда берется разница в 3 МДж? Мы считали теплоту сгорания абсолютно сухого вещества, а здесь видим данные по древесине влажностью 15%. Около 3 МДж расходуются на испарение воды. 15 МДж/кг — это низшая, или рабочая теплотворная способность.

Существует также понятие о высшей теплотворной способности. При конденсации водяных паров, содержащихся в дымовых газах, выделяется некоторое количество тепла. Высшая теплотворность — это сумма энергии горения и конденсации. Она составляет около 4750 ккал/кг или 19,8 МДж/кг.

На сегодняшний день технологии усвоения энергии конденсации «работают» в отопительных газовых котлах. Для производителей дровяных печей это пока что одно из самых перспективных направлений работы по усовершенствованию своей продукции.

Объемная теплотворность дров

Дровяная топка имеет ограниченное внутреннее пространство и способна вместить в себя определенное количество древесины. Поэтому для владельца печи практическое значение имеет не массовая, а объемная теплотворная способность. Для ее расчета низшая теплота сгорания умножается на насыпной вес.

Один из факторов, определяющих теплотворность дров — полнота их сгорания. Обратите внимание на новую линейку дровяных печей «ТОП-Драйв» мощностью 15 и 25 кВт. В них реализована технология двойного горения. В верхнюю часть топки подается подогретый вторичный воздух, обеспечивающий полное окисление газов. В результате удается снять максимальное количество тепла и сделать дым экологически безопасным.

Сравнение теплоты сгорания, коэффициента утилизации тепла и КПД при отоплении газом, жидким и твёрдым топливом

Особенности конструкции котлов объясняют, почему сжиженный газ лучше подходит для отопления частного дома, чем дизельное топливо, уголь, пеллеты или дрова.

  • Жидкотопливные (например, дизельные) и твердотопливные (например, угольные и использующие дрова и пеллеты) котлы используют естественную тягу. Газовые котлы могут использовать искусственную тягу.
  • Среднегодовой КПД жидкотопливных и твердотопливных котлов с естественной тягой не поднимается выше 85%. Для газовых котлов с искусственной тягой этот показатель составляет 97-98%. Относительный КПД газовых конденсационных котлов может превышать 100%.
  • Коэффициент утилизации теплоты сгорания твёрдого топлива (уголь, дрова, пеллеты) составляет лишь 68%. Жидкое топливо используется не более чем на 77%. Современные газовые котлы обеспечивают коэффициент утилизации теплоты до 98%.

Теплота сгорания

Топливо Wв, МДж/кг Wн, МДж/кг
Антрацит (марки А) 32-34 19-27
Бурые угли 25-29 10-17
Древесный уголь 30
Дрова 19  
Каменные угли длиннопламенные (Д) 31-32 21-24
Торф 22-25 8. 4-11
Природный газ 38.23  
Пропан-бутан   42.16
Дизельное топливо 42.7  
Пеллеты 19  

Теплоту сгорания, определяемая без учета потерь на испарение воды, которая содержится в топливе и продуктах сгорания, называют высшей теплотой Wв. Теплота сгорания с учётом потерь на испарение воды — называется низшей теплотой Wн.

При расчёте производительности современных котлов на газообразном топливе используется высшая удельная теплота сгорания топлива. Жидкотопливные и твердотопливные котлы рассчитываются по низшей удельной теплоте сгорания топлива.

Дело в том, что в связи с высокой температурой процесса горения топлива и сложностью регулировки тепловой реакции жидкотопливных и твердотопливных котлов используются процессы с естественной дымовой тягой. Для горения газового топлива применяются процессы с искусственной тягой.

При работе атмосферных котлов (то есть котлов с естественной тягой) принято выбрасывать в атмосферу дымовые газы вместе с парами воды при температуре выше 100°С. В таких случаях теплоту парообразования считают паразитной, так как она не используется в теплообменных процессах.

Именно поэтому для тепловых расчетов котлов, в которых не используется теплота конденсации пара, содержащегося в продуктах сгорания, учитывается только низшая теплота сгорания топлива.

КПД котла

Максимального КПД атмосферные котлы, использующие жидкое и твёрдое топливо, достигают при температурах теплоносителя выше 100°. При этом коэффициент утилизации тепла остается низким из-за высокой температуры дымовых газов.

Поскольку теплоносители (вода, антифриз) закипают при температурах выше 100°, теплоноситель не нагревается выше 90°. При рабочих температурах теплоносителя 40°-80°, среднегодовой КПД атмосферных котлов не превышает 85%.

Современные газовые котлы с принудительной тягой (вентиляторные, конденсационные) не нуждаются в поддержании тяги, поэтому достигают максимального КПД 97-98% при любых температурах теплоносителя.

Конденсационные котлы используют температуру конденсации пара для нагрева теплоносителя, и достигают максимального относительного (относительно котлов не использующих процесс конденсации пара) КПД до 110%, при низких температурах теплоносителя (40°).

Коээфициент утилизации тепла

Коэффициент утилизации тепла – отношение количества теплоты, воспринятой котлом-утилизатором, к теплу топлива, сожженного в печи.

Коэффициент утилизации тепла современных газовых котлов с закрытой камерой сгорания, с регулируемой процессором подачей газа и воздуха превышает 99%.

Коэффициент утилизации тепла всех атмосферных котлов не превышает 90% в связи с тем, что в процессе сгорания в атмосферных котлах не используется часть теплого воздуха, который забирается из помещения, нагревается в топке выделяемой топливом энергией до температуры, превышающей 100° и выбрасывается в дымовую трубу.

Коэффициент утилизации тепла твердотопливных котлов не превышает 80% в связи с высокой температурой в реакторе (топке) и сложностью её регулировки.

Таким образом, коэффициент использования теплоты сгорания газообразного топлива в современных котлах с закрытой камерой сгорания достигает 98%, причем рассчитывается по высшей теплоте сгорания (если используется котел конденсационного типа). Жидкое топливо используется не более чем на 77%, а твердое всего лишь на 68%.

Читайте также: Сравнение расходов на отопление дома при помощи газа и других видов топлива.

%PDF-1.4 % 1 0 объект >поток 2018-10-18T22:58:32+07:001091. pdf2022-03-07T19:00:23-08:002022-03-07T19:00:23-08:00iText 4.2.0 от 1T3XTuuid:0f9c0d99-bdd4-4d7f -9fb6-da40e0bc037cxmp.did: 01552092A1EFE811B2009C27085F46BDxmp.did: 01552092A1EFE811B2009C27085F46BD

  • savedxmp.iid: 01552092A1EFE811B2009C27085F46BD2018-11-24T09: 59: 45 + 05: 30Adobe Bridge CS6 (Windows) / метаданных
  • application/pdf
  • Sintia Wardani
  • Pranoto
  • Dwi Aries Himawanto
  • конечный поток эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект >поток xXɎ6W#R `N җ4%R»m̆tw*YG}-~{:’I!=OxYЖ!T eG [a؄pz8yr?pΝu aCJyg9?P^d->n~4e*%Ǯ[email protected]

    Характеристики биомассы – Европейская ассоциация производителей биомассы

    Состав растительной биомассы

    Химический состав растительной биомассы варьируется в зависимости от вида. Тем не менее, в общих чертах растения состоят примерно из 25% лигнина и 75% углеводов или сахаров. Углеводная фракция состоит из множества молекул сахара, связанных вместе в длинные цепи или полимеры. Различают две категории: целлюлозные и гемицеллюлозные. Фракция лигнина состоит из молекул несахарного типа, которые действуют как клей, скрепляющий волокна целлюлозы.

    Типичные значения состава соломы, хвойных и лиственных пород:

    Целлюлоза Гемицеллюлоза Лигнин
    Мягкая древесина 45 25 30
    Твердая древесина 42 38 20
    Стебли соломы 40 45 15
    Содержание энергии в биомассе

    Теплота сгорания топлива обычно выражается как высшая теплота сгорания (ВТС) и/или низшая теплотворная способность (НТС).Разница обусловлена ​​теплотой испарения воды, образующейся из водорода в материале, и влаги. Обратите внимание, что разница между двумя теплотворными способностями зависит от химического состава топлива. ВТС соответствуют максимальной потенциальной энергии, выделяемой при полном окислении единицы топлива. Он включает тепловую энергию, рекуперированную путем конденсации и охлаждения всех продуктов сгорания. LHV был создан в конце 1800-х годов, когда стало очевидно, что конденсация водяного пара или оксида серы в дымовых трубах приводит к коррозии и разрушению выхлопных систем.Поскольку конденсировать дымовые газы сернистого угля было технически невозможно, теплота ниже 150°С считалась бесполезной и поэтому исключалась из энергетических соображений. Наиболее важным свойством сырья биомассы в отношении сжигания и других термохимических процессов является содержание влаги, которое влияет на содержание энергии в топливе. На рисунке ниже показано изменение низшей теплотворной способности (LHV, в МДж/кг) древесины в зависимости от содержания влаги.

    В таблице ниже показаны возможные диапазоны содержания влаги для выбранных ресурсов биомассы.

    Ресурс биомассы Содержание влаги
    Свежая техническая щепа и опилки 40-60 вес. % (масс.)
    Техническая сухая щепа и опилки 10-20 вес. % (масс.)
    Свежая лесная щепа 40-60 вес. % (масс.)
    Щепа из древесины хранится и высушивается на воздухе несколько месяцев 30-40 вес.% (масс.)
    Отходы древесины 10-30 вес. % (масс.)
    Сухая солома 15 вес. % (масс.)

    Некоторые типичные характеристики топлива из биомассы по сравнению с нефтью и углем.

    Типовые характеристики ГДж/т тнэ/т кг/м³ ГДж/м³ Объем масла
    эквивалент
    (м³)
    Топливо
    Мазут  41,9  1,00  950  39,8  1,0
    Уголь  25,0  0,60  1000  25,0  1,6
    Пеллеты 8% влажности.  17,5 0,42  650  11,4  3,5
    Сваи деревянные (уложенные друг на друга, 50%)  9,5 0,23  600  5,7  7,0
    Техническая щепа из хвойных пород 50% влажности.  9,5 0,23  320  3,0  13,1
    Техническая щепа из хвойных пород 20% влажности.  15,2  0,36  210  3,2  12,5
    Щепа из древесины хвойных пород 30% влажности.  13,3  0,32  250  3,3  12,0
    Щепа из древесины лиственных пород 30% влажности.  13,3  0,32  320  4,3  9,3
    Солома измельченная влажностью 15%.  14,5  0,35  60  0,9  45,9
    Большие тюки соломы 15% влажности.  14,5  0,35  140  2,0  19,7
      Базы данных по характеристикам биомассы

    Подробную информацию об энергетических и химических характеристиках широкого спектра топлив из биомассы можно найти в следующих базах данных:

    В рамках задачи 29 МЭА «Биоэнергетика» был разработан следующий образовательный веб-сайт  http://www.task29.net/

     

    Биоуголь из постпроизводственной биомассы и отходов деревообработки: анализ продуктов карбонизации

    3.1. Физико-химические свойства и химический состав биомассы

    Результаты экспресс- и элементного анализа всех проб отходов приведены в . Влажность испытанных биомасс в рабочем состоянии составляла от 9,65% до 16,54%. Наименьшее содержание воды в биомассе наблюдалось в отходах водочного производства, что можно объяснить тем, что эти отходы перед подачей на анализ подвергались сушке в заводских условиях. Разница в содержании влаги (6,02%) между образцами коры и бытовыми отходами была обусловлена ​​погодными условиями, при которых биомассы перерабатывались и затем хранились.

    Таблица 1

    Композиционный и элементный анализ биомассы, выраженный в виде средних значений (± стандартное отклонение). FSW – отходы производства ароматизированных спиртных напитков (лайма, грейпфрута и лимона), B.pulp – свекольный жом, A.pomace – яблочный жмых, BSG – пивоваренная дробина, кора, ТБО – твердые бытовые отходы.

    ± ±
    BiOMAss
    BiOMASS Содержание влаги Ash Значения сгорания Heat Net Calolific Valites МАССАЛЬНОСТЬ 8
    C H N S O CL
    (%)
    (%) (%) (%) (KJ / KG) (KJ / KG) (кг / м 3 ) 8 (%)
    FSW 9. 65 3,85 ± 0,34 16,142 ± 600 14,904.3 553,8 243,7 ± 10,0 41,94 5,83 1,32 0,42 37,24 0,09
    A.pomace 12.56 1,05 ± 0,01 21,229 ± 135 19,775. 2 125,8 155,2 ± 9,3 51,39 6,85 1,44 0,30 36,64 0,07
    В.целлюлоза 12,33 2,93 ± 0,02 16,372 ± 28 15,169.2 ± 25,8 155,3 ± 3,0 41,83 5,67 1,32 0,75 35,50 0,20
    BSG 11. 74 3,59 ± 0,06 20,288 ± 59 18,912.8 ± 55,3 290,1 ± 11,6 46,92 7,12 5,45 0,10 25,83 0,08
    Кора 16.54 4,37 ± 0,10 19,523 ± 551 18,477. 1 ± 521,5 126,4 ± 7,2 47,23 6,30 1,18 0,18 39,94 0,03
    МТО 10,52 2,57 ± 0,19 18,744 ± 104 17,407.3 ± 96,8 130,2 ± 10,1 47,23 6,30 1,18 0,15 40,49 0,02

    содержание минеральных веществ было одинаковым в большинстве анализируемой биомассы в пределах от 2. 57% до 4,37%. Исключение составляли яблочные выжимки, содержащие только 1,05% неорганических компонентов. Это значение соответствовало данным, представленным в литературе [10,11]. Зольность ТБО соответствовала средним значениям, описанным в литературе для древесной биомассы, в диапазоне 0,3–7,4% [12,13]. Эти результаты также указывают на то, что образцы не были загрязнены почвой. Наши значения значительно ниже приведенных в литературе для угля и составляют 5–45 % (в среднем 8,5–10,5 %) [13].Содержание хлора в анализируемой биомассе находилось в пределах 0,02–0,20 % и такие значения согласуются с литературными данными для древесной биомассы, содержание хлора в которой колеблется от <0,005 % до 0,057 %. В культурных растениях содержание хлора может даже превышать 1,00% [2,14]. Высокое содержание хлора в посевах часто связано с применением калийных удобрений.

    Наибольшее содержание общей серы было у сельскохозяйственных культур, B.pulp 0,75%, что, вероятно, связано с внесением удобрений для агротехнических обработок. Содержание азота было одинаковым во всех анализируемых биомассах (1,35 ± 0,26 %) и не превышало 1,50 %, за исключением БСГ, для которого оно было почти в 4 раза выше. Однако этот результат находится в соответствии с литературными данными, согласно которым содержание азота в посевах может составлять до 6,45 %. Высокое содержание азота в сельскохозяйственных культурах коррелирует с высоким содержанием в них белков, которые могут составлять до 40% сухой массы [2].

    Насыпная плотность проанализированных биомасс варьировала в широких пределах, от 130 до 307 кг/м 3 .Это было ниже, чем у угля, которое в среднем находится в пределах 800–1000 кг/м 3 . Низкая насыпная плотность неэкономична с точки зрения хранения и транспортировки. Поэтому следует рассмотреть возможность предварительной обработки биомассы, такой как измельчение, прессование или укладка на поддоны.

    3.2. Характеристика Biochars

    3.2.1. Морфология

    Применение пиролиза к биомассе отходов привело к карбонизации. представляет графические изображения биомассы и карбонизированного материала.Карбонизация происходила во всей массе и была столь же высокой на поверхности, как и в сердцевине. Преобразования во всем объеме, вероятно, были следствием фракционирования биомассы, генерируемой либо в процессе производства (A.pomace, B.pulp, BSG), либо в результате измельчения, примененного в этом исследовании (ТКО, кора, FSW). Карбонизация не сопровождалась значительными изменениями структуры и массовой плотности. Значения для большинства карбонизатов были аналогичны значениям, определенным для биомассы ( и ). Увеличение плотности массы произошло только в двух образцах, яблочных выжимках и ТБО.Эти результаты являются следствием предварительной обработки, в том числе шлифовки.

    Фотографии сырья и карбонизированных материалов. Термическое разложение проводят в условиях ограниченного доступа кислорода с постепенным повышением температуры до 850 °С в течение 30 мин и продолжают в течение 60 мин при постоянной температуре.

    Таблица 2

    Композиционный и элементный анализ биоугля, выраженный в виде средних значений (± стандартное отклонение). ОСБ – отходы производства ароматизированных спиртных напитков (лайма, грейпфрута и лимона), Б.жом – свекловичный жом, A.pomace – яблочный жмых, БСГ – пивоваренная дробина, кора, ТБО – твердые бытовые отходы, д.м. — сухая масса.

    + 25.89 30.948 ± 168 ± 9004 1.55
    Biochars
    Biochars Mass Ass Значения нагрева сгорания Значения чистых калорий Net Calorific Nights Соотношение на плотность массы Энергетическая плотность Энергетический выход
    C H N
    (%) (%) (кДж/кг) (кДж/кг) (кг с. м./м 3 ) (%) (%)
    FSW 26,65 13,44 27,836 ± 78 26,598 ± 75 238,9 ± 4,9 1,724 46,0 71,47 1,50 4 1. 61
    25.89 5.38 5.38 32.402 ± 176 4 30.948 ± 168 4 218,0 ± 6,99 1,526 39.5 80,18 1,82 2,08
    B.pulp 30.18 16,95 26,775 ± 146 25,572 139 120,9 ± 10,9 1,635 49,4 68,54 1,19 1. 87
    BSG 26.92 26.92 14.43 14.43 14.43 27.840 ± 26 26,465 ± 25 240,3 ± 4,8 1.372 36.9 69.75 1.63 6,42
    Кора 40,85 9,35 29,188 ± 26 28,142 ± 26 138,2 ± 3,4 1,495 61,1 79,34 1,58 0,52
    МСВ 30. 26 8.51 8.51 30.311 ± 215 28.974 ± 206 ± 206 1,617 48.9 79.06 79 06 1,62
    3.2.2. Материальный и энергетический баланс

    Материальные балансы после пиролиза исследованы гравиметрическим методом. Результаты представлены в . Твердый остаток (то есть биоуголь) составлял от 26,65% до 40,85% исходной массы органического вещества. Однако такое широкое варьирование урожайности было вызвано в основном одним образцом — корой. Когда самое высокое значение исключено, значения были очень близкими, со средним значением 27,98% ± 2,08%. Уменьшение массы может быть связано с двумя причинами.Первая – это потеря влаги, а вторая – разложение органических веществ с образованием летучих продуктов, таких как СО, СО 2 , СН 4 и многих других. В процессе карбонизации образовывались переменные количества жидких и газообразных продуктов, пропорции которых зависели от биомассы. Летучие вещества, включающие воду и как газовую, так и нефтяную фракции, составляли до 73 % от исходной массы образцов, за исключением коры, в которой этих фракций было 59.15%. Эти различия, вероятно, были связаны с высоким содержанием в коре гемицеллюлозы, целлюлозы и лигнина.

    Распределение твердых, жидких и газообразных продуктов (мас.%), выраженное как среднее значение, полученное при карбонизации (850 °С).

    Жидкая фракция, собранная путем конденсации, состояла из нефти и воды. По массе жидкой фракции рассчитывали масляную фракцию путем уменьшения массы конденсата на влагосодержание. В целом содержание воды было ниже в биомассе фруктовых отходов (9.65% FSW, 12,56% A.pomace). Наибольшее значение получено для биомассы коры (16,54%). Наибольшие изменения количества летучих соединений зафиксированы при нагреве до 450 °С.

    представлены результаты экспресс- и элементного анализа биоуглей, полученных пиролизом. Процесс карбонизации увеличил содержание углерода в среднем в 1,7 раза, от среднего процента 46,09% ± 3,65% для биомассы до среднего процента 74,72% ± 5,36% для карбонизатов. Как следствие, отношение C/H также увеличилось, достигнув значения в семь раз выше.

    Зольность достигала значений от 5,38% для A.pomace до 16,95% для B.pulp. По отношению к содержанию золы в сырье эти значения представляют собой увеличение на 4,33% и 14,02% соответственно. Аналогичные результаты тех же термохимических процессов были описаны другими авторами с использованием твердых бытовых отходов и биомассы [15,16]. Биоуголь с высокой зольностью имеет ограниченное применение в качестве топлива в процессе сжигания, поскольку он может вызывать чрезмерное отложение золы или образование шлака и загрязнения, что приводит к эксплуатационным трудностям.

    Различия в элементном составе биомасс и биоуглей, образующихся в результате карбонизации, наглядно иллюстрируют эффект очистки топлива, который включает удаление воды и устранение кислорода в виде окисленных летучих соединений посредством реакций декарбоксилирования, декарбонизации и дегидратации.

    Для определения энергетического выхода анализируемого процесса были рассчитаны коэффициент уплотнения энергии и выход энергии (уравнения (2) и (3)). Коэффициент уплотнения энергии, свидетельствующий о повышении ВТС при карбонизации, отличался в узком диапазоне от 1.372 до 1,724 при среднем значении 1,5615 ± 0,124. Однако энергетическое уплотнение не свидетельствует об истинных изменениях энергетической ценности продукта, поскольку не учитывает уменьшение массы, происходящее в результате процесса. При учете потери массы выявляются большие различия между биомассами. Выход энергии варьировался от 36,9% до 61,1% для БСГ и коры соответственно. Среднее значение выхода энергии составило 46,97% ± 8,572%. Биоуголь, полученный в результате карбонизации, имел низшую теплотворную способность от 27 до 32 МДж/кг.Эти значения сравнимы или даже выше, чем у качественного угольного уголька (эко-горох 24–26 МДж/кг, диаметр зерен 5–25 мм, произведенный из специально отобранных пород каменного угля для получения топлива с низким содержанием серы и золы).

    3.2.3. Анализ состава неконденсируемых газов

    Газообразные продукты выделяются при пиролизе в результате испарения или термического разложения сырья. Количество выбросов, образующихся при термическом разложении, зависит от состава сырья, скорости нагрева, температуры и времени пребывания.показаны изменения содержания и состава летучих фракций. показывает вариации содержания углеводородов. Основными газами, образующимися при карбонизации биомассы, были двуокись углерода и окись углерода. Содержание СО 2 постепенно уменьшалось, тогда как содержание оксида углерода увеличивалось с ростом температуры пиролиза (т.е. времени процесса), что, как предполагается, является результатом термического разложения в бедной кислородом атмосфере. Высокое содержание углеводов, целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина в исследуемых материалах предполагает образование диоксида углерода, монооксида углерода и воды в результате реакций декарбоксилирования, декарбонизации и дегидратации при термическом разложении.Больше CO образуется при повышенных температурах и более длительном времени пребывания. На образование СО сильно влияют вторичные реакции низкомолекулярных продуктов (особенно соединений альдегидного типа), а СО 2 предположительно образуется на ранней стадии пиролиза целлюлозы, прежде всего в реакциях декарбоксилирования [17,18,19].

    Летучие фракции, образующиеся при пиролизе биомассы, в зависимости от температуры. ОСБ – отходы производства ароматизированных спиртных напитков (лайма, грейпфрута и лимона), Б. жом – свекловичный жом, A.pomace – яблочный жмых, БСГ – пивоваренная дробина, кора, ТБО – твердые бытовые отходы.

    Таблица 3

    Химический состав неконденсирующихся газов, образующихся при пиролизе биомассы, выраженный в виде средних значений. Содержание соединений, выраженное как относительная площадь пика (%) газов, обнаруженных во фракции. C x H y – углеводороды, FSW – отходы производства ароматизированных спиртных напитков (лайм, грейпфрут и лимон), B.pulp – жом свекольный, A.pomace – яблочный жмых, BSG – пивоваренная дробина, кора, ТБО – коммунальные твердые отходы.

    + 17,01 B. pulp 9 CH 4 9
    Биомасса Продукт 450 515 585 650 715 785 850
    (° С)
    FSW Н 2 0. 37 0.37 0.37 0.89 1.11 0.42 0.23 0.23 0.10
    N 2 7.34 2.60 2.83 4,14 4,46 3,54 5,51
    СО 35,82 39,9 39,46 35,29 38,34 43,49 42,95
    СО 2 43. 08 27.91 27.54 27.54 25.51 25.51 31.95 26.94 4 17.42
    CH 4 6.33 14.69 16.16 19,06 14,62 15,06 16,52
    СхНу 6. 12 13,03 12,33 14,29 9,55 10,52 16,70
    A.pomace Н 2 0.52 1.03 1.03 1.77 3.66 3. 66 2.87 1.11 0.87
    N 2 9.34 5.44 4,11 4,34 3,53 4,62 4,51
    СО 28,22 22,49 23,20 23,88 32,27 35,63 39,85
    СО 2 44. 78 4 44.78 42.23 40.44 35.37 35.37 32.00 26.66 4 20.34
    4 CH 4 8.87 14.66 15,11 15,22 15,33 16,66
    СхНу 7,16 13,23 14,56 16,98 13,44 14,89 17,21
    h 2 1.01 1.01 1.46 2.45 4.66 2.11 2.01 1.13
    N 2 7.44 4,23 4,32 4,34 4,67 4,87 4,55
    СО 19,59 13,44 12,57 13,95 24,36 24,86 22,39
    СО 2 50. 66 48.78 45.67 39.76 39.76 35.44 30.35 4 30.35 4 29.88
    4 CH 4 10.6 15,38 17,66 18,67 20,11 21,46 22,65
    СхНу 9,47 15,60 16,34 17,87 12,62 15,88 18,96
    БСГ H 2 0. 66 1.89 1.22 2.22 3.13 3.45 3.45 2.04 0.84
    N 2 7.74 4,21 4,41 4,35 4,76 3,45 3,02
    СО 28,09 29,33 30,55 31,95 34,57 37,59 43,33
    СО 2 49. 78 4 42.05 30.64 30.64 29.94 29.94 25.98 4 23.55
    6.25 10,07 11,01 12,15 12,77 13,53 13,88
    СхНу 6,88 10,76 13,84 15,77 12,89 15,58 14,37
    Кора h 2 0. 56 0.56 0.72 1.75 2.14 2.35 2.35 1.82 0.84
    4 N 2 7.32 3,71 4,05 3,15 3,40 3,86 3,23
    СО 26,21 35,11 29,54 27,85 28,72 32,75 38,37
    СО 2 43. 21 31.65 28.77 25.77 25.94 25.94 23.94 20.29
    CH 4 11.08 14,28 17,84 19,8 20,99 19,58 18,26
    СхНу 10,02 13,92 16,59 19,66 17,78 18,06 17,92
    МСВ H 2 0. 64 1.27 1.27 1.53 2.53 1.06 1.06 0.62 4 0.21
    4 N 2 8.97 3,51 3,41 3,27 3,76 4,02 4,5
    СО 29,25 33,34 31,75 30,89 33,84 37,59 40,59
    СО 2 46. 32 34.23 34.23 34.12 34.12 31.26 31.95 31.95 21.98 21.30
    CH 4 7.25 13,25 14,78 15,85 15,23 16,29 16,87
    СхНу 7,14 14,08 13,58 15,04 12,34 14,28 15,65

    Выходы N 2 и СН 4 были значительно ниже, чем выходы СО и СО 2 . Выход N 2 был самым высоким в начальной части процесса карбонизации.При температурах от 515 °С наблюдались лишь незначительные колебания. Присутствовало также небольшое количество метана, концентрация которого практически не менялась при температурах выше 515 °С. Метан может образовываться путем метанирования (реакции углерода с оксидом водорода с получением метана и воды) при более высоких температурах [20].

    На основе химического состава неконденсирующихся газов были рассчитаны значения теплоты сгорания и низшей теплотворной способности (). LHV биомассы увеличивалась с повышением температуры пиролиза.Наиболее интенсивный рост СТГ наблюдался в первой фазе процесса, когда температура достигала 515 °С. Кора и BSG были исключением, в которых наблюдалось устойчивое увеличение LHV до 650 °C. Дальнейшие изменения температуры до 715 °С не оказали существенного влияния на LHV, которая оставалась стабильной с некоторыми колебаниями. Это было связано с реакцией пиролиза, протекавшей при более высоких температурах. После этой стадии относительной стабилизации LHV снова несколько увеличилась. Эти изменения были наименее выражены в случае коры и БГС.В процессе термической обработки биомассы основные потери энергии за счет выделения летучих продуктов происходили в фазе торрефикации (до 450 °С). Результаты для LHV показывают, что неконденсирующиеся летучие продукты могут быть ценным источником энергии.

    Таблица 4

    Низшая теплотворная способность (низшая теплотворная способность) (НТС) неконденсируемых газов от пиролиза анализируемых биомасс, выраженная как среднее значение. C x H y — углеводороды, FSW — отходы производства ароматизированных спиртов (лайм, грейпфрут и лимон), B.жом – свекловичный жом, A.pomace – яблочный жмых, БСГ – пивоваренная дробина, кора, ТБО – твердые бытовые отходы.

    Биомасса МТО ° С 9 9032 MJ / NM 3
    Температура FSW A. pomace B.pulp БСГ Кора
    МДж / Нм 3 МДж / Нм 3 MJ / NM 3 MJ / NM 3 MJ / NM 3
    450 10.905 11,589 13,388 10,512 15,135 11,284
    515 20,552 18,746 19,302 14,892 20,983 20,253
    585 21,471 19,942 21. 114 17.628 4 21.088 20.286
    650 24.939 21.475 22.993 20.115 +26,394 21,112
    715 19,507 20,565 21,481 19,486 26,486 19,806
    785 21,333 23,565 24,708 21,909 27,338 22. 745 4 22.745
    850 850 29.170 29.170 27.729 27.729 27.259 27.568 23.568 4 29.158 4 25.970
    3.2.4. Анализ состава конденсируемых газов — жидких продуктов

    Цвет и консистенция конденсатов варьировались в зависимости от биомассы. Изображения фракций показаны в дополнительных данных (рисунок S1). Конденсаты, собранные после карбонизации A. pomace, отличались друг от друга. Их цвет был светлее, и они не выглядели жирными. Жидкие фазы, отобранные из ЖТВ и ТБО, были явно темнее остальных. Они были жирными и более густой консистенции. Как показано в , выход конденсатов сильно варьировался от 9.от 7% до 25,2% для ТБО и БСГ соответственно. Состав фракций конденсата термического разложения биомассы оказался очень сложным. Анализ газовой хроматографии (ГХ) показал наличие более 250 органических соединений (рисунок S2, дополнительные данные). Основными соединениями были крезолы, фенолы, ароматические углеводороды (толуол, бензол, ксилол), азотистые ароматические углеводороды, алифатические кетоны, производные фурана и ароматические полициклические углеводороды. Содержание крезола и фенола было одинаковым и варьировалось от 5.с 2% до 9,2% и с 5,3% до 8,7% соответственно. Суммарное содержание бензола, толуола и ксилолов колебалось от 2,4% до 7,1%. Ни одно из органических соединений из остальных групп не встречалось в количестве более 1%. Полициклические ароматические углеводороды, вероятно, были продуктом конденсации ароматических соединений с образованием полициклических структур [21]. Химические пути пиролиза и разложения целлюлозы широко изучались [19,22,23]. Согласно систематическому обзору, представленному Шеном и Гу [19], фуран и его фурановые производные образуются в результате прямых реакций раскрытия цикла и перегруппировки в молекулах целлюлозы.Как показывают наши результаты, конденсаты состоят из различных органических соединений, которые можно рециркулировать и использовать в качестве присадок к другим видам топлива, оказывая положительное воздействие на окружающую среду. Значения элементного химического состава бионефти широко представлены в литературе [24]. Типичные диапазоны содержания продуктов быстрого пиролиза составляют 50–60 % по углероду, 6–9 % по водороду, 30–40 % по кислороду, <0,5 % по азоту и <0,05 % по сере [25].

    ТЕПЛОИЗМЕРЕНИЕ БИОМАССЫ ЭВКАЛИПТА КАМАЛЬДЛЕНСИСКОГО DEHN на JSTOR

    Абстрактный

    Высшая теплотворная способность компонентов биомассы Eucalyptus camaldulensis Dehn сведена в таблицу. Представлены графики низшей теплотворной способности древесины в зависимости от содержания влаги и условий окружающей среды, т. е. при равновесной влажности, что дает практические оценки теплоты, выделяемой при сгорании. Подчеркивается значение использования цельного дерева. Des tableaux sont fournis pour la valeur calorique brute des composants de la biomasse de E. camaldulensis. Des graphiques relient les valeurs nettes pour le bois au contenu en eau et aux environment environnantes, ce qui permet d’obtenir ип pratique pour la chaleur dégagee подвеска ла горение.L’intérêt de l’utilisation de l’arbre entier est mis en évidence. Se listan los valores caloríficos brutos de los componentes de la biomasa de Eucalpytus camaldulensis Dehn. Se presentan graficas де лос valores caloríficos netos де madera como se relacionan аль contenido де humedad у лас condiciones Ambientales, де Манера дие себе доказано estimaciones prácticas дель калорий liberado durante ла combusión. El significado де ла utilización де arboles completos es enfatizado.

    Информация об издателе

    Устойчивое управление лесами играет центральную роль в нашем будущем, что, в свою очередь, требует обучения и повышения квалификации специалистов лесного хозяйства.Вот где вступает CFA. Мы работаем во всех уголках Содружества и за его пределами, чтобы продвигать разумное управление деревьями и лесами, и мы делаем это пятью основными способами. Во-первых, мы публикуем результаты научных исследований мирового уровня в нашем рецензируемом лесохозяйственном журнале International Forestry Review, в котором публикуются самые свежие результаты исследований. Во-вторых, мы способствуем налаживанию связей между профессиональными членами и организациями и обмену знаниями через наш ежеквартальный информационный бюллетень, веб-сайт, страницу в Facebook и ленту Twitter.В-третьих, мы поощряем профессиональное мастерство и продвигаем карьерный рост, используя ряд наград, таких как Премия Королевы в области лесного хозяйства, Премия для молодых лесоводов и Премия для молодых ученых. В-четвертых, мы осуществляем ряд конкретных проектов в той области, которая была определена нашими членами. И в-пятых, мы способствуем наращиванию потенциала, помогая организовывать учебные курсы, семинары и конференции.

    Оценка высшей и низшей теплотворной способности выбранных пород древесины

    [1] Возможности локального производства тепла и электроэнергии из биомассы.Научно-исследовательский институт леса, Зволен: [2009-03-12] http: /www. нлск. sk/nlc_sk/ustavy/ulzi. аспкс.

    [2] МакКоу, Л. W. Управление лесным топливом с использованием предписанного огня – взгляд из южной Австралии. Лесная экология и управление, 294, 217-224.

    DOI: 10.1016/j.foreco.2012.09.012

    [3] Морзета, М., М.С.А. Реза, Дж. Шива. Синтез, характеристика и термическое поведение некоторых новых координационных соединений галогенидов ртути и кадмия на недавно синтезированном основании Шиффа. Res J. Recent Sci. Том. 1 (2012), стр. 9-15.

    [4] Фенгель, Д. , Г. Вегенер. Ультраструктурные реакции в химии древесины. Вальтер де Грюйтер, Берлин и Нью-Йорк: (1984).

    [5] Дханалакшми, С.В., Р.А. Рамануджам. Производство биогаза в анаэробном метантенке растительных отходов. Рез. Дж. Недавний. науч. Том. 1 (2012), 41-47.

    [6] Ладомерский, Я. Анализ и минимизация выбросов от сжигания древесных отходов. Wood Research Vol. 45 (2000), стр. 33–44.

    [7] Мартинка, Дж., Хребет, Т. Грушовский, И., Балог, К. Оценка влияния плотности теплового потока на полноту сгорания и пожароопасность еловых пеллет. Европейский журнал наук об окружающей среде и безопасности. Том. 1 (2013), стр. 24-31.

    DOI: 10.4028/www.scientific.net/amm.501-504.2451

    [8] Захар, М. Влияние тепла на термическую деструкцию некоторых пород древесины. Технический университет в Зволене. Зволен: 2009. 102 с. ISBN 978-80-228-2060-8.

    [9] Мартинка, Дж., Качикова Д., Хронцова Е., Ладомерский Й. Экспериментальное определение влияния температуры и концентрации кислорода на образование основных пожарных выбросов березовой древесины. Дж. Терм. Анальный. Калорим. Том. 110 (2012), стр. 193-198.

    DOI: 10.1007/s10973-012-2261-2

    [10] ISO 1928: Твердое минеральное топливо. Определение высшей теплотворной способности бомбовым калориметрическим методом и расчет низшей теплотворной способности. (2009).

    DOI: 10.3403/30145828u

    [11] Калориметрическая система управления IKA C 5000.Руководство пользователя. 1999. 111 с.

    [12] Дзуренда Л. Сжигание древесины и коры.Технический университет в Зволене. Зволен: 2005. 124 с. ISBN 80-228-1555-1.

    [13] Лонгауэр, Дж., Луптак О., Коска П. 1988. Теплота сгорания и теплотворная способность древесных отходов. Технический университет в Зволене. Зволен: (1988).

    [14] Справочник по дереву. Дерево как инженерный материал. Ген. тех. Респ. FPL-GTR-113. 1999, 463 с.

    [15] Освальд, А.Пожарно-технические свойства древесины и древесных материалов. Технический университет в Зволене. Зволен: 1997. 52 с. ISBN 80-228-0656-0.

    [16] Освальд, А. , Освальдова, Л. Замедление горения древесины ели. Технический университет в Зволене. Зволен: 2003 Научные исследования. ISBN 80-228-1274-9.

    [17] Захар, М.Влияние лучистого тепла на термическую деструкцию образцов бука. стр. 413-420. В кн.: I. Пожарная техника. 2-я международная научная конференция. Зволен: 2006. ISBN 80-89241-03-4. С. 413-420.

    [18] Физические и механические свойства древесины. [цит. 2009-04-02] http: /wood. Менделю. cz /cz/sections/Props/?q=node/49.

    [19] Пожгай, А., Хованец Д., Курятко С., Бабяк М. Структура и свойства древесины. Природа, Братислава. : 1997. 488 с. ISBN 80-07-00960-4.

    [20] Геффертова, Дж. , А. Гефферт. Кора в периодическом процессе кипячения сульфата. Технический университет в Зволене. Зволен: 2002. В. IV. Международный симпозиум по избранному процессу обработки древесины. ISBN 80-228-1166-1.

    [21] Бучко, Я., Освальд А. Разложение древесины под действием тепла и огня. Технический университет в Зволене, Зволен: 1998. с. 72-73. ISBN 80-228-0639-0.

    [22] Яндачка, Я. – Мальчо, М.: Биомасса как источник энергии. Жилина: 2007. Издательство и типография Юрай Штефун–ГЕОРГ, 78 с. ISBN 978-80-969161-4-6.

    Характеристики биомассы в качестве топлива для отопления

    Введение

    Биомасса является многообещающим вариантом для производства возобновляемой энергии местного производства в Пенсильвании.Хотя дома в штате нередко отапливаются дровами, другие виды топлива из биомассы не так распространены, а использование топлива из биомассы в коммерческих масштабах очень ограничено. Человек, который планирует использовать биомассу в качестве топлива или проектировать оборудование для получения тепла из биомассы, должен понимать рабочие характеристики биомассы, чтобы избежать возможных проблем и эффективно использовать биомассу. Биомасса может быть источником жидкого топлива (например, биодизеля) или газообразного топлива (например, «древесный газ»), но чаще всего используется в качестве твердого топлива (например,г. , древесина, пеллеты из биомассы). В этом информационном бюллетене представлены некоторые наиболее важные характеристики твердого топлива из биомассы и объясняется их значение.

    Характеристики топлива на биомассе

    Теплотворная способность

    Теплотворная способность или количество тепла, доступного в топливе (кДж/кг), является одной из наиболее важных характеристик топлива, поскольку она указывает общее количество доступной энергии. в топливе. Теплотворная способность данного вида топлива в основном зависит от химического состава топлива.

    Теплота сгорания может быть выражена одним из двух способов: высшая теплотворная способность или низшая теплотворная способность. Высшая теплотворная способность (ВТС) представляет собой общее количество тепловой энергии, имеющейся в топливе, включая энергию, содержащуюся в водяном паре в выхлопных газах. Низшая теплота сгорания (LHV) не включает энергию, заключенную в водяном паре. Как правило, HHV является подходящим значением для использования в камерах сгорания на биомассе, хотя некоторые производители могут вместо этого использовать LHV, что может привести к путанице.

    Некоторые виды биомассы имеют больше энергии на единицу массы, чем другие. Однако вариации между видами часто не превышают естественных вариаций, обнаруживаемых внутри того или иного вида. Теплосодержание того или иного вида топлива может значительно варьироваться в зависимости от климата и почвы, в которой выращивается топливо, а также других условий. В результате содержание энергии в топливе из биомассы следует рассматривать как диапазон, а не фиксированное значение. На рис. 1 показан типичный диапазон некоторых распространенных видов топлива.Наиболее важная заметная тенденция в этих данных заключается в том, что древесина (которая имеет более низкое содержание золы) имеет тенденцию иметь несколько более высокую теплотворную способность, чем полевые культуры.


    Рис. 1. Теплоемкость различных видов топлива (печная сушка). Энергии одного МДж (мегаджоуля) достаточно, чтобы приготовить около 10 чашек кофе, если ваш чайник на 100 процентов эффективен. Он также равен примерно 1000 БТЕ.

    Содержание влаги

    Свежая, «зеленая» древесина часто примерно наполовину состоит из воды, а многие лиственные культуры в основном состоят из воды.Низкий уровень влажности в топливе обычно предпочтительнее, потому что топливо с высоким содержанием влаги сгорает менее легко и дает меньше полезного тепла на единицу массы (большая часть энергии влажного топлива используется для нагревания и испарения воды). Однако очень сухое топливо может вызвать такие проблемы, как пыль, засоряющая оборудование, или даже опасность взрыва.

    Содержание влаги в топливе может быть рассчитано одним из двух методов: влажным или сухим методом. В случае расчетов по мокрому методу содержание влаги равно массе воды в топливе, деленной на общую массу топлива.В случае расчетов по сухому веществу содержание влаги равно массе воды в топливе, деленной на массу сухой части топлива. Важно знать, какой тип расчета используется, поскольку эти два значения могут сильно различаться по величине. Например, 50-процентный уровень влажности во влажном состоянии аналогичен 100-процентному уровню влажности в сухом состоянии.

    Практический максимальный уровень влажности для сжигаемого топлива составляет около 60 процентов (влажная основа), хотя большая часть коммерческого оборудования сносно работает с топливом, влажность которого не превышает 40 процентов.HHV и LHV древесного топлива показаны на рисунке 2 в зависимости от содержания влаги в топливе.


    Рисунок 2. Типичная более высокая теплотворная способность биомассы и более низкая теплотворная способность в зависимости от содержания влаги.

    Состав

    Помимо содержания тепла, другие различия в характеристиках топлива связаны с составом различных видов биотоплива. Тремя наиболее важными композиционными свойствами являются (1) содержание золы, (2) склонность к зашлаковыванию и загрязнению и (3) процент летучих веществ.

    Зольность (массовая доля негорючего материала) является важным параметром, поскольку в травах, коре и пожнивных остатках обычно содержится намного больше золы, чем в древесине. Системы, предназначенные для сжигания древесины, могут быть перегружены объемом золы, если используются другие виды биотоплива, что может снизить эффективность сгорания или засорить механизмы удаления золы.

    Шлакование и засорение – это проблемы, возникающие, когда зола начинает таять, вызывая отложения внутри оборудования для сжигания.Пепел в идеале всегда остается в порошкообразной форме. Однако при некоторых условиях зола может частично расплавляться, образуя отложения на поверхностях камеры сгорания (обрастание) или твердые куски материала в основании камеры сгорания (шлакообразование/шлакообразование). Некоторые минеральные компоненты топлива из биомассы, прежде всего диоксид кремния, калий и хлор, могут вызывать эти проблемы при более низких температурах, чем можно было бы ожидать.

    Многие исследования показали, что высокое содержание минералов в травах и полевых культурах может привести к обрастанию и спеканию, что является потенциально дорогостоящей проблемой для системы сжигания.Время сбора урожая может повлиять на это свойство, так как поздний сбор урожая имеет заметно более низкое содержание золы (Adler et al., 2006). Грязь в топливе также увеличивает содержание минералов и связанные с этим проблемы спекания и загрязнения; поэтому в топливе не должно быть почвы и других загрязняющих веществ.

    Шлакование и засорение можно свести к минимуму, поддерживая температуру горения достаточно низкой, чтобы предотвратить плавление золы. С другой стороны, в некоторых установках для сжигания биомассы используется противоположный подход: они предназначены для стимулирования образования клинкеров, но способны эффективно утилизировать затвердевшую золу.В таблице 1 показаны «индекс зашлакованности» и «индекс засорения» для нескольких видов топлива, которые представляют собой две меры, дающие некоторое представление о склонности топлива к образованию шлака или засорению котла. Предпочтительны значения ниже 0,6. Однако эти индексы были разработаны для использования с углем, и их значение для использования с топливом из биомассы сомнительно. Относитесь к этим значениям с осторожностью.

    «Процент летучих веществ» в топливе является менее известным свойством, которое относится к доле топлива, которая легко улетучивается (превращается в газ) при нагревании до высокой температуры.Топливо с «высоким содержанием летучих веществ» будет иметь тенденцию к испарению перед возгоранием («пламенное горение»), тогда как топливо с низким содержанием летучих веществ будет гореть в основном в виде тлеющего «кокса». Это свойство влияет на производительность камеры сгорания и должно учитываться при проектировании камеры сгорания.

    Таблица 1. Примеры золы, шлака, загрязнения и летучих веществ.
    Топливо Процент золы процентов Shazging Index INDEX FOULING 60317 процентных летучей свободы Процент 2
    Древесина, чистая и сушка 0.3 0,05 7 82 20
    Кора, сухой 1,2 5,6 34 70 17
    Просо 5,2 0,06 4.2 76 8 8
    0.04 5.6 0.04 8.2 75 26 26
    Уголь 12 0.08 0.13 35 26

    Эти значения являются репрезентативными и могут варьироваться в зависимости от сорта, почвы, погоды и практики выращивания. Хотя между породами деревьев существуют некоторые различия в составе, свойства древесного топлива в расчете на килограмм удивительно схожи для обычных пород в Пенсильвании.

    Размер и плотность топлива

    Размер и плотность топливных частиц биомассы также важны. Они влияют на характеристики горения топлива, влияя на скорость нагрева и сушки в процессе горения.Размер топлива также определяет тип используемого погрузочно-разгрузочного оборудования. Топливо неправильного размера повлияет на эффективность процесса сгорания и может вызвать заклинивание или повреждение погрузочно-разгрузочного оборудования. Топливо меньшего размера более распространено для систем коммерческого масштаба, потому что меньшее топливо легче использовать в системах автоматической подачи, а также позволяет более точно контролировать скорость горения, контролируя скорость, с которой топливо добавляется в камеру сгорания. Размер и плотность топлива, вероятно, являются наиболее недооцененными факторами, влияющими на характеристики топлива, и им следует уделить особое внимание при выборе типа топлива.

    Таблица 2. Типичный размер и плотность топлива из биомассы.
    Топливо длина 60
    Зеленые деревянные фишки 0.025-0.075 500
    Деревянные гранулы 0,006-0.008 600
    Biomass Briquettes 0.025-0.010 600 600
    Cordwood 0.3-0.5 400

    Вывод

    Несколько характеристик влияют на производительность биомассы топливо, включая тепловое значение, уровень влаги, химический состав и размер и плотность топлива. Эти характеристики могут заметно различаться от топлива к топливу. Кроме того, могут быть значительными естественные вариации данного типа топлива. Оборудование для сжигания может и должно быть спроектировано с учетом этого диапазона свойств. Для получения дополнительной информации о нагреве на биомассе см. другие соответствующие информационные бюллетени по возобновляемым и альтернативным источникам энергии Введение в теплоту на биомассе и Коммерческие камеры сгорания на биомассе .

    Ссылки

    Adler, P., M. Sanderson, A.A. Boateng, P.J. Weimer, and H.J.G. Jung. «Урожайность биомассы и качество биотоплива проса, собранного осенью или весной». Агрон. Дж. 98 (2006): 1518-25.

    Бэйн Р., В. Амос, М. Даунинг и Р. Перлак. Техническая оценка биоэнергетики: состояние отрасли и технологий.Отчет Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии № NREL/TP-510-33123. Голден, Колорадо: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии, 2003.

    Бергман Р. и Т. М. Мейкер. Топливо для школ: тематическое исследование в Дарби, штат Монтана. Общий технический отчет FPL-GTR-173. Мэдисон, Висконсин: Лесная служба Министерства сельского хозяйства США, Лаборатория лесных товаров, 2007.

    Демирбас, А. «Расчет более высокой теплотворной способности топлива из биомассы». Топливо 76, вып. 5 (1997): 431-34.

    Динкельбах, Л. Термохимическая конверсия ивы из лесного хозяйства с коротким оборотом.Отчет о проекте Европейского Союза ECN-C-00-028, 2000 г.

    Доби, Дж. и Д. Райт. Коэффициенты пересчета для лесной промышленности Западной Канады. Запад. Для. Произв. лаборатория Инф. Представитель ВП-Х-97. Канадская лесная служба, 1972 г.

    Гаур С. и Т. Рид. Тепловые данные для природного и синтетического топлива. Нью-Йорк: Марсель Деккер, 1998.

    Хинкли, Дж. Обзор и краткое изложение теста стека. Меморандум от Re source Systems Group Inc. для USDA Bitter Root RC&D, 2008.

    Hoskinson, R., Д. Карлен, С. Биррелл, К. Радтке и В. Вильгельм. «Инженерная оценка, удаление питательных веществ и конверсия сырья для четырех сценариев сбора урожая кукурузной соломы». Биомасса и биоэнергия 31 (2007): 126-36.

    Дженкинс Б.М. и Эбелинг Дж.М. Корреляция физических и химических свойств наземной биомассы с конверсией. Симпозиум IX «Энергия из биомассы и отходов», Институт газовых технологий, Чикаго, Иллинойс, 1985 г.

    Йоханссон, Л.С., К. Таллин, Б. Лекнер и П. Шовалл.«Выбросы частиц при сжигании биомассы в небольших камерах сгорания». Биомасса и биоэнергия 25 (2003): 435-46.

    Johnson, J.A., and G.H. Auth. Справочник по топливу и горению. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1951.

    Китани, О. и К. Холл, ред. Справочник по биомассе. Нью-Йорк: Гордон и Брич, 1989.

    Maker, T. Системы отопления на древесной щепе: Руководство для институциональных и коммерческих установок на биомассе. Монпелье, штат Вирджиния: Центр энергетических ресурсов биомассы, 2004 г. Майлз, Т. Р., Т. Р.

    Майлз-младший., Л. Л. Бакстер, Р. В. Брайерс, Б. М. Дженкинс и Л. Л. Оден. Щелочные отложения, обнаруженные на электростанциях, работающих на биомассе; Предварительное исследование их размеров и характера. НРЭЛ/ТП-433-8142. Голден, Колорадо: Национальная лаборатория возобновляемой энергии, 1996.

    Милликин, Д. «Определение объемов коры и свойств топлива». Канадский журнал Pulp and Paper (декабрь 1955 г.): 106–108.

    Нуссбаумер, Т. «Сжигание и совместное сжигание биомассы: основы, технологии и основные меры по сокращению выбросов».Energy and Fuels 17 (2003): 1510-21.

    Parsons, V. 1980. Воздействие биоконверсии на землепользование на микроуровне. IASTD Energy Symposia, 1980.

    Департамент охраны окружающей среды Пенсильвании. Исключения из разрешений на качество воздуха. Документ 275-2101-003. Гаррисбург: Департамент охраны окружающей среды Пенсильвании, 2003 г.

    Принзинг Д., Хеллем К. и Маквей В. Характеристика топливных смесей угля и биомассы Представлено на весеннем собрании Американского химического общества. Общество Отделение химии топлива, Анахайм, Калифорния.1995.

    Куаак, П., Х. Кноф и Х. Стассен. Энергия из биомассы: обзор технологий сжигания и газификации. Технический документ Всемирного банка № 422. Вашингтон, округ Колумбия: Всемирный банк, 1999.

    Рагланд, К. и Д. Аэртс. «Свойства древесины для анализа горения». Технология биоресурсов 37 (1991): 161-68.

    Риссер, П.Г. «Отходы сельского и лесного хозяйства». В «Процессах преобразования биомассы в энергию и топливо» под редакцией С.С. Соффера и О.Р. Заборского. Нью-Йорк: Пленум Пресс, 1981.

    Теандер, О. «Целлюлоза, гемицеллюлоза и экстрактивные вещества». В «Основах термохимической конверсии биомассы» под редакцией Р. П. Оверенда. Нью-Йорк: Elsevier, 1982.

    Тиллман, Д. А. Древесина как энергетический ресурс. Нью-Йорк: Academic Press, 1978.

    Тортоса-Мариса, А., Р. Буре, Р. Гупта и Т. Уолл. «Характеристика золы биомассы и отходов». Технология обработки топлива 88 (2007): 1071-81.

    Ван ден Брук Р., А. Фаайдж и А ван Вейк. «Сжигание биомассы для производства электроэнергии.» Biomass and Bioenergy 11, no. 4 (1996): 270-81.

    Подготовлено Дэниелом Чолкошом, научным сотрудником. Рецензировано Брюсом Миллером, EMS Energy Institute, и Робертом Уоллесом, ранее работавшим в Penn State Bioenergy Bridge.

    Какова теплотворная способность древесного угля? – SidmartinBio

    Какова теплотворная способность древесного угля?

    Сухая древесина может дать от 4500 до 4770 ккал/кг. В случае древесного угля теплотворная способность колеблется незначительно, около 7500 ккал/кг.

    Имеет ли древесный уголь высокую теплотворную способность?

    Древесный уголь имеет более высокую теплотворную способность, чем древесина.Теплотворная способность древесного угля составляет 33 килоджоуля на грамм, тогда как у древесины — 17 килоджоулей на грамм. 3. Древесный уголь является относительно компактным топливом и, следовательно, с ним легче обращаться.

    Какова энергия древесного угля?

    Древесный уголь представляет собой твердое топливо из биомассы, получаемое путем карбонизации (также называемой пиролизом) древесины. Его средняя энергоемкость составляет 30 МДж/кг. Для сравнения, средняя энергоемкость дров составляет 18 МДж/кг.

    Какова средняя теплотворная способность угля?

    Обычно уголь имеет содержание углерода более 70% по весу. Теплотворная способность угля находится в пределах 25–35 МДж/кг.

    Как рассчитать теплотворную способность угля?

    МДж/кг = (БТЕ/фунт) X 0,002326 Например, уголь с теплотворной способностью 14 000 БТЕ/фунт имеет метрическую теплотворную способность 32,56 МДж/кг.

    Как найти теплотворную способность угля?

    Является ли уголь чистым углеродом?

    Хороший древесный уголь состоит в основном из чистого углерода, называемого полукоксом, полученного путем обжига древесины в среде с низким содержанием кислорода, процесс, который может занять несколько дней и сжечь летучие соединения, такие как вода, метан, водород и смола.

    Как рассчитать теплотворную способность древесного угля?

    Какой уголь имеет самую низкую теплотворную способность?

    Подробное решение

    Топливо Теплотворная способность топлива в кДж/кг (приблизительно)
    Бензин 45000
    Дизельное масло 10000
    Бурый уголь 8000
    Уголь антрацит 24000

    Какова теплотворная способность и время горения древесного угля?

    Теплотворная способность и время горения древесного угля в зависимости от сырья, используемого для производства древесного угля. Чем выше содержание углерода в древесном угле, тем больше его теплотворная способность, поэтому качество древесного угля определяется двумя факторами: сырьем и технологией сжигания древесного угля.

    Какова теплотворная способность угля на электростанции?

    Угли для электростанций имеют теплотворную способность в диапазоне от 9500 кДж/кг до 27000 кДж/кг. Теплотворная способность выражается двумя способами в зависимости от содержания влаги в угле. Уголь содержит влагу. Когда уголь горит, влага в угле испаряется, забирая часть тепла сгорания, которая недоступна для нашего использования.

    В чем разница между теплотворной способностью и теплотворной способностью?

    Теплотворная способность определяет, сколько топлива требуется электростанции. Чем выше теплотворная способность, тем меньше количество угля, необходимого на единицу электроэнергии. Более высокая теплотворная способность также означает, что стоимость угля выше, но это компенсируется более низкими затратами на логистику, хранение и удаление золы.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.