Дровяное отопление. удельная теплота сгорания сухого и влажного дерева. теплотворность дров. практическое тепловыделение сухих и влажных дров при печном отоплении. объемная теплотворность дров. жаропр

Топливные торфяные брикеты

Торфобрикеты по ДСТУ 2042-92 имеют: стабильную влажность (до 20%), высокую плотность (около 1200 кг/м3) и механическую прочность, потому обеспечивают более длительное, чем дрова, время работы котла на одной загрузке топлива. Недостатком торфобрикетов является высокая, сравнительно с дровами, зольность (до 25%), и следовательно более частая потребность в чистке котла. Топливные брикеты — это обновляемое, экологически чистое, твердое топливо с прекрасными характеристиками сгорания. Как и гранулы, топливные брикеты, изготавливают методом прессования отходов деревообрабатывающей промышленности и отходов сельского хозяйства. В отличие от гранул, топливные брикеты формуются больших габаритов. Толщина 40-70мм и длина к 250 мм.

Таким образом они легко и удобно загружаются в камеру котла и не создают преграды для горения. Самый важный показатель топлива — это его теплотворность. Калорийность топливных брикетов составляет 4000 — 5000 ккал/кг. Таким образом теплотворность брикетов соизмерима с калорийностью каменного угля. Но брикеты отличает еще несколько важных преимуществ: они являются экологически чистым топливом. На практике это значит, что не придется утилизировать пепел и шлак. У самих распространенных сортов угля шлакообразование составляет 30%. Это значит, что сжигая 1 тону угля у вас остается минимум 300 кг шлака. Остаток от сожженных брикетов не превышает 3-5%. Это в десять раз меньше чем от угля.

Кроме того, пепел от брикетов является прекрасным удобрением для ваших растений. Экологичность топливных брикетов значит также, что при сгорании они выделяют в 50 (пятьдесят!) раз меньше вредных выбросов в сравнении с каменным углем.

Это необходимо знать!

Не зависимо от сорта деревьев, которые пойдут на дрова, важно знать о некоторых спецификах:

Сроки. Несомненно, гореть будут и те поленья, которые уже отлежали собственный «положенный» срок (при условиях, что они сухие и на них нет плесени). Однако собственный запах большинство деревьев хранит лишь на 2 года. Ольха и осина в данном плане являются приятным исключением – 3 года.
Всему свое время. В зимнее время влажность деревьев находится на минимальном уровне. Поэтому дровозаготовкой нужно заниматься собственно в это время. Для просушивания в большинстве случаев уходит около 12 месяцев. Однако сроки зависят от породы леса, времени заготовки, вариантов сбережения и ряда прочих факторов. При этом длительность может значительно увеличиться или, наоборот, уменьшиться.
Размеры. Какие дрова выгодно? Разумеется, те, у которых хорошие размеры. А это 40-50 см по длине и в толщину 8-10 см. Так их сохранять комфортно и подходят для любой камеры сгорания.
Гниль. Только не необходимо применять прогнившие дрова. Длительное нахождение головешек на земля завершается тем, что происходит накопление ядовитых веществ, выделяемых при возгорании, что не идет для пользы человеку. Из-за этой причины при спиле веток нужно сразу же принять правильные меры по их хранению. Подбирая сырье для камеры сгорания среди валежника, не следует иметь ввиду давно упавшие ветки.
Вопросы хранения. Поленья стоит класть корой, обращенной кверху. Это даст возможность обезопасить дрова от нечаянно попавшей влаги, которая быстрее выветривается с поверхности коры. А если показать фантазию, можно соорудить необычную поленницу на радость и изумление гостей.

Как видно из этого материала — мало знать, какие дрова лучше для печки. Не меньше главное исполнять безошибочность их хранения.

Относительно благоустройства поленницы всегда можно выдумать массу очень разных идей: от самых креативных и безумных до обычных в реализации.

Теплотворность твердых материалов

К этой категории относится древесина, торф, кокс, горючие сланцы, брикетное и пылевидное топливо. Основная составная часть твердого топлива — углерод.

Особенности разных пород дерева

Максимальная эффективность от использования дров достигается при условии соблюдения двух условий — сухости древесины и медленном процессе горения.

Куски дерева распиливают или рубят на отрезки длиной до 25-30 см, чтобы дрова удобно загружались в топку

Идеальными для дровяного печного отопления считаются дубовые, березовые, ясеневые бруски. Хорошими показателями характеризуется боярышник, лещина. А вот у хвойных пород теплотворность низкая, но высокая скорость горения.

Как горят разные породы:

Бук, березу, ясень, лещину сложно растопить, но они способны гореть сырыми из-за низкого содержания влажности.
Ольха с осиной не образуют сажи и «умеют» удалять ее из дымохода.
Береза требует достаточного количества воздуха в топке, иначе будет дымить и оседать смолой на стенках трубы.
Сосна содержит больше смолы, чем ель, поэтому искрит и горит жарче.
Груша и яблоня легче других раскалывается и отлично горит.
Кедр постепенно превращается в тлеющий уголь.
Вишня и вяз дымит, а платан сложно расколоть.
Липа с тополем быстро прогорают.

Рекомендуем: Промывка теплообменника газового котла: самая подробная инструкция по чистке своими руками, выбору жидкостей и прочих срдств для очистки от накипи, стоимость оборудования и услуг специалистов

Показатели ТСТ разных пород сильно зависят от плотности конкретных пород. 1 кубометр дров эквивалентен примерно 200 литрам жидкого топлива и 200 м3 природного газа. Древесина и дрова относятся к категории с низкой энергоэффективностью.

Влияние возраста на свойства угля

Уголь является природным материалом растительного происхождения. Добывается он из осадочных пород. В этом топливе содержится углерод и другие химические элементы.

Кроме типа на теплоту сгорания угля оказывает влияние и возраст материала. Бурый относится к молодой категории, за ним следует каменный, а самым старшим считается антрацит.

По возрасту горючего определяется и влажность: чем моложе уголь, тем больше в нем содержание влаги. Которая также влияет на свойства этого типа топлива

Процесс горения угля сопровождается выделением веществ, загрязняющих окружающую среду, колосники котла при этом покрываются шлаком. Еще один неблагоприятный фактор для атмосферы — наличие серы в составе топлива. Этот элемент при соприкосновении с воздухом трансформируется в серную кислоту.

Производителям удается максимально снизить содержание серы в угле. В результате ТСТ отличается даже в пределах одного вида. Влияет на показатели и география добычи. Как твердое топливо может использоваться не только чистый уголь, но и брикетированный шлак.

Наибольшая топливная способность наблюдается у коксующегося угля. Хорошими характеристиками обладает и каменный, древесный, бурый уголь, антрацит.

Характеристики пеллет и брикетов

Это твердое топливо изготавливается промышленным способом из различного древесного и растительного мусора.

Измельченная стружка, кора, картон, солома пересушивается и с помощью специального оборудования превращается в гранулы. Чтобы масса приобрела определенную степень вязкости, в нее добавляют полимер — лигнин.

Пеллеты отличаются приемлемой стоимостью, на которую влияют высокий спрос и особенности процесса изготовления. Использоваться этот материал может только в предназначенных для такого вида топлива котлах

Брикеты отличаются только формой, их можно загружать в печи, котлы. Оба типа горючего делятся на виды по сырью: из кругляка, торфа, подсолнечника, соломы.

У пеллет и брикетов есть существенные преимущества перед прочими разновидностями топлива:

полная экологичность;
возможность хранения практически в любых условиях;
устойчивость к механическим воздействиям и грибку;
равномерное и длительное горение;
оптимальный размер гранул для загрузки в отопительное устройство.

Экологичное топливо — хорошая альтернатива традиционным источникам тепла, которые не возобновляются и неблагоприятно действуют на окружающую среду. Но пеллеты и брикеты отличаются повышенной пожароопасностью, что стоит учитывать при организации места хранения.

При желании, можно наладить изготовление топливных брикетов собственноручно, подробнее – в этой статье.

Горение топлива

В случае адиабатического сгорания горючей смеси можно определить выделяющееся тепло, а также состав продуктов. При известном составе компонентов топлива, при неизменном объеме, давлении, можно рассчитать тепловой эффект химической реакции. Благодаря термодинамическому расчету можно получить только некоторые сведения о процессе: температуру продуктов, равновесный состав.

Для полного описания горения, включая скорость процесса, критические условия, необходимо рассматривать связь между переносом вещества и энергии.

При предварительном перемешивании окислителя и горючего процесс осуществляется по всему пространству, его именуют объемным горением. В неперемешанных системах наблюдается диффузионное горение, когда горючее отделено от окислителя.

Особенности печи, работающей на угле

Подобное устройство имеет конструктивные особенности, предполагает проведение реакции пиролиза угля. Древесный уголь не относится к полезным ископаемым, он стал продуктом человеческой деятельности.

Температура горения угля составляет 900 градусов, что сопровождается выделением достаточного количества тепловой энергии. Какова технология создания такого удивительного продукта? Суть заключается в определенной обработке древесины, благодаря чему происходит существенное изменение ее структуры, выделение из нее избыточной влаги. Осуществляется подобный процесс в специальных печах. Принцип действия таких устройств базируется на процессе пиролиза. Печь для получения древесного угля состоит из четырех базовых компонентов:

камеры сгорания;
укрепленного основания;
дымохода;
отсека вторичной переработки.

Бурьян

Как повысить КПД

Проектируя или видоизменяя систему дровяного отопления дома, следует помнить основное правило — все элементы должны быть соразмерны, оптимальны и составлять гармоничную систему. Огромный топливник при небольшом теплосъеме снизит уровень КПД, и наоборот, излишний теплосъем приведет к проблемам в эксплуатации.

Понятие «коэффициент полезного действия» означает, сколько выделяемой при горении энергии передается в виде тепла в отапливаемое помещение. На эту характеристику оказывает влияние ряд факторов:

Исправность и чистота печки.
Вид сжигаемого топлива.
Режим сжигаемого топлива.
Способ теплопередачи.
Эффективность теплосьема.
Наличие дополнительных приставок к топливу.

Исправность печки

Значительное снижение эффективности печи происходит при неправильном ее использовании. Существуют различные способы сжигания дров, и если топить неправильно, тепловая энергия будет теряться.

Отложившаяся на стенках теплообменника сажа является отличным теплоизолятором. Чтобы повысить КПД печи, нужно периодически, раз в 2 месяца, чистить все важные части от сажи.

Правильное топливо для печи

Известно, что различные породы древесины дают разное количество тепла. Повысить КПД печки можно, применяя правильное топливо. Большей теплотворной способностью обладают твердые сорта древесины — дуб, акация, ясень

Кроме плотности, важной характеристикой является влажность дров. Дрова с влажностью 15% считаются оптимальными, но таких показателей можно добиться либо используя сушильную камеру, либо естественной сушкой под навесом на протяжении лет в проветриваемых штабелях

Оптимальные режимы горения

Режим сжигания топлива также важен. Эффективно сжигать топливо можно по-разному:

В режиме пиролизного разложения и дожига газов.
В режиме оптимального быстрого горения с достаточным доступом кислорода.
Послойное сгорание топлива сверху вниз.

Пиролизный режим

При сжигании топлива в пиролизном режиме, КПД печи возрастает за счет долгого времени горения. Топливник разделяется на две камеры — камера тлеющего горения, где в медленном режиме дрова разлагаются на пиролизные горючие газы, и камера дожига газов. Технически это выглядит так:

В топливник закладываются дрова, первоначально горение происходит в жарком режиме с подачей большого количества воздуха. Этот этап необходим, чтобы создалась жаровая подушка на дровах, а также прогрелся дымоход и вторичная камера дожига.
Дверца топливника закрывается. Подача воздуха ставится минимальная — чтобы хватило на тление. Дрова разлагаются на дымные пиролизные газы, которые проходят через раскаленную камеру дожига.
Во второй камере есть воздуховоды вторичного воздуха. Они направлены на катализатор — массивный раскаленный керамический или металлический предмет. В некоторых печах в роли катализатора выступает стенка вторичной камеры.
Относительно холодные пиролизные газы, проходя через катализатор, нагреваются, смешиваются с воздухом и сгорают.

Дрова

Это пиленные либо колотые куски дерева, которые во время сжигания в печах, котлах и прочих устройствах вырабатывают тепловую энергию.

Для удобства загрузки в топку древесный материал разрезают на отдельные элементы длиной до 30 см. Чтобы повысить эффективность от их использования, дрова должны быть максимально сухими, а процесс горения – относительно медленным. По многим параметрам для отопления помещений подходят дрова из таких лиственных пород, как дуб и береза, лещина и ясень, боярышник. Из-за высокого содержания смолы, повышенной скорости горения и низкой теплотворности хвойные деревья в этом плане значительно уступают.

Биотопливо для камина своими руками

Следует понимать, что на величину показателя теплотворности влияет плотность древесины.

Дрова (естественная сушка)	Теплотворная способность кВт⋅ч/кг	Теплотворная способность мега Дж/кг
Грабовые	4,2	15
Буковые	4,2	15
Ясеневые	4,2	15
Дубовые	4,2	15
Березовые	4,2	15
Из лиственницы	4,3	15,5
Сосновые	4,3	15,5
Еловые	4,3	15,5

4.2.1 Вычисление молярной теплоты сгорания

Высшая теплота сгорания (superior calorific value): Количество теплоты, которое может выделиться при полном сгорании в воздухе определенного количества газа таким образом, что давление p1, при котором происходит реакция, остается постоянным, а все продукты сгорания принимают ту же температуру t1, что и температура реагентов. При этом все продукты находятся в газообразном состоянии, за исключением воды, которая конденсируется в жидкость при t1.

Низшая теплота сгорания (inferior calorific value): Количество теплоты, которое может выделиться при полном сгорании в воздухе определенного количества газа таким образом, что давление p1, при котором протекает реакция, остается постоянным, все продукты сгорания принимают ту же температуру t1, что и температура реагентов. При этом все продукты находятся в газообразном состоянии.

Значение молярной теплоты сгорания идеального газа, определяемое исходя из значений молярной доли компонентов смеси известного состава, при температуре t1 вычисляют по формуле (5):

(5)

где – значение идеальной теплоты сгорания смеси (высшей или низшей);

–молярная доля j-го компонента;

–значение идеальной теплоты сгорания j-го компонента (высшей или низшей).

Числовые значения для t1=25 °С приведены в ГОСТ 31369-2008 (таблица 3 раздела 10).

4.2.2 Вычисление массовой теплоты сгорания

Значение массовой теплоты сгорания идеального газа, определяемое исходя из значений массовой доли компонентов смеси известного состава, при температуре вычисляют по формуле (6):

(6)

где – значение идеальной (высшей или низшей) теплоты сгорания смеси, рассчитанное исходя из значений массовой доли компонентов газа;

M – молярная масса смеси, которую вычисляют по формуле (7):

(7)

где – молярная доляj-го компонента;

–молярная масса j-го компонента.

4.2.3 Вычисление объемной теплоты сгорания

Значение теплоты сгорания идеального газа, рассчитанное на основе значений объемной доли компонентов, для температуры сгорания t1 смеси известного состава, измеренных при температуре t2 и давлении p1, вычисляют по формуле (8):

(8)

где – значение идеальной (высшей или низшей) объемной теплоты сгорания смеси;

R – универсальная газовая постоянная;

T2 – абсолютная температура, К.

4.2.4 Вычисление плотности, относительной плотности и числа Воббе

Плотность (density): Масса газовой пробы, деленная на ее объем при определенных значениях давления и температуры.

Относительная плотность (relative density): Плотность газа, деленная на плотность сухого воздуха стандартного состава (приложение В ГОСТ 31369-2008) при одинаковых заданных значениях давления и температуры.

Термин «идеальная относительная плотность» применяют в тех случаях, когда как газ, так и воздух считаются средами, которые подчиняются закону идеального газа; термин «реальная относительная плотность» применяют в тех случаях, когда как газ, так и воздух считаются реальными средами.

Число Воббе (Wobbe index): Значение высшей объемной теплоты сгорания при определенных стандартных условиях, деленное на квадратный корень относительной плотности при тех же стандартных условиях измерений.

Число Воббе – характеристика горючего газа, определяющая взаимозаменяемость горючих газов при сжигании в бытовых и промышленных горелочных устройствах, измеряется в мегаджоулях на кубический метр.

Относительная плотность идеального газа не зависит от выбора стандартного состояния, и ее вычисляют по формуле (9):

(9)

где – относительная плотность идеального газа;

–молярная масса j-го компонента;

–молярная масса сухого воздуха стандартного состава.

В таблице 1 (раздел 10) ГОСТ 31369-2008 приведены значения молярной массы компонентов природного газа. В разделе В.3 (приложение В ГОСТ 31369-2008) приведен состав стандартного воздуха; рассчитанное значение равно 28,9626 кг·кмоль-1.

Плотность идеального газа зависит от его температуры t и давления p, и ее вычисляют по формуле (10):

(10)

где – плотность идеального газа;

R – универсальная газовая постоянная,

T – абсолютная температура, К.

Число Воббе идеального газа вычисляют по формуле (11):

(11)

где Wo– число Воббе идеального газа;

–значение идеальной объемной теплоты сгорания смеси.

Сущность процесса горения

Если нагревать древесину, то при 120–150 ˚С она становится темного цвета. Это медленное обугливание, превращение в древесный уголь. Доведя температуру до 350–350 ˚С, увидим термическое разложение, почернение с выделением белого или бурого дыма. Нагревая дальше, выделяемые пиролизные газы (СО и летучие углеводороды) загорятся, превратившись в языки пламени. Прогорев какое-то время, количество летучих веществ снизится, и угольки будут продолжать гореть, но уже без пламени. На практике для поджигания и поддержания горения древесина должно разогреться до 450–650 ˚С.

https://youtube.com/watch?v=CWXiiIyC4XA

В дальнейшем температура горения печного топлива в топке составляет от приблизительно 500 ˚С (тополь) до 1000 и выше (ясень, бук). Эта величина сильно зависит от тяги, конструкции печи и многих других факторов.

Цвет древесины при горении может изменяться в зависимости от температуры

Пара фраз о теплотворной способности

По собственному химическому составу древесина собой представляет сложный материал. В него входят ключевые элементы – это лигнин и целлюлоза. Однако помимо них в дереве присутствуют:

смолы;
белки;
дубильные вещества и другие компоненты.

При возгорании головешек в печке (или же просто при возгорании деревьев в лесной глуши) выполняется взаимное действие таких составляющих с воздухом на химическом уровне. Теплотворная способность дерева (как и любого топлива), или проводимость тепла, – это кол-во энергии тепла, которое выдаёт единица веса топливного материала (в нашем случае это 1 кг древесины) в ходе сгорания. Чтобы провести измерения величины применяют килокалории.

Химсостав среди большого числа сортов деревьев имеет самые маленькие колебания, что и обуславливает различия по количеству излучаемых калорий. Другими словами теплота сгорания многих видов дров может быть такой:

у лиственных пород показатель равён 4460 ккал/кг;
у хвойных пород – 4560 ккал/кг;
у смешанных пород – 4510 ккал/кг.

Как вы успели заметить, различия минимальны. При этом легко понять, что лучше применять хвойные породы для печки в силу их большей теплопроводимости. Исключительно на рынок дрова поставляются в зависимости от объема, а не веса. Другими словами главный параметр выбора дров – кубометры. Плотность тут играет главную роль, ведь чем она больше, тем тяжелее древесина.

Например возьмём за отправную точку 1 метр кубический березовых головешек. Тогда соотношение объема различных пород будет смотреться так:

поленья из дуба ? 0,75 куб. м;
поленья из ольхи ? 1,1 куб. м;
поленья из сосны ? 1,2 куб. м;
поленья из ели ? 1,3 куб. м;
поленья из осины ? 1,5 куб. м.

Другими словами 1 кубометр березовых и 0,75 куб. м дубовых головешек, 1,1 куб. м древесины ольхи (и так дальше) выдадут одинаковое кол-во теплоты. Зная это, сейчас в зависимости от того, сколько стоят дрова, можно получить рентабельную для себя экономию.

Характеристики дров: плюсы и минусы

Дрова	Плюсы	Минусы
Сосна, ель	Целебный аромат, доступное топливо, хорошая теплоотдача.	Засоряют дымоход, не рекомендуются для каминов.
Лиственница	Долгое горение, отличная теплоотдача, отсутствие копоти.	Выделяют большое количество угарного газа.
Береза	Хорошая теплоотдача, дезинфицирует помещение, доступное топливо.	При хранении более 2 лет теряет свои свойства.
Дуб	Отличная теплоотдача, длительное горение, полезные свойства пара.	Дорого.
Ольха	Хорошая теплоотдача, не дымят, очищают дымоход от сажи, не требуют просушки.	Не везде растет.
Липа	Полезные свойства пара, медленное горение, хорошая теплоотдача.	При хранении более 2 лет теряет свои свойства.
Осина	Прочищают дымоход.	Низкая теплоотдача.

Таким образом, вариантов для отопления дома или бани дровами достаточно много. У каждого вида дров есть свои плюсы и минусы. Главное соблюдать правила пожарной безопасности.

Плотность древесины и ее влияние на теплотворность

Кроме содержания влаги, на теплотворную способность дров влияет и другой фактор, а именно – плотность. Это обычная физическая величина, показывающая, какой вес вещества приходится на стандартный объем (обычно на один кубометр).

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:

удельная теплотворность

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

Что такое удельная теплота сгорания?

Удельная теплота сгорания q — это физическая величина равная количеству тепла, выделяющегося при полном сгорания 1 кг топлива.

Формула удельной теплоты сгорания выглядит так:

q=Q/m

где:

Q — количество теплоты выделевшееся при сгорании топлива, Дж;

m — масса топлива, кг.

Единицей измерения q в интернациональной системе единиц СИ является Дж/кг.

q=Дж/кг

Для обозначения больших величин q часто используются внесистемные единицы энергии: килоджоули (кДж), мегаджоули (МДж) и гигаджоули (ГДж).

Значения q для разных веществ определяют экспериментально.

Зная q, можно вычислить количество тепла Q, которое получится в результате сжигания топлива массой m:

Q=q * m

Мы уже знаем, что при горении выделяется теплота (тепловая энергия).

Количество теплоты, которое мы получим при сгорании, будет отличаться для разных видов топлива. Одно топливо будет выделять больше энергии, другое – меньше.

Чтобы сравнивать горючие вещества между собой, удобно сжигать 1 килограмм топлива и измерять выделяемое количество теплоты.

Примечание: Не путайте теплоту и температуру. Теплота – это тепловая энергия. Любую энергию измеряют в Джоулях. А температуру измеряют в градусах.

Примечание: Удельная теплота сгорания — это тепловая энергия, которая выделяется при полном сгорании 1 кг. топлива. Ранее мы уже сталкивались с удельными величинами (ссылка).

Удельную теплоту сгорания некоторых веществ можно найти в справочнике физики.