Зольность древесного угля разных пород деревьев. Определение удельной теплоты сгорания дров
Крупные угли после сгорания и равномерный жар — признак хорошего сырья
Основные критерии
Наиболее важные показатели для топочного материала: плотность, влажность и теплоотдача. Все они тесно связаны между собой и определяют насколько эффективным и полезным является горение дров. Стоит рассмотреть каждый из них более подробно, учитывая разные породы древесины и способы ее заготовки.
Плотность
Первое, на что обращает внимание грамотный покупатель при заказе топочного материала из древесины — это его плотность. Чем выше этот показатель, тем качественнее является порода.
Все породы дерева разделяют на три основные категории:
- малоплотные (мягкие);
- среднеплотные (умеренно твердые);
- высокоплотные (твердые).
У каждой из них разная плотность, а значит и удельная теплота сгорания дров. Наиболее качественными считаются твердые сорта. Они долго горят и выделяют больше тепла. К тому же они образуют много углей, которые поддерживают жар в топке.
Из-за своей твердости такие дрова трудно поддаются обработке, поэтому некоторые потребители предпочитают среднеплотную древесину, например, березу или ясень. Их структура позволяет без особых усилий колоть поленья вручную.
Влажность
Второй показатель — это влажность, то есть процентное содержание в структуре древесины воды. Чем выше это значение, тем больше плотность, при этом используемый ресурс выделит меньше тепла при одинаково затраченных усилиях.
Удельная теплота сгорания сухих березовых дров характеризуется, как более продуктивная, нежели влажных. Стоит отметить такую особенность березы: ее можно класть в топку практически сразу после рубки, ведь она отличается небольшой влажностью. Для максимизации полезного эффекта лучше подготовить материал должным образом.
Для повышения качества древесины за счет снижения процента содержания в ней влаги применяются такие подходы:
- Свежие дрова оставляют на определенный срок под навесом для усушки. Количество дней зависит от сезона и может колебаться от 80 до 310 дней.
- Часть дров сушат в помещении, что повышает их теплотворную способность.
- Лучший вариант — искусственная просушка. Теплотворность выводится на максимальный уровень за счет доведения процента влажности до нуля, а времени на подготовку древесины требуется минимум.
Теплоотдача
Такой показатель, как теплоотдача дров как бы подытоживает предыдущие две характеристики. Именно он указывает на то сколько тепла может дать выбранный материал при соблюдении конкретных условий.
Наибольшей является теплота сгорания дров у твердых пород. Соответственно противоположным образом обстоят дела с мягкой древесиной. При равных условиях и естественной усушке разница в показаниях может достигать почти 100%. Именно поэтому для экономии средств есть смысл приобрести более дорогие в закупке качественные дрова, так как их выработка более эффективная.
Здесь стоит упомянуть такое свойство, как температура горения дров. Наибольшей она является у граба, бука и ясеня, более 1000 градусов Цельсия, при этом производится максимальное количество жара на уровне 85-87%. К ним приближаются дуб и лиственница, а наименьшими показателями отличаются тополь и ольха с выработкой 39-47% при температуре в районе 500 градусов.
Породы древесины
Теплотворная способность дров в наибольшей степени зависит именно от породы древесины. Выделяют две основные категории: хвойные и лиственные. Качественный топочный материал относится ко второй группе. Здесь также имеется своя классификация, так как не все сорта подходят для той или иной цели по своей плотности.
Хвойные
Зачастую самой доступной древесиной является хвоя. Ее низкая стоимость обуславливается не только распространенностью елей и сосен, но и ее свойствами. Дело в том, что теплоемкость дров такого плана невысокая, а также имеется масса других недостатков.
Главный недостаток хвойных пород — наличие большого количества смол. При нагревании таких дров смола начинает расширятся и закипать, что в результате приводит к разбросу искр и горящих фрагментов на дальнее расстояние. Также смола приводит к образованию копоти и гари, которые засоряют камин и дымоход.
Лиственные
Гораздо выгоднее использовать лиственные породы. Все сорта разделяются на три категории, в зависимости от их плотности. К мягким породам относятся:
- липа;
- осина;
- тополь;
- ольха;
Они быстро прогорают и поэтому не имеют особой ценности в плане обогрева дома.
К среднеплотным относят такие деревья, как:
- клен;
- береза;
- лиственница;
- акация;
- вишня.
Удельная теплота сгорания березовых дров приближается к породам, которые относят к твердым, в частности к дубу.
- граб;
- орех;
- кизил;
Теплотворность дров такого типа максимальная, но при этом обработка древесины затрудняется из-за ее высокой плотности.
Дуб — еще один популярный вид топлива
Полезные качества таких пород обусловливают их более высокую стоимость, зато это позволяет сократить объем материала, который понадобится для поддержания комфортной температуры в доме.
Выбор материала
Даже самые высокие качества древесины могут быть сведены на нет, если ее подобрать неверно с учетом конкретного вида деятельности. Например, практически не имеет значения что использовалось для ночного костра при посиделках с друзьями. Совершенно другое дело — растопка камина или печи в бане.
Для камина
Отопление дома может стать проблемой, если загрузить в печь неподходящие дрова. Особенно это опасно при использовании камина, так как искрящееся бревно может привести даже к пожару.
Ненавязчивое горение дров и жар, исходящий от камина — это изюминка гостиной комнаты
Для долгого горения и выделения большого количества тепла стоит отдавать предпочтение дубу, акации, а также березе и ореху. Для прочистки дымохода время от времени можно жечь осину и ольху. Плотность у этих пород небольшая, зато они обладают свойством выжигать сажу.
Для бани
Для обеспечения высокой температуры в парилке бани необходима максимальная теплоотдача дров. Кроме того, можно улучшить условия отдыха, если использовать такие породы, которые насыщают комнату приятным запахом, без выделения вредных веществ и смол.
Прочитайте так же о в дополнение к данной статье.
Для обогрева парилки оптимальным выбором станут, конечно же, дубовые и березовые поленья. Они твердые, дают хороший жар при небольшом объеме и к тому же выделяют приятные испарения. Дополнительный оздоровительный эффект также способны оказать липа и ольха. Использовать можно только хорошо просушенные материалы, но не старше полутора-двух лет.
Для барбекю
При приготовлении пищи на мангале и барбекю основным моментом является не само горение дров, а образование углей. Именно поэтому не имеет смысла использовать тонкие неплотные ветки. Их можно взять только для розжига костра, а затем добавить в топку крупные твердые поленья. Для того чтобы дым имел особый аромат, для мангала рекомендуется использовать фруктовые дрова. Можно комбинировать их с дубом и акацией.
При использовании разных сортов древесины обращайте внимание на размер чурок. Например, дубу понадобится больше времени для горения и тления, нежели яблоне, поэтому имеет смысл брать более толстые фруктовые поленья.
Альтернативные топочные материалы
Теплотворность дров определенных пород достаточно велика, но далеко не максимально возможная. Для того чтобы сэкономить средства и площадь для хранения топочного материала сегодня все больше внимания обращается на альтернативные варианты. Оптимальным является использование прессованных брикетов.
При одинаковых объемах загрузки печи прессованная древесина вырабатывает гораздо больше тепла. Такой эффект возможен за счет увеличения плотности материала. К тому же здесь гораздо более низкий процент влажности. Еще один плюс — минимальное образование золы.
Брикеты и пеллеты изготавливаются из опилок и древесной крошки. За счет прессования отходов удается создать невероятно плотный топочный материал, с которым не смогут сравниться даже самые лучшие сорта древесины. При большей стоимости за кубометр брикетов, итоговая экономия может составить весьма значительную сумму.
Готовить и закупать топочные материалы необходимо на основании тщательного анализа их свойств. Только качественные дрова способны обеспечить вас необходимым жаром, не принеся вреда ни вашему здоровью, ни самой отопительной конструкции.
Влажность древесной биомассы - это количественная характеристика, показывающая содержание в биомассе влаги. Различают абсолютную й относительную влажность биомассы.
Абсолютной влажностью называют отношение массы влаги к массе сухой древесины:
Wa= т~т° 100,
Где №а - абсолютная влажность, %; т - масса образца во влажном состоянии, г; т0 - масса того же образца, высушенного до постоянного значения, г.
Относительной или рабочей влажностью называют отношение массы влаги к массе влажной древесины:
Где Wр - относительная, или рабочая, влажность, 10
Пересчет абсолютной влажности в относительную и наоборот производится по формулам:
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°. 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. Содержание золы в различных частях деревьев различных пород показано в табл. 4.
Зольность стволовой древесины. Содержание внутренней золы стволовой древесины изменяется в пределах от 0,2 до 1,17%. На основании этого в соответствии с рекомендациями по нормативному методу теплового расчета котельных агрегатов в расчетах топочных устройств зольность стволовой древесины всех пород должна приниматься равной 1 % сухой массы
|
4. Распределение золы в частях дерева для различных пород
|
Древесины. Это правомерно, если попадание минеральных включений в измельченную стволовую древесину исключено.
Зольность коры. Зольность коры больше зольности стволовой древесины. Одной из причин этого является то, что поверхность коры все время роста дерева обдувается атмосферным воздухом и улавливает при этом содержащиеся в нем минеральные аэрозоли.
По наблюдениям, проведенным ЦНИИМОД для сплавной древесины в условиях архангельских лесопильных и деревообрабатывающих предприятий, зольность отходов окорки составляла
У ели 5,2, у сосны 4,9%- Повышение зольности коры в этом случае объясняется загрязнением коры во время сплава хлыстов по рекам.
Зольность коры различных пород на сухую массу, по данным А. И. Померанского , составляет: сосна 3,2 %, ель 3,95, береза 2,7, ольха 2,4 %. По данным НПО ЦКТИ им. И. И. Пол - зунова, зольность коры различных пород варьирует от 0,5 до 8%.
Зольность элементов кроны. Зольность элементов кроны превышает зольность древесины и зависит от породы древесины и места ее произрастания. По данным В. М. Никитина, зольность листьев 3,5 %. Ветки и сучья имеют внутреннюю зольность от 0,3 до 0,7%. Однако в зависимости от типа технологического процесса заготовки древесины их зольность существенно изменяется из-за загрязнения их внешними минеральными включениями. Загрязнение ветвей и сучьев в процессе заготовки, трелевки и вывозки наиболее интенсивно при влажной погоде весной и осенью.
Плотность. Плотность материала характеризуется отношением его массы к объему. При изучении этого свойства применительно к древесной биомассе различают следующие показатели: плотность древесинного вещества, плотность абсолютно сухой древесины, плотность влажной 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/см3.
Плотность абсолютно сухой древесины есть отношение массы этой древесины к занимаемому ею объему:
P0 = m0/V0, (2.3)
Где ро - плотность абсолютно сухой древесины; то - масса образца древесины при №р=0; V0 - объем образца древесины при №р=0.
Плотность влажной древесины представляет собой отношение массы образца при данной влажности к его объему при той же влажности:
Р w = mw/Vw, (2.4)
Где рту - плотность древесины при влажности Wp; mw - масса образца древесины при влажности Vw - объем, занимаемый образцом древесины при влажности Wр.
Плотность стволовой древесины. Величина плотности стволовой древесины зависит от ее породы, влажности и коэффициента разбухания /Ср. Все породы древесины по отношению к коэффициенту разбухания КР разделяются на две группы. К первой группе относятся породы, у которых коэффициент разбухания /Ср = 0,6 (белая акация, береза, бук, граб, лиственница). Ко второй группе относятся все остальные породы, у которых /<р=0,5.
По первой группе для белой акации, березы, бука, граба, лиственницы плотность стволовой древесины можно вычислить по следующим формулам:
Pw = 0,957-------- ------- р12, W< 23%;
100-0.4WP " (2-5)
Loo-УР р12" №р>23%
Для всех остальных пород плотность стволовой древесины вычисляется по формулам:
0* = П-Ш.00-0.5ГР Л7Р<23%; (2.6)
Ріг = °,823 100f°lpp Ри. її">"23%,
Где ріг - плотность при стандартной влажности, т. е. при абсолютной влажности 12 %.
Величина плотности при стандартной влажности определяется для различных пород древесины по табл. 6.
|
6. Плотность стволовой древесины различных пород прн стандартной влажности н в абсолютно сухом состоянии
|
Плотность коры. Плотность коры исследована гораздо меньше. Имеются лишь отрывочные данные, которые дают довольно пеструю картину этого свойства коры. В настоящей работе будем ориентироваться на данные М. Н. Симонова и Н. Л. Леонтьева . Для расчета плотности коры примем формулы той же структуры, что и формулы для расчета плотности стволовой древесины, подставив в них коэффициенты объемного разбухания коры. Плотность коры будем подсчитывать по следующим формулам: коры сосны
(100-ТГР)Р13 ^р<230/
103,56- 1.332ГР" " (2.7)
1,231(1-0,011ГР)" ^>23%-"
Коры ели Pw
|
W P<23%; W*> 23%; Гр<23%; Гр>23%. |
Р w - (100 - WP) р12 102,38 - 1,222 WP
|
Коры березы |
1,253(1 _0,01WP)
(100- WP)pia 101,19 - 1,111WP
1,277(1 -0,01 WP)
Плотность луба значительно выше, чем плотность корки. Об этом свидетельствуют данные А. Б. Большакова (Сверд - НИИПдрев) о плотности частей коры в абсолютно сухом состоянии (табл. 8).
Плотность гнилой древесины. Плотность гнилой древесины в начальной стадии гниения обычно не понижается, а в некоторых случаях даже увеличивается. При дальнейшем развитии процесса гниения плотность гнилой древесины уменьшается и в конечной стадии становится значительно меньше плотности здоровой древесины,
Зависимость плотности гнилой древесины от стадии поражения ее гнилью приведена в табл. 9.
|
9. Плотность гнили древесины в зависимости от стадии ее поражения |
Рц(ЮО-ІГР) 106- 1.46WP
Значение pis гнилой древесины равно: гниль осины pi5 = = 280 кг/м3, гниль сосны pS5=260 кг/м3, гниль березы р15 = = 300 кг/м3.
Плотность элементов кроны деревьев. Плотность элементов кроны практически не изучена. В топливной щепе из элементов кроны преобладающим по объему компонентом является щепа из сучьев и ветвей, близкая по показателям плотности к стволовой древесине. Поэтому при проведении практических расчетов в первом приближении можно принять плотность элементов кроны равной плотности стволовой древесины соответствующей породы.
Дрова - самый древний и традиционный источник тепловой энергии, который относится к возобновляемому виду топлива. По определению, дрова - это соразмерные очагу куски древесины, используемые для разведения и поддержания в нём огня. По своему качеству, дрова - это самое нестабильное топливо в мире.
Тем не менее, весовой процентный состав любой дровяной массы примерно одинаков. В него входят - до 60% целлюлозы, до 30% лигнина, 7...8% сопутствующих углеводородов. Остальное (1...3%) -
Государственный стандарт на дрова
На территории России действует
ГОСТ 3243-88 Дрова. Технические условия
Скачать (cкачиваний: 1689)
Стандарт времён Советского Союза определяет:
- Сортамент дров по размеру
- Допустимое количество гнилой древесины
- Сортамент дров по теплотворности
- Методику учёта количества дров
- Требования к транспортированию и хранению
дровяного топлива
Из всей ГОСТ-овской информации, самая ценная - это методы обмеров дровяных штабелей и коэффициенты для перевода величин из складочной меры в плотную (из складометра - в кубометр). Кроме этого, вызывает ещё некоторый интерес пунктик по ограничению ядровой и заболонной гнили (не более 65% площади торца), а также запрет на наружную трухлявость. Вот только трудно представить себе такие гнилые дрова в наш космический век погони за качеством.
Что касается теплотворности,
то ГОСТ 3243-88 разделяет все дрова на три группы:
Учёт дров
Для учёта любой материальной ценности, самое главное - способы и методы подсчёта её количества. Количество дров можно учитывать, или в тоннах и килограммах, или в складочных и кубических метрах и дециметрах. Соответственно - в массовых или в объёмных единицах измерения
- Учёт дров в массовых единицах измерения
(в тоннах и килограммах)
Этот способ учёта дровяного топлива используется крайне редко из-за своей громоздкости и неповоротливости. Он позаимствован у строителей-деревообработчиков и является альтернативным методом для тех случаев, когда дрова проще взвесить, нежели определить их объём. Так, например, иногда при оптовых поставках дровяного топлива бывает проще взвешивать отгруженные «с верхом» вагоны и автомобили-лесовозы, нежели определять объём возвышающихся на них бесформенных дровяных «шапок»Преимущества
- простота обработки информации для дальнейшего подсчёта суммарной теплотворности топлива при теплотехнических расчётах. Потому что, теплотворность весовой меры дров высчитывается по и практически неизменна для любой породы дерева, независимо от географического места её и степени . Таким образом, при учёте дров в массовых единицах происходит учёт чистого веса горючего материала за минусом веса влаги, количество которой определяется прибором-влагомеромНедостатки
учёта дров в массовых единицах измерения
- способ абсолютно неприемлем для обмера и учёта партий дров в полевых условиях лесозаготовки, когда требуемого спецоборудования (весов и прибора-влагомера) может не оказаться под рукой
- результат замера влажности вскорости становится неактуальным, дрова быстро сыреют или подсыхают на воздухе - Учёт дров в объёмных единицах измерения
(в складочных и кубических метрах и дециметрах)
Этот способ учёта дровяного топлива получил самое широкое распространение, как наиболее простой и быстрый способ учёта дровяной топливной массы. Поэтому, учёт дров повсеместно производится в объёмных единицах измерения - складометрах и кубометрах (складочная и плотная меры)Преимущества
учёта дров в объёмных единицах измерения
- предельная простота в исполнении обмеров дровяных штабелей линейным метром
- результат обмера легко контролируется, остаётся неизменным долгое время и не вызывает сомнениям
- методика обмеров дровяных партий и коэффициенты для перевода величин из складочной меры в плотную стандартизированы и изложены вНедостатки
учёта дров в массовых единицах измерения
- платой за простоту учёта дров в объёмных единицах становится усложнение дальнейших теплотехнических расчётов для подсчёта суммарной теплотворности дровяного топлива (нужно учитывать породу дерева, место его произрастания, степень трухлявости дров и т.д.)
Теплотворность дров
Теплотворность дров,
она же - теплота сгорания дров,
она же - теплотворная способность дров
Чем теплотворность дров отличается от теплотворности древесины?
Теплотворность древесины и теплотворность дров - родственные и близкие по значению величины, отождествляемые в повседневной жизни с понятиями «теория» и «практика». В теории мы изучаем теплотворность древесины, а на практике - имеем дело с теплотворностью дров. При этом, реальные дровяные чурбаки могут иметь куда более широкий спектр отклонений от нормы, нежели лабораторные образцы.
Например, у реальных дров есть кора, которая не является древесиной в прямом смысле этого слова и, тем не менее - занимает объём, участвует в процессе горения дров и имеет собственную теплотворность. Зачастую, теплотворность коры значительно отличается от теплотворности самой древесины. Кроме этого, реальные дрова могут быть , иметь разную плотность древесины в зависимости от , иметь большой процент и др.
Таким образом, для реальных дров - показатели теплотворности носят обобщённый и слегка заниженный характер, поскольку для реальных дров - нужно учитывать в комплексе все отрицательные факторы, снижающие их теплотворность. Этим и объясняется разница в меньшую сторону по величине между теоретически-расчётными значениями теплотворности древесины и практически-прикладными значениями теплотворности дров.
Иными словами, теория и практика - это разные вещи.
Теплотворность дров - это объём полезного тепла, образующийся при их сгорании. Под полезным теплом подразумевается теплота, которую можно отобрать от очага без ущерба для процесса горения. Теплотворность дров - важнейший показатель качества дровяного топлива. Теплотворность дров может колебаться в широких пределах и зависит, в первую очередь, от двух факторов - самой древесины и её .
- Теплотворность древесины зависит от количества горючего древесинного вещества, присутствующего в единице массы или объёма древесины. (более подробно про теплотворность древесины в статье - )
- Влажность древесины зависит от количества воды и иной влаги, присутствующих в единице массы или объёма древесины. (более подробно про влажность древесины в статье - )
Таблица объёмной теплотворности дров
Градация теплотворности по
(при влажности древесины 20%)
| Порода дерева | удельная теплотворная способность дров (ккал/дм 3) |
|
| Берёза | 1389...2240 |
Первая группа берёза, бук, ясень, граб, ильм, вяз, клён, дуб, лиственница |
| бук | 1258...2133 | |
| ясень | 1403...2194 | |
| граб | 1654...2148 | |
| ильм | не найдено (аналог - вяз) |
|
| вяз | 1282...2341 | |
| клён | 1503...2277 | |
| дуб | 1538...2429 | |
| лиственница | 1084...2207 | |
| сосна | 1282...2130 |
Вторая группа сосна, ольха |
| ольха | 1122...1744 | |
| ель | 1068...1974 |
Третья группа ель, кедр, пихта, осина, липа, тополь, ива |
| кедр | 1312...2237 | |
| пихта |
не найдено |
|
| осина | 1002...1729 | |
| липа | 1046...1775 | |
| тополь | 839...1370 | |
| ива | 1128...1840 | |
Теплотворность гнилых дров
Абсолютно верно утверждение, что гниль ухудшает качество дров и уменьшает их теплотворность. Но вот, на сколько сильно уменьшается теплотворность гнилых дров - это вопрос. Советские ГОСТ 2140-81 и определяют методику измерения размеров гнили, ограничивают количество гнили в полене и количество гнилых поленьев в партии (не более 65% площади торца и не более 20% от общей массы, соответственно). Но, при этом - стандарты никак не указывают на изменение теплотворности самих дров.
Очевидно, что в пределах требований ГОСТ-ов не наступает сколь существенного изменения общей теплотворности дровяной массы из-за гнили, поэтому - отдельными гнилыми чурбаками можно смело пренебречь.
Если же гнили больше, чем допустимо по стандарту, то учёт теплотворности таких дров целесообразно производить в единицах измерения. Потому что, при гниении древесины происходят процессы, которые разрушают вещество и нарушают его клеточную структуру. При этом, соответственно - уменьшается древесины, что в первую очередь сказывается на её весе и практически не сказывается на её объёме. Таким образом, массовые единицы теплотворности будут более объективны для учёта теплотворности очень гнилых дров.
По определению, массовая (весовая) теплотворность дров - практически не зависит от их объёма, породы дерева и степени трухлявости. И, только влажность древесины - оказывает большое влияние на массовую (весовую) теплотворную способность дров
Теплотворность весовой меры трухлых и гнилых дров практически равна теплотворности весовой меры обычных дров и зависит только от влажности самой древесины. Потому что, только вес воды вытесняет вес горючего древесинного вещества из весовой меры дров, плюс потери тепла на испарение воды и разогрев водяного пара. Что собственно нам и надо.
Теплотворность дров из разных регионов
Объёмная теплотворность дров для одной и той же породы дерева, произрастающего в разных регионах может отличаться за счёт изменения плотности древесины в зависимости от водонасыщённости почвы в районе произрастания. Причём, совсем не обязательно это должны быть разные регионы или области страны. Даже в пределах небольшого участка (10...100 км) лесозаготовки, теплотворность дров для одной и той же породы дерева может изменяться с разницей в 2...5% за счёт изменения древесины. Это объясняется тем, что в засушливой местности (в условиях недостатка влаги) нарастает и образуется более мелкая и плотная клеточная структура древесины, нежели в богатой на воду болотистой земле. Таким образом, суммарное количество горючего вещества в единице объёма будет выше для дров, заготовленных на более сухих участках даже для одного и того же района лесозаготовки. Конечно, разница не так уж и велика, примерно 2...5%. Тем не менее, при крупных заготовках дров это может дать реальный экономический эффект.
Массовая теплотворность для дров из одной и той же породы дерева, произрастающего в разных регионах абсолютно не будет разниться, поскольку теплотворность не зависит от плотности древесины, а зависит только от её влажности
Зола | Зольность дров
Зола - это минеральные вещества, которые содержатся в дровах и которые остаются в твёрдом остатке после полного сгорания дровяной массы. Зольность дров - это степень их минерализации. Зольность дров измеряется в процентах от общей массы дровяного топлива и показывает на количественное содержание в нём минеральных веществ.
Различают внутреннюю и внешнюю золу
| Внутренняя зола | Внешняя зола |
| Внутренняя зола - это минеральные вещества, которые содержатся непосредственно в | Внешняя зола - это минеральные вещества, которые попали в дрова извне (например, при заготовке, транспортировке или хранении) |
| Внутренняя зола - тугоплавкая масса (выше 1450 °С), которая легко удаляется из высокотемпературной зоны горения топлива | Внешняя зола - легкоплавкая масса (менее 1350°С), которая спекается в шлак, прикипающий к футеровке камеры сгорания отопительного агрегата. Как следствие такого спекания и прикипания - внешняя зола плохо удаляется из высокотемпературной зоны горения топлива |
| Содержание внутренней золы древесинного вещества находится в пределах от 0,2 до 2,16% от общей дровяной массы | Содержание внешней золы может достигать 20% от общей дровяной массы |
| Зола - это нежелательная часть топлива, которая снижает его горючую составляющую и затрудняет эксплуатацию отопительных агрегатов | |
"BM Engineering"
выполняет полный комплекс услуг по проектированию, строительству, вводу в эксплуатацию и последующему обслуживанию: заводов по переработке биомассы (производство гранул и брикетов), комбикормовых заводов
Мы предлагаем первоначально выполнить Комплексный анализ и технические консультации целесообразности строительства предполагаемого объекта и его рентабельности, а именно:
- анализ сырьевой базы и оборотных средств для производства
- расчет основного оборудования
- расчет дополнительного оборудования и механизмов
- стоимость монтажа, пусконаладочных работ, обучения персонала
- расчет стоимости подготовки производственной площадки
- расчет себестоимости производства или комплекса утилизации отходов
- расчет рентабельности производства или комплекса утилизации отходов
- расчет окупаемости инвестиций Стоимость расчетов определяется после получения официального запроса и формирования перечня и полноты наших услуг.
- ПРОИЗВОДСТВО ОБОРУДОВАНИЯ : пеллетные/брикетные линии, сушильные комплексы, дезинтеграторы, прессы для биомассы
- МОНТАЖ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ : проектирование, поиск площадок, строительство, ввод в эксплуатацию
- ПУСКО-НАЛАДКА ОБОРУДОВАНИЯ : запуск и настройка оборудования
- ОБУЧЕНИЕ ПЕРСОНАЛА : постановка работы технического отдела, создание отделов сбыта, логистики, маркетинга с "0"
- СЕРВИСНОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ : полное сервисное и гарантийное обслуживание
- АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА : внедрение систем контроля и учета на производстве
- СЕРТИФИКАЦИЯ : подготовка к сертификации по EN+, ISO
СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ КОМПАНИИ BM Engineering:
Инжиниринговая компания в сфере переработки биомассы BM Engineering впервые на рынке Украины обеспечивает выполнение полного комплекса услуг по созданию под ключ современных заводов по переработке биомассы, производящих пеллеты, брикеты, а также комбикорм. На этапе подготовки проекта специалисты компании дают квалифицированное заключение о целесообразности строительства объекта, его предполагаемой рентабельности и сроке окупаемости.
Мы анализируем будущее производство от А до Я! Начинаем исследование с расчета объема сырьевой базы, ее качества, логистики поставок. Количества биомассы на начальном этапе и поставок ее должно быть достаточно для бесперебойной работы оборудования длительное время. На основе объективной информации, собранной о будущем производстве, мы рассчитываем характеристики основного оборудования, а по желанию заказчика дополнительного оборудования и механизмов.
В общую стоимость проекта обязательно входят затраты на подготовку производственной площадки, монтажные и пусконаладочные работы, обучение персонала. А в прогнозе себестоимости продукции заранее учтены энергоэффективность и конкретная стоимость производства единицы готовой продукции, ее технические и качественные характеристики, соответствие международным стандартам, прибыльность и период окупаемости инвестиций. Использование оборудования для производства экструдированных кормов значительно повышает доходность животноводства за счет повышения их качества и снижения себестоимости.
Сертификация и аудит пеллетного производства в соответствии с нормами европейских стандартов серии EN 17461 предусматривает, что на всех этапах работы от получения и контроля качества биосырья до изготовления пеллет, их упаковки, маркировки, хранения, доставки и использования, необходимо строго соблюдать единые нормативы, технические условия и правила.
В соответствии с системой ENplus сертификат необходимо получать на конкретную партию биотоплива после проведения соответствующих испытаний по всем параметрам в сертифицированной лаборатории. Запомните! Сертифицированная продукция стоит в несколько раз дороже!
Полный комплекс инжиниринговых услуг, выполняемых компанией «BM Engineering», включает: составление бизнес-плана производства с расчетом энергоэффективности, рентабельности и себестоимости продукции, проектирование, строительство, пусконаладочные работы, ввод в эксплуатацию и сервисное обслуживание. Кроме того, компания поставляет оборудование собственного производства, выполняет работы по автоматизации и сертификации построенных предприятий.
Уникальный модуль переработки биомассы (щепы и опилок) МБ-3 разработан по новейшей технологии, при которой биосырье не сушат перед прессованием с большими затратами энергии, а моют в гидромойке. Загрязнители (металл, частицы почвы, мусор) удаляют потоком воды, а чистые и влажные частицы сырья по конвейеру, а затем через сито, поступают во входной бункер модуля переработки.
Вращающийся шнек перетирает влажную биомассу и продавливает ее через сито. При биохимической реакции в клетках древесины (биополимерах) выделяется тепло. Оптимальную температуру увлажненной массы поддерживает модуль термостабилизации. Тепловой насос обеспечивает циркуляцию подогретой воды по всему контуру переработки. Весь технологический процесс контролирует система автоматизации.
Комплектация модуля:
- гидромойка;
- модуль переработки биомассы;
- тепловой насос;
- модуль термостабилизации;
- система автоматизация технологического процесса.
- производительность - 1000 кг/ч;
- мощность электродвигателей - до 100 кВт;
- входное сырье: размер частиц - до 4 см, влажность - до 50%;
- транспортировочные габариты - 2000х2200х12000 мм;
- масса - 16700 кг.
Только в первом полугодии 2015 года было проведено 6 специализированных семинаров «Основы пеллетного производства», на которых прошло обучение около 200 слушателей. Со второго полугодия 2015 года семинары проводятся ежемесячно и пользуются возрастающей популярностью у слушателей. Те специалисты, которые прослушали все лекции и посмотрели на работающее оборудование, полностью изменили отношение к технологии производства пеллет. Метод влажного прессования – абсолютно новый инновационный подход к переработке биомассы, за которым будущее.
По рассматриваемым вопросам буду писать здесь резюме, а дальше что-то вроде параграфов из которых следуют эти резюме.
1. Удельная теплотворная способность любой древесины 18 - 0,1465W, МДж/кг=4306-35W ккал/кг
, W-влажность.
2. Объемная теплотворная способность березы (10-40%)
2,6кВт*ч/л
3. Объемная теплотворная способность сосны (10-40%) 2,1кВт*ч/л
4. Просушить до 40% и ниже не так и сложно. Для кругляка даже необходимо, если планируется колка.
5. Зола не горит. Сажа и древесный уголь близки к каменному углю
6. При сгорании сухой древесины выделяется от 567 грамм воды на килограмм дров.
7. Теоретический минимум подачи воздуха для горения - 5,2м3/кг_сухих_дров Нормальная подача воздуха при том около 3м3/л_сосны и 3_5 м3/л_березы.
8. В дымоходе температура внутренних стенок которого выше 75град конденсат не образуется (при дровах до 70% влажности).
9. КПД ТТ котла/топки без теплоутилизации не может превышать 91% при температуре дымовых газов 200град.
10. Теплоутилизатор тепла дымового газа с конденсацией пара в пределе может возвращать до 30% и более от теплоты сгорания дров, в зависимости от их исходной влажности.
11. Различие между полученным здесь выражением для удельной теплотворной способности дров и литературной зависимостью обусловлено в первую очередь использованием различных определений влажности
12. Объемная теплотворная способность трухлявых дров с сухой плотностью 0,3 кг/л составляет 1,45кВт*ч/л в широком диапазоне влажностей.
13. Для определения объемной теплотворной способности различного рода дров достаточно измерить плотность воздухосухих дров данного вида, помножить на 4 и получить теплотворную способность в кВт*ч
литра данных дров практически вне зависимости от влажности. Назову правилом четверки
Содержание
1. Общие положения.
2. Теплотворная способность абсолютно сухой древесины.
3. Теплотворная способность влажной древесины.
3.1. Теоретический расчет теплоты испарения воды из древесины.
3.2. Расчет теплоты испарения воды из древесины
4. Зависимость плотности древесины от влажности
5. Объемная теплотворная способность.
6. Об влажности дров.
7. Дым, древесный уголь, сажа и зола
8. Сколько паров воды образуется при сгорании древесины
9.Скрытое тепло.
10. Количество воздуха необходимое для сжигания дров
10.1. Количество дымового газа
11. Теплота дымового газа
12. О КПД топки
13. Суммарный потенциал теплоутилизации
14. Еще раз об зависимости теплотворной способности дров от влажности
15. О теплотворной способности трухлявых дров
16. Об объемной теплотворной способности любых дров.
Пока закончил. Буду рад дополнениям и конструктивным замечаниям/предложениям.
1. Общие положения.
Сразу оговорюсь, что выяснилось, что под влажностью древесины понимаю два разных понятия. Я далее буду оперировать только той влажностью, о которой говорят для пиломатериалов. Т.е. масса воды в дереве поделенная на массу сухого остатка, а не масса воды поделенная на полную массу.
Т.е. влажность 100% означает, что в тонне дров 500кг воды и 500кг абсолютно сухих дров
Концепт первый. Говорить об теплотворной способности дров в килограмах конечно можно, но неудобно, так как влажность дров сильно различается и соответственно удельная теплотворная способность тоже. При все при этом дрова мы покупаем кубометрами, а не тоннами.
Уголь покупаем тоннами, поэтому для него теплотворная способность в первую очередь интересна на кг.
Газ покупаем кубометрами, поэтому теплотворная способгность газа интересна именно на кубометр.
Уголь имеет теплотворную способность около 25МДж/кг, а газ примерно 40мДж/м3. Про дрова пишут от 10 до 20 МДж/кг. Разбираемся. Ниже увидим, что объемная теплотворная способность, в отличие от массоой для дров не столь сильно и меняется.
2. Теплотворная способность абсолютно сухой древесины.
Для начала определим теплотворную способность полностью сухих дров (0%) просто по поэлементному составу древисины.
Отсюда, считаю что проценты даны массовые.
1000 г абсолютно сухих дров содержат:
495г С
442г O
63г H
Наши итоговые реакции. Промежуточные опускаем (их тепловые эффекты в той или иной степени сидят в итоговой реакции):
С+O2->CO2+94 ккал / моль~400 кДж/моль
H2+0,5O2->H2O+240 кДж/моль
Теперь определим добавочный кислород - который и даст тепло сгорания.
495г С ->41,3 моль
442г O2->13,8 моль
63г H2->31,5 моль
Для сгорания углерода надо 41,3 моль кислорода и для сгорания водорода 15,8 моль кислорода.
Рассмотрим два предельных варианта. В первом весь имеющийся в дровах кислород связался с углеродом, во втором с водородом
Считаем:
1-й вариант
Получаемое тепло (41,3-13,8)*400+31,5*240=11000+7560=18,6МДж/кг
2-й вариант
Получаемое тепло 41,3*400+(31,5-13,8*2)*240=16520+936=17,5МДж/кг
Истина, вместе со всей химией где-то посередине.
Количество выделяемых углекислоты и паров воды при полном сгорании одинаково в обоих случаях.
Т.е. теплотворная способность любых абсолютно сухих дров (хоть осина, хоть дуб) 18+-0,5МДж/кг~5,0+-0,1кВт*ч/кг
3. Теплотворная способность влажной древесины.
Теперь ищем данные для теплотворной способности в зависимости от влажности.
Для расчета удельной теплотворной способности в зависимости от влажности предлагается использовать формулу Q=A-50W, где A изменяется от 4600 до 3870 http://tehnopost.kiev.ua/ru/drova/13-teplotvornost-drevesiny-drova.html
или взять 4400 в соответствии с ГОСТ 3000-45 http://www.pechkaru.ru/Svojstva drevesin.html
Разберемся. полученные нами для сухих дров 18МДж/кг=4306ккал/кг.
а 50W соответствует 20,9 кДж/г воды. Теплота испарения воды 2,3кДж/г. И тут нестыковка. Стало быть в широком диапазоне параметров влажности формула возможно неприменима. При малых влажностях из-за неопределенного A, при больших (больше 20-30%) из-за неверных 50.
В данных по непосредственно теплотворной способности противоречия от источника к источнику и есть неясность что же понимается под влажностью. Ссылки приводить не буду. Поэтому просто посчитаем теплоту испарения воды в зависимости от влажности.
3.1. Теоретический расчет теплоты испарения воды из древесины.
Для этого воспользуемся зависимостями
ограничимся 20град.
отсюда
3% -> 5%(отн)
4% -> 10%(отн)
6% -> 24%(отн)
9% -> 44%(отн)
12% -> 63%(отн)
15% -> 73%(отн)
20% -> 85%(отн)
28% -> 97%(отн)
Как из этого получить теплоту испарения? а довольно просто.
mu(пара)=mu0+RT*ln(pi)
Соответственно разница химпотенциалов пара над деревом и водой определяется как delta(mu)=RT*ln(pi/pнас). pi - парциальное давление пара над деревом, pнас - парциальное давление насыщенных паров. Их отношение это относительная влажность воздуха выраженная в доле,обозначим ее H.
соответственно
R=8,31 Дж/моль/К
T=293К
разница химпотенциалов это разница в теплоте испарения выраженная в Дж/моль. Запишем выражение в более удобоваримых единицах в кДж/кг
delta(Qисп)=(1000/18)*8,31*293/1000 ln(H)=135ln(H) кДж/кг с точностью до знака
3.2. Расчет теплоты испарения воды из древесины
Отсюда наши графические данные перерабатываются в мгновенные значения теплоты испарения воды:
3% -> 2,71МДж/кг
4% -> 2,61МДж/кг
6% -> 2,49МДж/кг
9% -> 2,41МДж/кг
12% -> 2,36МДж/кг
15% -> 2,34МДж/кг
20% -> 2,32МДж/кг
28% -> 2,30МДж/кг
Далее 2,3МДж/кг
Ниже 3% будем считать 3МДж/кг.
Чтож. У нас есть универсальные данные, применимые для любой древесины, считая что исходная картинка также применима для любой древесины. Это очень хорошо. Теперь рассмотрим процесс увлажнения древисины и соответсвенное падение теплотворной способности
пусть у нас 1кг сухого остатка, влажность 0гр, теплотворная способность 18МДж/кг
увлажнили до 3% - добавили воды 30гр. Масса выросла на эти 30 грамм, а теплота при сгорании уменьшилась на теплоту испарения этих 30 грамм. Итого у нас (18МДж-30/1000*3МДж)/1,03кг=17,4МДж/кг
далее увлажнили еще на 1% масса увеличидась еще на 1%, а скрытое тепло увеличилось на 0,0271Мдж. Итого 17,2МДж/кг
И так далее пересчитываем все значения. Получаем:
0% -> 18,0МДж/кг
3% -> 17,4МДж/кг
4% -> 17,2МДж/кг
6% -> 16,8МДж/кг
9% -> 16,3МДж/кг
12% -> 15,8МДж/кг
15% -> 15,3МДж/кг
20% -> 14,6МДж/кг
28% -> 13,5МДж/кг
30%-> 13,3МДж/кг
40%-> 12,2МДж/кг
70%-> 9,6МДж/кг
Ура! Эти данные опять же не зависят от породы древесины.
При этом зависимость отлично описывается параболой:
Q=0,0007143*W^2 - 0,1702W + 17,82
или линейно на интервале 0-40
Q = 18 - 0,1465W, МДж/кг или в ккал/кг Q=4306-35W (вовсе не 50)
С различием мы еще разберемся отдельно.
4. Зависимость плотности древесины от влажности
Буду рассматривать две породы. Сосна и береза
Для начала порылся и решил остановится на следующих данных по плотности древисины
Зная величины плотности можем определить объемный вес сухого остатка и воды в зависимости от влажности, свежеспил не учитываем, так как влажность не определена.
Отсюда плотность березы 2,10E-05x2 + 2,29E-03x + 6,00E-01
сосны 1,08E-05x2 + 2,53E-03x + 4,70E-01
тут x - влажность.
Упрощу до линейного выражения в диапазоне 0-40%
Получается
сосна ro=0,47+0,003W
береза ro=0,6+0,003W
Неплохо бы набрать статистику по данным, так как сосна 0,47 м.б. и около дела, но вот береза легче, и 0,57 где-то.
5. Объемная теплотворная способность.
Теперь рассчитаем теплотворную единицы объема способность сосны и березы
Для березы
0 0,6 18 10,8
15 0,64 15,31541 9,801862
25 0,67 13,91944 9,326025
75 0,89 9,273572 8,253479
Для березы видно, объемная теплотворная способность изменяется от 8МДж/л для свежеспила до 10,8 для абсолютно сухих. В практически значимом интервале 10-40% примерно от 9 до 10 МДж/л ~ 2,6кВт*ч/л
Для сосны
влажность плотность удельная_теплоемкость объемная теплоемкость
0 0,47 18 8,46
15 0,51 15,31541 7,810859
25 0,54 13,91944 7,516497
75 0,72 9,273572 6,676972
Для березы видно, объемная теплотворная способность изменяется от 6,5МДж/л для свежеспила до 8,5 для абсолютно сухих. В практически значимом интервале 10-40% примерно от 7 до 8 МДж/л ~ 2,1кВт*ч/л
6. Об влажности дров.
Ранее я упомянул практически значимый интервал 10-40%. Хочу пояснить. Из проведенных ранее рассуждений становится очевидным, что сухие дрова палить более целесообразно, чем сырые, джа и просто легче их жечь, проще таскать до топки. Осталось понять, что значит сухие.
Если обратимся к картинке выше, то увидим, что при тех же 20град свыше 30% равновесная влажность воздуха рядом с таким деревом 100%(отн.). Что это значит? АК то что полено ведет себя как лужа, и сохнет при любых погодных условиях, даже может сохнуть в дождь. Скорость сушки ограничивается только диффузией, а значит длиной полена если неколотое.
К слову, скорость сушки полена длиной 35см примерно эквивалдентна скорости сушки доски пятидесятки, при том за счет трещинок в полене скорость сушки его дополнительно вырастает по сравнению с доской, а укладка в однорядные полленицы еще улучшает сушку по сравнению с доской. Представляется что за пару месяцев летом в однорядной полленице на улице можно выйти на влажность 30% и менее лоя полуметровых дров. Колотые естественно сохнут еще быстрее.
Готов обсудить, если есть результаты.
Нетрудно представить что это за полено такое на вид и ощупь. Оно не содержит трещинок в торце, на ощупь чуть влажное. Если будет лежать как попало в воде - может появится плесень, грибки. Радостно забегают если тепло всякого рода жучки. Колется конечно, но неохотно. Думаю выше 50% где-то не колется практически вообще. Топор/колун входят с "хлюпом" и весь эффект
Воздухосухая древесина, уже имеет трещинки и влажность менее 20%. Уже относительно легко колется и отлично горит.
Что такое 10%? Смотрим на картинку. Это вовсе не обязательно камерная сушка. Это может быть сушка в сауне или просто в отапливаемом помещении в течении сезона. Эти дрова горят - только успевай подбрасывать, отлично разгораются, легкие и "звенящие" на ощупь. Также великолепно строгаются на лучины.
7. Дым, древесный уголь, сажа и зола
Основными продуктами горяния дров являются углекислый газ и пары воды. Которые нараду с азотом являются основными компонентами дымового газа.
Помимо этого остаются несгоревшие остатки. Это сажа (в виде хлопьев в трубе, и собственно то что мы называем дымом), древесный уголь и зола. Их состав следующий:
древесный уголь:
http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1490.html
состав: 80-92% С, 4,0-4,8% Н, 5-15% О - тот же каменный по сути, как и предположил
Древесныйуголь содержит также 1-3% минер. примесей, гл. обр. карбонатов и оксидов К, Na, Ca, Mg, Si, Al, Fe.
А вот и зола
что такое Негорючие оксиды металлов. Золу кстати в мире применяют в качестве добавки к цементу тоже клинкер по сути, только полученный на сдачу (без доп. энергозатрат).
сажа
Элементный состав,
Углерод, С 89 – 99
Водород, Н 0,3 – 0,5
Кислород, О 0,1 – 10
Сера, S0,1 – 1,1
Минеральные вещества0,5
Правда это немного не те сажи - а технические сажи. Но думаю разница невелика.
И древесный уголь и сажа близки к каменному углю по составу, а значит мало того что горят, но и имеют высокую теплотворную способность - на уровне 25МДж/кг. Думаю образование и угля и сажи в первую очередь связано с недостаточной температурой в топке/недостатком кислорода.
8. Сколько паров воды образуется при сгорании древесины
1 кг сухих дров содержит 63грамма водорода или
Воды из этих 63 граммов при сгорании получится максимум 63*18/2 (тратим два грамма водорода на получение 18 грамм воды)=567 грамм/кг_дров
.
Суммарное количество воды образуемое при сгорании древесины таким образом составит
0% ->567 г/кг
10%->615 г/кг
20%->673 г/кг
40%->805 г/кг
70%->1033 г/кг
9.Скрытое тепло.
Интересным является вопрос, а если влагу образуемую при сгорании дрвесины сконденсировать и забрать полученное тепло, сколько его там? Оценим.
0% ->567 г/кг->1,3МДж/кг->7,2% от теплоты сгорания дров
10%->615 г/кг->1,4МДж/кг->8,8% от теплоты сгорания дров
20%->673 г/кг->1,5МДж/кг->10,6% от теплоты сгорания дров
40%->805 г/кг->1,9МДж/кг->15,2% от теплоты сгорания дров
70%->1033 г/кг->2,4МДж/кг->24,7% от теплоты сгорания дров
Вот он теоретически предел той добавки, что можно выжать от конденсации воды. При том если топить таки не сырыми дровами то весь предельный эффект в пределах 8-15%
10. Количество воздуха необходимое для сжигания дров
Вторым потенциальным источников тепла для повышения эффективности работы ТТ котла/печи является отбор тепла у дымового газа.
У нас уже есть все необходимые данные, поэтому не будем лезть в источники. Для начала нужно рассчитать теоретический минимум подачи воздуха для сжигания дров. Для начала сухих.
Обратимся к параграфу 2
1 кг дров:
495г С ->41,3 моль
442г O2->13,8 моль
63г H2->31,5 моль
Для сгорания углерода надо 41,3 моль кислорода и для сгорания водорода 15,8 моль кислорода. При том 13,8 моль кислорода уже есть. Итого потребность в кислороде для горения 43,3 моль/кг_дров. отсюда потребность в воздухе
216 моль/кг_дров=5,2 м3/кг_дров
(кислород - одна пятая).
Для различной влажности древесины имеем
0%->5,2 м3/кг->2,4 м3/л_сосны! 3,1 м3/л_,березы
10%->4,7 м3/кг->2,4 м3/л_сосны! 3,0 м3/л_,березы
20%->4,3 м3/кг->2,3 м3/л_сосны! 2,9 м3/л_,березы
40%->3,7 м3/кг->2,2 м3/л_сосны! 2,7 м3/л_,березы
70%->3,1 м3/кг->2,1 м3/л_сосны! 2,5 м3/л_,березы
Как и в случае теплотворной способности видим, что требуемая подача воздуха на литр дров слабо зависит от их влажности.
При этом меньше полученной величины подавать воздуха нельзя - будет неполное выгорание топлива, образование угарного газа, сажи и угля. Сильно больше подавать тоже нецелесообразно, так как при том неполное выгорание кислорода, снижение предельной температуры дымовых газов, большие потери в трубу.
Вводят коэффициент избытка (gamma) воздуха, как отношение фактической подачи воздуха к теоретическому минимуму (5м3/кг).Величина коэффициента избытка может быть разной и составляет обычно от 1 до 1,5.
10.1. Количество дымового газа
При этом 43,3 моль кислорода мы сожгли, но выделили 41,3 моль CO2, 31,5 моль химической воды и всю влажность древесины.
Таким образом количество дымового газа на выходе из топки больше чем на входе и составляет в пересчете на комнатную температуру
0% ->5,9 м3/кг, из них водяного пара 0,76 м3/кг
10%->5,5 м3/кг, из них водяного пара 0,89 м3/кг в том числе испаренного 0,13
20%->5,2 м3/кг, из них водяного пара 1,02 м3/кг в том числе испаренного 0,26
40%->4,8 м3/кг, из них водяного пара 1,3 м3/кг
70%->4,4 м3/кг, из них водяного пара 1,69 м3/кг
Зачем нам все это надо?
А вот зачем. Для начала можем определить кокой же температуры нужно поддерживать дымоход, чтобы в нем никогда не было конденсата. (к слову у меня конденсата в трубе нет совсем).
Для этого найдем температуру соответсвующую относительной влажности дымового газа для 70% дров. Можно по графику выше. Ищем 1,68/4,4=0,38.
А вот и нельзя по графику! Там ошибка
Берем эти данные http://www.fptl.ru/spravo4nik/davlenie-vodyanogo-para.html и получаем температуру 75град. Т.е. если дымоход будет горячее, конденсата в нем не будет.
При коэффициентах избытка больших единицы количество дымового газа следует считать как расчетное количество дымового газа (5,2 м3/кг при 20%) плюс (gamma-1) помноженное на теоретически требуемое количество воздуха (4,3 м3/кг при 20%)..
Например для избытка 1,2 и 20% влажности имеем 5,2+0,2*4,3=6,1м3/кг
11. Теплота дымового газа
Ограничимся случаем в котором температура дымового газа 200град. Взял одну из величин по ссылке http://celsius-service.ru/?page_id=766
И будем искать избыток тепла дымового газа по сравнению с комнатной температурой - потенциал теплоутилизации. Примем коэффициент избытка воздуха 1,2. Данные по дымовому газу отсюда: http://thermalinfo.ru/publ/gazy/gazovye_smesi/teploprovodnosti_i_svojstva_dymovykh_gazov/28-1-0-33
Плотность при 200град 0,748, Cp=1,097.
при нуле 1,295 и 1,042.
Обращаем внимание, что плотность связана по закону идеального газа: 0,748=1,295*273/473. А теплоемкость практически константа. Так как мы оперируем потоками пересчитанными на 20 град то определим плотность при данной температуре - 1,207. а Cp возмем среднее, где-то 1,07. Итого теплоемкость нашего стандартного куба дыма 1,29 кДж/м3/К
0% ->6,9 м3/кг->1,6МДж/кг->8,9% теплоты сгорания дров
10%->6,4 м3/кг->1,5МДж/кг->9,3% теплоты сгорания дров
20%->6,1 м3/кг->1,4МДж/кг->9,7% теплоты сгорания дров
40%->5,5 м3/кг->1,3МДж/кг->10,5% теплоты сгорания дров
70%->5,0 м3/кг->1,2МДж/кг->12,1% теплоты сгорания дров
В дополнение к тому попробуем обосновать разницу между литературной теплотворной способностью дров 4400-50W и полученными выше 4306-35W. Обосновать разницу в коэффициенте.
Предположим что авторы формулы считают тепло на нагрев дополнительного пара такими же потерями как и скрытое тепло и усушка древесины. У нас между 10 и 20% выделено дополнительного пара 0,13м3/кг_дров. Не заморачиваясь с поиском величины теплоемкости водяного пара (все равно не сильно они различаются) получаем доп потери на нагрев доп воды 0,13*1,3*180=30,4КДж/кг_дров. На один процент влажности в десять раз меньше 3 кДж/кг/% или 0,7 ккал/кг/%. Получили не 15. Все еще нестыковка. Причин пока более не вижу.
12. О КПД топки
Есть желание понять, что же кроется в т.н. КПД котла. Тепло дымового газа - безусловно потери. Потери через стенки также безусловно (если не считаются плезными). Скрытое тепло - потери? Нет. Скрытое тепло от испаряемой влаги у нас сидит в уменьшенной теплотворной способности дров. В химически образуемая вода - продукт горения, а не потеря мощности (она не испаряется а сразу образуется в виде пара).
Итого предельный КПД котла/топки определяется потенциалом теплоутилизации (без учета конденсации) написанным чуть выше. И составляет около 90% и не более 91. Для повышения КПД нужно снижать температуру дымового газа на выходе из топки, например снижением интенсивности горения, но при том следует ожидать более обширного образования сажи - дымно и не 100% сжигание дров->снижение КПД.
13. Суммарный потенциал теплоутилизации.
Из данных представленных выше довольно просто считаем для случая охлаждения с дымового газа 200 до 20 и конденсацией влаги. Для простоты всей влаги.
0% ->2,9МДж/кг->16% от теплоты сгорания дров
10%->3,0МДж/кг->18,6% от теплоты сгорания дров
20%->3,0МДж/кг->20,6% от теплоты сгорания дров
40%->3,2МДж/кг->26,3% от теплоты сгорания дров
70%->3,6МДж/кг->37,4% от теплоты сгорания дров
Следует отметить что величины довольно заметные. Т.е. потенциал теплоутилизации есть, при этом величина эффектов в абсолютной величине в МДж/кг слабо зависит от влажности, что, возможно упрощает инженерный расчет. В обозначенном эффекте где-то половина приходится на конденсацию, остальное на теплоемкость дымового газа.
14. Еще раз об зависимости теплотворной способности дров от влажности
Попробуем обосновать разницу между литературной теплотворной способностью дров 4400-50W и полученными выше 4306-35W в коэффициенте перед W.
Предположим что авторы формулы считают тепло на нагрев дополнительного пара такими же потерями как и скрытое тепло и усушка древесины. У нас между 10 и 20% выделено дополнительного пара 0,13м3/кг_дров. Не заморачиваясь с поиском величины теплоемкости водяного пара (все равно не сильно они различаются) получаем доп потери на нагрев доп воды 0,13*1,3*180=30,4КДж/кг_дров. На один процент влажности в десять раз меньше 3 кДж/кг/% или 0,7 ккал/кг/%. Получили не 15. Все еще нестыковка.
Предположим еще один вариант. Заключающийся в том, что авторы известной формулы оперировали так называемой абсолютной влажностью древесины, в то время как мы здесь оперировали относительной.
В абсолютной за W принимается отношение массы воды к полной массе дров, а в относительной отношение массы воды к массе сухого остатка (см. п.1).
Исходя из этих определений построим зависимость абсолютной влажности от относительной
0%(отн)->0%(абс)
10%(отн)->9,1%(абс)
20%(отн)->16,7%(абс)
40%(отн)->28,6%(абс)
70%(отн)->41,2%(абс)
100%(отн)->50%(абс)
Отдельно рассмотрим снова интервал 10-40. В нем можно апроксимировать полученную зависимость прямой W= 1,55 Wабс - 4,78.
Подставляем данное выражение в формулу для полученной ранее теплотворной способности и имеем новое линейное выражение для удельной теплотворной способности дров
4306-35W=4306-35*(1,55 Wабс - 4,78)=4473-54W. Получили наконец результат значительно более близкий к литературным данным.
15. О теплотворной способности трухлявых дров
В случае топки костра на природе, в том числе на шашлыках я, наверное как и многие предпочитаю топить сушняком. Данные дрова представляют собой довольно трухлявые сухие ветки. Горят хорошо, довольно жарко, но для образования определенного количества углей требуется примрно вдвое больше чем нормальной волздухосухой березы. Но где-ее взять то эту сухую березу в лесу? Поэтому и топлю тем что есть и тем что не вредит лесу. Такие же дрова отлично применимы для топления печки/котла в доме.
Что такое этот сушняк? Это та же древисина в которой обычно шел процесс гниения, в т.ч. прямо на корню, в результате плотность сухого остатка сильно уменьшилась, появилась рыхлая структура. Данная рыхлая структура более паропроницаема чем обычная древисина, поэтому ветка высохла прямо на корню при определенных условиях.
Речь веду примерно о таких дровах
Можно также использовать трухлявые стволы деревьев если они сухие. Сырую трухлявую древесину сжигать очень трудно, поэтому ее пока рассматривать не будем.
Мне не доводилось измерять плотность подобных дров. Но субъективно эта плотность где-то в полтора раза ниже обыкновенной сосны (с широкими допусками). Исходя из этого постулата посчитаем объемную теплоемкость в зависимости от влажности, при том топлю обычно сушняком от лиственных пород, плотность которых исходно была выше, чем сосны. Т.е. рассмотрим случай когда трухлявое полено имеет плотность сухого остатка вдвое меньше, чем исходной древесины.
Так как для березы и сосны линейные формулы зависимости плотности у нас совпали (с точностью до плотности абсолютно сухих дров), то и для трухли также воспользуемся данной формулой:
ro=0,3+0,003W. Это очень грубая прикидка, но похоже никто особо не исследовал поднятый здесь вопрос. М.б. у канадцев есть сведения, но у них и лес свой, со своими свойствами.
0% (0,30 кг/л) ->18,0МДж/кг ->5,4МДж/л=1,5кВт*ч/л
10% (0,33 кг/л) ->16,1МДж/кг->5,3МДж/л=1,5кВт*ч/л
20% (0,36 кг/л) ->14,6МДж/кг->5,3МДж/л=1,5кВт*ч/л
40% (0,42 кг/л) ->12,2МДж/кг->5,1МДж/л=1,4кВт*ч/л
70% (0,51 кг/л) ->9,6МДж/кг->4,9МДж/л=1,4кВт*ч/л
Что уже не особо удивительно, объемная теплотворная способность трухлявых дров опять слабо зависит от влажности и составляет около 1,45кВт*ч/л.
16. Об объемной теплотворной способности любых дров.
Вообще, рассмотренные породы, включая трухлю можно объединить под одной формулой для теплотворной способности. Для того чтобы получилась не совсем академическая формула, а применимая на практике вместо абсолютно сухой древисины запишем для 20%-й:
Плотность Теплотворная способность
0,66 кг/л -> 2,7кВт*ч/л
0,53 кг/л -> 2,1кВт*ч/л
0,36 кг/л -> 1,5кВт*ч/л
Т.е. объемная теплотворная способность воздухосухих дров вне зависимости от породы составляет примерно Q=4*плотность(в кг/л), кВт*ч/л
Т.е. чтобы понять что будут давать ваши конкретные дрова (различные фруктовые, трухлявые, хвойные и т.п.) Можно один раз определить плотность условно воздухосухих дров - взвешиванием и определением объема. Помножить на 4 и применять полученную величину для практически любой влажности дров.
Подобное измерение я бы проводил сделав короткое полено (в пределах 10см) приближенного к цилиндру или прямоугольному параллелепипеду (досочке). Цель - чтобы не заморачиваться по измерению объема и достаточно быстро высушить на воздухе. Напоминаю, вдоль волокон сушка в 6,5 раз быстрее, чем поперек. И это 10см полешко высохнет на воздухе летом за неделю.
_____________________________________________________________________________
Рисунки выложенные здесь расположены на других ресурсах. С целью сохранности информативности и во исполнение п 6.8 Правил форума прикладываю их в виде вложений. Если данные вложения нарушают чьи-то права, прошу сообщить - тогда они будут удалены.
Вложения:
