Зольный состав древесины различных пород деревьев в пойменном биотопе. Свойства дров разных пород: показатели качества древесины Зольность древесного угля разных пород деревьев

Содержание золы в различных составных частях коры различных пород У ели 5,2, у сосны 4,9%- Повышение зольности коры в этом случае объясняется загрязнением коры во время сплава хлыстов по рекам. Содержание золы в различных составных частях коры, по данным В. М. Никитина, показано в табл. 5. Зольность коры различных пород на сухую массу, по дан­ным А. И. Померанского , составляет: сосна 3,2 %, ель 3,95, 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 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.

Влажность и плотность – основные свойства древесины.

Влажность – это отношение массы влаги, находящейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах. Влага, пропитывающая клеточные оболочки, называется связанной или гигроскопической, а влага, заполняющая полости клеток и межклеточные пространства, называется свободной или капиллярной.

При высыхании древесины из нее сначала испаряется свободная влага, а затем связанная. Состояние древесины, при котором клеточные оболочки содержат максимальное количество связанной влаги, а в полостях клеток находится только воздух, называется пределом гигроскопичности. Соответствующая ему влажность при комнатной температуре (20° С) составляет 30 % и не зависит от породы.

Различают следующие ступени влажности древесины: мокрая – влажность выше 100 %; свежесрубленная – влажность 50. 100 %; воздушно – сухая влажность 15.20 %; сухая – влажность 8.12 %; абсолютно сухая – влажность около 0%.

Это отношение при определенной влажности, кг, к ее объему, м 3 .

С увеличением влажности увеличивается. Например, плотность древесины бука при влажности 12 % – 670 кг/м3, а при влажности 25 % – 710 кг/м3. Плотность поздней древесины в 2.3 раза больше, чем ранней, поэтому чем лучше развита поздняя древесина, тем выше ее плотность (табл. 2). Условная плотность древесины – это отношение массы образца в абсолютно сухом состоянии к объему образца при пределе гигроскопичности.

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:

1. Сортамент дров по размеру
2. Допустимое количество гнилой древесины
3. Сортамент дров по теплотворности
4. Методику учёта количества дров
5. 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

1. 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-влагомером

   Недостатки
   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

2. 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 в

   Недостатки
   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%)

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

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

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.

Теплотворная способность дров зависит от породы деревьев и их влажности

Дровами мы называем кусочки древесины, используемые в реакциях быстрого окисления кислородом воздуха для получения света и тепла. Огонь разжигаем просто на земле, выехав на пикник. Или в специальных устройствах – мангалах, очагах, котлах, печах, такырах или других.

Дрова бывают разнообразные, количество тепла, полученного от их сжигания, разделенное на массу (объём), называется удельная теплота сгорания печного топлива. Теплотворная способность дров зависит от породы деревьев и их влажности. К тому же полнота сгорания и коэффициент использования энергии горения зависит и от других факторов. Разные печи, сила тяги, устройство дымохода – всё влияет на результат.

Сущность физического параметра

Энергия измеряется в «джоулях» – количеству работы по перемещению на 1 метр при приложении силы в 1 ньютон в направлении приложения. Или в «калориях» – количестве тепла, нужном для нагрева 1 г воды на 1 ˚С при давлении в 760 мм ртутного столба. Международная калория соответствует 4,1868 Джоуля.

Удельная теплоемкость топлива – количество тепла, получаемого при полном сгорании, разделенное на массу или объем топлива.

Величина непостоянная, так как дрова могут сильно различаться, соответственно, варьирует и этот параметр. В лаборатории удельная теплота измеряется сжиганием в специальных устройствах. Результат верен для конкретного образца, но только для него.

Полная удельная теплота печного топлива измеряется с одновременным охлаждением продуктов горения и конденсацией испаренной воды – чтобы учесть ВСЁ количество полученной энергии.

На практике чаще пользуются рабочая, а не удельная теплота сгорания, без учета всей полученной энергии.

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.

Процесс горения дров

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.

Зависимость от влажности

Чем выше влажность, тем хуже горение, ниже КПД печи, сложнее зажечь и поддержать огонь. И меньше теплотворная способность дров.

Показатели теплотворной способности (количество теплоты, выделившееся при полном сгорании 1 кг дров в зависимости от влажности)

Снижается и удельная теплота печного топлива, и коэффициент её использования. Причины следующие.

1. Вода в составе снижает количество топлива как такового: при влажности 50% в дровах воды – половина. И гореть она не будет…
2. Часть энергии печного топлива потратится на нагрев и испарение влаги.
3. Мокрая древесина лучше проводит тепло, что мешает прогреть поджигаемую часть полена до температуры возгорания.

Свежесрубленная древесина разнится по влажности в зависимости от времени рубки, породы дерева, места произрастания, но в среднем воды в ней около 50%.

Поэтому её и складывают в поленницы под навесом. За время хранения часть влаги испарится. При снижении влажности с 50 до 20% увеличивается удельная теплота сгорания печного топлива приблизительно вдвое.

Зависимость от плотности

Как ни странно, но состав деревьев разных пород похож: 35–46% целлюлозы, 20–28% лигнина + эфиры, смолы, другие вещества. А разница в теплоте сгорания печного топлива обусловлена пористостью, то есть тем, сколько места занимают пустоты. Соответственно, чем плотнее дерево, тем больше теплотворность дров из него. Качественные топливные пеллеты, получаемые просушкой и прессованием древесных отходов имеют плотность 1,1 кг/дм 3 , то есть выше плотности воды. В которой тонут.

Хозяйственные особенности различных дров

Имеет значение форма: чем мельче поленья, тем легче загораются и быстрее сгорают. Понятно, длина зависит и от конструкции: в печи или камине слишком длинные нельзя расположить, концы выпирают наружу. Слишком короткие – лишний труд при распиле или рубке. Температура горения дров зависит от размера влажности, породы дерева, количества подведенного воздуха. Ниже всего температура при сгорании дров из тополя, выше при горении твердых пород: ясеня, горного клена, дуба.

О значении влажности писалось выше. От нее и сильно зависят не только теплоотдача топлива в печи, но и трудозатраты на раскол или распиливание. Легче колется и пилится влажная, свежесрубленная древесина. Впрочем, слишком влажная вязкая, от этого колется плохо. Комлевая часть плотнее, а выкорчеванные пни, участки возле сучков обладают повышенной крепостью. Там слои дерева переплетаются, от этого намного прочнее. Дуб хорошо раскалывается в продольном направлении, что издревле используют бондари. Получение гонты, дранки, колка дров имеет свои секреты.

Ель – «стреляющая» порода, оттого нежелательная для использования в каминах или кострах. При нагреве внутренние «пузыри» со смолой вскипают и отбрасывают горящие частицы довольно далеко, что опасно: легко прожечь одежду возле костра. Или может привести к возгоранию возле камина. В закрытой топке печи это неважно. Береза даёт жаркое пламя, это отличные дрова. Но при плохой тяге у неё образуется много смолистых веществ (раньше делали берёзовый деготь), много откладывается сажи. Ольха и осина, напротив, дает мало сажи. Именно из осины, в основном, делают спички.

На практике удобно свежесрубленные дрова сразу распилить и расколоть. Потом сложить под навесами, делая поленницы так, чтобы воздух проходил, просушивая топливо и увеличивая теплоотдачу. Колка дров – трудоемкое занятие, поэтому покупая, обращайте на это внимание. А еще на то, сложенные или насыпью дрова вам привезут.

Во втором случае печное топливо размещается в кузове «рыхлее», и клиент платит частично за воздух. К тому же используемое для обогрева жидкое или газообразное топливо имеет плюс: легко автоматизировать подачу. Дрова требуют много ручной работы. Это всё стоит учитывать при выборе печи или котла для жилища.

Видео: Как выбрать дрова для топки

Таблица 1 - Содержание золы и зольных элементов в древесине различных пород деревьев

Все древесные породы по содержанию в их древесине зольных элементов объединяются в два крупных кластера (рис. 1). В первый, возглавляемый сосной обыкновенной, входят ольха черная, осина и тополь бальзамический (берлинский), а во второй – все остальные породы во главе с елью и черемухой птичьей. Отдельный подкластер слагают светолюбивые породы: береза повислая и лиственница сибирская. Особняком от них отстоит вяз гладкий. Наибольшие различия между кластерами № 1 (сосновым) и № 2 (еловым) отмечаются по содержанию Fe , Pb , Co и Cd (рис. 2).

Рисунок 1- Дендрограмма сходства пород деревьев по зольному составу их древесины, построенная способом Варда по матрице нормированных данных

Рисунок 2- Характер различия древесных растений, относящихся к разным кластерам, по зольному составу их древесины

Выводы.

1.Более всего содержится в древесине всех пород деревьев кальция, являющегося основой оболочки клеток. За ним следует калий. На порядок меньше в древесине железа, марганца, стронция и цинка. Замыкают ранговый ряд Ni , Pb , Со и Cd .

3.Древесные породы, произрастающие в пределах одного пойменного биотопа, существенно различаются между собой по эффективности использования ими питательных веществ. Наиболее эффективно использует почвенный потенциал лиственница сибирская, в 1 кг древесине которой золы содержится в 7,4 раза меньше, чем в древесине тополя - наиболее расточительной в экологическом плане породы.

4.Свойство высокого потребления минеральных веществ рядом древесных растений можно использовать в фитомелиорации при создании насаждений на техногенно- или природно- загрязненных землях.

Список использованных источников

1. Адаменко, В.Н. Химический состав годичных колец деревьев и состояние природной среды / В.Н. Адаменко, Е.Л. Журавлева, А.Ф. Четвериков // Докл. АН СССР.- 1982.- Т. 265, № 2. - С. 507-512.

2. Лянгузова, И.В. Химический состав растений при атмосферном и почвенном загрязнении / И.В. Лянгузова, О.Г. Чертов // Лесные экосистемы и атмосферное загрязнение. - Л.: Наука, 1990. С. 75-87.

3. Демаков, Ю.П. Изменчивость содержания зольных элементов в древесине, коре и хвое сосны обыкновенной / Ю.П. Демаков, Р.И. Винокурова, В.И. Таланцев, С.М. Швецов // Лесные экосистемы в условиях изменяющегося климата: биологическая продуктивность, мониторинг и адаптационные технологии: материалы международной конференции с элементами научной школы для молодёжи [Электронный ресурс]. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2010. С. 32-37. http://csfm.marstu.net/publications.html

4. Демаков, Ю.П. Динамика содержания зольных элементов в годичных кольцах старовозрастных сосен, произрастающих в пойменных биотопах / Ю.П. Демаков, С.М. Швецов, В.И. Таланцев // Вестник МарГТУ. Сер. «Лес. Экология. Природопользование» . 2011. - № 3. - С. 25-36.

5. Винокурова, Р.И. Специфичность распределения макроэлементов в органах древесных растений елово-пихтовых лесов Республики Марий Эл / Р.И. Винокурова, О.В. Лобанова // Вестник МарГТУ. Сер . «Лес. Экология. Природопользование».- 2011.- № 2.- С. 76-83.

6. Ахромейко А.И. Физиологические обоснование создания устойчивых лесных насаждений / А.И. Ахромейко. – М.: Лесная пром-сть, 1965. – 312 с.

7. Ремезов, Н.П. Потребление и круговорот азота и зольных элементов в лесах европейской части СССР / Н.П. Ремезов, Л.Н. Быкова, К.М. Смирнова.- М.: МГУ, 1959. – 284 с.

8. Родин, Л.Е. Динамика органического вещества и биологический круговорот зольных элементов и азота в основных типах растительности земного шара / Л.Е. Родин, Н.И. Базилевич. – М.-Л.: Наука, 1965. -

9. Методика выполнения измерений валового содержания меди, кадмия, цинка, свинца, никеля, марганца, кобальта, хрома методом атомно-абсорбционной спектроскопии. – М.: ФГУ ФЦАО, 2007. – 20 с.

10. Методы биогеохимического исследования растений / Под ред. А.И. Ермакова. – Л.: Агропромиздат, 1987. – 450 с.

11. Афифи, А. Статистический анализ. Подход с использованием ЭВМ / А. Афифи, С. Эйзен. - М.: Мир, 1982. - 488 с.

12. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ / Дж. Ким, Ч. Мьюллер, У. Клекка и др. - М.: Финансы и статистика, 1989. - 215 с.