Теплотворная способность щепы. Древесная биомасса

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

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

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

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

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

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

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

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

Таблица со средними значениями теплотворной способности на 1 складометр дров

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

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

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

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

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

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

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

Теплоотдача пеллет и альтернативных источников энергии

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

Сравнительные характеристики видов топлива

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

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

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

Основные европейские стандарты качества топливных гранул

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Сравнительная таблица теплотворности некоторых видов топлива

Горение топлива - это очень быстрое его химическое разрушение и окисление кислородом воздуха, сопровождаемое теплом и светом. При этом углерод образует углекислый газ, водород-водяной пар, кислород входит в состав обоих продуктов, а вода испаряется, так что от топлива остается на месте горения только одна зола. Древесное топливо делится на два вида: -первичное, полученное на лесозаготовках; -вторичное - древесное сырье, которое ранее использовалось в других целях (рейки, ящичная тара, отходы от строительства и др.). Преимущества отопления дровами: Автоматическая очистка котла Автоматическое разжигание Низкие показатели концентрации выбросов Удобное и простое обслуживание Дрова - экологическое и возобновляемые источники энергии Пепел может использоваться в качестве удобрения для сада Элементы в древесном топливе: Азот Водород Кислород 0, 1% 6, 3% 44, 1% Углерод 49, 5%

Топливная щепа – это частицы, полученные в результате измельчения древесного сырья предназначенные для сжигания в энергетических целях. Производится древесная топливная щепа путем переработки древесного сырья (стволовой древесины, отходов лесопереработки, отходов деревообработки и порубочных остатков). В настоящее время, наиболее востребована топливная щепа из стволовой древесины, так как обладает рядом преимуществ: Низкий процент коры и прочих посторонних включений; Низкую зольность; Высокую энергетическую ценность; Стандартизированные размеры частиц; Производством топливной щепы занимаются специальные заводы. Отходы, образующиеся при заготовке, обработке и переработке древесины в виде сучков и веток, верхушек и отходов распиловки, с помощью специальной рубильной машины измельчаются в щепу. Для достижения эффективности топливо должно быть однородным по фракции, подготовленным по влажности. Топливная щепа является основой (сырьем) топлива в энергетических установках для получения электрической энергии и тепла. Щепа характеризуется весьма разнообразными показателями в зависимости от влажности, породы, способа загрузки и т. д. Щепу учитывают в кубических метрах плотной массы. Средняя насыпная масса щепы принимается равной 0, 3 т/м 3. Щепа всех пород деревьев имеет сходный химический состав и содержит около 50% углерода. Поэтому теплота сгорания щепы разных пород в абсолютно сухом состоянии в расчёте на 1 кг одинакова: около 18800 кдж/кг (4500 ккал) с отклонениями не более 3- 5%.

По назначению щепа подразделяется на технологическую и топливную. Технологическая щепа - древесные частицы предназначенные для производства целлюлозы, древесных плит, продукции лесохимических и гидролизных производств. По гранулометрическому составу различают щепу кондиционную, крупной и мелкой фракций. По породному составу исходного сырья различают щепу хвойных, лиственных и смешанных пород. Использование щепы в качестве топлива даёт возможность с пользой утилизировать отходы деревопереработки. Низкая стоимость щепы делает её достойной альтернативой пеллетам и брикетам. Одной из основных характеристик щепы является её влажность. Если этот показатель не превышает 30%, то такое топливо может храниться очень долго без опасности биологического разложения и потери теплотворной способности. Влажность свежесрубленного дерева равна 50 -60%, поэтому сырьё перед измельчением необходимо просушить до 30%.

Виды древесной топливной щепы: Щепа из отходов деревообработки – щепа, полученная из необработанных отходов промышленной древесины (ребер, откомлевок - удаляемая комлевая часть ствола поваленного дерева или древесного хлыста, имеющая дефекты обработки или пороки древесины и т. д.); Щепа из пней – щепа, полученная из пней или коряг; Щепа из отходов лесозаготовок – щепа, полученная из ветвей и вершин (крон) после заготовки деловой древесины; Щепа из целых деревьев – щепа, полученная из надземной биомассы дерева (ствола, ветвей, хвои или листьев) Щепа из бревен или щепа из длинномерной древесины – щепа из очищенных от ветвей и сучьев деревьев; Лесная щепа – щепа, полученная из сырой древесины деревьев; Топливная щепа – щепа, полученная путем измельчения для сжигания различными методами; Щепа из лесопильных отходов – щепа, полученная из побочных продуктов лесопильного производства с остатками или без остатков коры;

В целом, древесная топливная щепа наиболее стабильный энергоноситель среди нетрадиционного твердого топлива, что является причиной следующих факторов: Круглогодичность лесозаготовок и лесопереработки, что обеспечивает ритмичность производства; Достаточное количество промышленно обрабатываемого сырья; Простота производства и применения; Стабильность характеристик древесной топливной щепы, закрепленных национальными стандартами; Низкая зольность; Высокая конкурентоспособность топливной щепы по сравнению с другими видами альтернативного твердого топлива подчеркивается рыночной успешностью щепы и стабильными темпами роста. Недостатки щепы: Древесная топливная щепа имеет ряд недостатков, которые присущи всей древесине: Низкая влагостойкость и способность к абсорбции влаги, что требует специальных условий хранения, перевалки и перевозки; Низкая энергетическая ценность; Высокая влажность; Низкая плотность топливной щепы; Самовозгорание; Быстрое загнивание;

Одним из перспективных направлений повышения энергоэффективности жилищнокоммунального комплекса страны является модернизация за счет широко применяемых в Европе технологий сжигания древесного топлива, произведенного из малоценной древесины и лесосечных отходов. Поселки, расположенные в лесных районах Урала, Сибири и Дальнего Востока, вынуждены закупать ископаемое топливо (уголь, мазут, дизтопливо) и завозить его за сотни и тысячи километров. При этом в РФ миллионы тонн (более 65) порубочных остатков, лесопильных отходов и низкосортной древесины практически не используются. А ведь такие отходы, собранные в радиусе до 50 км от населенного пункта и переработанные в щепу, могут обеспечить теплом даже районный центр, не говоря уже о деревнях и рабочих поселках. Эта щепа, которую часто называют топливной или «зеленой» (так как на измельчительную машину подаются сучья, кора, ветки с листвой, составляющие от 20 до 25% биомассы дерева), не используется в плитном и гидролизном производствах. Ее экономически целесообразно заготавливать в регионах с проблемным лесопользованием, где качество лесов упало и лесопользование становится невыгодным. Одной из важнейших причин недоиспользования расчетной лесосеки в таких регионах является отсутствие производств по переработке низкосортной древесины (тонкомера и сухостойной древесины от рубок ухода) и мероприятий по воспроизводству лесов. При переводе коммунальных котельных в таких районах с угля на щепу решаются многие проблемы: создаются новые рабочие места, снижается нагрузка на местный бюджет за счет значительного сокращения стоимости выработанной тепловой энергии.

Учитывая, что угольные котельные и котельные на щепе имеют во многом схожую конструкцию, а принципиальное устройство самих котлов идентично, многие угольные котельные можно переводить на щепу без замены самих котлов − после незначительной модернизации (в частности, обеспечения подачи и автоматизации). Можно применять совместное сжигание угля и щепы, что уже давно практикуется во многих европейских странах. Конечно, не все котельные годятся для реализации подобных проектов. В первую очередь нужно рассматривать проблемные котельные, котельные в отдаленных районах, где очень высока стоимость угля, а сырьевая база отходов лесозаготовки в регионе достаточна для производства необходимого количества топливной щепы. Использование щепы, полученной путем измельчения низкотоварной древесины, порубочных остатков и лесосечных отходов, повысит не только энергоэффективность ЖКХ, но и рентабельность лесозаготовительных предприятий, позволит эффективно выполнять мероприятия по уходу за лесом и ведению устойчивого лесного хозяйства и улучшит экологическую обстановку в лесных регионах

Котельные установки Heizomat Топливо: самые различные формы биомассы - измельчённая древесина (щепа), торф, пеллеты (древесные, торфяные), стружка, опилки, кора и многие другие.

Котельные установки Bio. Matic Bio. Control Особенности: автоматический розжиг, автоматическая очистка поверхностей теплообменника и горелочного устройства от золы, автоматизированное удаление золы в пристроенные контейнеры, которые легко транспортируются; двухступенчатое регулирование подачи воздуха в камеру горения, лямбда-регулирование, контроль температуры в шнековых каналах подачи топлива в горелку, эффективная теплоизоляция. Топливо: щепа, пеллеты (диаметр 6 мм). Загрузка: автоматическая из отдельного хранилища топлива при помощи шнековых транспортеров с перемешивающими системами.

Котельные установки Firematic Bio. Control Топливо: щепа, пеллеты (диаметр 6 мм). Загрузка: автоматическая из отдельного хранилища топлива при помощи шнековых транспортеров с перемешивающими системами. Особенности: автоматический розжиг, автоматическая очистка поверхностей теплообменника и горелочного устройства от золы автоматизированное удаление золы в фронтальный контейнер, который легко транспортируется; двухступенчатое регулирование подачи воздуха в камеру горения, лямбда-регулирование, двигатель вытяжного вентилятора с частотным преобразователем - плавное регулирование разряжения в котле, контроль температуры в шнековых каналах подачи топлива в горелку, эффективная теплоизоляция.

Автоматика Bio. Control 3000: управление процессом горения, управление нагревом бойлера, бака аккумулятора, управление двумя отопительными контурами (насос, трехходовой клапан, датчики температуры подающей и обратной магистралей), поддержка температуры обратной магистрали 60 0 С (насос, трехходовой клапан, датчик температуры).

А так же: Древесная щепа Эко. Дым Древесная щепа. В наличии! Оптом и в розницу. Цена от 10 руб/кг; ПФ КЕДР, ИП ГОЛЫШМАНОВСКИЙ МЕЖХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЛЕСХОЗ (Лесопильные заводы и переработка древесины Тюменская область, А. Ц. г. Тюмень Екатеринбург Российская компания - экспортер "Урал. Мега-Лес" является оптовым поставщиком кругляка и пиломатериалов не только на территории всей России, но и других стран. Поставки осуществляются железнодорожным и морским транспортом. Мед. Плюс -Производство пиломатериала ЛДК Динамично развивающееся лесопильное предприятие, оснащенное современным высокотехнологичным оборудованием фирм «Laimet» , «Linck» . Основная специализация: производство пиломатериалов

Древесина является довольно сложным материалом по своему химическому составу.

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

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

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

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

Вредные примеси в древесине

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

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

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

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

Что такое влажность древесины, на что она влияет?

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

При измерениях может учитываться два вида влажности:

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

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

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

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

Плотность древесины и ее влияние на теплотворность

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

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

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

Какие дрова можно использовать в России

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

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

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

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

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

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

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

Как заготавливать дрова

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

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

Как пилить и колоть дрова

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

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

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

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

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

Теплотворная способность дров: видео

Влажность

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

Абсолютной влажностью называют отношение массы влаги к массе сухой древесины:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Зольность

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

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

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

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

Плотность древесины

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

Плотность различных пород древесины

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

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

Теплотехнические характеристики древесины

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Виды древесных отходов

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

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

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

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

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

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

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

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

Измельченную древесину по размерам частиц можно подразделить на следующие виды:

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

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

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

Особенности сжигания древесной биомассы

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

	Насыпная плотность свежеотгруженной технологической щепы		Насыпная плотность свежеотгруженных древесных опилок
Порода дерева	Плотность (кг/м 3)	Предел плотности (кг/м 3)	Плотность (кг/м 3)	Предел плотности (кг/м 3)
Дуб	292	248-371	227	193-288
Акация	277	234-288	215	182-225
Граб	273	266-286	213	207-223
Ясень	270	187-342	210	146-266
Рябина (дерево)	262	248-320	204	193-249
Яблоня	259	237-302	202	185-235
Бук	244	223-295	190	174-230
Вяз	238	202-295	185	157-230
Лиственница	239	194-239	186	151-186
Клён	236	205-248	183	160-193
Берёза	234	184-277	182	143-216
Груша	241	211-256	188	164-199
Каштан	234	216-259	182	168-202
Кедр	205	202-209	160	157-162
Сосна	187	112-274	146	87-213
Липа	184	158-288	143	123-224
Ольха	180	169-209		132-162
Ива	176	167-212	137	129-165
Осина	169	166-198	132	129-154
Ель	162	133-270	126	104-210
Верба	162	151-180	126	118-140
Орех лесной	155	151-162	120	118-126
Орех грецкий	202	176-212	157	137-165
Тополь	153	140-212	119	109-165
Пихта	148	126-216	115	98-168

Пояснение к таблице

• В таблице указана плотность измельчённой древесины при влажности 12%.
• Исходные показатели удельного веса древесины взяты из «Справочника по массам авиационных материалов» изд. «Машиностроение» Москва 1975г. и дополнены из университетской методички - Коломинова М.В., Методические указания для студентов специальности 250401 «Лесоинженерное дело», Ухта УГТУ 2010г.
• выполнен по ГОСТ 15815-83 «Щепа технологическая»

Щепа Согласно ГОСТ 15815-83 «Щепа технологическая», основную часть массы технологической щепы составляет фракция 10...20мм. Допускается содержание фракции 20...30мм в количестве 3...10% и фракции 5...10мм в количестве 0...10% от общей древесной массы. Общие пределы размеров частиц технологической щепы составляют 5...30мм.

Учёт технологической щепы производится в кубических метрах плотной массы в зависимости от породы дерева, с округлением до 0,1куб.м. Коэффициенты перевода объёма щепы в плотную древесную массу: 0,36 - свежеотгруженная щепа, 0,40 - транспортировка до 50км, 0,42 - перевозка свыше 50км, 0,43 - в конце транспортировки на расстояние от 500км.

В отличие от технологичекой, стандартов на топливную щепу не существует. Размеры фракции и фракционный состав для топливной щепы указывается производителем отопительного оборудования. Производитель топливного оборудования не ограничен в выборе фракции и качестве сжигаемой топливной щепы. Межхозяйственная (торговая) отгрузка топливной щепы производится по факту обмера - либо в объёмных единицах (куб.метр), либо в весовых (тн, кг). Древесная стружка Древесная стружка - ненормируемый объёмный материал. Насыпная плотность измельчённой древесной стружки, фракцией 5-8 мм находится в пределах 10-25% от плотности обычной древесины. Древесные опилки Древесные опилки - отходы деревообаботки, мелкие частицы древесины, образованные в процессе пиления дерева. Технологические опилки для бумажной и гидролизной промышленности должны содержать не более 8% коры, 5% гнили и 0,5% минеральных примесей (см. ГОСТ 18320-78 «Опилки древесные»). По ГОСТ 18320-78, размер фракции древесных опилок составляет 1...30мм. При этом, допускается содержание фракции менее 1мм в количестве до 10% и фракции более 30мм в количестве до 5% от общей опилочной массы.

Учёт опилок производится в кубических метрах плотной массы в зависимости от породы дерева, с округлением до 0,1куб.м. Коэффициенты перевода объёма опилок в плотную древесную массу: 0,28 - свежеотгруженные опилки, 0,34 - транспортировка от 5км до 50км, 0,36 - перевозка от 50км до 500км, 0,38 - в конце транспортировки на расстояние свыше 500км. Средняя насыпная плотность древесных опилок колеблется в пределах 220-420 кг/м³ для сухих (8-15% влажности) и 320-580 кг/м³ для влажных (от 15% влажности) опилок. Продолженме

Альтернативное Отопление: