Теплоотдача дерева
ТЕПЛООТДАЧА ДЕРЕВА
На территории Беларуси в качестве топлива для твердотопливных котлов с ручной загрузкой в основном применяются:
- древесина (дрова, отходы деревообработки)
- торф (прессованный в брикетах)
- топливные брикеты (прессованные отходы переработки льна, подсолнечника, опилки)
Остановимся на наиболее привычном топливе - дровах и постараемся дать обобщающую характеристику древесине как топливу для твердотопливных котлов.
Однако, в связи с большим количеством имеющих значение факторов, данный теоретический расчёт может иметь только исключительно обобщающий характер и даёт лишь приблизительные цифры. Точное исследование возможно провести в специализированной лаборатории по проверенным методикам и эти данные будут верны лишь для проверяемого образца.
Состав древесины
Древесинное вещество (тот материал из которого состоят стенки клеток древесины) представляет собой твёрдое вещество без внутриклеточных пустот и полостей со следующим химическим составом - 60% целлюлозы, 30% лигнина, 7...9% сопутствующих углеводородов и 1...3% минеральных веществ.
Соответственно, удельный вес древесинного вещества для разных пород деревьев – не особо отличается и, примерно равен 1540 кг/м3 , что больше плотности воды. Поэтому если бы древесина не имела пустотно-ячеистой структуры, то она бы тонула в воде.
Древесинное вещество (материал стенок древесных клеток) – это главная теплотворная составляющая часть древесины, которая горит с выделением тепла.
Теплотворность древесины
Теплотворность древесины - это количество теплоты, которое выделяется при сгорании древесинного вещества и сопутствующих компонентов (углеводородов - смол и эфирных масел)
При горении древесины часть выделяемой теплоты затрачивается на испарение воды, содержащейся в самой древесине. Т.е. дрова с более высокой влажностью при горении будут давать меньшее количество полезной тепловой энергии. Кроме того при горении образуется водяной пар как продукт реакции углеводородов и кислорода.
Теплотворность древесины разделяют на высшую и низшую.
Высшая (абсолютная) теплотворность древесины - теплотворность древесины называется высшей или абсолютной, если учитывается теплота конденсации водяного пара, образующегося в процессе горения. Данная величина определяется в лабораторных условиях посредством сжигания в калориметре образца с последующей конденсацией водяного пара и приведения продуктов сгорания к начальной температуре.
Данный параметр не представляет особого интереса с практической стороны, поэтому на нём мы не будем останавливаться.
Высшая (абсолютная) теплотворность 1кг древесины мало зависит от породы дерева, принципиально равна величине абсолютной (высшей) теплотворной способности древесинного вещества и соответствует ≈ 4752.9 ккал/кг
Гораздо более практическую ценность представляет низшая теплотворность древесины - это количество теплоты , образующейся при сгорании без учета теплоты конденсации водяного пара.
Параметры связаны по следующей формуле :
Низшая теплотворность = высшая теплотворность - скрытая теплота горения (теплота конденсации водяного пара)
Низшая (рабочая) массовая удельная теплотворность древесины измеряется как количество теплоты, отнесённое к единице массы (Дж/кг, кал/кг или кратные единицы)
Низшая (рабочая) массовая удельная теплотворность древесины зависит от влажности древесины. Чем выше влажность, тем меньше удельная теплотворность древесины.
Низшая (рабочая) объёмная удельная теплотворность древесины измеряется как количество теплоты, отнесённое к единице объёма (Дж/дм3, ккал/дм3, или в кратных к ним единицах). Из определения следует, что чем выше плотность древесины, тем выше рабочая удельная теплотворность древесины.
Расчёт удельной рабочей (низшей) теплотворной способности древесины
Массовая рабочая теплотворная способность древесины (МРТС) определяется по формуле Надеждина* и находится в зависимости от влажности дров:
для комнатно-сухой древесины, влажностью 7...18% Q(МРТС) = 4600 – 50 x W = 4600 - 50 x (7...18) = 4250...3700 ккал/кг для воздушно-сухой древесины, влажностью 25...30% Q(МРТС) = 4370 – 50 x W = 4370 - 50 x (25...30) = 3120...2870 ккал/кг для сплавной древесины, влажностью 50...70% Q(МРТС) = 3870 – 45 x W = 3870 – 45 x (50...70) = 1620...720 ккал/кг
где W – относительная влажность древесины в процентах, 4600, 4370, 3870 – значения массовой абсолютной (высшей) теплотворности древесины, которые высчитываются индивидуально для каждого образца, исходя из процентного соотношения абсолютно сухого древесного вещества и содержащейся в нём влаги.
Соответственно, для влажности 12%: Q(МРТС) = 4600 – 50 x 12 = 4000 ккал/кг
Для перевода в Объёмную рабочую теплотворную способность древесины (ОРТС) произведём умножение массовой рабочей теплотворной способности на величину плотности древесины. (таблица плотностей - из «Справочника по массам авиационных материалов» изд. «Машиностроение» Москва 1975г. )
Например для яблони с влажностью 12% - 4000ккал/кг х 0,72 кг/дм3 (средняя плотность) = 2880 ккал/дм3
Аналогичным образом можно рассчитать теплотворную способность для низшего и высшего предела плотностей.
На основании данных расчёта была составлена нижеприведённая таблица, которая является обобщённым инструментом для оценки выбранной породы дерева в качестве топлива для твердотопливного котла.
Таблица удельной теплотворности древесины для разных пород дерева при 12% влажности
Порода дерева
Абсолютная (высшая) теплотворная способность древесины (ккал/кг)
Рабочая (низшая) массовая теплотворная способность древесины (ккал/кг)
Рабочая (низшая) объёмная теплотворная способность древесины (ккал/дм3)
Плотность древесины (кг/дм3)
Предел плотности древесины (кг/дм3)
Дуб
4753
4000
3240
0,810
0,690-1,03
Ясень
––||––
––||––
3000
0,750
0,520-0,950
Рябина (дерево)
––||––
––||––
2920
0,730
0,690-0,890
Яблоня
––||––
––||––
2880
0,720
0,660-0,840
Бук
––||––
––||––
2720
0,680
0,620-0,820
Акация
––||––
––||––
2680
0,670
0,580-0,850
Вяз
––||––
––||––
2640
0,660
0,560-0,820
Лиственница
––||––
––||––
2640
0,660
0,470-0,560
Клён
––||––
––||––
2600
0,650
0,470-0,560
Берёза
––||––
––||––
2600
0,650
0,510-0,770
Груша
––||––
––||––
2600
0,650
0,610-0,730
Каштан
––||––
––||––
2600
0,650
0,600-0,720
Кедр
––||––
––||––
2280
0,570
0,560-0,580
Сосна
––||––
––||––
2080
0,520
0,310-0,760
Липа
––||––
––||––
2040
0,510
0,440-0,800
Ольха
––||––
––||––
2000
0,500
0,470-0,580
Осина
––||––
––||––
1880
0,470
0,460-0,550
Ива
––||––
––||––
1840
0,460
0,490-0,590
Ель
––||––
––||––
1800
0,450
0,370-0,750
Верба
––||––
––||––
1800
0,450
0,420-0,500
Орех лесной
––||––
––||––
1720
0,430
0,420-0,450
Пихта
––||––
––||––
1640
0,410
0,350-0,600
Бамбук
––||––
––||––
1600
0,400
0,395-0,405
Тополь
––||––
––||––
1600
0,400
0,390-0,590
Выводы:
1. Разные породы деревьев имеют различную теплотворную способность, которая зависит напрямую от плотности древесины и её влажности.
2. Наибольшую теплоту сгорания имеют дрова из плотных лиственных пород древесины - дуба, ясеня.
3. Чем выше влажность древесины, тем больше теплоты тратиться на испарение содержащей в топливе воды и меньше используется на нагрев рабочей жидкости отопительного котла.
4. Используемые дрова достигают влажности в 20-25% по истечении года сушки на открытом воздухе при соблюдении условий хранения и сушки (ГОСТ 3243-88,) Для достижения влажности 12-15% необходима сушка свежеспиленной древесины на протяжении 2ух лет.
5. Порода древесины влияет на образование сажи, дёгтя и смолистых отложений в твердотопливном котле и дымоходе. Хвойные породы древесины легко разжигаются и горят, но при их эксплуатации могут образовываться смолистые отложение на стенках котла и дымохода. Береза одна из лиственных пород, которая содержит дёготь, что также может привести к сажеобразованию.
В качестве заключения можно вывести следующую формулу - наиболее оптимальными с точки зрения достижения высокого уровня теплообразования и длительности горения для твердотопливных котлов будут являться дрова из плотных лиственных пород древесины с влажностью 12-15%.
*Примечание - Показатели плотности древесины взяты из «Справочник по массам авиационных материалов» изд. «Машиностроение» Москва 1975г
На территории Беларуси в качестве топлива для твердотопливных котлов с ручной загрузкой в основном применяются:
- древесина (дрова, отходы деревообработки)
- торф (прессованный в брикетах)
- топливные брикеты (прессованные отходы переработки льна, подсолнечника, опилки)
Остановимся на наиболее привычном топливе - дровах и постараемся дать обобщающую характеристику древесине как топливу для твердотопливных котлов.
Однако, в связи с большим количеством имеющих значение факторов, данный теоретический расчёт может иметь только исключительно обобщающий характер и даёт лишь приблизительные цифры. Точное исследование возможно провести в специализированной лаборатории по проверенным методикам и эти данные будут верны лишь для проверяемого образца.
Состав древесины
Древесинное вещество (тот материал из которого состоят стенки клеток древесины) представляет собой твёрдое вещество без внутриклеточных пустот и полостей со следующим химическим составом - 60% целлюлозы, 30% лигнина, 7...9% сопутствующих углеводородов и 1...3% минеральных веществ.
Соответственно, удельный вес древесинного вещества для разных пород деревьев – не особо отличается и, примерно равен 1540 кг/м3 , что больше плотности воды. Поэтому если бы древесина не имела пустотно-ячеистой структуры, то она бы тонула в воде.
Древесинное вещество (материал стенок древесных клеток) – это главная теплотворная составляющая часть древесины, которая горит с выделением тепла.
Теплотворность древесины
Теплотворность древесины - это количество теплоты, которое выделяется при сгорании древесинного вещества и сопутствующих компонентов (углеводородов - смол и эфирных масел)
При горении древесины часть выделяемой теплоты затрачивается на испарение воды, содержащейся в самой древесине. Т.е. дрова с более высокой влажностью при горении будут давать меньшее количество полезной тепловой энергии. Кроме того при горении образуется водяной пар как продукт реакции углеводородов и кислорода.
Теплотворность древесины разделяют на высшую и низшую.
Высшая (абсолютная) теплотворность древесины - теплотворность древесины называется высшей или абсолютной, если учитывается теплота конденсации водяного пара, образующегося в процессе горения. Данная величина определяется в лабораторных условиях посредством сжигания в калориметре образца с последующей конденсацией водяного пара и приведения продуктов сгорания к начальной температуре.
Данный параметр не представляет особого интереса с практической стороны, поэтому на нём мы не будем останавливаться.
Высшая (абсолютная) теплотворность 1кг древесины мало зависит от породы дерева, принципиально равна величине абсолютной (высшей) теплотворной способности древесинного вещества и соответствует ≈ 4752.9 ккал/кг
Гораздо более практическую ценность представляет низшая теплотворность древесины - это количество теплоты , образующейся при сгорании без учета теплоты конденсации водяного пара.
Параметры связаны по следующей формуле :
Низшая теплотворность = высшая теплотворность - скрытая теплота горения (теплота конденсации водяного пара)
Низшая (рабочая) массовая удельная теплотворность древесины измеряется как количество теплоты, отнесённое к единице массы (Дж/кг, кал/кг или кратные единицы)
Низшая (рабочая) массовая удельная теплотворность древесины зависит от влажности древесины. Чем выше влажность, тем меньше удельная теплотворность древесины.
Низшая (рабочая) объёмная удельная теплотворность древесины измеряется как количество теплоты, отнесённое к единице объёма (Дж/дм3, ккал/дм3, или в кратных к ним единицах). Из определения следует, что чем выше плотность древесины, тем выше рабочая удельная теплотворность древесины.
Расчёт удельной рабочей (низшей) теплотворной способности древесины
Массовая рабочая теплотворная способность древесины (МРТС) определяется по формуле Надеждина* и находится в зависимости от влажности дров:
для комнатно-сухой древесины, влажностью 7...18% Q(МРТС) = 4600 – 50 x W = 4600 - 50 x (7...18) = 4250...3700 ккал/кг для воздушно-сухой древесины, влажностью 25...30% Q(МРТС) = 4370 – 50 x W = 4370 - 50 x (25...30) = 3120...2870 ккал/кг для сплавной древесины, влажностью 50...70% Q(МРТС) = 3870 – 45 x W = 3870 – 45 x (50...70) = 1620...720 ккал/кг
где W – относительная влажность древесины в процентах, 4600, 4370, 3870 – значения массовой абсолютной (высшей) теплотворности древесины, которые высчитываются индивидуально для каждого образца, исходя из процентного соотношения абсолютно сухого древесного вещества и содержащейся в нём влаги.
Соответственно, для влажности 12%: Q(МРТС) = 4600 – 50 x 12 = 4000 ккал/кг
Для перевода в Объёмную рабочую теплотворную способность древесины (ОРТС) произведём умножение массовой рабочей теплотворной способности на величину плотности древесины. (таблица плотностей - из «Справочника по массам авиационных материалов» изд. «Машиностроение» Москва 1975г. )
Например для яблони с влажностью 12% - 4000ккал/кг х 0,72 кг/дм3 (средняя плотность) = 2880 ккал/дм3
Аналогичным образом можно рассчитать теплотворную способность для низшего и высшего предела плотностей.
На основании данных расчёта была составлена нижеприведённая таблица, которая является обобщённым инструментом для оценки выбранной породы дерева в качестве топлива для твердотопливного котла.
Таблица удельной теплотворности древесины для разных пород дерева при 12% влажности
Порода дерева
Абсолютная (высшая) теплотворная способность древесины (ккал/кг)
Рабочая (низшая) массовая теплотворная способность древесины (ккал/кг)
Рабочая (низшая) объёмная теплотворная способность древесины (ккал/дм3)
Плотность древесины (кг/дм3)
Предел плотности древесины (кг/дм3)
Дуб
4753
4000
3240
0,810
0,690-1,03
Ясень
––||––
––||––
3000
0,750
0,520-0,950
Рябина (дерево)
––||––
––||––
2920
0,730
0,690-0,890
Яблоня
––||––
––||––
2880
0,720
0,660-0,840
Бук
––||––
––||––
2720
0,680
0,620-0,820
Акация
––||––
––||––
2680
0,670
0,580-0,850
Вяз
––||––
––||––
2640
0,660
0,560-0,820
Лиственница
––||––
––||––
2640
0,660
0,470-0,560
Клён
––||––
––||––
2600
0,650
0,470-0,560
Берёза
––||––
––||––
2600
0,650
0,510-0,770
Груша
––||––
––||––
2600
0,650
0,610-0,730
Каштан
––||––
––||––
2600
0,650
0,600-0,720
Кедр
––||––
––||––
2280
0,570
0,560-0,580
Сосна
––||––
––||––
2080
0,520
0,310-0,760
Липа
––||––
––||––
2040
0,510
0,440-0,800
Ольха
––||––
––||––
2000
0,500
0,470-0,580
Осина
––||––
––||––
1880
0,470
0,460-0,550
Ива
––||––
––||––
1840
0,460
0,490-0,590
Ель
––||––
––||––
1800
0,450
0,370-0,750
Верба
––||––
––||––
1800
0,450
0,420-0,500
Орех лесной
––||––
––||––
1720
0,430
0,420-0,450
Пихта
––||––
––||––
1640
0,410
0,350-0,600
Бамбук
––||––
––||––
1600
0,400
0,395-0,405
Тополь
––||––
––||––
1600
0,400
0,390-0,590
Выводы:
1. Разные породы деревьев имеют различную теплотворную способность, которая зависит напрямую от плотности древесины и её влажности.
2. Наибольшую теплоту сгорания имеют дрова из плотных лиственных пород древесины - дуба, ясеня.
3. Чем выше влажность древесины, тем больше теплоты тратиться на испарение содержащей в топливе воды и меньше используется на нагрев рабочей жидкости отопительного котла.
4. Используемые дрова достигают влажности в 20-25% по истечении года сушки на открытом воздухе при соблюдении условий хранения и сушки (ГОСТ 3243-88,) Для достижения влажности 12-15% необходима сушка свежеспиленной древесины на протяжении 2ух лет.
5. Порода древесины влияет на образование сажи, дёгтя и смолистых отложений в твердотопливном котле и дымоходе. Хвойные породы древесины легко разжигаются и горят, но при их эксплуатации могут образовываться смолистые отложение на стенках котла и дымохода. Береза одна из лиственных пород, которая содержит дёготь, что также может привести к сажеобразованию.
В качестве заключения можно вывести следующую формулу - наиболее оптимальными с точки зрения достижения высокого уровня теплообразования и длительности горения для твердотопливных котлов будут являться дрова из плотных лиственных пород древесины с влажностью 12-15%.
*Примечание - Показатели плотности древесины взяты из «Справочник по массам авиационных материалов» изд. «Машиностроение» Москва 1975г
Расчёт времени горения твердотопливного котлаКак рассчитать время горения твердотопливного котла?Расчёт времени горения твердотопливного котла