Удельная теплота сгорания дров - это количество теплоты, которое выделяется при сгорании одного килограмма (единицы объема) газообразного, жидкого, твердого топлива. В качестве международной единицы измерения для данной величины используется дж/кг или дж/м3.
Что такое топливо
Это вещество (смесь), которое способно к химическим реакциям, сопровождающимся выделением тепла.
Если в составе топлива нет окислителя, его называют горючим. В общем смысле к нему относят не только разные виды древесины, но и разные топливные смеси.
Классификация
В зависимости от агрегатного состояния выделяют газообразное, жидкое, твердое топливо.
К твердому виду относят каменные и бурые угли, антрацит, торф, дрова. Искусственными видами такого топлива считают древесный уголь, термоантрацит, пыль каменного и бурого углей, кокс.
Жидкие виды представляют собой органические вещества, в составе которых есть кислород, водород, углерод, сера, азот. Искусственным жидким топливом является мазут и разные смолы.
Газообразные виды – это смеси этилена, метана, иных углеводородов. В их составе могут быть оксиды и диоксиды углерода, сероводород, водяной пар. Искусственным газообразным топливом считают газы, которые получают в коксовых печах, газогенераторах.
Показатели топлива
Удельная теплота сгорания дров – это важная величина, которая характеризует качество топлива.
Для того чтобы проводить сравнение между разными видами, было введено понятие условного топлива. 29,3 мДж (7000 кал) соответствует низшей теплотворной способности антрацита, этот показатель является теплотой сгорания 1 кг «условного топлива».
Бытовое печное топливо используется для сжигания в отопительных устройствах незначительной мощности, которые находятся в жилых помещениях. Кроме того, оно востребовано в теплогенераторах, применяемых в сельском хозяйстве для сушки фруктов, зерна, кормов.
Удельная теплота сгорания дров зависит от вида древесины. Чем больше будет эта величина, тем меньше потребуется топлива при равном значении коэффициента полезного действия.
Разделение теплот сгорания
Данная величина определяется химическим составом горючего вещества. Выделяют низшую и высшую теплоту сгорания.
Высшей величиной считают то количество теплоты, что выделяется при сгорании вещества, в том числе и теплоту конденсации водяных паров в процессе охлаждения продуктов сгорания.
Низший показатель данной физической величины соответствует той энергии, которая выделяется в ходе полного сгорания, не учитывая теплоту конденсации водяного пара.
Взаимосвязь величин
Существует математическая связь между высшей и низшей теплотой сгорания:
QB = QH + k (W + 9H), где k – это 6 ккал/кг (коэффициент); W-% количество по массе воды в горючем соединении; H- % содержание количества водорода.
Удельная теплота сгорания дров вычисляется расчетным или экспериментальным методами.
Горение топлива
В случае адиабатического сгорания горючей смеси можно определить выделяющееся тепло, а также состав продуктов. При известном составе компонентов топлива, при неизменном объеме, давлении, можно рассчитать тепловой эффект химической реакции. Благодаря термодинамическому расчету можно получить только некоторые сведения о процессе: температуру продуктов, равновесный состав.
Для полного описания горения, включая скорость процесса, критические условия, необходимо рассматривать связь между переносом вещества и энергии.
При предварительном перемешивании окислителя и горючего процесс осуществляется по всему пространству, его именуют объемным горением. В неперемешанных системах наблюдается диффузионное горение, когда горючее отделено от окислителя.
Химический возраст твердого топлива
Существует три стадии его образования: буроугольная, торфяная, каменноугольная.
Древесина в основном используется я небольших котельных установках. Так как удельная теплота сгорания дров в джоулях имеет высокое значение, отходы деревообделочного производства (опилки, стружки, щепа, горбыли, кора) нашли применение в современных котельных установках.
Удельная теплота сгорания сухих сосновых дров существенно превышает величину, характерную для влажного дерева.
Полусухими считают дрова, которые заготовлены весной. Сухими являются те, что пролежали в лесу после рубки, их влажность не превышает 30 %.
Удельная теплота сгорания сухих дров зависит от породы. Отметим, что данный показатель одинаков для всех древесных отходов: опилок, щепы.
У дров, имеющих пониженный показатель, есть определенные преимущества: незначительная зольность, легкая воспламеняемость.
Именно поэтому их можно сжигать в несложных топочных устройствах, которые эффективно функционируют.
При правильной просушке удельная теплота сгорания дров равна 20.000 кДж/кг, что соответствует 5,5 кВт*часов/кг.
Виды дров
Сосновые дрова имеют большую удельную теплоту сгорания, чем березовые. Но у нее больше плотность, поэтому при сгорании одного метра кубического будет выделять большее количество тепла, чем сосновых.
Удельная теплота сгорания березовых дров аналогична по значению ольхе, осине, дубу. К группе лиственных пород относят вяз, клен, ясень, липу, яблоню, вишню, орех, акацию. Для них характерна высокая плотность. Именно поэтому удельная теплота сгорания сухих березовых дров позволяет применять их при топке бань.
Из хвойных пород самыми распространенными являются сосна и ель. Несмотря на то что можжевельник также является хвойником, их практически не используют в качестве топлива.
Высокая удельная теплота сгорания сосновых дров объясняется их смолистостью. Данное качество позволяет использовать хвойные в качестве отличного растопочного материала. Смолы при сгорании выделяют существенное количество копоти, в результате чего достаточно быстро забивается дымоход. При подборе определенной конструкции печи, выходе рационального режима горения, можно избежать избыточной копоти.
Высокая удельная теплота сгорания сухих дров сосны и ели на протяжении многих веков используется жителями таежной зоны для обогрева жилищ.
Существует подразделение пород по плотности на три группы:
- мягкими являются ель, сосна, осина, кедр, липа, пихта;
- средними по твердости считают сливу, можжевельник, березу, вяз;
- твердыми породами признают яблоню, ясень, граб, клен, дуб.
Для практического применения важно владеть информацией о нескольких параметрах. Теплотворная способность дров разных пород на единицу веса почти одинакова, но более тяжелая и плотная древесина выделяет при сгорании большее количество теплоты. К примеру, березовые дрова способны дать на 20-30 процентов больше тепла, чем его сосновые аналоги.
Кроме того, эта величина связана с влажностью древесины. Чем суше древесина, тем большее количество тепла от нее можно получить. Профессионалы считают оптимальной величиной влажность в диапазоне 20-25 процентов.
Почему удельная теплота сгорания сырых дров меньше? В них содержится около 50 процентов влаги, поэтому они в три раза меньше отдают тепла, чем сухие.
Для многих владельцев частных домов не последним показателем является стоимость дров. Сосна и ель доступнее, поэтому именно такие дрова приобретает большая часть населения.
Альтернативное топливо
Помимо дров, отличными теплотворными показателями обладает торф. В зависимости от способа добычи, его делят на три вида: багерный (машиноформовочный), фрезерный, гидравлический.
Для первого варианта характерен забор торфяной массы из карьера с помощью экскаваторов, подача его на специальный пресс, где образуется форма ленты. Она разрезается на небольшие кирпичики, которые после сушки складываются в специальные штабеля.
Гидравлическая добыча базируется на размывке торфяного массива мощной водной струей, которая идет под большим напором. Образующуюся жижу пропускают через специальные растиратели, перекачивают на площадку насосами, потом высушивают.
Фрезерный вариант связан с последовательной разработкой торфяного болота специальными машинами, просушиванием полученной массы, ее складированием в штабеля.
Заключение
Все виды твердого топлива, существующие на нашей планете, обязаны своим появлением хлорофиллу и солнечной энергии. По мере сложных органических взаимодействий зеленые части растений превратились в бурый уголь, антрацит, торф.
Несмотря на такое многообразие, одним из самых распространенных видов топлива в наши дни остаются дрова.
В топочной технике выделяют горючую, сухую, а также рабочую массы полезных ископаемых.
Именно от этих величин зависит количество тепла, выделяемого после полного сгорания. Удельная теплота сгорания является той физической величиной, по которой можно определить рациональность выбора древесины для отопительных котлов. Для получения максимальной тепловой энергии необходимо учитывать не только сорт дерева, но и его влажность, плотность.
В связи с серьезным ухудшением экологической обстановки на нашей планете, уменьшением количества полезных ископаемых, в последнее время наблюдается тенденция повышения доли альтернативных источников энергии. Традиционные дрова, каменный и бурый уголь, постепенно вытесняет энергия ветра, приливов и отливов.
