Что такое жаропроизводительность и теплотворная способность топлива
Перейти к содержимому

Что такое жаропроизводительность и теплотворная способность топлива

  • автор:

Сравнительная таблица теплотворности некоторых видов топлива

Обратите внимание на теплотворную способность (удельную теплоту сгорания) различных видов топлива, сравните показатели. Теплотворная способность топлива характеризует количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива массой 1 кг или объёмом 1 м³ (1 л). Наиболее часто теплотворная способность измеряется в Дж/кг (Дж/м³; Дж/л). Чем выше удельная теплота сгорания топлива, тем меньше его расход. Поэтому теплотворная способность является одной из наиболее значимых характеристик топлива. Зная эти показатели, нужно учитывать их при проектирование котельной на твёрдом топливе.

Удельная теплота сгорания каждого вида топлива зависит:
От его горючих составляющих (углерода, водорода, летучей горючей серы и др.), а также от его влажности и зольности.

Вид топлива Ед. изм. Удельная теплота сгорания Эквивалент
кКал кВт МДж Природный газ, м 3 Диз. топливо, л Мазут, л
Электроэнергия 1 кВт/ч 864 1,0 3,62 0,108 0,084 0,089
Дизельное топливо (солярка) 1 л 10300 11,9 43,12 1,288 1,062
Мазут 1 л 9700 11,2 40,61 1,213 0,942
Керосин 1 л 10400 12,0 43,50 1,300 1,010 1,072
Нефть 1 л 10500 12,2 44,00 1,313 1,019 1,082
Бензин 1 л 10500 12,2 44,00 1,313 1,019 1,082
Газ природный 1 м 3 8000 9,3 33,50 0,777 0,825
Газ сжиженный 1 кг 10800 12,5 45,20 1,350 1,049 1,113
Метан 1 м 3 11950 13,8 50,03 1,494 1,160 1,232
Пропан 1 м 3 10885 12,6 45,57 1,361 1,057 1,122
Этилен 1 м 3 11470 13,3 48,02 1,434 1,114 1,182
Водород 1 м 3 28700 33,2 120,00 3,588 2,786 2,959
Уголь каменный (W=10%) 1 кг 6450 7,5 27,00 0,806 0,626 0,665
Уголь бурый (W=30…40%) 1 кг 3100 3,6 12,98 0,388 0,301 0,320
Уголь-антрацит 1 кг 6700 7,8 28,05 0,838 0,650 0,691
Уголь древесный 1 кг 6510 7,5 27,26 0,814 0,632 0,671
Торф (W=40%) 1 кг 2900 3,6 12,10 0,363 0,282 0,299
Торф брикеты (W=15%) 1 кг 4200 4,9 17,58 0,525 0,408 0,433
Торф крошка 1 кг 2590 3,0 10,84 0,324 0,251 0,267
Пеллета древесная 1 кг 4100 4,7 17,17 0,513 0,398 0,423
Пеллета из соломы 1 кг 3465 4,0 14,51 0,433 0,336 0,357
Пеллета из лузги подсолнуха 1 кг 4320 5,0 18,09 0,540 0,419 0,445
Свежесрубленная древесина (W=50. 60%) 1 кг 1940 2,2 8,12 0,243 0,188 0,200
Высушенная древесина (W=20%) 1 кг 3400 3,9 14,24 0,425 0,330 0,351
Щепа 1 кг 2610 3,0 10,93 0,326 0,253 0,269
Опилки 1 кг 2000 2,3 8,37 0,250 0,194 0,206
Бумага 1 кг 3970 4,6 16,62 0,496 0,385 0,409
Лузга подсолнуха, сои 1 кг 4060 4,7 17,00 0,508 0,394 0,419
Лузга рисовая 1 кг 3180 3,7 13,31 0,398 0,309 0,328
Костра льняная 1 кг 3805 4,4 15,93 0,477 0,369 0,392
Кукуруза-початок (W>10%) 1 кг 3500 4,0 14,65 0,438 0,340 0,361
Солома 1 кг 3750 4,3 15,70 0,469 0,364 0,387
Хлопчатник-стебли 1 кг 3470 4,0 14,53 0,434 0,337 0,358
Виноградная лоза (W=20%) 1 кг 3345 3,9 14,00 0,418 0,325 0,345

Дровяное отопление

Теплотворность дров, теплотворная способность дров

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%) – минеральные вещества

Государственный стандарт на дрова

На территории России действует
ГОСТ 3243-88 Дрова. Технические условия
Скачать GOST_3243-88.pdf [229.53 Kb] (cкачиваний: 1873)

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.

Согласно ГОСТ 3243-88,
минимально неделимую часть дровяного массива называют поленом.

Полено имеет ограничение по длине:
0,25м, 0,33м, 0,5м, 0,75м, 1м

Полено имеет ограничение по толщине (в поперечном сечении):
минимум 3см,
максимум 16см по диаметру, или 22см по наибольшей стороне раскола (для колотых дров)

Что касается теплотворности,
то ГОСТ 3243-88 разделяет все дрова на три группы:

Градация теплотворности дров в зависимости от породы дерева по ГОСТ 3243-88 несколько не совпадает с расчётной теплотворностью древесины в зависимости от породы дерева, см.:
Таблица объёмной теплотворности дров
Таблица объёмной теплотворности древесины
Очевидно, сказывается разница между теоретической и практической сторонами вопроса.

Учёт дров

Для учёта любой материальной ценности, самое главное – способы и методы подсчёта её количества. Количество дров можно учитывать, или в тоннах и килограммах, или в складочных и кубических метрах и дециметрах. Соответственно – в массовых или в объёмных единицах измерения

    Учёт дров в массовых единицах измерения
    (в тоннах и килограммах)
    Этот способ учёта дровяного топлива используется крайне редко из-за своей громоздкости и неповоротливости. Он позаимствован у строителей-деревообработчиков и является альтернативным методом для тех случаев, когда дрова проще взвесить, нежели определить их объём. Так, например, иногда при оптовых поставках дровяного топлива бывает проще взвешивать отгруженные «с верхом» вагоны и автомобили-лесовозы, нежели определять объём возвышающихся на них бесформенных дровяных «шапок»

Преимущества
учёта дров в массовых единицах измерения
– простота обработки информации для дальнейшего подсчёта суммарной теплотворности топлива при теплотехнических расчётах. Потому что, теплотворность весовой меры дров высчитывается по простенькой формуле и практически неизменна для любой породы дерева, независимо от географического места её произрастания и степени трухлявости. 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

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 ГОСТ 3243-88

Теплотворность дров

Теплотворность дров, теплота сгорания дров, 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 гнилыми и трухлыми, иметь разную плотность древесины в зависимости от региона произрастания, иметь большой процент внешней зольности 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 – теплотворности самой древесины и её влажности.

  • Теплотворность древесины зависит от количества горючего древесинного вещества, присутствующего в единице массы или объёма древесины. (более подробно про теплотворность древесины в статье – «Древесина | Теплотворность древесины»)
  • Влажность древесины зависит от количества воды и иной влаги, присутствующих в единице массы или объёма древесины. (более подробно про влажность древесины в статье – «Дрова | Влажность древесины»)

Различают массовую и объёмную теплотворность дров в зависимости от того, в массовых или в объёмных единицах произведён учёт топлива. На данный момент, широко практикуется учёт дров в объёмных единицах (складометрах и кубометрах). Поэтому, объёмная теплотворность дров выходит на первый план и становится решающим фактором при их выборе.

Таблица объёмной теплотворности дров

Градация теплотворности по ГОСТ 3243-88
(при влажности древесины 20%)

Первая группа
по ГОСТ 3243-88:

берёза, бук, ясень, граб, ильм, вяз, клён, дуб, лиственница

Вторая группа
по ГОСТ 3243-88:

Третья группа
по ГОСТ 3243-88:

ель, кедр, пихта, осина, липа, тополь, ива

не найдено
(аналог – ель)

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 ГОСТ 3243-88 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 массовых единицах измерения. Потому что, при гниении древесины происходят процессы, которые разрушают древесинное вещество и нарушают его клеточную структуру. При этом, соответственно – уменьшается плотность 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.

Соответственно, расчётная массовая теплотворность древесины выглядит так:
для комнатно-сухой древесины, влажностью 7. 18%
Q(теплотворность) = 4250. 3700 ккал/кг
для воздушно-сухой древесины, влажностью 25. 30%
Q(теплотворность) = 3120. 2870 ккал/кг
для сплавной древесины, влажностью 50. 70%
Q(теплотворность) = 1620. 720 ккал/кг

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, объёмная теплотворность дров для одной и той же породы дерева может изменяться с разницей в 2. 5% за счёт изменения плотности 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 древесинного 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 массовая теплотворность не зависит от плотности древесины, а зависит только от её влажности

Зола | Зольность дров

Зола – это минеральные вещества, которые содержатся в дровах и которые остаются в твёрдом остатке после полного сгорания дровяной массы. Зольность дров – это степень их минерализации. Зольность дров измеряется в процентах от общей массы дровяного топлива и показывает на количественное содержание в нём минеральных веществ.

Различают внутреннюю и внешнюю золу

Внутренняя зола Внешняя зола
Внутренняя зола – это минеральные вещества, которые содержатся непосредственно в древесинном веществе Внешняя зола – это минеральные вещества, которые попали в дрова извне (например, при заготовке, транспортировке или хранении)
Внутренняя зола – тугоплавкая масса (выше 1450 °С), которая легко удаляется из высокотемпературной зоны горения топлива Внешняя зола – легкоплавкая масса (менее 1350°С), которая спекается в шлак, прикипающий к футеровке камеры сгорания отопительного агрегата. Как следствие такого спекания и прикипания – внешняя зола плохо удаляется из высокотемпературной зоны горения топлива
Содержание внутренней золы древесинного вещества находится в пределах от 0,2 до 2,16% от общей дровяной массы Содержание внешней золы может достигать 20% от общей дровяной массы
Зола – это нежелательная часть топлива, которая снижает его горючую составляющую и затрудняет эксплуатацию отопительных агрегатов
Жаропроизводительность дров

Жаропроизводительность дров – это максимальная температура горения, которая развивается при полном сгорании топлива при условии, что все выделяющееся тепло расходуется только на нагрев продуктов горения. Чем выше жаропроизводительность дров, тем выше качество тепловой энергии, выделяющейся при их сжигании.

По определению Д.И. Менделеева, жаропроизводительность – это предел для значения температуры горения топлива, при котором реальная температура горения дров стремится к теоретически максимально-возможной.

Теоретическая максимально-возможная температура (жаропроизводительность), развиваемая древесиной при горении равна 1547°С. Практическая-же максимальная температура, развиваемая древесиной при горении, находится в пределах 700. 1200°С. Такая разница объясняется охлаждением холодным воздухом высокотемпературной зоны горения.

Интересно, что в доменных и мартеновских печах, где реализован принцип подачи подогретого воздуха в зону горения дров (древесного угля), легко достигается температура плавления чугуна и стали 1250. 1500°С

Жаропроизводительность дров зависима от их влажности. При влажности дров в 55% и более, практически вся теплота от сгорания древесинного вещества уходит на испарение содержащейся влаги и разогрев водяного пара. При этом, жаропроизводительность дров понижается более чем в 2 раза и нет смысла использовать такие сырые дрова в отопительных целях.

Качество дров (народная практика)

Как показала многолетняя народная отопительная практика, все дрова, используемые в отопительных целях, можно условно разделить на три большие группы:

    Дрова из твёрдых лиственных пород древесины
    (дуб, берёза, бук, вяз, граб, акация, ольха и др.)
    Это самые качественные дрова. Они имеют высокую теплотворность, долго и жарко горят, образуют много тлеющих углей (жар). При горении дров из твёрдых лиственных пород, в топке отопительного агрегата длительное время поддерживается высокая и стабильная температура

  1. Топливо – дрова
  2. Государственный стандарт на дрова
  3. Учёт дров
  4. Теплотворность дров
  5. Таблица теплотворности дров
  6. Теплотворность гнилых дров
  7. Теплотворность дров из разных регионов
  8. Зола | Зольность дров
  9. Жаропроизводительность дров
  10. Качество дров (народная практика)
  • Дрова и Древесина
  • Виды альтернативного отопления
  • Дровяной котел на газу
  • Теплотворность древесины
  • Подключение (обвязка) дровяного котла
  • Не горят сырые и мокрые дрова
  • Дровяное отопление | Мифы и реальность
  • Пиролиз древесины

ТЕПЛОТВОРНАЯ СПОСОБНОСТЬ ДРОВ

teplo

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 (то есть негорячие минеральные вещества).

Теплотворной способностью дров или теплопроводностью топлива называется то количество теплоты, которое дает одна весовая единица этого топлива при своем горении. Теплотворная способность дров измеряется в единицах теплоты. Единицей теплоты или калорией называется то количество теплоты, которое способно нагреть 1 килограмм воды на 1 градус Цельсия. Произведенные определения в Лаборатории Русского Технического Общества теплотворной способности дров, высушенных искусственно до постоянного веса, дали следующие результаты.

  • БЕРЁЗА #4968 КАЛ
  • СОСНА #4952 КАЛ
  • ЕЛЬ #4857 КАЛ
  • ОЛЬХА #5047 КАЛ
  • ОСИНА #4953 КАЛ
  • среднее #4947 КАЛ

Присутствие влаги в дереве сильно понижает теплотворную способность дров. Так, при горении воздушно — сухих, дров с 15% влаги производительность их опреде­ляется примерно в 3633 калории. Таким образом 1 килограмм дров, доставляющий теоретически 3633 единицы теплоты, может нагреть 36,3 литра воды от 0 до 100 градусов Цельсия, или же испарить около 5,7 килограмма воды. В практике однако, получается результат несколько меньший.

Для комнатного отопления еще в 18 веке ирландский ученый испытатель Гайер предложил следующую классификацию дров разных древесных пород при сгорании дров в одинаковом объеме:

Наиболее жаркие дрова дают: граб, бук, дуб зимний, береза, горная сосна, акация, черная сосна.

Жаркие дрова дают: клен, ясень, красный ильм, смолистая лиственница, обыкно­венная сосна, дуб летний.

Средне — жаркие дают: ель, пихта, благородный каштан, сибир­ский кедр.

Мало-жаркие дрова дают: липа, ольха, осина, тополь, ива.

При сгорании топлива различают полное и неполное горение. Полное горение есть такое, когда весь углерод и водород топлива, соединяясь с кислородом топлива и воздуха, превращаются в углекислоту и воду, а при неполном горении улетают в трубу не только не сгоревшие углеводороды, но и часть углерода улетает лишь в виде окиси углерода.

Абсолютной теплопроизводительностъю топлива называется то количество теплоты, которое получается при полном сгорании дров.

Теплотворная способность дров сильно зависит от степени их сырости. Так, дрова с 40% влаги дают только 61%, того количества теплоты, какое дают те же дрова с 10% влаги, а дрова с 50% влаги — всего 51%.

Отсюда видно, что искусственная сушка может повысить теплотворную способность сырых дров вдвое и более, в зависимости от количества влаги, содержавшейся в дровах до сушки. Теплотворная способность разных пород дров, вообще почти одинакова и для воздухосухих дров с 10 — 12% влаги она составляет около 3850 калорий, что означает, что один килограмм такого топлива способен нагреть около 3850 килограмм воды на 1 градус Цельсия.

Кроме оценки дров со стороны их теплотворной способности, часто в практике весьма важно знать температуру сгорания дров, жаропроизводитслъностъ. Ту температуру, какую может развить дерево при сжигании. Некоторые виды топлива развивают тепловую энергию при сжигании медленно, а другие сгорают быстро ,с сильным пламенем, давая высокую температуру продуктов горения.

Кроме породы дерева температура сгорания дров зависит еще и от других причин:

  1. от полноты сгорания, т. е. количества притекающего к топливу воздуха,
  2. от потерь в окружающее пространство.

Измерение температуры сгорания дров производится при помощи особых приборов, называемых пирометрами. На практике пирометрический эффект дров ко­леблется в пределах от 770 до 1200°С. Сравнительное испытание жаропроизводительной способности дров устанавливает нижеследующий их порядок, принимая максимальной температурой сгорания температуру сгорания клена за (1200 градусов).

ПОРОДА ЖАРОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ТЕМПЕРАТУРА
Горный клён 100% 1200°С
Бук 87% 1044°С
Ясень 87% 1044°С
Граб 85% 1020°С
Боярышник 82% 984°С
Зимний дуб 75% 900°С
Лиственница 72% 864°С
Вяз 72% 864°С
Летний дуб 70% 840°С
Береза 68% 816°С
Пихта 63% 756°С
Акация 59% 708°С
Липа 55% 660°С
Сосна 52% 624°С
Осина 51% 612°С
Ольха 46% 552°С
Ива 40% 480°С
Тополь 39% 468°С

Практическим путем было установлена следующая зависимость. При ограниченном доступе воздуха неполное горение дает менее теплоты, но более высокую температуру; при полном горении с таким же объемом воздуха количество теплоты больше при низшей температуре.

Для сравнения теплотворной способности дров с другими сортами топлива, приведем следующую таблицу:

Теплотворная способность топлива

Теплотворная способность топлива

Для сравнительных расчетов используется так называемое Условное топливо (УТ).
Удельная теплота сгорания УТ равна 29308 кДж/кг (7000 ккал/кг).

  • Высшая теплотворная способность — количество теплоты, выделяемой при полном сгорании топлива, охлаждении продуктов сгорания до температуры топлива и конденсации водяного пара, образовавшегося при окислении водорода, входящего в состав топлива;
  • Низшая теплотворная способность — количество теплоты, выделяемой при полном сгорании топлива без конденсации водяного пара.
водород 120,9
метан 50,1
пропан 47,5
бензин 45,5
керосин 44,0
дизельное топливо 42,6
бутанол 36,0
уголь 29,3
этанол 22,2
метанол 19,9

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *