http://cvv-card-434256-login-shop.m-shop-metro-cc-ru.ru Теплотворная способность различных видов топлива. Сравнительный анализ. Щепа древесное топливо Горение топлива — Теплота сгорания щепы

Теплотворная способность различных видов топлива. Сравнительный анализ. Щепа древесное топливо Горение топлива — Теплота сгорания щепы

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.

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

Экологически чистые, возобновляемые источники энергии

Преимущества применения древесной щепы по сравнению с каменным углем

  1. При применении древесной щепы решаются следующие вопросы:
    1. утилизации отходов лесопилок;
    2. утилизации сучков, подлеска при разработке делянок на лесоповале;
    3. вопросы по зачистке земель сельхоз назначения, заросших березняком и кустарником;
    4. по утилизации неделовой древесины;
    5. по очистке лесов и лесополос;
    6. снижение пожароопасности лесов и лесополос.
  2. Котлы, работающие на щепе, экологически более чистые, т.к. система автоматики котлов следит за полным сгоранием щепы и за правильным соотношением подаваемого воздуха и щепы.
  3. Щепа – это возобновляемый источник энергии.

Качество щепы

Для бесперебойного функционирования небольших отопительных систем требуется сухой, просеянный материал с определенными размерами отдельных щепок. Обычно для этого используется материал с длиной частиц основной фракции от 3,15 до 30 мм и остаточной влажностью менее 30%.

На больших установках могут использоваться более грубые материалы с увеличенными отклонениями по длине кромки.

Важным показателем качества горения является зольность щепы. При большой зольности требуется очистка дымовых газов.

Нормирование и классификация щепы

В качестве основных параметров в соответствии с классификацией по австрийскому стандарту М7133, устанавливаются требования к размеру щепы, например: G30 - для щепы с поперечным сечением максимум 3 см 2 , G50 - для щепы с поперечным сечением максимум 5 см 2 , а также к содержанию влаги, например: W35 - для щепы с содержанием влаги максимум 35%.

В данной норме устанавливаются классы и спецификации для следующих параметров:

  • Влажность
  • Зольность
  • Фракционный состав (размер)
  • Насыпная плотность
  • Содержание азота и хлора
  • Теплота сгорания

Характеристики щепы

Если теплота сгорания дерева зависит только в незначительной мере от вида дерева, то влажность в этом плане имеет большое значение. Кроме того, влажность является определяющим фактором для стойкости при хранении древесной щепы.

Древесная щепа при влажности ниже 30% классифицируется как «пригодная для хранения», т.е. в данном случае речь не может идти о микробном разложении дерева и связанных с этим потерях массы и энергии. Влажность свежесрубленного материала составляет от 50% до 60%. Поэтому рекомендуется производить щепу после предварительной просушки.

В следующей таблице показана теплота сгорания в зависимости от влажности. Теплота сгорания свежеспиленных хвойных деревьев составляет примерно 2 кВт*ч на кг, после сушки до влажности 20% теплота сгорания щепы может увеличиваться вдвое (4 кВт*ч).

Насыпная плотность является следующей основной характеристикой щепы (и других твердых видов топлива).

Кроме всего прочего, она определяет плотность энергии топлива и находится в непосредственной зависимости от объема помещения, необходимого для хранения и транспортировки определенного количества энергии.

Если теплота сгорания щепы с влажностью 20% из дуба и бука составляет 1100 кВт*ч с насыпного кубометра, то теплота сгорания щепы из тополя существенно ниже и составляет 680 кВт*ч с насыпного кубометра.

Например, чтобы покрыть годовую потребность 44 МВт*ч многоквартирного дома, требуется 40 насыпных кубометров щепы из дуба и бука или 65 насыпных кубометров щепы из тополя.

Изготовление и сбыт

В Германии, на рынке прежде всего востребована щепа из хвойных деревьев.

В 2007 году согласно данным Федерального статистического бюро производство щепы из хвойных деревьев составило 3,80 миллионов тонн, за тот же период было произведено только 41.000 тонн щепы из лиственных деревьев.

Сбыт продукции более низкого качества из горбылей и мелкого кустарникового леса составил 1,98 миллионов тонн. В тот же период было импортировано 4.04 миллиона тонн щепы или пластинок из хвойных деревьев и 85.000 тонн из лиственных деревьев. Это повышение импорта на 340% в течение 5 лет. 63% импорта пришлось на Австрию, Нидерланды и Францию. Экспорт щепы и пластинок в 2007 году составил 17,94 миллиона тонн, что на 66% превышает показатели 2002 года.

Цена

Цены за древесную щепу за прошедшие годы выросли, с июля 2004 года по июль 2009 года прирост составил 80%. Розничная сбытовая цена за сухую щепу в 4 квартаде 2009 года составляла в Германии 119 Евро за тонну (20% влажность или 25% влажность древесины, поставка 30м 3 , включая доставку до 20 км и НДС). Это соответствует цене за эквивалент жидкого топлива в 29,71 центов за литр.

Существенная разница или колебания в цене определяются в зависимости от региона, сезона, качества, влажности и удаленности от объекта поставки. Важным фактором является также объем поставки, так как мощные ТЭЦ расходуют на топливо на 40% меньше, чем маленькие установки.

ТОПЛИВО - ДРЕВЕСНАЯ ЩЕПА

Древесная щепа представляет собой размельченное дерево. В качестве топлива выгода вне конкуренции, имеется в наличии в достаточном количестве и непрерывно восполняется.

При необходимости только в результате регулярного ухода за своими лесами можно мобилизовать дополнительно ежегодно большие количества.

В щепу можно перерабатывать любое необработанное дерево: круглый лесоматериал, отходы лесопиления, дерево после обработки и переработки, продукция хозяйств с быстрым оборотом рубки, деревья после прореживания и древесные остатки.

Щепа, как и пеллеты:

  • Отечественное топливо.
  • Не зависит от кризиса.
  • Нейтральная к углекислому газу.
  • Не дорогая по цене.

Ее применение снижает зависимость от импорта, сдерживает формирование цен в стране и предлагает устойчивые шансы развития для регионов.

Преимущества древесной щепы по сравнению с дровами и кусковой древесиной заключаются, прежде всего, в ее сыпучести, что обеспечивает сжигание в полностью автоматических отопительных установках.

Для качества древесной щепы имеют значение такие характеристики топлива, как влажность, кусковатость, распределение по крупности, доля мелких фракций, доля коры, насыпная плотность и содержание золы.

С увеличением доли коры при сжигании образуется большее количество золы.

Насыпная плотность отражает вес насыпного кубометра и определяет в конечном итоге, какую теплоту сгорания покупатель получит за свои деньги.

В Германии отсутствуют нормы ДИН по щепе. В следствие длительного использования в Германии укоренились в качестве торгового стандарта предельные значения и условия австрийской классификации по щепе в соответствии с австрийской нормой М7133.



В мае 2005 года в качестве классификационной нормы вступила в силу предварительная норма (техническая спецификация) под названием «Твердое биотопливо – Спецификации и классы топлива» (DIN CEN/TS 14961), в которой определяются классы и спецификации для следующих параметров:

  • Влажность
  • Зольность
  • Распределение размера зерна
  • Насыпная плотность
  • Содержание азота и хлора
  • Теплота сгорания

Другие данные по щепе:

  • Теплота сгорания: ок. 3,3 - 4,3 кВт*ч/кг или 783 кВт*ч/м 3 в зависимости от влажности (от свежесрубленного состояния до 40% влажности).
  • Насыпная плотность: ок. 210 - 250 кг/м 3 в зависимости от влажности, 230 кг/м 3 при 20% влажности.
  • Идеальный размер: длина кромки 30-50 мм.
  • Влажность: w (относительная влажность) – указанная в процентах масса воды в соотношении к общей массе, массе свежесрубленной древесины.
  • Владность: u (абсолютно сухая древесина=абсолютно высушенная на воздухе) – указанная в процентах масса воды в соотношении к сухой массе, массе сухого вещества.

Единицы измерения:

  • 1 Srm = насыпной кубометр, соответствует 1 м 3 древесины насыпью
  • 1 rm = складочный кубометр (стер), соответствует 1 м 3 древесины, уложенной рядами
  • 1 fm = 1 кубометр сплошной древесины (без промежутков)

Коэффициенты пересчета:

  • 1 насыпной кубометр щепы = ок. 65-75 л жидкого топлива
  • 1 насыпной кубометр щепы = насыпная плотность 210-250 кг/м 3
  • 1 кг щепы = ок. 3,4 кВт.ч
  • 1 складочный кубометр древесины (стер) = ок. 2,5 насыпных кубометров щепы
  • 1 кубометр сплошной древесины = ca. 2,8 насыпных кубометров щепы

Коэффициент первичной энергии: для щепы fP= 0,2
(описывает потери, возникающие при получении, преобразовании и транспортировке соответствующего энергоносителя)

Теплота сгорания и стоимость:

Ориентировочные данные.

Цены за щепу могут отличаться по регионам. (1 т щепы = ровно 3.400 кВт*ч)

Следующая диаграмма показывает динамику цен с 2007 года за щепу, жидкое топливо, газ и пеллеты за 10 кВт*ч

1 – древесная щепа, 2 – древесные пеллеты, 3 – жидкое топливо, 4 – природный газ.

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:

(рис. 14.1 - Теплотворная
способность 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.

Удельная теплота сгорания каждого вида топлива зависит:

  • От его горючих составляющих (углерода, водорода, летучей горючей серы и др.).
  • От его влажности и зольности.
Таблица 4 - Удельная теплота сгорания различных энергоносителей, сравнительный анализ расходов .
Вид энергоносителя Теплотворная способность Объёмная
плотность вещества
(ρ=m/V)
Цена за единицу
условного топлива
Коэфф.
полезного действия
(КПД) системы
отопления, %
Цена за
1 кВт·ч
Реализуемые системы
МДж кВт·ч
(1Мдж=0.278кВт·ч)
Электричество - 1,0 кВт·ч - 3,70р. за кВт·ч 98% 3,78р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), кондиционирование, приготовление пищи
Метан
(CH4, температура
кипения: -161,6 °C)
39,8 МДж/м³ 11,1 кВт·ч/м³ 0,72 кг/м³ 5,20р. за м³ 94% 0,50р.
Пропан
(C3H8, температура
кипения: -42.1 °C)
46,34
МДж/кг
23,63
МДж/л
12,88
кВт·ч/кг
6,57
кВт·ч/л
0,51 кг/л 18,00р. за л 94% 2,91р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение
Бутан
C4H10, температура
кипения: -0,5 °C)
47,20
МДж/кг
27,38
МДж/л
13,12
кВт·ч/кг
7,61
кВт·ч/л
0,58 кг/л 14,00р. за л 94% 1,96р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение
Пропан-бутан
(СУГ - сжиженный
углеводородный газ)
46,8
МДж/кг
25,3
МДж/л
13,0
кВт·ч/кг
7,0
кВт·ч/л
0,54 кг/л 16,00р. за л 94% 2,42р. Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение
Дизельное топливо 42,7
МДж/кг
11,9
кВт·ч/кг
0,85 кг/л 30,00р. за кг 92% 2,75р. Отопление (нагрев воды и выработка электричества - очень затратны)
Дрова
(берёзовые, влажность - 12%)
15,0
МДж/кг
4,2
кВт·ч/кг
0,47-0,72 кг/дм³ 3,00р. за кг 90% 0,80р. Отопление (неудобно готовить пищу, практически невозможно получать горячую воду)
Каменный уголь 22,0
МДж/кг
6,1
кВт·ч/кг
1200-1500 кг/м³ 7,70р. за кг 90% 1,40р. Отопление
МАРР газ (смесь сжиженного нефтяного газа - 56% с метилацетилен-пропадиеном - 44%) 89,6
МДж/кг
24,9
кВт·ч/м³
0,1137 кг/дм³ -р. за м³ 0% Отопление, горячее водоснабжение (ГВС), приготовления пищи, резервное и постоянное электроснабжение, автономный септик (канализация), уличные инфракрасные обогреватели, уличные барбекю, камины, бани, дизайнерское освещение

(рис. 14.2 - Удельная теплота сгорания)

Согласно таблице «Удельная теплота сгорания различных энергоносителей, сравнительный анализ расходов», пропан-бутан (сжиженный углеводородный газ) уступает в экономической выгоде и перспективности использования только природному газу (метану). Однако следует обратить внимание на тенденцию к неизбежному росту стоимости магистрального газа, которая на сегодняшний день существенно занижена. Аналитики предрекают неминуемую реорганизацию отрасли, которая приведёт к существенному удорожанию природного газа, возможно, даже превысит стоимость дизельного топлива.

Таким образом, сжиженный углеводородный газ, стоимость которого практически не изменится, остаётся исключительно перспективным - оптимальным решением для систем автономной газификации.

 
Статьи по теме:
Организация освоения новых видов изделий Организация освоения производства новых видов продукции
6.1. Структура цикла создания и освоения новых товаров. Жизненный цикл товара (изделия) и место в нем научно-технической подготовки производства Одним из главных факторов успеха деятельности предприятия в условиях рынка является непрерывное обновление т
Статусы про счастливую любовь Статус о любви и о счастье безумной
Если вы переживаете удивительное чувство счастья и любви, поделитесь им со своими друзьями, разместив на странице любимой социальной сети красивые статусы. Таким статусом вы дадите надежду каждому, кто испытывает горькое разочарование в жизни: он поймет —
Обзор бизнес-модели: Тепличное хозяйство
Некоторые убеждены, что зимнее время года – это пора отдыха и аккумулирования сил, а другие используют этот период для того, чтобы заработать денег. Каким образом можно эффективно использовать холодную пору? Можно подумать о зимней теплице как варианте со
Чекопечатающие машины в деятельности ип Кто может ее применять
Начиная с 15.07.2016 года ИП, который работает по ЕНВД, может выдавать документ любого типа , подтверждающий оплату или прием денежных средств. До этого предприниматель обязан был предоставлять в качестве подтверждающего акта бланк строгой отчетности (БСО