Древесный уголь, его характеристика, переработка и применение

Алан-э-Дейл       09.09.2022 г.

Оглавление

Что такое древесный уголь

Уголь древесный является микропористым углеродистым продуктом. Химический состав материала представлен следующими элементами:

  • углерод: от 80 до 90%;
  • кислород: от 5 до 15%;
  • фосфор: от 0,01 до 0,03%;
  • водород: от 4 до 5%;
  • зола: от 1 до 3%;
  • летучие вещества (азот, сера): от 7 до 20%.

Химическая формула показывает, что этот материал имеет схожую с каменным углем структуру. Но в нем присутствует небольшое число элементов, не участвующих в реакциях горения. Процентное содержание различных веществ может изменяться при наличии влаги.

Получение древесного угля осуществляется посредством термообработки древесины. В химии этот процесс называется пиролизом. В процессе повышения температуры древесины большая часть влаги испаряется. При горении уменьшается процентное содержание фосфора, углерода и кислорода. В промышленных условиях данный продукт получают при помощи специального технического оборудования, что позволяет сохранять химический состав вещества.

Дрова

Это пиленные либо колотые куски дерева, которые во время сжигания в печах, котлах и прочих устройствах вырабатывают тепловую энергию.

Для удобства загрузки в топку древесный материал разрезают на отдельные элементы длиной до 30 см. Чтобы повысить эффективность от их использования, дрова должны быть максимально сухими, а процесс горения – относительно медленным. По многим параметрам для отопления помещений подходят дрова из таких лиственных пород, как дуб и береза, лещина и ясень, боярышник. Из-за высокого содержания смолы, повышенной скорости горения и низкой теплотворности хвойные деревья в этом плане значительно уступают.

Способы определения

Брутто и нетто

В 1972 г. Зволински и Уилхойт определили «брутто» и «нетто» значения теплоты сгорания. По общему определению продукты являются наиболее стабильными соединениями, например, H2O (l), Br2(л), я2(s) и H2ТАК4(л). В сетевом определении продукты — это продукты, полученные при сжигании компаунда в открытом пламени, например H2O (г) Br2(г) я2(g) и SO2(грамм). В обоих определениях продуктами для C, F, Cl и N являются CO.2(г) HF (г) Cl2(g) и N2(g) соответственно.

Более высокая теплотворная способность

Более высокое значение нагрева (ВГЧ; полная энергия , верхнее значение нагрева , теплотворность GCV , или более высокое значение теплотворной ; ВГС ) указывает верхний предел доступной тепловой энергии , вырабатываемой с помощью полного сгорания топлива. Он измеряется как единица энергии на единицу массы или объема вещества. HHV определяется путем приведения всех продуктов сгорания к исходной температуре перед сгоранием и, в частности, конденсации любого образующегося пара. Для таких измерений часто используется стандартная температура 25 ° C (77 ° F; 298 K). Это то же самое, что и термодинамическая теплота сгорания, поскольку изменение энтальпии для реакции предполагает общую температуру соединений до и после сгорания, и в этом случае вода, полученная при сгорании, конденсируется в жидкость. Чем выше значение нагрева учитывает скрытую теплоту парообразования из воды в продуктах сгорания, и является полезным при вычислении значения нагрева для топлива , где конденсации продуктов реакции является практичной (например, в газовом топливе котла , используемый для космического тепла) . Другими словами, HHV предполагает, что весь водный компонент находится в жидком состоянии в конце сгорания (в продукте сгорания) и что тепло, выделяемое при температурах ниже 150 ° C (302 ° F), может быть использовано.

Низкая теплотворная способность

Нижняя теплотворная способность (LHV; низшая теплотворная способность ; NCV или более низкая теплотворная способность ; LCV ) — еще одна мера доступной тепловой энергии, производимой при сгорании топлива, и измеряется как единица энергии на единицу массы или объема вещества. В отличие от HHV, LHV учитывает потери энергии, такие как энергия, используемая для испарения воды, хотя его точное определение не согласовано однозначно. Одно определение — просто вычесть теплоту испарения воды из более высокой теплотворной способности. Это рассматривает любую образовавшуюся H 2 O как пар. Таким образом, энергия, необходимая для испарения воды, не выделяется в виде тепла.

Расчеты LHV предполагают, что водный компонент процесса сгорания находится в парообразном состоянии в конце сгорания, в отличие от более высокой теплотворной способности (HHV) (также известной как высшая теплотворная способность или брутто CV ), которая предполагает, что вся вода в процессе сгорания процесс находится в жидком состоянии после процесса сгорания.

Другое определение LHV — это количество тепла, выделяемого при охлаждении продуктов до 150 ° C (302 ° F). Это означает , что скрытая теплота парообразования из воды и других продуктов реакции не восстанавливается. Это полезно при сравнении видов топлива, в которых конденсация продуктов сгорания нецелесообразна или тепло при температуре ниже 150 ° C (302 ° F) невозможно использовать.

Одно определение более низкой теплотворной способности, принятое Американским институтом нефти (API), использует стандартную температуру 60 ° F ( 15+5 ⁄ 9  ° C).

Другое определение, используемое Ассоциацией поставщиков газоперерабатывающих предприятий (GPSA) и первоначально используемое API (данные, собранные для исследовательского проекта API 44), — это энтальпия всех продуктов сгорания за вычетом энтальпии топлива при эталонной температуре (использовался исследовательский проект API 44. 25 ° C. В настоящее время GPSA использует 60 ° F) минус энтальпия стехиометрического кислорода (O 2 ) при эталонной температуре, минус теплота испарения паросодержащих продуктов сгорания.

Определение, в котором все продукты сгорания возвращаются к эталонной температуре, легче рассчитать исходя из более высокой теплотворной способности, чем при использовании других определений, и фактически даст несколько иной ответ.

Брутто теплотворная способность

Полная теплотворная способность учитывает воду в выхлопе, уходящую в виде пара, как и LHV, но полная теплотворная способность также включает жидкую воду в топливе перед сгоранием

Это значение важно для таких видов топлива, как древесина или уголь , которые обычно содержат некоторое количество воды перед сжиганием.

Как правильно рассчитать теплотворную способность топлива (топливно-воздушной смеси)

Сравнительные характеристики (QН, Lовозд., qН)бензина
1. Низшая теплотворная способность QН = 43,3 – 44,0 МДж/кг;
2. Стехиометрическая потребность воздуха в процессе сгорания Lовозд. = 14,9;
3. Низшая теплота сгорания топливовоздушной смеси qН = 3439 – 3910 кДж/м3.

Теплота сгорания топлива – это тепловой эффект химической реакции сгорания топлива в воздухе. При составлении уравнения этой реакции необходимо учитывать не только кислород, принимающий участие в реакции окисления, но и азот, входящий в состав воздуха. Так как на 1 моль кислорода в воздухе приходится 3,75 моля азота, реакция сгорания топлива может быть выражена следующим уравнением:

CnHmOr + (n + m/4 — r/2)•(O2 + 3,75N2) → nCO2(г) + m/2H2O(ж) + (n + m/4 — r/2)•3,75N2(г), где

CnHmOr — органическое вещество (топливо);
n — число атомов углерода;
m — число атомов водорода;
r — число атомов кислорода.

Согласно первому закону термодинамики, высшая теплота сгорания топлива:

QB = ∆Носгор.топлива, где

∆Носгор.топлива — высшая энтальпия сгорания топлива при стандартных условиях.

∆Носгор.топлива = (∑∆Нокон.прод — ∑∆Ноисх.веществ).

Высшая удельная теплота сгорания топлива (теплотворная способность топлива) QВ (кДж/кг топлива) рассчитывается по уравнению:

QB = ΔНоВ/(M.10-3), где

ΔНоВ — высшая энтальпия сгорания топлива (ΔНоВ = ∆Носгор.топлива), кДж/моль;
М — масса моля топлива, г/моль.

Низшая энтальпия сгорания топлива ΔНоН (кДж/моль топлива) рассчитывается по уравнению реакции (1):

∆НоН = ∑∆Нокон.прод — ∑∆Ноисх.веществ 

Низшая энтальпия сгорания топлива отличается от высшей на величину энтальпии конденсации водяного пара (∆Ноконд.2О)пар = -44,01 кДж/моль:

∆НоН = ΔНоВ — ∆Ноконд.2О)пар

Низшая удельная теплота сгорания топлива QН (кДж/кг топлива) составит:

QH = ΔНоН/(M.10-3), где

М — масса моля топлива, г/моль.

Для полного сгорания массовой или объемной единицы топлива необходимо вполне определенное количество воздуха, которое называется теоретически необходимым.
Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива (кг воздуха/кг топлива) для реакции (1) рассчитывается по уравнению:

возд. = (n + m/4 — r/2) • [М(O2) + 3,75M(N2)]/Мтоплива, где

М(O2), M(N2)], Мтоплива – масса моля кислорода, азота и топлива соответственно, г/моль.

Количество топливовоздушной смеси (М1, моль) для реакции (1) равно:

М1 = 1 моль топлива + (n + m/4 — r/2)•(O2 + 3,75N2).

Низшая теплота сгорания топливовоздушной смеси (калорийность стехиометрической смеси топлива с воздухом, qН, кДж/м3) рассчитывается как отношение низшей теплоты сгорания единицы топлива к общему количеству горючей смеси: 

qH = ∆НоН/[M1.22,4.10-3)].

Полученные результаты сравниваются с характеристиками бензина (приведенными выше) и веществом, предлагаемого в качестве альтернативного топлива. Затем, делается вывод о возможности использования данного вещества в качестве топлива. 

Теплотворность твердых материалов

К этой категории относится древесина, торф, кокс, горючие сланцы, брикетное и пылевидное топливо. Основная составная часть твердого топлива — углерод.

Особенности разных пород дерева

Максимальная эффективность от использования дров достигается при условии соблюдения двух условий — сухости древесины и медленном процессе горения.

Куски дерева распиливают или рубят на отрезки длиной до 25-30 см, чтобы дрова удобно загружались в топку

Идеальными для дровяного печного отопления считаются дубовые, березовые, ясеневые бруски. Хорошими показателями характеризуется боярышник, лещина. А вот у хвойных пород теплотворность низкая, но высокая скорость горения.

Как горят разные породы:

  1. Бук, березу, ясень, лещину сложно растопить, но они способны гореть сырыми из-за низкого содержания влажности.
  2. Ольха с осиной не образуют сажи и «умеют» удалять ее из дымохода.
  3. Береза требует достаточного количества воздуха в топке, иначе будет дымить и оседать смолой на стенках трубы.
  4. Сосна содержит больше смолы, чем ель, поэтому искрит и горит жарче.
  5. Груша и яблоня легче других раскалывается и отлично горит.
  6. Кедр постепенно превращается в тлеющий уголь.
  7. Вишня и вяз дымит, а платан сложно расколоть.
  8. Липа с тополем быстро прогорают.

Рекомендуем: Как делается отделка и облицовка камина мрамором?

Показатели ТСТ разных пород сильно зависят от плотности конкретных пород. 1 кубометр дров эквивалентен примерно 200 литрам жидкого топлива и 200 м3 природного газа. Древесина и дрова относятся к категории с низкой энергоэффективностью.

Влияние возраста на свойства угля

Уголь является природным материалом растительного происхождения. Добывается он из осадочных пород. В этом топливе содержится углерод и другие химические элементы.

Кроме типа на теплоту сгорания угля оказывает влияние и возраст материала. Бурый относится к молодой категории, за ним следует каменный, а самым старшим считается антрацит.

По возрасту горючего определяется и влажность: чем моложе уголь, тем больше в нем содержание влаги. Которая также влияет на свойства этого типа топлива

Процесс горения угля сопровождается выделением веществ, загрязняющих окружающую среду, колосники котла при этом покрываются шлаком. Еще один неблагоприятный фактор для атмосферы — наличие серы в составе топлива. Этот элемент при соприкосновении с воздухом трансформируется в серную кислоту.

Производителям удается максимально снизить содержание серы в угле. В результате ТСТ отличается даже в пределах одного вида. Влияет на показатели и география добычи. Как твердое топливо может использоваться не только чистый уголь, но и брикетированный шлак.

Наибольшая топливная способность наблюдается у коксующегося угля. Хорошими характеристиками обладает и каменный, древесный, бурый уголь, антрацит.

Характеристики пеллет и брикетов

Это твердое топливо изготавливается промышленным способом из различного древесного и растительного мусора.

Измельченная стружка, кора, картон, солома пересушивается и с помощью специального оборудования превращается в гранулы. Чтобы масса приобрела определенную степень вязкости, в нее добавляют полимер — лигнин.

Пеллеты отличаются приемлемой стоимостью, на которую влияют высокий спрос и особенности процесса изготовления. Использоваться этот материал может только в предназначенных для такого вида топлива котлах

Брикеты отличаются только формой, их можно загружать в печи, котлы. Оба типа горючего делятся на виды по сырью: из кругляка, торфа, подсолнечника, соломы.

У пеллет и брикетов есть существенные преимущества перед прочими разновидностями топлива:

  • полная экологичность;
  • возможность хранения практически в любых условиях;
  • устойчивость к механическим воздействиям и грибку;
  • равномерное и длительное горение;
  • оптимальный размер гранул для загрузки в отопительное устройство.

Экологичное топливо — хорошая альтернатива традиционным источникам тепла, которые не возобновляются и неблагоприятно действуют на окружающую среду. Но пеллеты и брикеты отличаются повышенной пожароопасностью, что стоит учитывать при организации места хранения.

При желании, можно наладить изготовление топливных брикетов собственноручно, подробнее – в этой статье.

Отопление дома в зеркале цифр

Пеллетные котлы отличаются достаточно высоким КПД именно благодаря возможности наиболее полного сжигания древесных гранул. По сути, это переработанные и гранулированные отходы деревообрабатывающего производства: опилки, кора, сучья.

Дешевизна топлива, экологическая чистота, практичность и эффективность – вот основные преимущества пеллетного котельного оборудования.

Работающие на пеллетах котлы избавлены от серьезнейшего недостатка других твердотопливных котлов, они позволяют полностью автоматизировать работу котельной, то есть осуществлять подачу топлива, контролировать процесс горения и удалять продукты сгорания без вмешательства человека. Использование традиционных дров и угля такой возможности не дает.

Современные пеллетные котлы обеспечивают достаточно продолжительный срок работы в автоматическом режиме, длительность которого ограничена лишь объёмом ёмкости, из которой осуществляется подача топлива. Чистка рабочих поверхностей котлов проводится не чаще, чем раз в месяц и не требует привлечения специалистов, что снижает расходы на обслуживание установки.

В представленной таблице производится сравнение различных видов топлива по различным показателям.

Сравнительные характеристики различных видов топлива

Вид топлива

Влаж- ность, %

Золь- ность, %

Сера, %

Теплота сгорания, мДж/кг

Удель- ный вес, кг/м3

Кол-во СО2 в дымовых газах

КПД уст-ки, %

Ущерб экологии

Стоимость тепла, руб/Гкал

Природный газ

3-5

0,1-0,3

35-38

0,8

95

Отсутствует

199

ПЕЛЛЕТЫ

8-10

0,4-0,8

0-0,3

19-21

550-700

90

Отсутствует

523

Дрова

8-60

2

0-0,3

16-18

300-350

60

Отсутствует

652

Каменный уголь

10-40

25-35

1-3

15-17

1200-1500

60

70

Высокий

960

Электроэнергия

4,86

100

Отсутствует

988

Мазут

1-5

1,5

1,2

42

940-970

78

80

Высокий

1093

Дизтопливо

0,1-1

1

0,2

42,5

820-890

78

90

Высокий

1420

* Информация по состоянию на 2011 год

Природный газ

Экономически газовое отопление выгоднее всего. Однако если в прямой доступности нет газовой магистрали, а отапливать дом необходимо, пеллетный котёл станет наилучшим вариантом. Для установки такого котла, в отличии от газового, никаких согласований и затрат на подключение не потребуется.

В простейшем случае требуется помещение, оборудованное в соответствии с противопожарными требованиями к котельным на твердом топливе. С точки зрения экологического воздействия пеллетные котлы практически не наносит вреда окружающей среде, уровень СО в продуктах сгорания древесных гранул такой же, как и у природного газа.

Уголь или дрова

Традиционные виды топлива способны составить конкуренцию пеллетам, их цена относительно невысока, да и с покупкой проблем нет. Однако помимо сложностей с доставкой и складированием эти виды топлива требуют постоянных, ежедневных усилий по обслуживанию котла: загрузке топливом, очистке и удалению золы, которую надо ещё куда-то девать в таких количествах. Та небольшая часть топлива, которая остаётся после сгорания пеллет в виде золы, содержит минимум вредных соединений и может быть использована в качестве удобрения на грядках.

Дизельное топливо

При сжигании этого топлива участку рядом с домом достанется едва ли не вся таблица Менделеева. Затраты на приобретение котла в этом случае 2-3 раза ниже, но ежемесячные расходы на солярку больше раз так в 7-8. Доставлять и хранить дизтопливо в количествах, требуемых для отопления, ещё сложнее, чем уголь. А от сопутствующего подобному типу топлива запаха избавиться в принципе невозможно. Кстати, запах горения древесных гранул достаточно приятен и безвреден.

Электроэнергия

Как правило, даже новые посёлки в наше время подключаются к энергосети достаточно быстро. Вопросом преткновения обычно становится выделяемая на участок квота энергопотребления, определяемая состоянием внешних инженерных сетей и сговорчивостью энергосбытовой компании. При использовании электроотопления можно быть уверенным только в одном: цена за киловатт, а значит и издержки на отопление, вне зависимости от экономической ситуации будет только расти. Что она и делает все последние годы.

В итоге, если не брать в расчёт природный газ, пеллетные установки наиболее современный, комфортный, экологически чистый и перспективный тип отопления. Достаточно высокие изначальные затраты на приобретение котла с лихвой окупаются в течение первых двух-трёх лет, после чего он начинает приносить своему владельцу постоянную и существенную экономию, читай прибыль.

Удельная теплота сгорания некоторых видов топлива

Наибольшей энергоёмкостью из твёрдых видов топлива обладает каменный уголь — 27 МДж/кг (антрацит — 28 МДж/кг). Подобные показатели имеет древесный уголь (27 МДж/кг). Намного менее теплотворен бурый уголь — 13 Мдж/кг. Он к тому же содержит обычно много влаги (до 60 %), которая, испаряясь, снижает величину общей теплоты сгорания.

Торф сгорает с теплотой 14-17 Мдж/кг (зависит от его состояния — крошка, прессованый, брикет). Дрова, подсушенные до 20 % влажности, выделяют от 8 до 15 Мдж/кг. При этом количество энергии, получаемой от осины и от берёзы, может разниться практически вдвое. Примерно такие же показатели дают пеллеты из разных материалов — от 14 до 18 Мдж/кг.

Намного меньше, чем твёрдые, различаются величинами удельной теплоты сгорания жидкие виды топлива. Так, удельная теплота сгорания дизельного топлива — 43 МДж/л, бензина — 44 МДж/л, керосина — 43,5 МДж/л, мазута — 40,6 МДж/л.

Удельная теплота сгорания природного газа составляет 33,5 МДж/м³, пропана — 45 МДж/м³. Наиболее энергоёмким топливом из газообразных является газ водород (120 Мдж/м³). Он весьма перспективен для использования в качестве топлива, но на сегодняшний день пока не найдены оптимальные варианты его хранения и транспортировки.

Рекомендуем: Утепление колодца на зиму своими руками: способы, глубина промерзания почвы, видео и фото

Удельная теплота сгорания некоторых видов топлива

Наибольшей энергоёмкостью из твёрдых видов топлива обладает каменный уголь — 27 МДж/кг (антрацит — 28 МДж/кг). Подобные показатели имеет древесный уголь (27 МДж/кг). Намного менее теплотворен бурый уголь — 13 Мдж/кг. Он к тому же содержит обычно много влаги (до 60 %), которая, испаряясь, снижает величину общей теплоты сгорания.

Торф сгорает с теплотой 14-17 Мдж/кг (зависит от его состояния — крошка, прессованый, брикет). Дрова, подсушенные до 20 % влажности, выделяют от 8 до 15 Мдж/кг. При этом количество энергии, получаемой от осины и от берёзы, может разниться практически вдвое. Примерно такие же показатели дают пеллеты из разных материалов — от 14 до 18 Мдж/кг.

Намного меньше, чем твёрдые, различаются величинами удельной теплоты сгорания жидкие виды топлива. Так, удельная теплота сгорания дизельного топлива — 43 МДж/л, бензина — 44 МДж/л, керосина — 43,5 МДж/л, мазута — 40,6 МДж/л.

Удельная теплота сгорания природного газа составляет 33,5 МДж/м³, пропана — 45 МДж/м³. Наиболее энергоёмким топливом из газообразных является газ водород (120 Мдж/м³). Он весьма перспективен для использования в качестве топлива, но на сегодняшний день пока не найдены оптимальные варианты его хранения и транспортировки.

Древесный уголь как пользоваться

Разжигать древесный уголь нужно без использования какой-либо химии: неприятный запах от нее останется до тех пор, пока гореть будет топливо. Потому берем кусок бумаги, комкаем, несколько тонких сухих лучинок выстраиваем вокруг бумаги «шалашиком», бумагу поджигаем, ждем, пока займутся лучины, сверху подкладываем немного сухих дров. Когда они хорошо разгорятся, можно класть древесный уголь. Причем складывать его нужно горкой. Так он разгорается лучше. Если речь идет о мангале и приготовлении пищи, то чтобы древесный уголь равномерно разгорелся, те куски, что оказались по краям горки, выкладываем наверх. Те, которые были ближе к центру, оказываются с краю. Так ждем, пока все куски не покроются белым налетом и над ними перестанут появляться языки пламени. Вот теперь можно жарить шашлык.

Как разжечь древесный уголь? При помощи бумаги и тонких щепок или…строительного фена

Есть способ разжечь древесные угли без бумаги, спичек и дров. Нужен только строительный фен и электрическая розетка. Все. Ни бумаги, ни спичек. Берете фен, включаете на максимум, направляете поток воздуха на сложенный горкой уголь. Первый уголек вспыхнет где-то через полминуты, потом займутся остальные, минут через пять будут гореть все.

Последовательность определения удельной теплоты сгорания

Показатель удельной теплоты сгорания керосина устанавливает условия его воспламенения в различных устройствах – от двигателей до аппаратов керосиновой резки. В первом случае оптимальное сочетание теплофизических параметров следует определять более тщательно. Для каждой из комбинаций топлива обычно устанавливается несколько графиков. Эти графики могут быть использованы для оценки:

  1. Оптимального соотношения смеси продуктов сгорания.
  2. Адиабатической температуры пламени реакции сгорания.
  3. Средней молекулярной массы продуктов сгорания.
  4. Удельной теплоты соотношение продуктов сгорания.

Эти данные необходимы для определения скорости выхлопных газов, выбрасываемых из двигателя, что в свою очередь определяет тягу двигателя.

Оптимальное соотношение топливной смеси даёт самый высокий удельный импульс энергии и является функцией давления, при котором будет работать двигатель. Двигатель с высоким давлением в камере сгорания и низким давлением на выходе будет иметь самое высокое оптимальное соотношение смеси. В свою очередь, от оптимального соотношения смеси зависит давление в камере сгорания и энергоёмкость керосинового топлива.

В большинстве конструкций двигателей, использующих керосин в качестве топлива, большое внимание уделяется условиям адиабатического сжатия, когда давление и объём, занимаемый горючей смесью, находятся в постоянной взаимосвязи – это влияет на долговечность элементов двигателя. При этом внешний теплообмен, как известно, отсутствует, что определяет максимальный КПД

Удельная теплоёмкость керосина — это количество тепла, необходимое для повышения температуры одного грамма вещества на один градус Цельсия. Коэффициент удельной теплоёмкости — это отношение удельной теплоёмкости при постоянном давлении к удельной теплоёмкости при постоянном объёме. Оптимальное соотношение устанавливают при заранее заданном давлении топлива в камере сгорания.

Точные показатели теплоты при сгорании керосина обычно не устанавливают, так как этот нефтепродукт представляет собой смесь четырёх углеводородов: додекана (C12H26), тридекана (C13H28), тетрадекана (C14H30) и пентадекана (C15H32). Даже в пределах одной партии исходной нефти процентное соотношение перечисленных компонентов не является постоянным. Поэтому теплофизические характеристики керосина всегда подсчитывают с известными упрощениями и допущениями.

https://youtube.com/watch?v=pJZRPR0FHMs

Брикеты

Брикетами называется твердое топливо, во многом сходное с пеллетами. Для их изготовления используются идентичные материалы: щепа, стружка, торф, шелуха и солома. Во время производственного процесса сырье измельчается и за счет сжатия формируется в брикеты. Этот материал также относится к экологически чистому топливу. Его удобно хранить даже на открытом воздухе. Плавное, равномерное и медленное горение этого топлива можно наблюдать как в каминах и печах, так и в отопительных котлах.

Рассмотренные выше разновидности экологичного твердого топлива являются хорошей альтернативой получения тепла

В сравнении с ископаемыми источниками тепловой энергии, неблаготворно воздействующими при горении на окружающую среду и являющимися, кроме того, не возобновляемыми, альтернативное топливо имеет явные преимущества и относительно невысокую стоимость, что немаловажно для потребителей некоторых категорий

В то же время пожароопасность таких видов топлива значительно выше. Поэтому требуется предпринять некоторые меры безопасности относительно их хранения и использования огнестойких материалов для стен.

Технические требования к древесному углю, его физические и химические свойства

В хорошем древесном угле сохраняется структура древесины, в торцах кусков угля, особенно хвойного, должны быть отчетливо видны годичные слои.

Хороший древесный уголь должен быть прочным, блестящего черного цвета, иметь мало радиальных трещин и издавать при постукивании звонкий звук, гореть без запаха и дыма.

Древесный уголь гидроскопичен, он легко набирает влагу из воздуха, особенно быстро во время дождя и при хранении в низких влажных и затопляемых местах без настила. Поэтому древесный уголь должен храниться в крытых помещениях или под навесом на настиле или поддонах, на возвышенном сухом участке.

К основным качествам угля относится прочность, снижающая потери при погрузо-разгрузочных работах с ним и перевозке. Значительное влияние на прочность оказывает порода древесины. Например, наиболее прочным является березовый уголь, менее прочным – сосновый и осиновый; наиболее прочный из стволовой части крупных деревьев и менее прочным из сучков.

Химический состав древесного угля включает в себя

п/п

Наименование химического элемента Показатель
1 Углерод 72-95% (средний показатель 85%)
2 Кислород 5-15%
3 Фосфор 0,016-0,037%
4 Водород 4-4,8%
5 Летучие вещества 3-20%
6 Зола не более 3%
7 Влага от 4%-15%
8 Удельная теплота сгорания (калорийность) 7000..8100Ккал/кг

Физический состав и свойства древесного угля

п/п

Наименование показателя Показатель
1 Плотность (кажущаяся плотность) 260-380 кг/м³
2 Истинная плотность 130-150 кг/м³ (в среднем 143 кг/м³)
3 Удельная поверхность 160-400 м²/г
4 Вес Около 210 г – 1 л., От 100 до 500 кг – 1 м³
5 Отношение объема пор к объему куска (пористость) 72-80 %
6 Средняя удельная теплоемкость 0,69-1,21 кДж/(кг.К) при 24 и 560°С
7 Теплопроводность 0,058 Вт/(м.К)
8 Удельное электрическое сопротивление 0,8·108 – 0,5·102 Ом·см

В странах СНГ для изготовления древесного угля используется ГОСТ 7657-84(94)

Древесный уголь склонен к самовозгоранию. Самовозгорание древесного угля — результат его авто-окисления, развивающегося стремительным темпом, с быстрым повышением температуры под влиянием имеющихся в угле парамагнитных центров. Это цепной разветвленный процесс, имеющий определенные критические параметры. Если при контакте угля с воздухом эти параметры (концентрация ПМЦ, температура, концентрация O2 и геометрические размеры массы угля) не будут превышены, то уголь не воспламенится. Предотвратить самовоспламенение ДУ возможно проведением его стабилизации.

Удельная теплота сгорания твердого топлива (угля, дров, торфа, кокса)

В таблице представлены значения удельной теплоты сгорания сухого твердого топлива в размерности МДж/кг. Топливо в таблице расположено по названию в алфавитном порядке.

Наибольшей теплотворной способностью из рассмотренных твердых видов топлива обладает коксующийся уголь — его удельная теплота сгорания равна 36,3 МДж/кг (или в единицах СИ 36,3·106 Дж/кг). Кроме того высокая теплота сгорания свойственна каменному углю, антрациту, древесному углю и углю бурому.

К топливам с низкой энергоэффективностью можно отнести древесину, дрова, порох, фрезторф, горючие сланцы. Например, удельная теплота сгорания дров составляет 8,4…12,5, а пороха — всего 3,8 МДж/кг.

Удельная теплота сгорания твердого топлива (угля, дров, торфа, кокса)ТопливоУдельная теплота сгорания, МДж/кг

Антрацит 26,8…34,8
Древесные гранулы (пиллеты) 18,5
Дрова сухие 8,4…11
Дрова березовые сухие 12,5
Кокс газовый 26,9
Кокс доменный 30,4
Полукокс 27,3
Порох 3,8
Сланец 4,6…9
Сланцы горючие 5,9…15
Твердое ракетное топливо 4,2…10,5
Торф 16,3
Торф волокнистый 21,8
Торф фрезерный 8,1…10,5
Торфяная крошка 10,8
Уголь бурый 13…25
Уголь бурый (брикеты) 20,2
Уголь бурый (пыль) 25
Уголь донецкий 19,7…24
Уголь древесный 31,5…34,4
Уголь каменный 27
Уголь коксующийся 36,3
Уголь кузнецкий 22,8…25,1
Уголь челябинский 12,8
Уголь экибастузский 16,7
Фрезторф 8,1
Шлак 27,5

Варианты угля

Температура горения угля составляет 900 градусов, что сопровождается выделением достаточного количества тепловой энергии. Какова технология создания такого удивительного продукта? Суть заключается в определенной обработке древесины, благодаря чему происходит существенное изменение ее структуры, выделение из нее избыточной влаги.

  • камеры сгорания;
  • укрепленного основания;
  • дымохода;
  • отсека вторичной переработки.

Производство древесного угля – перспективное направление. Его потребление постоянно растет, причем он используется как на производстве, так и для бытовых целей. Применение в быту всем знакомо: приготовление пищи на мангале и в барбекю сегодня уже практически не обходится без древесного угля. Древесный уголь многие  предпочитают закладывать в камины: это топливо не дымит, не выделяет газов (в частности, угарного) и  имеет большую теплотворную способность.

Изготовление древесного угля — перспективное направление

В промышленности древесный уголь применяют в металлургии (в нашей стране практически не практикуется), для изготовления фильтров разного назначения. Используется он при выплавке некоторых ценных металлов, кристаллического кремния, активированного угля. Находит применение в сельском хозяйстве и в медицине.

Использовать древесный уголь можно и для отопления. Особенность его горения состоит в том, что высоких языков пламени нет. Зато есть равномерный устойчивый жар. Температура горения древесного угля зависит от нескольких факторов: от плотности (из разных сортов древесины уголь  получается разной плотности), от его качества (условий выжига)  и от количества кислорода, подаваемого во время горения.

Вид топлива для твердотопливного котла Удельная теплотворная способность,  МДж Удельная теплотворная способность, кВт/ч
Буроугольный брикет 21 5,84
Необработанный бурый уголь 14,7 4,09
Сосновые дрова 8,9 2,47
Дубовые дрова 13 3,61
Березовые дрова 11,7 3,25
Каменный уголь 29,3 8,14
Кокс 29 8,06
Древесный уголь 30-31 8,62
Торф (сухой) 15 4,17

Как видим из таблицы, тепла древесный уголь выделяет, по крайней мере, не меньше, чем каменный уголь и почти в два с половиной раза больше, чем самые лучшие дрова. Почему же его почти не используют для отопления? Во-первых, в нашей стране уголь древесный производится в очень малых объемах (в мире производят 9 млн.

тонн в год, на долю России приходится 100 тыс. тонн) и имеет высокую цену. Если даже покупать его у производителей, то при закупке до 5 тонн просят 180 рублей за 10кг (18000 за тонну). Даже при экономном расходе получается достаточно дорого. Если вы живете в местах, где большое количество лесов, в которых всегда хватает сухостоя, то обеспечить себе некоторое количество древесного угля не очень сложно даже без оборудования.

Теплота сгорания древесного угля чуть больше, чем теплота сгорания качественного каменного угля

Согласно ГОСТ7657 84 древесный уголь должен иметь:

  • Зольность не более 3%
  • Содержание летучих веществ не более 20%

Изготавливается этот вид топлива из разных пород древесины, которые делят на две группы:

  1. бук, береза, вяз, граб, дуб, клен, ясень.
  2. ива, липа, ольха, осина, тополь.

В зависимости от исходного сырья, состава и качественных показателей продукта, древесный уголь  бывает марки А (из древесины первой группы) и марки Б (из смеси групп 1 и 2). Сорта и качественные характеристики приведены в таблице.

Показатель Норма
Марка А Марка Б
Высший сорт 1 сорт 1 сорт 2 сорт
Доля золы 2,5% 3% 2,5% 3%
Нелетучего углерода не менее 90% 78% 88% 77%
Воды не более 6% 6% 6% 6%
Масса 1дм угля 210гр 210гр Нет норматива Нет норматива
Кусков менее 25мм 5% 5% Нет норматива Нет норматива
Кусков менее 12мм 5% 5% 7% 7%
Головни не более Не допускаются 2% Не допускаются 2%

Фасуют древесный уголь обычно в мешки разного объема. Чаще это мешки бумажные двух и трехслойные, редко встречается фасовка в полиэтилен. На упаковке указывается марка, вес и объем.

Разжигать древесный уголь нужно без использования какой-либо химии: неприятный запах от нее останется до тех пор, пока гореть будет топливо. Потому берем кусок бумаги, комкаем, несколько тонких сухих лучинок выстраиваем вокруг бумаги «шалашиком», бумагу поджигаем, ждем, пока займутся лучины, сверху подкладываем немного сухих дров.

Как разжечь древесный уголь? При помощи бумаги и тонких щепок или…строительного фена

Есть способ разжечь древесные угли без бумаги, спичек и дров. Нужен только строительный фен и электрическая розетка. Все. Ни бумаги, ни спичек. Берете фен, включаете на максимум, направляете поток воздуха на сложенный горкой уголь. Первый уголек вспыхнет где-то через полминуты, потом займутся остальные, минут через пять будут гореть все.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.