деревна біомаса

Абсолютною вологістю називають відношення маси вологи до маси сухої деревини:

де Wa # 8212 абсолютна вологість,%; м # 8212 маса зразка у вологому стані, г; м0 # 8212 маса того ж зразка, висушеного до постійного значення, м

Відносної або робочої вологістю називають відношення маси вологи до маси вологої деревини:

де Wp # 8212 відносна, або робоча, вологість,%

При розрахунках процесів сушіння деревини використовується абсолютна вологість. У теплотехнічних розрахунках застосовується тільки відносна, або робоча, вологість. З урахуванням цієї усталеною традицією в подальшому ми будемо користуватися тільки відносною вологістю.

Розрізняють дві форми вологи, що міститься в деревній біомасі: пов'язану (гигроскопическую) і вільну. Пов'язана волога знаходиться всередині стінок клітин і утримується фізико-хімічними зв'язками; видалення цієї вологи пов'язане з додатковими витратами енергії і істотно відбивається на більшості властивостей деревинної речовини.

Вільна волога знаходиться в порожнинах клітин і в міжклітинних просторах. Вільна волога утримується тільки механічними зв'язками, віддаляється значно легше і чинить менший вплив на механічні властивості деревини.

При дотриманні деревини на повітрі відбувається обмін вологою між повітрям і деревини речовиною. Якщо вологість деревинної речовини дуже висока, то при цьому обміні відбувається висихання деревини. Якщо вологість його низька, то деревина речовина зволожується. При тривалому перебуванні деревини на повітрі, стабільних температурі і відносній вологості повітря вологість деревини стає також стабільної; це досягається тоді, коли пружність водяної пари навколишнього повітря зрівняється з пружністю парів води біля поверхні деревини. Величина стійкої вологості деревини, витриманої тривалий час при певній температурі і вологості повітря, однакова для всіх деревних порід. Стійку вологість називають рівноважною, і вона повністю визначається параметрами повітря, в середовищі якого вона знаходиться, т. Е. Його температурою і відносною вологістю.

Вологість стовбурної деревини. Залежно від величини вологості стволовую деревину поділяють на мокру, свіжозрубану, повітряно-суху, кімнатний-суху і абсолютно суху.

Мокрою називають деревину, тривалий час перебувала у воді, наприклад при сплаві або сортуванні в водному басейні. Вологість мокрої деревини Wp перевищує 50%.

Свіжозрубаної називають деревину, що зберегла вологу зростаючого дерева. Вона залежить від породи деревини і змінюється в межах Wp = 33. 50%.

Середня вологість свежесрубленной деревини становить,%, у ялини 48, у модрини 45, у ялиці 50, у сосни кедрової 48, у сосни звичайної 47, у верби 46, у липи 38, у осики 45, у вільхи 46, у тополі 48, у берези бородавчастої 44, у бука 39, у в'яза 44, у граба 38, у дуба 41, у клена 33.

Повітряно-суха # 8212 це деревина, витримана тривалий час на відкритому повітрі. Під час перебування на відкритому повітрі деревина постійно підсихає і її вологість поступово знижується до стійкої величини. Вологість повітряно-сухої деревини Wp = 13. 17%.

Кімнатно-суха деревина # 8212 це деревина, тривалий час знаходиться в опалювальному і вентильованому приміщенні. Вологість кімнатний-сухої деревини Wp = 7. 11%.

абсолютно суха # 8212 деревина, висушена при температурі t = 103 ± 2 ° С до постійної маси.

У зростаючому дереві вологість стовбурної деревини розподілена нерівномірно. Вона змінюється як по радіусу, так і по висоті стовбура.

Максимальна вологість стовбурної деревини обмежена сумарним об'ємом порожнин клітин і міжклітинних просторів. При гнитті деревини її клітини руйнуються, в результаті чого утворюються додаткові внутрішні порожнини, структура гнилої деревини в міру розвитку процесу гниття стає пухкої, пористої, міцність деревини при цьому різко знижується.

З наведених причин вологість деревної гнилі не обмежена і може досягти таких високих значень, при яких її спалювання стане неефективним. Збільшена пористість гнилої деревини робить її дуже гігроскопічної, перебуваючи на відкритому повітрі, вона швидко зволожується.

Зола підрозділяється на внутрішню, що міститься в деревному речовині, і зовнішню, що потрапила в паливо при заготівлі, зберіганні та транспортуванні біомаси. Залежно від виду зола має різну плавкість при нагріванні до високої температури. Легкоплавку називається зола, що має температуру початку жідкоплавкого стану нижче 1350 ° С. Среднеплавкая зола має температуру початку жідкоплавкого стану в межах 1350-1450 ° С. У тугоплавкої золи ця температура вище 1450 ° С.

Внутрішня зола деревної біомаси є тугоплавкої, а зовнішня # 8212 легкоплавку.

Зольність кори різних порід варіює від 0,5 до 8% і вище при сильному забрудненні при заготівлі або складуванні.

щільність деревини

Щільність деревинної речовини # 8212 це відношення маси матеріалу, що утворює стінки клітин, до займаного ним об'єму. Щільність деревинної речовини однакова для всіх порід деревини і дорівнює 1,53 г / см 3. За рекомендацією комісії РЕВ, всі показники фізико-механічних властивостей деревини визначаються при абсолютній вологості 12% і перераховуються на цю вологість.

Щільність різних порід деревини

Насипна щільність відходів у вигляді різних подрібнених відходів деревини коливається в широких межах. Для сухої стружки від 100 кг / м 3. до 350 кг / м 3 і більше у вологому тріски.

Теплотехнічні характеристики деревини

Для характеристики палива в теплотехнічних розрахунках користуються поняттями суха маса і горюча маса палива.

Суха маса палива є в даному випадку біомасу, висушену до абсолютно сухого стану. Її склад виражається рівнянням
З з + Н з + О з + N з + A з = 100%.

Горюча маса палива # 8212 це біомаса, з якої вилучені волога і зола. Її склад визначається рівнянням
З г + Н г + Про г + N r = 100%.

Однією з примітних особливостей стовбурної деревини є дивовижна стабільність її елементарного складу горючої маси. Тому питома теплота згоряння різних порід деревини практично не відрізняється.

Елементарний склад горючої маси стовбурної деревини практично однаковий для всіх порід. Як правило, варіювання змісту окремих компонентів горючої маси стовбурної деревини знаходиться в межах похибки технічних вимірювань. На підставі цього при теплотехнічних розрахунках, налагодження топкових пристроїв, що спалюють стволовую деревину і т. П. Можна без великої погрішності приймати наступний склад стовбурної деревини на горючу масу: З г = 51%, Н г = 6,1%, Про г = 42 , 3%, N г = 0,6%.

Теплотою згоряння біомаси називається кількість тепла, що виділяється при згорянні 1 кг речовини. Розрізняють вищу і нижчу теплоту згоряння.

Вища теплота згоряння # 8212 ця кількість тепла виділилося при згорянні 1 кг біомаси при повній конденсації всіх парів води, що утворилися при горінні, з віддачею ними тепла, витраченого на їх випаровування (так званої прихованої теплоти пароутворення). Вища теплота згоряння Q в визначається за формулою Д. І. Менделєєва (кДж / кг):
Q в = 340С р + 1260Н р -109О р.

Нижча теплота згоряння (НТС) # 8212 кількість тепла, що виділилася при згоранні 1 кг біомаси, без обліку тепла, витраченого на випаровування вологи, що утворилася при згорянні цього палива. Її значення визначається за формулою (кДж / кг):
Q р = 340C р + 1030H р -109О р -25W р.

Теплота згоряння стовбурної деревини залежить тільки від двох величин: зольності і вологості. Нижча теплота згоряння горючої маси (сухий беззольной!) Стовбурної деревини практично постійна і дорівнює 18,9 МДж / кг (4510 ккал / кг).

Види деревних відходів

Залежно від виробництва, при якому утворюються відходи деревини, їх можна поділити на два види: відходи лісозаготівель і відходи деревообробки.

відходи лісозаготівель # 8212 це відокремлювані частини дерева в процесі лісозаготівельного виробництва. До них відносяться хвоя, листя, неодревесневшіе пагони, гілки, сучки, вершини, откомлевкі, козирки, фаутние вирізки стовбура, кора, відходи виробництва колотих балансів і т. П.

У своєму природному вигляді відходи лісозаготівель малотранспортабельних, при енергетичному використанні вони попередньо подрібнюються в тріску.

відходи деревообробки # 8212 це відходи, що утворюються в деревообробному виробництві. До них відносяться: горбиль, рейки, зрізання, короткомер, стружка, тирса, відходи виробництва технологічної тріски, деревний пил, кора.

За характером біомаси деревні відходи можуть бути поділені на такі види: відходи з елементів крони; відходи зі стовбурної деревини; відходи з кори; деревна гнилизна.

Залежно від форми і розміру часток деревні відходи зазвичай поділяються на такі групи: кускові деревні відходи і м'які деревні відходи.

Кускові деревні відходи - це откомлевкі, козирки, фаутние вирізки, горбиль, рейка, зрізання, короткомери. До м'яких деревним відходів відносяться тирса і стружки.

Подрібнену деревину за розмірами частинок можна поділити на такі види:

# 8212 деревний пил. утворюється при шліфуванні деревини, фанери і деревних плит; основна частина частинок проходить через сито з отвором 0,5 мм;
# 8212 тирсу. утворюються при поздовжньої і поперечної розпилювання деревини, вони проходять через сито з отворами 5. 6 мм;
# 8212 тріску. одержувану при подрібненні деревини і деревних відходів в рубітельних машинах; основна частина тріски проходить через сито з отворами 30 мм і залишається на ситі з отворами 5. 6 мм;
# 8212 крупну тріску, розміри частинок якої більше 30 мм.

Окремо відзначимо особливості деревного пилу. Деревний пил, що утворюється при шліфуванні деревини, фанери, деревостружкових і деревоволокнистих плит не підлягає зберіганню, як в буферних складах котелень, так і в складах міжсезонного зберігання дрібного деревного палива через її високу парусність і вибухонебезпечності. При спалюванні деревного пилу в топкових пристроях повинно бути забезпечено виконання всіх правил по спалюванню пилоподібного палива, що попереджають виникнення спалахів і вибухів всередині топкових пристроїв і в газових трактах парових та водогрійних котлів.

Особливості спалювання деревної біомаси

Важливою особливістю деревної біомаси як палива є відсутність в ній сірки і фосфору. Як відомо, основний втратою тепла в будь-якому котлоагрегате є втрата теплової енергії з димовими газами. Величина цієї втрати визначається температурою відхідних газів. Ця температура при зі зпалювання палив, що містять сірку, щоб уникнути сірчано-кислотної корозії хвостових поверхонь нагріву підтримується не нижче 200. 250 ° С. При спалюванні ж деревних відходів, що не містять сірку, ця температура може бути знижена до 100. 120 ° С, що дозволить істотно підвищити ККД котлоагрегатів.

Вологість деревного палива може змінюватися в дуже широких межах. У меблевому і деревообробному виробництвах вологість деяких видів відходів становить 10. 12%, в лісозаготівельних підприємствах вологість основної частини відходів становить 45. 55%, вологість кори при окорке відходів після сплаву або сортування в водних басейнах досягає 80%. Підвищення вологості деревного палива знижує продуктивність і ККД котлоагрегатів. Вихід летючих при спалюванні деревного палива дуже високий # 8212 досягає 85%. Це є також однією з особливостей деревної біомаси як палива та вимагає мати велику протяжність факела, в якому здійснюється згоряння виходять з шару горючих компонентів.

Продукт коксування деревної біомаси # 8212 деревне вугілля відрізняється високою реакційною здатністю в порівнянні з викопними видами вугілля. Висока реакційна здатність деревного вугілля забезпечує можливість роботи топкових пристроїв при низьких значеннях коефіцієнта надлишку повітря, що позитивно впливає на ефективність роботи котельних установок при спалюванні в них деревної біомаси.

Однак поряд з цими позитивними властивостями деревина має особливості, що негативно впливають на роботу котлоагрегатів. До таких особливостей, зокрема, відноситься здатність поглинання вологи, т. Е. Збільшення вологості в водному середовищі. З ростом вологості швидко падає нижча теплота згоряння, зростає витрата палива, утруднюється горіння що вимагає прийняття спеціальних конструктивних рішень в котельно-топкового обладнанні. При вологості 10% і зольності 0,7% НТС складе 16.85 МДж / кг, а при вологості 50% всього 8,2 МДж / кг. Таким чином витрата палива котлом при однаковій потужності зміниться більш ніж в 2 рази при переході з сухого палива на вологе.

Жаропроізводітельностью зазвичай називається максимальна температура горіння, що розвивається при повному згорянні палива без надлишку повітря, т. Е. В умовах, коли все виділяється при згорянні тепло повністю витрачається на нагрів утворюються продуктів згорання.

Термін жаропроізводітельность запропонований свого часу Д. І. Менделєєвим, як характеристика палива, що відображає його якість з точки зору можливості використання для здійснення високотемпературних процесів. Чим вище жаропроізводітельность палива, тим вище якість теплової енергії, що виділяється при його спалюванні, тим вище ефективність роботи парових та водогрійних котлів. Жаропроізводітельность є межа, до якого наближається реальна температура в топці паралельно з удосконаленням процесу згоряння.

Жаропроізводітельность деревного палива залежить від його вологості і зольності. Жаропроізводітельность абсолютно сухої деревини (2022 ° С) всього на 5% нижче жаропроізводітельності рідкого палива. При вологості деревини 70% жаропроізводітельность знижується більш ніж в 2 рази (939 ° С). Тому вологість 55-60% практична межа використання деревини в паливних цілях.

Вплив зольності деревини на її жаропроізводітельность значно слабкіше впливу на цей фактор вологості.

Вплив вологості деревної біомаси на ефективність роботи котельних установок надзвичайно істотно. При спалюванні абсолютно сухої деревної біомаси з малою зольністю ефективність роботи котлоагрегатів, як по їх продуктивності, так і по ККД наближається до ефективності роботи котлоагрегатів на рідкому паливі і перевершує в деяких випадках ефективність роботи котлоагрегатів, що використовують деякі види кам'яного вугілля.

Підвищення вологості деревної біомаси неминуче викликає зниження ефективності роботи котельних установок. Це слід знати і постійно розробляти і проводити заходи щодо недопущення потрапляння в деревне паливо атмосферних опадів, грунтових вод і т. П.

Зольність деревної біомаси ускладнює її спалювання. Наявність в деревної біомаси мінеральних включень обумовлено застосуванням недостатньо досконалих технологічних процесів заготівлі деревини і її первинної обробки. Необхідно віддавати перевагу таким технологічних процесів, при яких забруднення деревних відходів мінеральними включеннями може бути зведене до мінімуму.

Фракційний склад подрібненої деревини повинен бути оптимальним для даного виду топкового пристрою. Відхилення в розмірі частинок від оптимального, як в сторону збільшення, так і в бік зменшення знижують ефективність роботи топкових пристроїв. Рубітельние машини, застосовувані для подрібнення деревини в паливну тріску, не повинні давати великих відхилень в розмірі частинок в сторону їх збільшення. Разом з тим наявність великої кількості дуже малих часток також небажано.