Спалювання деревини - Energie Plus The Site
Випалювання деревини
Автор: Лоран Дж.
Продукти горіння
Ми можемо розпочати із загальних зауважень щодо продуктів згоряння. Потім вводяться особливості енергетики деревини.
Викиди CO2 та вуглецевий цикл
Деревна енергія, наприклад колоди або гранули, є відновлюваною енергією. СО2, що виділяється під час згоряння, - це кількість СО2, яку рослина витягує з атмосфери протягом свого життя. Цей процес захоплення здійснюється шляхом фотосинтезу. Отже, протягом повного життєвого циклу результати спалення деревини дорівнюють нулю: CO2 витягується з атмосфери, а потім повертається до неї спалюванням мертвої деревини. Дійсно, якби Людина не спалила цю деревину, вона б природним чином розклалася і все одно випустила б таку саму кількість СО2 в атмосферу. Таким чином, вплив на викиди парникових газів (ПГ) є теоретично нейтральним, оскільки життєвий цикл деревини порівняно короткий. Тому ми можемо зрозуміти важливість просування цього виду енергії.
Ілюстрація вуглецевого циклу: еквівалентна рівновага між розкладанням рослин у природі та її спалюванням.
Як ми щойно згадували, енергія деревини в цілому позитивно впливає на зменшення викидів ПГ. Потрібно подбати про розвиток цього потенціалу, а не про його деградацію. Насправді, щоб позитивний вплив на довкілля був реальним, необхідно:
- Ліс господарюється стійким способом;
- викопна енергія, що витрачається на управління, транспортування та упаковку дров, зводиться до мінімуму.
Виходячи з цифр за 2010 рік та розглядаючи стандартні ланцюги постачання для побутових потреб, ми можемо приблизно розрахувати, що на 1 кВт-год деревного палива потрібно 0,2 кВт-год викопної енергії для пелет і 0,1 кВт-год. Викопного палива для колод. На закінчення випливає, що вплив на викиди ПГ не є абсолютно нульовим, але залишається набагато кращим, ніж на традиційні викопні види палива.
Викиди шкідливих газів і дрібних частинок
Видобуток корисних копалин та золи
Кількість необхідного повітря
Надлишок повітря
Подача повітря для спалювання деревини має подібні, але також специфічні властивості. Призначення надлишку повітря завжди полягає у забезпеченні достатнього рівня кисню в кожній зоні будинку. Без необхідної кількості горіння є неповним і утворює як спалені, так і шкідливі гази.
З іншого боку, надмірна кількість надлишкового повітря спричиняє розрідження димових газів, що спричиняє зниження температури та, як наслідок, більші втрати в димоході (оскільки утилізація тепла котлом буде менш ефективною). Крім того, занадто низька температура може призвести до поганого горіння. Тому необхідно ретельно контролювати надлишок повітря для гарного горіння: ні занадто низько, ні занадто багато.
Як правило, ми виявляємо надлишок повітря на 50% для побутових котлів, більш високе значення, ніж для спалювання природного газу або мазуту (приблизно 20%).
Первинне і вторинне повітря
У випадку з деревиною горіння по суті відбувається у дві фази. Саме це змусило нас розробити спеціальний розділ для цього енергоносія. Ми не будемо тут розвивати різні термохімічні процеси, що відбуваються на цих двох стадіях. Це загрожує непотрібним обважненням теми.
З точки зору подачі повітря для згоряння важливо пам’ятати, що обидва ці етапи потребують певної кількості повітря. Ми поговоримо про первинне та вторинне повітря. Ці два входи можуть відбуватися в окремих зонах будинку або через один потік повітря (у цьому випадку він буде виконувати роль як первинного, так і вторинного повітря). Найефективніші котли і навіть печі (для побутових потреб) мають специфічну подачу повітря для первинного та вторинного повітря. Камін можна навіть спроектувати так, щоб дві фази горіння проходили у фізично відокремлених зонах.
Ілюстрація концепції первинного та вторинного повітря для спалювання деревини.
Калорійність дерева
Деревна волога
Деревина містить дві форми вологи:
- Власна вологість: це вода, яка інтегрована, пов’язана з молекулярною структурою деревини. Ця кількість визначається лабораторіями. Зокрема, це призводить до різних значень загального хімічного складу палива, CHyOx.
- Зовнішня вологість: ця вологість залежить від кліматичних умов. Зокрема, деревина може містити молекули води між цими волокнами, не включаючи її в свою молекулярну структуру. Це може бути сок, що міститься в зеленій деревині, або вологість, спричинена кліматичними умовами (дощ або вологість).
Ми зацікавлені в цій останній кількості, оскільки вона може змінюватися з часом при дифузії води в атмосферу, якщо вона сухіша за деревину. Це пояснює, чому ми кладемо деревину в укриття перед використанням: це зменшує його зовнішній вміст води.
Існує два способи вираження кількості зовнішньої води в деревині. По-перше, відносна вологість виражається або в кг води на кг сухої деревини (під абревіатурою DM для «сухої речовини»), або в кг води на кг вологої деревини (під абревіатурою FM для «свіжої речовини»):
Відносна вологість вологої речовини: [H2O] HM = кг води/кг деревини, волога
| Відносна вологість (FM) |
| 50% |
| 30% |
| 20% |
| 0% |
Зольність
Якщо деревина містить багато мінеральних речовин, це буде джерелом попелу. Їх вміст може бути виражений відносно валової маси деревини, що містить як зовнішню вологу, так і мінерали:
Груба деревина = деревина з певною кількістю екзогенної вологи та мінералів
[Ce] брутто = кг мінеральних речовин на кг сирої деревини = кг мінеральних речовин/кг деревини, необробленої
[H2O] брутто = кг води на кг деревної сировини = кг води/кг деревини, необробленої
Вплив на PCI на одиницю маси
- Якщо ми розглянемо блок безводної деревини (тобто без води) без домішок (тобто мінералів), його склад буде близьким до значення, зазначеного у формулі, визначеній для чистого палива, тобто 'тобто CH1.44O0.66, тоді він буде PCI 18 400 кДж/кг. Отже, це значення не залежить від породи деревини. Значення для 1 кг сухої і чистої ялини таке ж, як і для 1 кг сухого і чистого дуба.
- Якщо взяти до уваги вплив зовнішньої вологості та присутності мінералів, він бачить зменшення ЧКВ на кг необробленої деревини (тобто, що містить і вологу, і мінерали). З одного боку, у нас буде просто менше чистої і сухої деревини на кг сирої деревини (ефект розведення). А з іншого боку, зовнішня вода використовуватиме частину енергії, що міститься в чистій сухій деревині, для випаровування (ефект випаровування). Це можна легко розрахувати в кДж на кг деревної сировини (тобто вологої мінералами):
Знову ж таки, результат однаковий, незалежно від породи деревини, що розглядається. Наприклад, якщо взяти деревину з невеликою кількістю мінералів, припустимо, що [Цей] брутто дорівнює нулю. При відносній вологості 50%, що є гарним порядком величини для зеленої деревини, ми знаходимо необроблений PCI в 7 950 кДж/кг зеленої деревини. Ми набагато нижче 18 400 кДж/кг безводного дерева (без зовнішньої вологості).
| Виходячи з цього спостереження, перевага використання сухої деревини очевидна. Це пояснює перевагу сушіння деревини перед використанням. Тому, купуючи деревину, вміст води є важливим параметром. На ринку деревина з витриманим рівнем коштує дорожче, ніж волога деревина. |
Вплив на PCI на одиницю об'єму
Як зазначалося вище, не розрізняють породи деревини. Дійсно, результати однаково справедливі для дуба, бука та ялиці. Проте повсякденний досвід вчить нас, що будьте обережні з бензином у деревині, коли «розкладаєте багаття» або купуєте дрова. Здається, це суперечить сказаному. Де трюк ?
Фокус у тому, що вас насправді цікавить не теплотворна здатність вашої деревини на одиницю маси [кДж/кг], а швидше на одиницю об’єму [кДж/м³].
Дійсно, ваша плита або котел має певний об’єм. Тому ви можете розмістити певний обсяг деревини в цьому просторі. Що стосується маси, яку ви туди кладете, ви практично не маєте контролю. Визначальним є перш за все обсяг деревини. Крім того, ви часто не купуєте деревину на кілограми або тонни, а скоріше на обсяг. Ми матимемо можливість повернутися до цього останнього пункту в наступному розділі, оскільки він вимагає додаткової інформації.
| Насправді щільність деревини, тобто кількість кг на м3, сильно варіюється у різних порід. Раптом при однаковому обсязі деревини у вас не однаковий енергетичний потенціал для всіх порід. Ось фокус! PCI на м3 варіюється залежно від виду, а не PCI на кг. |
Щільність різних видів (джерело Вальбіом)
| Дуб | 1000 | 750 | 625 |
| Бук | 980 | 750 | 625 |
| Ялина | 760 | 450 | 400 |
| Дуглас | - | 550 | 460 |
| Ялина срібна | 970 | 550 | 46 |
Вплив видимого об'єму на ЧКВ
На завершення аналізу слід додати ще один нюанс, і не в останню чергу. Купуючи деревину, ви не купуєте однорідні блоки матеріалу.
В основному ви купуєте купи або агломерати: купи пелет, чіпсів або колод. Між різними складовими елементами вашої кучі (гранули, тромбоцити або колоди) у вас є порожнечі. Отже, коли ви купуєте 1 м3 вашої купи, у вас немає 1 м³ твердої деревини! Це розрізнення дозволяє нам ввести поняття видимого об’єму .
Еволюція видимого обсягу для тієї ж кількості деревини відповідно до розміру вирізу (що впливає на кількість «порожнеч» між колодами).
Уявний об’єм - це об’єм вашої палі, який містить певний об’єм твердої деревини та певний об’єм порожнеч між цими різними елементами. Для даного штабеля коефіцієнт укладання (СЕ) - це співвідношення між об’ємом твердої деревини та об’ємом палі:
Коефіцієнт укладання (CE) = м3 твердої деревини/м3прозорий,
PCI на м³прозорий = EC x щільність x брутто PCI,
Отже, можна зробити висновок, що на PCI на видиму м3 впливають породи деревини через щільність та складність. PCI на кг залежить від вологості та зольності.
Залежно від упаковки (чіпси, колоди або пелети), існують різні термінології, що стосуються поняття видимого об'єму (наприклад, "стере" для колод або "карта" для чіпсів). Ці відмінності представлені на сторінках, що стосуються кожної упаковки. Тим не менше, за цими різними словами завжди ховається одна і та ж ідея.