Горение древесины, способы и средства защиты

Температурный порог горения древесины различных пород

В зависимости от структуры и плотности древесины, а также количества и характеристик смол, зависит температура горения дров, их теплотворность, а также свойства пламени.

Если дерево пористое, то гореть оно будет очень ярко и интенсивно, однако высоких температур горения оно не даст – максимальный показатель составляет 500 ℃. А вот более плотная древесина, как, например, у граба, ясеня или бука, сгорает при температуре около 1000 ℃. Чуть ниже температура горения у березы (около 800 ℃), а также дуба и лиственницы (900 ℃). Если речь идет о таких породах, как ель и сосна, то они загораются примерно при 620-630 ℃.

Факторы, влияющие на температуру горения дров

Есть несколько факторов, которые способствуют горению:

1. Сорт древесины, используемый для сжигания.
2. Влажность материала.
3. Объем воздуха, заходящего в топку.

Это основные показатели, на которые необходимо обращать особое внимание, поскольку именно от них будет зависеть эффективность сжигания древесины, и температуры, которая может подняться при процессе горения.

Уровень влажности

Влажность древесины играет ключевую роль при разжигании, поэтому такой важный момент требует отдельного рассмотрения. Любое дерево, которое только что срубили обладает определенной влажностью. В большинстве случаев этот показатель составляет 50%. Но в некоторых случаях он возрастает и до 65%. А это говорит о том, что такой вид материла очень долго будет сушиться под воздействием большой температуры перед тем, как воспламениться.

Часть тепла станет уходить только на то, чтобы удалить излишнюю влагу путем испарения. По этой причине температура не достигнет максимального показателя. Теплоотдача при таком условии понизится.

Для получения максимальной пользы, следует использовать несколько основных вариантов:

1. Самый подходящий вариант – сушка. Для этого дерево разрезается на маленькие куски, а после складывается в сухое место в сарай или навес. В естественных условиях процесс сушки займет примерно 1 год. А если дрова будут хранить дольше и пролежат два лета, то влажность их составит 20%. Это уже оптимальный показатель.
2. Второй вариант менее предпочтительный – жечь то, что есть, не обращая внимания на влажность. Но при таком раскладе, придется тратить вдвое больше дров для образования нужной температуры. К тому же следует быть готовым к очистке дымохода от сажи.

Чем лучше просушатся дрова, тем большую температуру сжигания можно поучить. А от этого зависит и выделение тепла. Жары не получится с влажным деревом.

Процесс разогревания

Разогревание – это нагрев отдельного участка деревянного материала до температуры достаточной для воспламенения всей поверхности.

Обычно для разогревания хватает 120 градусов – древесина начинает обугливаться

После этого процесс продолжится, когда образуется уголь. При нагреве до 250-350 градусов, выбранный материал начнёт разлагаться на составляющие. Далее начинается тление, но пламя еще не появляется. В этот момент можно наблюдать образование дыма. Когда температура продолжает повышаться, уровень пиролизных газов увеличивается – происходит вспышка. Дрова загорятся полностью.

Воспламеняемость материалов

На воспламеняемость оказывает прямое влияние процент влаги, который содержится в выбранной породе. Важную роль играет мощность источника нагрева, а также сечение древесины и скорость потока воздуха.

Чтобы пламя разгорелось быстрее, использовать желательно легкую древесину, у которой большая пористость. Мокрое дерево будет загораться очень медленно, поскольку перед тем как образуется открытый огонь, она будет высушиваться.

Горение ещё зависит от формы дерева – желательно использовать прямоугольник, поскольку круг разгораться будет намного дольше. Для ускорения процесса необходимо подбирать материал с малым сечением и острыми ребрами. Важно проследить, чтобы на разгораемый участок подавалось необходимое количество кислорода.

На температуру горения дров и воспламеняемость большое влияние также оказывает устройство домашней печи. Ее можно сделать из разных материалов и это напрямую влияет на температуру горения материалов, вкладываемых внутрь. Если печь – массивная, то дрова в ней сгорят практически полностью, но это процесс станет проходить очень долго. Нужно соблюдать большую осторожность при использовании. Несоблюдение мер безопасности может привести к возгоранию дровяной бани при высокой температуре горения печи.

В печи буржуйке дрова часто сгорают не полностью из-за того, что она быстро остывает

Печка-буржуйка, изготавливаемая из стального листа, быстро остывает, при этом тепло распределяется по окружающему пространству, но сначала из зоны горения оно будет переходить на стенки, а уже после – в помещение.

Процесс горения

Наблюдая за функционированием печи, можно подумать о том, почему подаваемый воздух не оказывает влияние на цвет образовавшегося пламени. Кислород должен оказывать химическое воздействие и придавать сажи яркий цвет, который может стать даже белым. Но это явление можно легко объяснить, ведь размер частицы влияет также и на температуру. Чем она меньше, тем ниже получится температура. Поэтому маленькие горячие частицы образовывают такую же температуру, как и газ, который окружает их. Необходимо также отметить, что каждый вид древесины обладает определенной теплоотдачей. Чтобы узнать эти цифры, можно изучить таблицу, где приведены все показатели теплопроводности для каждого вида материала.

Использование древесины исходя из ее теплоемкости

При выборе разновидности дров, стоит учитывать соотношение стоимости и теплоемкости той или иной древесины. Как показывает практика, оптимальным вариантом можно считать березовые дрова, у которых эти показатели сбалансированы лучше всего. Если закупать более дорогие дрова, затраты будут менее эффективными.

Для отопления дома твердотопливным котлом не рекомендуют использовать такие виды дерева, как ель, сосна или пихта. Дело в том, что в данном случае температура горения дров в котле будет недостаточно высокой, а на дымовых трубах будет скапливаться много сажи.

Низкие показатели теплоэффективности также и у дров из ольхи, осины, липы и тополя из-за пористой структуры. Кроме того, иногда в процессе горения ольховые и некоторые другие виды дров выстреливают углями. В случае открытой топки печи такие микро взрывы могут привести к пожарам.

Стоит отметить, что какой бы ни была древесина, если она сырая, то горит хуже сухой и сгорает не до конца, оставляя много золы.

Использование древесины в разных отраслях народного хозяйства

Древесина находит широкое применение в следующих отраслях:

• фанерная – шпон, фанера;
• деревообрабатывающая – плиты древесные, спички, изделия столярные, мебель;
• лесозаготовительная – сырье, используемое в лесохимической промышленности, продукция ширпотреба, дрова всех видов;
• лесопильная – различные пиломатериалы;
• лесохимическая – деготь, уголь древесный, кислота уксусная;
• целлюлозно-бумажная – бумага, картон, целлюлоза;
• гидролизная – дрожжи кормовые, спирт этиловый.

Теплоотдача при сгорании дров в печи

Существует прямая взаимосвязь между температурой горения дров в печи и теплоотдачей – чем жарче пламя, тем больше тепла оно выделяет в помещение. На количество генерируемой тепловой энергии влияют различные характеристики дерева. Расчетные величины можно найти в справочной литературе.

Стоит отметить, что все нормативные показатели рассчитывались в идеальных условиях:

• древесина хорошо просушена;
• топка печи закрыта;
• кислород подается четко дозированными порциями для поддержания процесса горения.

Естественно, что в домашней печи создать такие условия невозможно, поэтому тепла будет выделяться меньше, чем показывают расчеты. Поэтому нормативы будут полезны лишь для определения общей динамики и сравнения характеристик.

Что собой представляет процесс горения

Изотермическая реакция, при которой выделяется определенное количество тепловой энергии и называется горением. Эта реакция проходит несколько последовательных стадий.

На первом этапе древесина разогревается внешним источником огня до точки воспламенения. По мере нагрева до 120-150 ℃ древесина превращается в угли, которая способна самовоспламеняться. По достижении температуры в 250-350 ℃ начинают выделяться горючие газы – этот процесс называется пиролизом. Одновременно происходит тление верхнего слоя древесины, которое сопровождается белым или бурым дымом – это смешанные пиролизные газы с водяным паром.

На втором этапе в результате разогрева пиролизные газы загораются светло-желтым пламенем. Оно постепенно распространяется на всю площадь древесины, продолжая нагрев древесины.

Следующая стадия характеризуется воспламенением древесины. Как правило, для этого она должна разогреться до 450-620 ℃. Чтобы дрова воспламенились, необходим внешний источник тепла, который будет достаточно интенсивным для резкого нагрева дерева и ускорения реакции.

Кроме того, на скорость воспламенения дров влияют такие факторы, как:

• тяга;
• влажность древесины;
• сечение и форма дров, а также их количество в одной закладке;
• структура древесины – рыхлые дрова загораются быстрее, чем плотные;
• размещение дерева относительно потока воздуха – горизонтально или вертикально.

Проясним некоторые моменты. Поскольку влажное дерево при горении в первую очередь испаряет лишнюю жидкость, то разжигается и сгорает оно намного хуже, чем сухое. Форма также имеет значение – ребристые и зазубренные бревна воспламеняются легче и быстрее, чем гладкие и круглые.

Тяга в дымоходе должна быть достаточной, чтобы обеспечить приток кислорода и рассеять внутри топки тепловую энергию на все находящиеся в ней объекты, но не задуть при этом огонь.

Четвертая стадия термохимической реакции – устойчивый процесс горения, который после вспышки пиролизных газов охватывает все находящееся в топке топливо. Горение проходит две фазы – тление и горение пламенем.

В процессе тления сгорает образовавшийся в результате пиролиза уголь, при этом газы выделяются довольно медленно и не могут воспламениться по причине малой концентрации. В результате конденсирования газов по мере их охлаждения образуется белый дым. Когда древесина тлеет, внутрь постепенно проникает свежий кислород, что приводит к дальнейшему распространению реакции на все остальное топливо. Пламя возникает в результате сгорания пиролизных газов, которые перемещаются вертикально по направлению к выходу.

Пока внутри печи поддерживается необходимая температура, подается кислород и есть не сгоревшее топливо, процесс горения продолжается.

Если такие условия не поддерживаются, то термохимическая реакция переходит в финальную стадию – затухание.

Как определить температуру горения в печи на дровах

Измерение температуры горения дров в камине можно выполнять только пирометром – никакие другие измерительные приборы для этого не годятся.

Если же такого прибора у вас нет, можно визуального определить примерные показатели, исходя из цвета пламени. Так, пламя низкой температуры имеет темно-красную окраску. Желтый огонь свидетельствует о слишком высокой температуре, получаемой с помощью усиления тяги, однако в этом случае большее количество тепла сразу улетучивается сквозь дымовую трубу. Для печи или камина наиболее подходящей будет температура горения, при которой цвет пламени будет желтым, как, например, у сухих березовых дров.

Современные печи и твердотопливные котлы, а также камины закрытого типа, оборудованы системой контроля подачи воздуха, чтобы корректировать теплоотдачу и интенсивность горения.

Жаропроизводительность древесины

Помимо значения теплотворности, то есть количества выделяемой тепловой энергии при сгорании топлива, есть еще понятие жаропроизводительности. Это та максимальная температура в печи на дровах, которой может достигать пламя в момент интенсивного горения древесины. Данный показатель также полностью зависит от характеристик древесины.

В частности, если дерево имеет рыхлую и пористую структуру, оно сгорает на довольно низких температурах, образуя светлое высокое пламя, и дает довольно мало тепла. А вот плотная древесина, хоть и гораздо хуже разгорается, даже при слабом и низком пламени дает высокую температуру и большое количество тепловой энергии.

Свойства древесины

Различные породы деревьев обладают следующими физическими свойствами:

• Цвет – на него влияют климат и порода дерева.
• Блеск – зависит от того, как развиты сердцевидные лучи.
• Текстура – связана со строением древесины.
• Влажность – отношение удаленной влаги к массе древесины в сухом состоянии.
• Усушка и разбухание – первая получается в результате испарения гигроскопической влаги, разбухание – поглощение воды и увеличение в объеме.
• Плотность – примерно одинакова у всех древесных пород.
• Теплопроводность – способность проводить тепло через толщу поверхности, зависит от плотности.
• Звукопроводность – характеризуется скоростью распространения звука, зависит от расположения волокон.
• Электропроводность – сопротивляемость прохождению электрического тока. На нее влияет порода, температура, влажность, направление волокон.

Перед использованием деревянного сырья для определенных целей прежде всего знакомятся со свойствами древесины, а только потом оно идет в производство.

Влажность и интенсивность горения

Если древесина была срублена недавно, то в ней содержится от 45 до 65 % влаги в зависимости от времени года и породы. У таких сырых дров температура горения в камине будет невысокой, поскольку большое количество энергии будет затрачиваться на испарение воды. Следовательно, теплоотдача от сырых дров будет достаточно низкой.

Достигнуть оптимальных показателей температуры в камине и выделения достаточного для прогрева количества тепловой энергии можно несколькими способами:

• Сжигать за один раз в 2 раза больше топлива, чтобы обогреть дом или приготовить еду. Такой подход чреват существенными материальными затратами и усиленным накоплением сажи и конденсата на стенках дымоотвода и в ходах.
• Сырые бревна распиливают, колют на небольшие поленья и размещаются под навесом для просушки. Как правило, за 1-1,5 года дрова теряют до 20 % влаги.
• Дрова можно закупить уже хорошо просушенными. Хотя они несколько дороже, зато теплоотдача от них намного больше.

Стоит отметить, что совершенно непригодна для использования в качестве топлива древесина сырого срубленного тополя и некоторых других пород. Она рыхлая, содержит очень много воды, поэтому при горении дает очень мало тепла.

В то же время, у березовых сырых дров наблюдается достаточно высокая теплотворность. Кроме того, пригодны для использования сырые поленья из граба, ясеня и прочих пород дерева с плотной древесиной.

Какие дрова горят жарче?

Канал ДНЕВНИК ПРОГРАММИСТА

Жизнь программиста и интересные обзоры всего. Подпишись, чтобы не пропустить новые видео.

Как уже упоминалось, дрова являются одним из самых используемых видов топлива для обогрева домов, находящихся за пределами города. Учитывая, что все дрова горят при разной температуре, надо выбрать те, которые лучше. Главным условием для горения дров является наличие кислорода, а это в значительной степени зависит от конструкции печи. Кроме того, у каждой древесины свой химический состав и плотность. Чем плотнее дерево, тем больше от него теплоотдача. Особое значение для большей теплоотдачи древесины при горении? кроме плотности и наличия кислорода, имеет влажность дров.

Сухие горят лучше и выделяют больше тепла, чем сырые дрова. Поэтому после распила их складывают в поленницы и просушивают под навесом в течение года. Каждый, кому доводилось топить печь дровами, замечал, что одни из них горят ярко, выделяя много тепла, а другие тлеют и мало нагревают печь. Все, оказывается, зависит от жаропроизводительности дров. По этому показателю самыми подходящими породами для горения в печах являются береза, сосна и осина.

Как тяга в печке влияет на горение

Если в топку печи поступает недостаточное количество кислорода, то интенсивность и температура горения древесины снижается, а вместе с тем сокращается и ее теплоотдача. Некоторые предпочитают прикрывать поддувало в печке, чтобы продлить время горения одной закладки, однако в результате топливо сгорает с более низким КПД.

Если дрова сжигают в открытом камине, то в таком случае кислород свободно поступает в топку. В данном случае тяга зависит главным образом от характеристик дымовой трубы.

В идеальных условиях формула термохимической реакции выглядит примерно так:

C+2H2+2O2=CO2+2H2O+Q (тепловая энергия).

Это значит, что при доступе кислорода происходит сгорание водорода и углерода, что в результате дает тепловую энергию, водяной пар и углекислый газ.

Для максимальной температуры сгорания сухого топлива в топку должно поступать около 130 % кислорода, необходимого для горения. Когда входные заслонки перекрывают, образуется избыток угарных газов, вызванных недостатком кислорода. Такой недожженный углерод улетучивается в дымоход, однако внутри топки падает температура горения и сокращается теплоотдача топлива.

Современные твердотопливные котлы очень часто оборудованы специальными теплоаккумуляторами. Эти устройства накапливают излишнее количество тепловой энергии, выделяемой в процессе горения топлива при условии хорошей тяги и с высоким КПД. Таким способом можно экономить топливо.

В случае с печами на дровах возможностей экономить дрова не так уж и много, поскольку они сразу же отдают тепло в воздух. Сама печка способна сохранять лишь небольшое количество тепла, а вот железная печь и вовсе на такое не способна – из нее лишнее тепло сразу же уходит в трубу.

Так, при увеличении тяги в печи можно добиться усиления интенсивности горения топлива и его теплоотдачи. Однако в таком случае существенно возрастают теплопотери. Если же обеспечить медленное сгорание дров в печи, то их теплоотдача будет меньше, а количество угарного газа – больше.

Обратите внимание, что КПД теплогенератора напрямую влияет на эффективность сжигания дров. Так, твердотопливный котел может похвастаться 80 % эффективности, а печь – всего 40 %, причем имеет значение ее конструкция и материал.

Что выделяется при горении дерева?

При сгорании дерева образуется дым, состоящий их твердых частиц (сажи) и газообразных продуктов горения. В их состав входят вещества, находящиеся в древесине. Продукты, выделяющиеся при сгорании дерева, состоят из азота, углекислого газа, паров воды, сернистого газа и окиси углерода, которая способна гореть дальше.

Подсчитано, что каждый килограмм древесины выделяет при сгорании примерно 800 г газообразных продуктов и 200 г угля. Состав продуктов горения древесины зависит и от условий, при которых происходит этот процесс. Он может быть:

• Неполный – происходит при недостаточном доступе кислорода. В результате горения выделяются вещества, которые способны вновь гореть. К ним относится: сажа, окись углерода и разные углеводороды.
• Полный – возникает при достаточном доступе кислорода. В результате горения образуются продукты – углекислый и сернистый газ, водяной пар, — которые не способны больше гореть.