13. Формула д.И. Менделеева для расчёта теплотворной способности сухой биомассы. Учёт влажности биомассы.
Основной энергетической характеристикой топлива, в том числе и биомассы, является теплотворная способность, МДж/кг, ккал/кг. Теоретическим пределом удельной энергии биомассы является её теплотворная способность в абсолютно сухом состоянии, т.е. высшая теплотворная способность её на сухую биомассу. Она характеризует всю энергию, накопленную в процессе фотосинтеза биомассы растений, т.е. удельный валовый (теоретический) потенциал энергии биомассы. Эта энергетическая характеристика лесной биомассы является наиболее стабильной, т.к. стабилен элементарный химический состав биомассы деревьев. И поэтому удельная теплота сгорания различных пород древесины практически не отличается.
Сухая масса топлива представляет собой в данном случае биомассу, высушенную до абсолютно сухого состояния.
Горючая масса топлива — это биомасса, из которой удалены влага и зола.
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 Qв определяется по формуле Д. И. Менделеева:
Q=340С+1260Н—109О , (кДж/кг) или Q=81∙C + 300∙H + 26∙(S-O), ккал/кг
Где С, Н, О, S – процентное содержание углерода, водорода, кислорода и серы в абсолютно сухой биомассе. Процентное содержание входящих в эту формулу химических элементов довольно близко для различных фракций деревьев отечественных пород. Ввиду этого теплотворные способности на горючую массу древесного топлива, полученного из различных фракций деревьев отечественных пород, также близки между собой. Ввиду незначительной зольности различных фракций и пород лесной биомассы можно считать, что высшая теплотворная способность на сухую и горючую биомассу одинакова.
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=340C+1030H—109О—25W W — процентное содержание в топливе влаги
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).
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 Wa — абсолютная влажность, %; м — масса образца во влажном состоянии, г; м0 — масса того же образца, высушенного до постоянного значения, г.
Относительной или рабочей влажностью называют отношение массы влаги к массе влажной древесины:
где Wp — 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.
В растущем дереве влажность стволовой древесины распределена неравномерно. Она изменяется как по радиусу, так и по высоте ствола.
Также абсолютная и относительная влажность стволовой древесины растущих деревьев и древесины сучьев и корней имеет большой диапазон колебаний в зависимости от времени года и спелости древесины, что определяет высокую вариабельность её теплотворной способности на рабочую массу.