2.3. Теплота сгорания древесной биомассы
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 QBp определяется по формуле Д. И. Менделеева (кДж/кг):
Низшая теплота сгорания —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):
Теплота сгорания, вычисленная по этим формулам, имеет размерность килоджоуль на килограмм.
Теплота сгорания стволовой древесины. Теплота сгорания стволовой древесины зависит только от двух величин: зольности и влажности. Низшая теплота сгорания горючей массы стволовой древесины практически постоянна и равна 18,9 МДж/кг (4510 ккал/кг). На основании стабильности горючей массы стволовой древесины и независимости ее от породы древесины нетрудно вывести формулу теплоты сгорания стволовой древесины для любой влажности и зольности. Она будет иметь следующий вид:
где QHp — теплота сгорания стволовой древесины при влажности Wp и зольности Лр, кДж/кг.
Теплота сгорания коры. Исследования по теплоте сгорания коры различных пород древесины очень малочисленны, и можно привести лишь ориентировочные данные по данному показателю. Для ориентировочных расчетов можно принять следующие значения низшей теплоты сгорания коры различных пород древесины в расчете на горючую массу, кДж/кг: кора сосны QHr= = 20 890, кора ели QHr=19 330, кора березы QHr= 19 950, кора осины Q„r=20 780, кора лиственницы Q„r = 21870.
Низшая теплота сгорания коры и гнилой древесины различных пород для различной влажности и зольности может быть подсчитана по формуле
где QHP и QHr — теплота сгорания древесной коры соответственно на рабочую и горючую массу, кДж/кг.
Теплота сгорания древесной гнили. Теплота сгорания гнилой древесины, отнесенная к единице массы, у гнилей коррозионного типа меньше, а у гнилей деструктивного типа больше, чем у здоровой древесины.
Для приближенных расчетов можно принять следующие значения низшей теплоты сгорания гнилой древесины различных пород в расчете на горючую массу:
Теплота сгорания гнилой древесины при различных значениях зольности и влажности рассчитывается по той же формуле, что и теплота сгорания коры,Теплота сгорания элементов кроны деревьев. Теплота сгорания элементов кроны для приближенных расчетов принимается равной теплоте сгорания стволовой древесины той же породы.
2.4. Калорийные эквиваленты различных видов древесной биомассы
Для удобства сравнения и расчетов по котельным, работающим на различных видах топлива, используется понятие у с -ловное топливо.
Условным называют топливо, имеющее низшую теплоту сгорания в расчете на рабочую массу 29,3. МДж/кг, или 7000 ккал/кг. Для пересчета натурального топлива в условное и наоборот служит калорийный эквивалент.
Калорийный эквивалент — количество условного топлива, эквивалентное по теплоте сгорания единице измерения массы или объема топлива. Калорийный эквивалент древесной биомассы есть количество условного топлива в тоннах, эквивалентное по теплоте сгорания одному плотному кубометру древесной биомассы.
Пересчет древесной биомассы в условное топливо производится по формуле
где Вусл — количество условного топлива, т; Упл — объем древесной биомассы, пл. м3; Э—калорийный эквивалент данного вида древесной биомассы, т усл. топл./пл. м3.
Калорийный эквивалент древесной биомассы определяется по формуле
где QHp — теплота сгорания, кДж/кг; pw — плотность при Wp, кг/м3.
2.4.1. Калорийный эквивалент стволовой древесины. Калорийный эквивалент стволовой древесины зависит от породы древесины, влажности и зольности ее в расчете на рабочую массу. Определение калорийного эквивалента стволовой древесины березы, лиственницы, бука, граба и белой акации производится по номограмме рис. 1, а всех остальных пород по номограмме рис. 2. Порядок определения калорийных эквивалентов по проведенным номограммам показан стрелками. Как видно из номограмм, для определения калорийного эквивалента необходимо знать породу, влажность и зольность древесины. Если при сжигании стволовой древесины засорение ее минеральными включениями исключено, то калорийный эквивалент определяется в зависимости от влажности по верхней
линии постоянной зольности Номограммы, соответствующей Др-1%.
2.4.2. Кал ор ийный эквивалент древесной коры.
Свойства древесной коры изучены более слабо, чем свойства стволовой древесины, и разработать номограммы для определения калорийного эквивалента при настоящем уровне знаний не представляется возможным без допущения существенных по-
грешностей. Поэтому калорийный эквивалент рекомендуется в каждом отдельном случае вычислять по формуле (2.20). Величина теплоты сгорания при этом подсчитывается по формуле (2.18), а плотность по формулам (2.7) ... (2.9).
2.4.3. Калорийный эквивалент гнилой древесины. Данных по теплотехническим свойствам гнилой древесины еще меньше, чем по коре. При необходимости определения калорийных эквивалентов гнилой древесины используют формулу (2.20). Теплота сгорания гнили подсчитывается по формуле (2.18), а ее плотность по формулам (2.10) и (2.11).
2.4.4. К а л ор и йный эквивалентэлементов кроны дерева. Этот эквивалент принимают в первом приближении равным калорийному эквиваленту стволовой древесины той же породы, влажности и зольности.
Для практических расчетов по буферному и межсезонному хранению древесных отходов рекомендуется применять следующие расчетные величины калорийных эквивалентов для различных видов древесного топлива:
дрова 5 = 0,252 т усл. топл/пл. м3;
топливная щепа из отходов лесозаготовок (не сортированная) 5 = 0,200 т усл. топл/пл. м3;
топливная щепа из отходов деревообработки (не сортированная, при отсутствии сушки) 5=0,225 т усл. топл/пл. м3;
опилки от производства сортиментов и пиломатериалов (из свежесрубленной древесины) 5 = 0,230 т усл. топл/пл. м3.