вашего сайта -->

Древесный уголь: удельная теплота сгорания, производство, класс опасности

Нашли ошибку? Выделите ее мышкой и нажмите

Ctrl + Enter

Поделиться: Спонсор статьи

21.08.2019

Древесный уголь: удельная теплота сгорания, производство, класс опасности

Одной из альтернатив «традиционного» угля сегодня является древесный уголь. Но в отличие от своего сородича, это экологически чистый и более безопасный в использовании продукт.

Как и его изготавливают и почему не применяют для выработки электроэнергии?

Производство древесного угля

Древесный уголь имеет общее происхождение с каменным углём. Они оба образуются из древесины, только каменный уголь формируется в результате разложения древесной породы, которое длится долгие века. А вот древесный уголь получают методом термического разложения древесины — пиролиза.

Предварительно высушенную древесную породу помещают в реторту — замкнутую стальную ёмкость, в которую не поступает воздух. Затем ёмкость устанавливается в специальную печь, где и происходит процесс нагревания. Под воздействием высоких температур материал в бескислородной среде разлагается, превращаясь в древесный уголь.

Древесный уголь: удельная теплота сгорания, производство, класс опасностиПиролиз древесины. synergy-dream.com

После пиролиза материал обязательно подвергается прокалке. Этот процесс также проводится в печи: его суть заключается в отделении от полученного угля лишних газов и смол. На заключительном этапе реторту достают из печи, а уголь отсеивают от мелких фракций и пыли.

В зависимости от выбора «исходного материала» производят разные виды древесного угля. Также они отличаются друг от друга разной степенью содержания нелетучего углерода.

Чёрный уголь (марка А) получают из мягких пород древесины – например, тополя, липы, осины. Он считается высшим сортом древесного угля: в материале содержится как минимум 90% нелетучего углерода и не более 2,5% золы.

Из берёз, дубов, ясеней и других твёрдых пород образуется так называемый белый уголь первого сорта (марка Б), а хвойные породы (сосна, ель или лиственница) дают красный древесный уголь (марка В).

Свойства биотоплива

В результате пиролиза древесины получают уголь с большим количеством микроскопических полостей, за счёт которых он приобретает высокую поглощающую способность.

Благодаря кислороду, попадающему в поры, топливо легко горит и выделяет много тепла. Даже небольшое количество биотоплива даёт длительный жар, причём при сжигании практически не выделяется дым. Ко всему прочему, древесный уголь не склонен к самовозгоранию.

Древесный уголь: удельная теплота сгорания, производство, класс опасностиДревесный уголь. openbusiness.ru

Полученный древесный уголь состоит из углерода, водорода и кислорода. Их доля в материале зависит от температуры обугливания: чем она выше, тем выше содержание углерода и ниже – кислорода и водорода.

В среднем в древесном угле содержится около 80% углерода, причём как летучего, так и не летучего. Доля остальных веществ такова: кислорода – от 5 до 15%, водорода – порядка 4,5%.

Доля летучих веществ в продукте составляет не более 20%, золы – не более 3%, влаги – от 2-4% до 7-15% (если хранить материал в закрытых складах).

Калорийность или удельная теплота сгорания древесного угля варьируется в диапазоне от 7000 до 8000 Ккал/кг.

О характерных свойствах «классических» видов угля – бурого, каменного и антрацита – в нашем материале «Виды угля: какое топливо эффективней?».

Кому и зачем?

Древесный уголь применяют во многих сферах– к примеру, в пищевой промышленности, медицине, сельском хозяйстве. Также он используется для очистки промышленных стоков и газовых выбросов предприятий, а для выплавки ценных и редких металлов он просто необходим.

Помимо этого, древесный уголь используется в качестве топлива. Например, из угольной пыли, которая вырабатывается в процессе пиролиза, производят древесно-угольные брикеты.

Древесно-угольные брикеты. farpost.ru

Материал смешивают с каким-либо сырьём (как правило, это крахмальный клейстер), после чего отправляют на механический пресс, там их обжигают под высоким давлением и сжимают в бруски определённой формы и размеров.

Брикеты из древесного угля прогорают равномерно и полностью, при этом они превращаются в золу. Теплотворная способность такого топлива составляет свыше 8000 Ккал/кг.

В основном древесный уголь, как и брикеты, используется для
отопления частных домов, а не ТЭС. Дело в том, что стоит биотопливо практически
в два раза дороже, чем, например, каменный уголь.

Древесный уголь

Основной частью древесного угля является углерод. Древесный уголь по своему составу схож с каменным углем, в котором углерод также является основным элементом.

По сути, и древесный и каменный уголь имеют в основе древесину.

Только в каменном угле древесина разлагалась многие века при ограниченном доступе кислорода, а древесный уголь — это обугленная древесина, которую частично сожгли при недостатке кислорода.

Химический состав древесного угля включает в себя:
Углерод 80..92% (средний показатель 85%)
Кислород 5..15%
Фосфор 0,016..0,037%
Водород 4..4,8%
Летучие вещества не более 20%
Зола не более 3%
Влага от 2..4% до 7..15%
Удельная теплота сгорания (калорийность) 7000..8100Ккал/кг

В процессе обугливания состав древесного угля покидает большая часть влаги, серы, фосфора и кислорода. При этом потери углерода и водорода минимальны. Также остается и зола, которая не удаляется при обугливании.

Причем, чем выше температура выжигания, тем меньше углерода остается в составе. Так, например, при температуре 450°С уровень углерода равен 85 %, а водорода – 3 %.

Содержание фосфора зависит от вида древесины: в березовом древесном угле его содержится 0,037 %, в еловом – 0,017 %, а в сосновом – 0,016 %.

При небольшом содержании кислорода, находясь при обычной температуре, древесный уголь обладает способностью присоединять кислород. Поэтому одно из его свойств – склонность к самовозгоранию.

Влажность по окончании процесса обугливания равняется 2-4 %, но она существенно возрастает в процессе хранения – до 7-15 %. Теплотворная способность древесного угля, произведенного при температуре 400-500°С, составляет 7000-8100 Ккал/кг.

Для сравнения, калорийность каменного угля – 7200-8600 Ккал/кг.

Физический состав и свойства древесного угля:
Плотность (кажущаяся плотность) 260-380 кг/м2
Истинная плотность 130-150 кг/м2 (в среднем 143 кг/м2)
Удельная поверхность 160-400 м/г
Вес Около 210 г – 1 л От 100 до 195 кг – 1 м?
Отношение объема пор к объему куска (пористость) 72-80 %
Средняя удельная теплоемкость 0,69-1,21 кДж/(кг.К) при 24 и 560°С
Теплопроводность 0,058 Вт/(м.К)
Удельное электрическое сопротивление 0,8.108 — 0,5.109 Ом.см

Древесный уголь очень пористый. Причем, отношение объема пор к объему куска зависит от сорта древесины: так у березового угля оно равно 72 %, а у елового – 80 %. Также от сорта древесины зависит и вес угля: 1 м3 насыпного сухого елового угля весит около 100 кг, такой же объем березового угля весит около 180 кг, а букового – уже около 195 кг.

Различают кажущуюся плотность древесного угля и истинную. Кажущаяся плотность – это вес угля в том виде, как он есть, со всеми порами. Она тоже зависит от сорта древесины: из плотных пород получается плотный уголь, а из мягких – мягкий.

Так у елового древесного угля кажущаяся плотность – 260 кг/м2, осинового – 290 кг/м2, а березового – уже 380 кг/м2. Истинная же плотность возрастает с температурой обугливания. К примеру, при температуре 350°С плотность угля равняется 1500 кг/м2.

Если же температура возрастает до 1500°С, то плотность увеличивается до 1869 кг/м2.

Качественный древесный уголь имеет черный блестящий цвет с синим отливом. На изломе видно, что он хорошо сохранил структуру дерева. А вся его поверхность покрыта трещинами. По этим трещинам можно определить время обугливания (чем больше их, тем быстрее оно проходило). При ударе куски угля издают достаточно звонкий звук. Сам уголь легко разжигается и дает много тепла.

Существует два вида древесного угля: черный и белый. Белый уголь обугливается при низкой температуре. Лишь под конец ее резко увеличивают до 1000°С. Раскаленные куски достают из пламени и засыпают смесью песка, пепла и земли, чтобы охладить. Именно эта смесь делает поверхность угля белой.

Коры у белого угля нет, она выжигается в процессе обугливания. Тогда как у черного угля обычно кора сохраняется. Поверхность у белого угля ровная и твердая. В Японии создают белый уголь из каменного или железного дуба. Такой уголь очень твердый и горит долго, поэтому он считается самым лучшим.

Различают древесный уголь, изготовленный из древесины смешанных лиственных пород, и из древесины твердолиственных пород (данная древесина более предпочтительна). Также классифицируют по размеру кусков: 6-12 мм – мелкий и больше 25 мм – крупный. Разделяют уголь и по ГОСТу: А – высший сорт, Б – первый сорт.

Процесс производства древесного угля достаточно прост: его выжигают в закрытом пространстве без доступа воздуха. Такая операция называется пиролизом. При высокой температурной обработке из древесины получается: древесный уголь, а также жидкие и газообразные продукты (ацетон, метанол, уксусная кислота, смолы и пр.).

Но, несмотря на всю простоту, процесс пиролиза должен строго регулироваться. В противном случае, количество полученного древесного угля окажется меньше, а сам уголь будет мелким и пахнуть смолами. Главное правило: во время производства к процессу не должно быть доступа воздуха.

Читайте также:  Сорта и виды фанеры: классификация, выбор, применение

К слову, лучшим древесным углем считается тот, который выжгли при температуре, не превышающей 400-500°С.

Современные предприятия, на которых производится древесный уголь, оснащены специальными ретортными печами. Весь процесс проходит непосредственно в такой печи. Предваряет ее топка, далее идет камера, в которой происходит процесс пиролиза. Следующая часть – сушильная камера.

По обеим сторонам печи располагаются реторты, слева с подготовленными дровами, а справа – с остывающим углем. Завершает установку вытяжная труба. Камеры пиролиза и просушки угля разделены, благодаря чему тепло используется с большей пользой. Причем, пламя образуется за счет горения летучих продуктов, а не за счет горения дров.

Летучие продукты, которые выделяются при сгорании, переносятся обратно в топку и там сгорают.

По статистическим данным, в настоящее время в мире производится около 9 млн.т. древесного угля в год. Причем, большую часть из этого количества производит Бразилия – около 7,5 млн.т. Доля России в общей сумме производимого угля – 100 тыс.т. в год.

Мы используем импортируемый древесный уголь из Китая, Украины и Белоруссии. А количество потребляемого угля на одного человека в год составляет всего 100 граммов. Лидером по потреблению древесного угля является Япония – около 60 кг на человека в год.

В странах Европы этот показатель равен примерно 20 кг.

Применение древесного угля лежит во многих областях:

— металлургическая промышленность использует его в качестве восстановителя, то есть для отделения металла от руды, а также, чтобы защитить отливаемый металл от окисления. Ценное качество угля при этом – минимальный процент серы и фосфора в составе.

  • — цветная металлургия и производство ферросплавов используют его в качестве компонента шихты.
  • — радиоэлектронная промышленность применяет его для производства кристаллического кремния.
  • — промышленность использует его как реагент для выработки сероуглерода (из него, в свою очередь, производят искусственное волокно, целлофан и даже ядохимикаты).
  • — при производстве активированных углей древесный уголь играет главную роль.
  • — при производстве электродов древесный уголь является основой.
  • — в сельском хозяйстве его применяют как добавку в рацион домашнего скота и птиц, а также как удобрение для почвы.
  • — при производстве пищевого красителя.
  • — косметическая отрасль использует его при производстве средств по уходу за волосами, телом и лицом.
  • — при приготовлении пищи его используют в барбекю, шашлычницах, грилях.
  • — используется населением как экологичный вид топлива.

Поистине, области применения древесного угля очень разнообразны и обширны. Что же касается Японии, где древесный уголь потребляется повсеместно, то там его закладывают в фундамент зданий, добавляют в мыло, печенье и зубные щетки, и даже играют на нем, как на ксилофоне.

Выбор

Специалисты советуют гурманам придерживаться следующих правил по выбору угля или дров для готовки на природе.

Береза годится для курицы и мяса; дуб – для морепродуктов, мяса и птицы; ольха – для семги, индейки и курицы; яблоня – для свинины, курицы, говядины и дичи; вишня – для утки, баранины; клен – для курицы, морепродуктов и свинины. Менее всего подходят для готовки хвойные породы дерева.

Большое количество смолы придает пище неприятный прогорклый вкус. Сегодня в любом супермаркете вам предложат большой выбор древесного угля в виде рассыпного в пакетах или в угольных брикетах. Можно встретить в продаже уголь различных пород дерева.

Чаще всего предлагается недорогой березовый уголь, не имеющий неприятного запаха и хорошо поддерживающий горение.

Рассыпчатый уголь в мешках разжечь гораздо легче, но и прогорает он быстрее. Разве что уголь из дуба горит несколько дольше. Если планируется не одна жарка за один заход, то есть смысл купить уголь в брикетах. Они горят дольше. Но следует учитывать, что в брикеты при их производстве добавляют склеивающие вещества.

Сегодня в продаже можно встретить экзотический древесный уголь. Например, «белый уголь» из железного дуба, «красный уголь» для каминов и гриля. Также существует кокосовый древесный уголь.

Как разжечь угли

Для розжига углей для шашлыка или барбекю можно воспользоваться как деревянными щепочками, так и специальной жидкостью для розжига. Жидкость можно купить там же, где и уголь.

Чтобы разжечь древесные угли нужно их насыпать в жаровню, полить жидкостью для розжига из расчета 250 мл на 2 кг брикетов (для углей в рассыпчатом виде – чуть меньше), после чего поджечь с помощью длинной щепки или специальных спичек.

Запах жидкости для розжига выгорает довольно быстро и опасаться, что шашлык будет пахнуть бензином не стоит.

  1. Разровняйте угли ровным слоем и немного помашите на них куском картона, чтобы создать тягу воздуха. Когда угли разгорятся, оставьте их на 15-20 минут, чтобы они дали жар и немного прогорели, покрывшись 
  2. Подводя итог, можно сказать, что древесный уголь обладает очень ценными качествами, являясь одновременно и топливом, дающим большую теплоотдачу, и топливом, абсолютно не загрязняющим окружающую среду.

Удельная теплота сгорания топлива и горючих материалов

В таблицах представлена массовая удельная теплота сгорания топлива (жидкого, твердого и газообразного) и некоторых других горючих материалов. Рассмотрено такое топливо, как: уголь, дрова, кокс, торф, керосин, нефть, спирт, бензин, природный газ и т. д.

При экзотермической реакции окисления топлива его химическая энергия переходит в тепловую с выделением определенного количества теплоты. Образующуюся тепловую энергию принято называть теплотой сгорания топлива.

Она зависит от его химического состава, влажности и является основным показателем топлива. Теплота сгорания топлива, отнесенная на 1 кг массы или 1 м3 объема образует массовую или объемную удельную теплоты сгорания.

Удельной теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы или объема твердого, жидкого или газообразного топлива. В Международной системе единиц эта величина измеряется в Дж/кг или Дж/м3.

Удельную теплоту сгорания топлива можно определить экспериментально или вычислить аналитически.

Экспериментальные методы определения теплотворной способности основаны на практическом измерении количества теплоты, выделившейся при горении топлива, например в калориметре с термостатом и бомбой для сжигания.

Для топлива с известным химическим составом удельную теплоту сгорания можно определить по формуле Менделеева.

Различают высшую и низшую удельные теплоты сгорания.

Высшая теплота сгорания равна максимальному количеству теплоты, выделяемому при полном сгорании топлива, с учетом тепла затраченного на испарение влаги, содержащейся в топливе.

Низшая теплота сгорания меньше значения высшей на величину теплоты конденсации водяного пара, который образуется из влаги топлива и водорода органической массы, превращающегося при горении в воду.

Для определения показателей качества топлива, а также в теплотехнических расчетах обычно используют низшую удельную теплоту сгорания, которая является важнейшей тепловой и эксплуатационной характеристикой топлива и приведена в таблицах ниже.

Удельная теплота сгорания твердого топлива (угля, дров, торфа, кокса)

В таблице представлены значения удельной теплоты сгорания сухого твердого топлива в размерности МДж/кг. Топливо в таблице расположено по названию в алфавитном порядке.

Наибольшей теплотворной способностью из рассмотренных твердых видов топлива обладает коксующийся уголь — его удельная теплота сгорания равна 36,3 МДж/кг (или в единицах СИ 36,3·106 Дж/кг). Кроме того высокая теплота сгорания свойственна каменному углю, антрациту, древесному углю и углю бурому.

К топливам с низкой энергоэффективностью можно отнести древесину, дрова, порох, фрезторф, горючие сланцы. Например, удельная теплота сгорания дров составляет 8,4…12,5, а пороха — всего 3,8 МДж/кг.

Удельная теплота сгорания твердого топлива (угля, дров, торфа, кокса)

Топливо
Удельная теплота сгорания, МДж/кг
Антрацит 26,8…34,8
Древесные гранулы (пиллеты) 18,5
Дрова сухие 8,4…11
Дрова березовые сухие 12,5
Кокс газовый 26,9
Кокс доменный 30,4
Полукокс 27,3
Порох 3,8
Сланец 4,6…9
Сланцы горючие 5,9…15
Твердое ракетное топливо 4,2…10,5
Торф 16,3
Торф волокнистый 21,8
Торф фрезерный 8,1…10,5
Торфяная крошка 10,8
Уголь бурый 13…25
Уголь бурый (брикеты) 20,2
Уголь бурый (пыль) 25
Уголь донецкий 19,7…24
Уголь древесный 31,5…34,4
Уголь каменный 27
Уголь коксующийся 36,3
Уголь кузнецкий 22,8…25,1
Уголь челябинский 12,8
Уголь экибастузский 16,7
Фрезторф 8,1
Шлак 27,5

Удельная теплота сгорания жидкого топлива (спирта, бензина, керосина, нефти)

Приведена таблица удельной теплоты сгорания жидкого топлива и некоторых других органических жидкостей. Следует отметить, что высоким тепловыделением при сгорании отличаются такие топлива, как: бензин, авиационный керосин, дизельное топливо и нефть.

Удельная теплота сгорания спирта и ацетона существенно ниже традиционных моторных топлив. Кроме того, относительно низким значением теплоты сгорания обладает жидкое ракетное топливо и этиленгликоль — при полном сгорании 1 кг этих углеводородов выделится количество теплоты, равное 9,2 и 13,3 МДж, соответственно.

Удельная теплота сгорания жидкого топлива (спирта, бензина, керосина, нефти)

Топливо
Удельная теплота сгорания, МДж/кг
Ацетон 31,4
Бензин А-72 (ГОСТ 2084-67) 44,2
Бензин авиационный Б-70 (ГОСТ 1012-72) 44,1
Бензин АИ-93 (ГОСТ 2084-67) 43,6
Бензол 40,6
Дизельное топливо зимнее (ГОСТ 305-73) 43,6
Дизельное топливо летнее (ГОСТ 305-73) 43,4
Жидкое ракетное топливо (керосин + жидкий кислород) 9,2
Керосин авиационный 42,9
Керосин осветительный (ГОСТ 4753-68) 43,7
Ксилол 43,2
Мазут высокосернистый 39
Мазут малосернистый 40,5
Мазут низкосернистый 41,7
Мазут сернистый 39,6
Метиловый спирт (метанол) 21,1
н-Бутиловый спирт 36,8
Нефть 43,5…46
Нефть метановая 21,5
Толуол 40,9
Уайт-спирит (ГОСТ 313452) 44
Этиленгликоль 13,3
Этиловый спирт (этанол) 30,6
Читайте также:  Туя Брабант: описание, в ландшафтном дизайне, посадка и уход

Удельная теплота сгорания газообразного топлива и горючих газов

Представлена таблица удельной теплоты сгорания газообразного топлива и некоторых других горючих газов в размерности МДж/кг. Из рассмотренных газов наибольшей массовой удельной теплотой сгорания отличается водород.

При полном сгорании одного килограмма этого газа выделится 119,83 МДж тепла.

Также высокой теплотворной способностью обладает такое топливо, как природный газ — удельная теплота сгорания природного газа равна 41…49 МДж/кг (у чистого метана 50 МДж/кг).

Удельная теплота сгорания газообразного топлива и горючих газов (водород, природный газ, метан)

Топливо
Удельная теплота сгорания, МДж/кг
1-Бутен 45,3
Аммиак 18,6
Ацетилен 48,3
Водород 119,83
Водород, смесь с метаном (50% H2 и 50% CH4 по массе) 85
Водород, смесь с метаном и оксидом углерода (33-33-33% по массе) 60
Водород, смесь с оксидом углерода (50% H2 50% CO2 по массе) 65
Газ доменных печей 3
Газ коксовых печей 38,5
Газ сжиженный углеводородный СУГ (пропан-бутан) 43,8
Изобутан 45,6
Метан 50
н-Бутан 45,7
н-Гексан 45,1
н-Пентан 45,4
Попутный газ 40,6…43
Природный газ 41…49
Пропадиен 46,3
Пропан 46,3
Пропилен 45,8
Пропилен, смесь с водородом и окисью углерода (90%-9%-1% по массе) 52
Этан 47,5
Этилен 47,2

Удельная теплота сгорания некоторых горючих материалов

Приведена таблица удельной теплоты сгорания некоторых горючих материалов (стройматериалы, древесина, бумага, пластик, солома, резина и т. д.). Следует отметить материалы с высоким тепловыделением при сгорании. К таким материалам можно отнести: каучук различных типов, пенополистирол (пенопласт), полипропилен и полиэтилен.

Удельная теплота сгорания некоторых горючих материалов

Топливо
Удельная теплота сгорания, МДж/кг
Бумага 17,6
Дерматин 21,5
Древесина (бруски влажностью 14 %) 13,8
Древесина в штабелях 16,6
Древесина дубовая 19,9
Древесина еловая 20,3
Древесина зеленая 6,3
Древесина сосновая 20,9
Капрон 31,1
Карболитовые изделия 26,9
Картон 16,5
Каучук бутадиенстирольный СКС-30АР 43,9
Каучук натуральный 44,8
Каучук синтетический 40,2
Каучук СКС 43,9
Каучук хлоропреновый 28
Линолеум поливинилхлоридный 14,3
Линолеум поливинилхлоридный двухслойный 17,9
Линолеум поливинилхлоридный на войлочной основе 16,6
Линолеум поливинилхлоридный на теплой основе 17,6
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой основе 20,3
Линолеум резиновый (релин) 27,2
Парафин твердый 11,2
Пенопласт ПХВ-1 19,5
Пенопласт ФС-7 24,4
Пенопласт ФФ 31,4
Пенополистирол ПСБ-С 41,6
Пенополиуретан 24,3
Плита древесноволокнистая 20,9
Поливинилхлорид (ПВХ) 20,7
Поликарбонат 31
Полипропилен 45,7
Полистирол 39
Полиэтилен высокого давления 47
Полиэтилен низкого давления 46,7
Резина 33,5
Рубероид 29,5
Сажа канальная 28,3
Сено 16,7
Солома 17
Стекло органическое (оргстекло) 27,7
Текстолит 20,9
Толь 16
Тротил 15
Хлопок 17,5
Целлюлоза 16,4
Шерсть и шерстяные волокна 23,1

Источники:

  1. Абрютин А. А. и др. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод.
  2. ГОСТ 147-2013 Топливо твердое минеральное. Определение высшей теплоты сгорания и расчет низшей теплоты сгорания.
  3. ГОСТ 21261-91 Нефтепродукты. Метод определения высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания.
  4. ГОСТ 22667-82 Газы горючие природные. Расчетный метод определения теплоты сгорания, относительной плотности и числа Воббе.
  5. ГОСТ 31369-2008 Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава.
  6. Земский Г. Т. Огнеопасные свойства неорганических и органических материалов: справочник М.: ВНИИПО, 2016 — 970 с.

Древесный уголь: производство и применение

Производство древесного угля до недавних пор наносило значительный вред окружающей среде: выделяемые при пережиге газы выбрасывались в атмосферу, загрязняя ее. Современные технологии не только устранили эту проблему, но и позволили извлекать выгоду из образуемых в процессе пережига пиролизных газов.

Суть в том, что в современных печах для получения древесного угля есть съемные реторты (емкости, куда загружаются дрова). Их через специальные отверстия устанавливаются сверху на топку.

Образующиеся при пиролизе (окислении без доступа кислорода) газы через специальные отверстия отводятся и подаются в топку, где они перегорают. Таким образом получается, что «отходы производства», которые ранее буквально рассеивались в воздухе, используются для поддержания требуемой для пережига древесины температуры.

Если влажность древесины невысока, этих газов достаточно для получения древесного угля, что значительно уменьшает затраты на энергоносители.

Завод по производству древесного угля. Установка со съемными ретортами

Подобная технология имеет еще один весомый плюс: реторты могут устанавливаться со сдвигом во времени, обеспечивая непрерывный процесс. Любая технология получения угля из древесины состоит из нескольких этапов: сушки, пиролиза, дожига и остывания.

Если есть возможность использовать только одну емкость, то о непрерывности процесса речи быть не может: сначала в печь загружают дрова, ее растапливают, потом дрова сушатся, потом они перегорают и печь тушат, чтобы уголь остыл. Затем продукт выгребают и процесс начинается сначала.

Использование съемных реторт решает проблему: пока в одной емкости дрова сушатся, в другой они окисляются, в следующей догорают. Ту реторту, в которой процесс окончен, достают, устанавливают на площадку для остывания, а на ее место загружают другую со «свежим» материалом.

При этом выделяемый при пиролизе газ в одной из реторт служит основным источником энергии для переработки остальных. В видео описан один из вариантов построения процесса.

Применение древесного угля

Производство древесного угля – перспективное направление. Его потребление постоянно растет, причем он используется как на производстве, так и для бытовых целей.

Применение в быту всем знакомо: приготовление пищи на мангале и в барбекю сегодня уже практически не обходится без древесного угля.

Древесный уголь многие предпочитают закладывать в камины: это топливо не дымит, не выделяет газов (в частности, угарного) и имеет большую теплотворную способность.

  Хотите купить пресс для макулатуры б/у в Москве?

Изготовление древесного угля — перспективное направление

В промышленности древесный уголь применяют в металлургии (в нашей стране практически не практикуется), для изготовления фильтров разного назначения. Используется он при выплавке некоторых ценных металлов, кристаллического кремния, активированного угля. Находит применение в сельском хозяйстве и в медицине.

Использовать древесный уголь можно и для отопления. Особенность его горения состоит в том, что высоких языков пламени нет. Зато есть равномерный устойчивый жар.

Температура горения древесного угля зависит от нескольких факторов: от плотности (из разных сортов древесины уголь получается разной плотности), от его качества (условий выжига) и от количества кислорода, подаваемого во время горения.

В обычном открытом очаге температура может колебаться от 400 оС до 900оС, но при особых условиях можно достичь и 1200оС (кузнечный горн). Если говорить о средних значениях, то считается что теплотворная способность древесного угля 30МДж/кг.

Вид топлива для твердотопливного котла Удельная теплотворная способность, МДж Удельная теплотворная способность, кВт/ч
Буроугольный брикет 21 5,84
Необработанный бурый уголь 14,7 4,09
Сосновые дрова 8,9 2,47
Дубовые дрова 13 3,61
Березовые дрова 11,7 3,25
Каменный уголь 29,3 8,14
Кокс 29 8,06
Древесный уголь 30-31 8,62
Торф (сухой) 15 4,17

Как видим из таблицы, тепла древесный уголь выделяет, по крайней мере, не меньше, чем каменный уголь и почти в два с половиной раза больше, чем самые лучшие дрова. Почему же его почти не используют для отопления? Во-первых, в нашей стране уголь древесный производится в очень малых объемах (в мире производят 9 млн.

тонн в год, на долю России приходится 100 тыс. тонн) и имеет высокую цену. Если даже покупать его у производителей, то при закупке до 5 тонн просят 180 рублей за 10кг (18000 за тонну). Даже при экономном расходе получается достаточно дорого.

Если вы живете в местах, где большое количество лесов, в которых всегда хватает сухостоя, то обеспечить себе некоторое количество древесного угля не очень сложно даже без оборудования. Можно воспользоваться традиционными технологиями углежжения, которые для процесса требуют только наличия металлической бочки, да и то не обязательно.

Конечно, таким способом на всю зиму не запастись, но на то, чтобы засыпать какое-то количество в котел на ночь для поддержания комфортной температуры нажечь можно.

Теплота сгорания древесного угля чуть больше, чем теплота сгорания качественного каменного угля

Свойства

Полезные свойства этого топлива определяются несколькими показателями. Прежде всего, они определяются температурой горения древесного угля. Так прессованное топливо активно используется при плавке чугуна и стали.

Достигая высокой температуры горения во время плавления (свыше 1350 градусов), химический состав древесного угля выступает катализатором реакции в металле.

В доменном производстве при выплавке чугуна сегодня доля использования топлива невелика, всего 7-8%, но при этом чугун получается самого высокого качества.

Это достигается за счет свойств древесного угля – в нем не содержатся вещества, которые при нагреве образуют летучие газы, а при сгорании примеси веществ ухудшающие характеристики и структуру металла. Высокая плотность и удельный вес древесного угля, используемого в металлургии, позволяют сохранить однородность процесса плавки без применения дополнительных технологий.

Среди полезных свойств древесного угля выступает его высокая температура горения и длительное выделение тепла высокой температуры. Особенно ярко это демонстрируется при приготовлении блюд в мангале. После разжигания, топливо быстро достигает высокой температуры и поддерживает горение на протяжении нескольких часов.

Читайте также:  Как вырастить сосну в домашних условиях: от отбора семян до ухода

Важным показателем для топлива выступает и такой показатель, как зольность. Согласно ГОСТ, высший класс древесного угля при сгорании имеет зольность от 2,5 до 3 %. Для бытовых нужд, обычно используется класс Б он подходит как для отопления так и для приготовления пищи.

В отличие от высшего класса с более высокой температурой горения, использование углей класса Б, таит в себе меньше опасности, прежде всего из-за более низкой температуры горения – она примерно на 300 градусов ниже.

Такая разница между температурой горения двух видов древесного угля связывается со структурой, размерами головней и типом приготовления топлива. Более высокая температура получается при сгорании углей из более плотных слоев древесины.

К тому же хранение материала класса А, предусматривает возрастание до 20% наличия воды в объеме всей массы.

Важным показателем для древесного угля выступает однородность массы, так, в общей массе сорта А, фракции 25 и 12 мм должно быть не более 12% суммарно, в то же время головней в составе объема быть вообще не должно.

При кустарном производстве древесного угля своими руками свойства определяются по цвету, размерам головней и количеству пыли. Считается, что чем крупнее фракция и насыщеннее его цвет, тем качество его выше.

Во многом такой метод оправданный, поскольку косвенно указывает на химический состав топлива, и наличие в нем большого количества углерода.

Более глубокий лабораторный химический анализ может показать наличие или отсутствие в его составе серы, фосфора, солей тяжелых металлов и отдельные соединения на основе смол. При лабораторном анализе проверяется и зольность материала. Для топлива высшего качества зольность составляет 2,5-3%, для среднего качества определяется 3,5-4%.

Плотность зависит от марки и типа древесины, из которого он сделан. Вес стандартного объема топлива в 1 куб. метр составляет:

  • Из еловой древесины – 100-120 кг;
  • Соснового – 130-140 кг;
  • Березового – 175-185 кг;
  • Букового – 187-195;
  • Дубового – 200-215.

Сам по себе материал очень пористый, если брать отношение объема пор к общему объему вещества, то для березового угля она составит 72%, для елового 80%. Из-за этого удельная плотность древесного угля в зависимости от материала происхождения может быть:

  • Елового – 0,26 гр/см3;
  • Соснового – 0,29 гр/см3;
  • Березового – 0,38 гр/см3;

Именно высокая пористость материала и требует при розжиге в мангале и барбекю особой осторожности. Прежде всего перед розжигом нужно обработать угли спиртосодержащей жидкостью, и дать немного времени для того, чтобы она впиталась и проникла как можно глубже в поры.

Еще один показатель топлива – теплоемкость зависит от температуры и влажности материала. Для сухого (с влажностью 7-15%) топлива средняя теплоемкость составляет 0,18 ккал/кг, для абсолютно сухого с влажностью 2-4% теплоемкость составляет 0,2 ккал/кг.

  Как крепить сетку рабицу к металлическим столбам

Теплотворная способность, то есть способность выделения тепла составляет при температуре 380-500 градусов около 7500-8170 ккал/кг.

Применение

Сегодня применение древесного угля в быту в основном сводится к трем основным сферам. Прежде всего, нужен уголь для мангала или барбекю, длительный период горения, отсутствие вредных составляющих дыма и равномерный жар позволяют использовать его как топливо.

Вторым важным моментом его использования является очистка воды и воздуха. Зачем нужен древесный уголь в фильтре кухонной вытяжки – все очень просто, он является отличным сорбентом, впитывающим в себя все продукты сгорания, пыль и копоть. Такие фильтры,устанавливаются в вытяжках циркуляционного типа.

Не менее интересное использование его в качестве фильтра для воды, он эффективен на стадии тонкой очистки, когда речь идет о химических реагентах и биологических загрязнителях.

Третий вид использования – это отопление и топливо для домашних мастерских. Высоко ценится топливо у тех, кто занимается гончарным и кузнечным ремеслом. Это просто незаменимый вид топлива для горна и печи для обжига.

Правда, при покупке, нужно обращать внимание на срок годности – чем дольше хранится материал, тем больше впитывает влаги и тем меньше его теплоотдача, при горении он может не выдавать нужной температуры.

Требования к древесному углю

Согласно ГОСТ7657 84 древесный уголь должен иметь:

  • Зольность не более 3%
  • Содержание летучих веществ не более 20%

Изготавливается этот вид топлива из разных пород древесины, которые делят на две группы:

  1. бук, береза, вяз, граб, дуб, клен, ясень.
  2. ива, липа, ольха, осина, тополь.

В зависимости от исходного сырья, состава и качественных показателей продукта, древесный уголь бывает марки А (из древесины первой группы) и марки Б (из смеси групп 1 и 2). Сорта и качественные характеристики приведены в таблице.

Показатель Норма
Марка А Марка Б
Высший сорт 1 сорт 1 сорт 2 сорт
Доля золы 2,5% 3% 2,5% 3%
Нелетучего углерода не менее 90% 78% 88% 77%
Воды не более 6% 6% 6% 6%
Масса 1дм угля 210гр 210гр Нет норматива Нет норматива
Кусков менее 25мм 5% 5% Нет норматива Нет норматива
Кусков менее 12мм 5% 5% 7% 7%
Головни не более Не допускаются 2% Не допускаются 2%

Фасуют древесный уголь обычно в мешки разного объема. Чаще это мешки бумажные двух и трехслойные, редко встречается фасовка в полиэтилен. На упаковке указывается марка, вес и объем.

Полезные свойства древесного угля и золы

Применение древесного угля — это способ, который открыли индейцы Перу. В обрабатываемые почвы они добавляли продукты сгорания древесины, которую добывали в лесах.

В результате такой простой процедуры было отмечено повышение показателей урожайности и улучшение состояния культурных растений. Несмотря на широкий ассортимент покупных удобрений, древесная зола и уголь не теряют популярность.

Это простые и экологически чистые добавки, которые полностью усваиваются растениями и не вредят урожаю.

Основная цель, для чего используют древесный уголь, — это насыщение почвы полезными веществами. Разные его виды содержат калий. В меньших количествах можно обнаружить кальций, фосфор, бор и другие минералы, необходимые для роста, цветения и плодоношение растений.

Полезные свойства угля определяются его основными свойствами:

  Особенности и работа токарного станка ДИП300

  • химическая инертность — древесина после сжигания не контактирует с другими веществами, поэтому может храниться в почве огромное количество лет;
  • высокая способность абсорбировать любые вещества — уголь впитывает излишки влаги, не допуская заболоченности территории, а также соединений алюминия, которые влияют на кислотность грунта;
  • наличие огромного количества пор — эта особенность повышает активность угля.

Чтобы понимать, можно ли использовать древесный уголь как удобрение, важно обратить внимание на состав почв. Это вещество заметно снижает их кислотность, поэтому для щелочного грунта его лучше не применять. Удобрение подходит для большинства разновидностей почв, кроме солонцеватых. Благодаря его внесению, почва становится более мягкой и рыхлой. В ней улучшается газообмен, стимулируется развитие полезных микроорганизмов.

Древесный уголь как пользоваться

Разжигать древесный уголь нужно без использования какой-либо химии: неприятный запах от нее останется до тех пор, пока гореть будет топливо.

Потому берем кусок бумаги, комкаем, несколько тонких сухих лучинок выстраиваем вокруг бумаги «шалашиком», бумагу поджигаем, ждем, пока займутся лучины, сверху подкладываем немного сухих дров. Когда они хорошо разгорятся, можно класть древесный уголь.

Причем складывать его нужно горкой. Так он разгорается лучше. Если речь идет о мангале и приготовлении пищи, то чтобы древесный уголь равномерно разгорелся, те куски, что оказались по краям горки, выкладываем наверх.

Те, которые были ближе к центру, оказываются с краю. Так ждем, пока все куски не покроются белым налетом и над ними перестанут появляться языки пламени. Вот теперь можно жарить шашлык.

Как разжечь древесный уголь? При помощи бумаги и тонких щепок или…строительного фена

Есть способ разжечь древесные угли без бумаги, спичек и дров. Нужен только строительный фен и электрическая розетка. Все. Ни бумаги, ни спичек. Берете фен, включаете на максимум, направляете поток воздуха на сложенный горкой уголь. Первый уголек вспыхнет где-то через полминуты, потом займутся остальные, минут через пять будут гореть все.

Ссылка на основную публикацию