Proces palenia lub tlenia tytoniu: cechy i szkody

Próg temperatury dla spalania drewna różnych gatunków

W zależności od struktury i gęstości drewna oraz ilości i właściwości żywic zależy od temperatury spalania drewna opałowego, jego wartości opałowej, a także właściwości płomienia.
Jeśli drzewo jest porowate, będzie się palić bardzo jasno i intensywnie, ale nie da wysokich temperatur spalania - maksymalny wskaźnik to 500 ℃. Ale gęstsze drewno, takie jak grab, jesion czy buk, wypala się w temperaturze około 1000 ℃. Temperatura spalania jest nieco niższa w przypadku brzozy (około 800 ℃), a także dębu i modrzewia (900 ℃). Jeśli mówimy o takich gatunkach jak świerk i sosna, to zapalają się one przy około 620-630 ℃.

Wydajność grzewcza drewna opałowego: tabela głównych gatunków

Biorąc pod uwagę różne rodzaje drewna, w końcu można zauważyć pewne różnice: niektóre z nich palą się bardzo jasno i doskonale, podczas gdy jest mocne ciepło, podczas gdy inne ledwo się tlą, nie pozostawiając praktycznie żadnego ciepła. Nie chodzi tu wcale o ich suchość czy wilgotność, ale o ich strukturę i skład, a także strukturę drzewa.

Warto jednak zwrócić uwagę na to, że mokre drzewo bardzo mocno się zapala i pali, podczas gdy pozostaje duża ilość popiołu, który źle wpływa na komin, mocno się zapychają.

Największą wydajność cieplną wykazuje dąb, buk, brzoza, modrzew czy grab, ale te gatunki są najbardziej nieopłacalne i drogie. Dlatego są używane bardzo rzadko, a następnie w postaci wiórów lub trocin. Najniższy współczynnik przenikania ciepła występuje u topoli, olchy i osiki. Znajduje się tam tabela przedstawiająca główne skały i ich moc cieplną.

Tabela niektórych głównych skał i ich wymiany ciepła:

• Jesion, buk - 87%;
• Grab - 85%;
• Dąb - 75, 70%;
• Modrzew - 72%;
• Brzoza - 68%;
• Jodła - 63%;
• Lipa - 55%;
• Sosna - 52%;
• Osika - 51%;
• Topola - 39%.

Drzewa iglaste mają niską temperaturę spalania, dlatego lepiej jest używać ich do rozpalania otwartego ognia (ognia). Jednak drewno sosnowe bardzo szybko się zapala i może się długo tlić, ponieważ zawiera ogromną ilość żywic, dzięki czemu gatunek ten jest w stanie zatrzymać ciepło przez długi czas. Niemniej jednak lepiej nie używać gatunków iglastych do ogrzewania, ponieważ podczas spalania powstaje dużo gazów spalinowych, które osadzają się w postaci sadzy na kominie i należy go wyczyścić, ponieważ szybko się zapycha.

Właściwości termiczne drewna

Gatunki drewna różnią się gęstością, strukturą, ilością i składem żywic. Wszystkie te czynniki wpływają na wartość opałową drewna, temperaturę, w jakiej się pali, oraz charakterystykę płomienia.

Drewno topoli jest porowate, takie drewno opałowe pali się jasno, ale maksymalny wskaźnik temperatury osiąga tylko 500 stopni. Gęste gatunki drewna (buk, jesion, grab) po spaleniu wydzielają ponad 1000 stopni ciepła. Wskaźniki brzozy są nieco niższe - około 800 stopni. Modrzew i dąb rozgrzewają się bardziej, dając do 900 stopni Celsjusza. Drewno sosnowe i świerkowe pali się w temperaturze 620-630 stopni.

Drewno brzozowe ma najlepszy stosunek wydajności cieplnej do kosztów - ogrzewanie droższym drewnem o wysokiej temperaturze spalania jest ekonomicznie nieopłacalne.

Do rozpalania ogniska nadają się świerk, jodła i sosna - te drzewa iglaste zapewniają stosunkowo umiarkowane ciepło. Ale nie zaleca się stosowania takiego drewna opałowego w kotle na paliwo stałe, w piecu lub kominku - nie emitują one wystarczającej ilości ciepła, aby skutecznie ogrzać dom i ugotować jedzenie, wypalają się z tworzeniem dużej ilości sadzy.

Za drewno opałowe niskiej jakości uważa się paliwo wytwarzane z osiki, lipy, topoli, wierzby i olchy - drewno porowate podczas spalania emituje mało ciepła. Olcha i inne rodzaje drewna „strzelają” węglem podczas spalania, co może doprowadzić do pożaru, jeśli drewno zostanie użyte do rozpalenia otwartego kominka.

Przy wyborze należy również zwrócić uwagę na stopień zawilgocenia drewna - surowe drewno opałowe pali się gorzej i pozostawia więcej popiołu.

Właściwości termiczne drewna

Różne rodzaje drewna wytwarzają różne ilości ciepła. Na przykład suche, postarzane drewno generuje więcej ciepła niż drewno świeżo ścięte. Wynika to z faktu, że podczas początkowej reakcji chemicznej całe ciepło przechodzi do odparowania wody z drzewa. Im mniej wilgoci jest w materiale, tym szybciej można uzyskać ciepło. Drewno liściaste pali się dłużej niż drewno iglaste i bardziej się nagrzewa. Niektóre z najcenniejszych gatunków drzewo dobrych parametrach cieplnych to:

Jednak drewno takich drzew jest drogie, przez co odpady przemysłowe i pozyskiwanie drewna są w większości przypadków wykorzystywane jako paliwo.

W tym filmie dowiesz się, jak sprawdzić zawartość wilgoci w drewnie opałowym:

Wykorzystanie drewna na podstawie jego pojemności cieplnej

Wybierając rodzaj drewna opałowego warto wziąć pod uwagę stosunek kosztu do pojemności cieplnej danego drewna. Jak pokazuje praktyka, najlepszą opcję można uznać za brzozowe drewno opałowe, w którym te wskaźniki są najlepiej zrównoważone. Jeśli kupisz droższe drewno opałowe, koszty będą mniej opłacalne.

Do ogrzewania domu kotłem na paliwo stałe nie zaleca się stosowania takich gatunków drewna jak świerk, sosna czy jodła. Faktem jest, że w tym przypadku temperatura spalania drewna w kotle nie będzie wystarczająco wysoka, a na kominach gromadzi się dużo sadzy.

Niska sprawność cieplna również w drewnie olchowym, osikowym, lipowym i topolowym ze względu na porowatą strukturę. Ponadto w procesie spalania węglem wystrzeliwuje się czasami olchę i inne rodzaje drewna opałowego. W przypadku otwartego pieca takie mikro-eksplozje mogą prowadzić do pożarów.

Rodzaje drewna

Istnieje kilka wzorów, które określają różnicę w spalaniu różnych gatunków drewna. Przede wszystkim jest to obecność żywic - wyraźnie dodają one kaloryczności drewna opałowego. Miękkie drewno spala się łatwiej ze względu na niską gęstość. Ciężkie skały długo utrzymują spalanie.

Podczas gdy gęstość drewna różni się znacznie w zależności od gatunku, jego wartość opałowa na jednostkę masy jest prawie taka sama (z wyjątkiem iglastych gatunków żywicznych). Niezależnie od tego, jakie gatunki drzew zostały użyte na drewno opałowe, głównym czynnikiem wpływającym zarówno na proces spalania, jak i na wynik termiczny jest wilgotność.

Znajomość różnych gatunków drewna pozwala uzyskać komfortowe spalanie przy mniejszym zużyciu drewna opałowego

Lista cech niektórych gatunków drewna:

• akacja - spala się wolno i daje dużo ciepła, szybko wysycha, emituje charakterystyczny trzask w kominku;
• Brzozowy - szybko się wypala, łatwo zapala się nawet gdy jest mokry, daje równy i stabilny ogień;
• buk - paliwo wysokokaloryczne, pozostawia mało popiołu;
• dąb - wysoka kaloryczność, podczas spalania wydziela przyjemny zapach, bardzo długo wysycha;
• topola - niskie ciepło spalania;
• drzewa owocowe - palić powoli i równomiernie;
• drzewa iglaste - pachnący dym, może strzelać smołą, tworzyć dużo sadzy.

Znajomość podstaw obchodzenia się z drewnem jako paliwem pozwala na wygodne spalanie przy mniejszej ilości drewna opałowego.

Ważne jest tylko, aby nie zapomnieć o najważniejszym: niekontrolowany otwarty płomień może być bardzo niebezpieczny dla żywych istot. Oprócz oparzeń od płomieni i żaru, ogień może przynieść nieporównywalnie więcej katastrofy, gdy spłonie w ogniu.

Temperatura spalania i wymiana ciepła

Istnieje bezpośredni związek pomiędzy temperaturą spalania drewna w piecu a przenikaniem ciepła - im cieplejszy płomień, tym więcej ciepła oddaje do pomieszczenia. Na ilość wytwarzanej energii cieplnej wpływają różne cechy drzewa. Obliczone wartości można znaleźć w literaturze przedmiotu.

Należy zauważyć, że wszystkie standardowe wskaźniki zostały obliczone w idealnych warunkach:

• drewno jest dobrze wysuszone;
• piec jest zamknięty;
• tlen dostarczany jest w precyzyjnie odmierzonych porcjach w celu podtrzymania procesu spalania.

Oczywiście niemożliwe jest stworzenie takich warunków w piecu domowym, więc uwolni się mniej ciepła niż pokazują obliczenia. Dlatego normy będą przydatne tylko do określenia ogólnej dynamiki i porównania charakterystyk.

Pomiar temperatury spalania drewna w kominku można wykonać tylko za pomocą pirometru - żadne inne urządzenia pomiarowe się do tego nie nadają.

Jeśli nie masz takiego urządzenia, możesz wizualnie określić przybliżone wskaźniki na podstawie koloru płomienia. Na przykład płomień o niskiej temperaturze ma ciemnoczerwony kolor. Żółte światło wskazuje na zbyt wysoką temperaturę uzyskaną poprzez zwiększenie ciągu, ale w tym przypadku przez komin natychmiast odparowuje więcej ciepła. W przypadku pieca lub kominka najodpowiedniejsza będzie temperatura spalania, przy której płomień będzie miał żółty kolor, jak na przykład w przypadku suchego drewna brzozowego.

Nowoczesne piece i kotły na paliwo stałe, a także kominki typu zamkniętego wyposażone są w system kontroli dopływu powietrza do regulacji wymiany ciepła i intensywności spalania.

Temperatura spalania drewna decyduje o szybkości przenikania ciepła paliwa - im jest wyższa, tym więcej energii cieplnej jest uwalniane podczas spalania drewna opałowego. W tym przypadku właściwa wartość opałowa paliwa zależy od właściwości drewna.

Wskaźniki przenikania ciepła w tabeli są wskazane dla drewna opałowego spalanego w idealnych warunkach:

• minimalna zawartość wilgoci w paliwie;
• spalanie odbywa się w zamkniętej objętości;
• dozuje się dopływ tlenu - dostarczana jest ilość niezbędna do pełnego spalania.

Warto skupić się na tabelarycznych wartościach wartości opałowej tylko dla porównania różnych rodzajów drewna opałowego - w rzeczywistych warunkach przenikanie ciepła paliwa będzie zauważalnie niższe.

Co to jest spalanie

Spalanie jest zjawiskiem izotermicznym - czyli reakcją z wydzielaniem ciepła.

1. Rozgrzewka. Kawałek drewna należy podgrzać zewnętrznym źródłem ognia do temperatury zapłonu. Po podgrzaniu do 120-150 stopni drewno zaczyna się zwęglać i tworzy się węgiel zdolny do samozapłonu. Po podgrzaniu do 250-350 stopni rozpoczyna się proces rozkładu termicznego na składniki gazowe (piroliza).

2. Spalanie gazów pirolitycznych. Dalsze ogrzewanie prowadzi do zwiększonego rozkładu termicznego, a stężone gazy pirolityczne wybuchają. Po wybuchu zapłonu stopniowo zaczyna ogarniać całą strefę grzewczą. Daje to stabilny jasnożółty płomień.

3. Zapłon. Dalsze ogrzewanie spowoduje zapalenie się drewna. Temperatura zapłonu w warunkach naturalnych wynosi od 450 do 620 stopni. Drewno zapala się pod wpływem zewnętrznego źródła energii cieplnej, co zapewnia ogrzewanie niezbędne do gwałtownego przyspieszenia reakcji termochemicznej.

Palność paliwa drzewnego zależy od wielu czynników:

• wolumetryczna waga, kształt i przekrój elementu drewnianego;
• stopień zawilgocenia drewna;
• siła pociągowa;
• położenie obiektu zapalanego w stosunku do przepływu powietrza (pionowe lub poziome);
• gęstość drewna (materiały porowate zapalają się łatwiej i szybciej niż gęste, np. łatwiej rozpalić drewno olchowe niż dąb).

Do zapłonu wymagana jest dobra, ale nie nadmierna przyczepność - wymagany jest wystarczający dopływ tlenu i minimalne rozproszenie energii cieplnej spalania - konieczne jest rozgrzanie sąsiednich fragmentów drewna.

4. Spalanie.W warunkach zbliżonych do optymalnych początkowy wybuch gazów pirolitycznych nie gaśnie, od zapłonu proces przechodzi w stabilne spalanie ze stopniowym pokryciem całej objętości paliwa. Spalanie dzieli się na dwie fazy - tlenie i spalanie płomieniowe.

Tlenie obejmuje spalanie węgla, stałego produktu procesu pirolizy. Uwalnianie się gazów palnych jest powolne i nie zapalają się z powodu niewystarczającego stężenia. Substancje gazowe po schłodzeniu kondensują, tworząc charakterystyczny biały dym. W procesie tlenia się powietrze wnika w głąb drewna, dzięki czemu obszar pokrycia rozszerza się. Spalanie płomieni zapewnia spalanie gazów pirolitycznych, podczas gdy gorące gazy przemieszczają się na zewnątrz.

Spalanie jest utrzymywane tak długo, jak istnieją warunki do pożaru - obecność niespalonego paliwa, dopływ tlenu, utrzymanie wymaganego poziomu temperatury.

5. Tłumienie. Jeśli jeden z warunków nie jest spełniony, proces spalania zatrzymuje się i płomień gaśnie.

Aby dowiedzieć się, jaka jest temperatura spalania drewna, użyj specjalnego urządzenia zwanego pirometrem. Do tego celu nie nadają się inne typy termometrów.

Istnieją zalecenia dotyczące określania temperatury spalania paliwa drzewnego na podstawie koloru płomienia. Ciemnoczerwone płomienie wskazują na spalanie w niskiej temperaturze, białe płomienie wskazują na wysokie temperatury spowodowane zwiększonym ciągiem, w którym większość energii cieplnej trafia do komina. Optymalny kolor płomienia to żółty, tak płonie sucha brzoza.

W kotłach i piecach na paliwo stałe, a także w kominkach zamkniętych istnieje możliwość regulacji dopływu powietrza do paleniska poprzez regulację intensywności procesu spalania i wymiany ciepła.

Wartość opałowa wskazuje, ile energii cieplnej jest uwalniane podczas spalania drewna opałowego. Ale paliwo stałe ma jeszcze jedną cechę, której znajomość może być przydatna w praktyce - moc cieplna. Jest to maksymalny poziom temperatury, jaki można osiągnąć podczas spalania drewna i zależy od właściwości drewna.

Drewno o niskiej gęstości spala się lekkim dużym płomieniem i jednocześnie wydziela stosunkowo niewielką ilość ciepła; drewno gęste charakteryzuje się zwiększoną produkcją ciepła przy małym płomieniu.

Rasa	Wydajność grzewcza,% (100% - maksymalna)	Temperatura, ° C
Buk, jesion	87	1044
Grab	85	1020
Dąb zimowy	75	900
Modrzew	72	865
Dąb letni	70	840
Brzozowy	68	816
Jodła	63	756
Akacja	59	708
Lipa	55	660
Sosna	52	624
Osika	51	612
Olcha	46	552
Topola	39	468

Całkowite i niecałkowite spalanie: co jest uwalniane podczas spalania drewna

Spalane może być nie tylko drewno, ale także jego produkty (płyta wiórowa, płyta pilśniowa, MDF), a także metal. Jednak temperatura spalania jest różna dla wszystkich produktów. Przykładowo: temperatura spalania stali to 2000 stopni, folii aluminiowej - 350, a drewno zaczyna się zapalać już przy 120 - 150 stopniach.

Spalane drewno ostatecznie powoduje powstanie dymu, w którym substancją stałą jest sadza. Cały skład produktów spalania zależy całkowicie od składników drzewa. Drewno składa się głównie z najważniejszych składników: wodoru, azotu, tlenu i węgla.

Jeśli spalony zostanie 1 kg drewna, wówczas produkty spalania w stanie gazowym zostaną uwolnione w przedziale 7,5 - 8,0 metrów sześciennych. W przyszłości nie będą już mogły się palić, z wyjątkiem tlenku węgla.

Produkty spalania drewna:

• Azot;
• Tlenek węgla;
• Dwutlenek węgla;
• Para wodna;
• Dwutlenek siarki.

Wypalenie postaci może być całkowite lub niekompletne. Ale oba z nich występują wraz z tworzeniem się dymu. W przypadku niecałkowitego spalania niektóre produkty spalania mogą się palić później (sadza, tlenek węgla, węglowodory). Ale jeśli nastąpiło całkowite spalanie, produkty, które powstały w przyszłości, nie są zdolne do spalania (gazy siarki i dwutlenku węgla, para wodna).

Zagrożenie pożarowe drewna określają prawa jego termicznego rozkładu pod wpływem zewnętrznych przepływów ciepła, który rozpoczyna się w temperaturze 110˚С.Dalszemu ogrzewaniu towarzyszy usuwanie wolnej i związanej wilgoci z drewna. Proces ten kończy się w temperaturze 180˚C, po czym następuje rozkład najmniej żaroodpornych składników wraz z uwolnieniem CO 2 i H 2 O. W temperaturze ~ 250˚C następuje piroliza drewna z uwolnieniem produkty gazowe: CO, CH 2, H 2, CO 2, H 2 O. Wydzielająca się mieszanina gazów jest palna i może zapalić się od źródła zapłonu. W wyższych temperaturach rozkład termiczny drewna ulega przyspieszeniu. Większość gazów palnych zawierających do 25% wodoru i do 40% palnych węglowodorów jest uwalniana w zakresie temperatur od 350 do 450˚С.

Jednym z ważnych czynników określających zagrożenie pożarowe drewna jest jego zdolność do zapłonu i rozprzestrzeniania się spalania po podgrzaniu na powietrzu.

Spalanie drewna następuje w postaci ognistego spalania i tlenia się. W warunkach pożaru główna ilość ciepła jest uwalniana w okresie spalania płomieniowego (do 60%) i ~ 40% - w okresie tlenia.

Wskaźniki zagrożenia pożarowego dla niektórych gatunków drewna przedstawiono w tabeli 4.

Tabela 4 - Wskaźniki zagrożenia pożarowego różnych gatunków drewna

Wskaźniki temperatury zagrożenia pożarowego drewna - temperatura zapłonu i samozapłonu - określają prawa jego termicznego rozkładu. Wartości tych wskaźników dla różnych gatunków drewna, jak widać w tabeli 2, mieszczą się w dość wąskim zakresie temperatur.

Suche drewno wszystkich gatunków jest materiałem wysoce łatwopalnym (B3), łatwopalnym (G4) o dużej zdolności dymienia (D3). Pod względem toksyczności produktów spalania drewno należy do grupy materiałów wysoce niebezpiecznych (T3). Liniowa prędkość rozprzestrzeniania się płomienia po powierzchni wynosi 1-10 mm / s. Prędkość ta zależy w znacznym stopniu od wielu czynników: gatunku drewna, jego wilgotności, wielkości spadającego strumienia ciepła, orientacji powierzchni spalania. Szybkość tlenia się również nie jest wartością stałą - dla różnych gatunków drewna wynosi od 0,6 do 1,0 mm / min.

W budownictwie szeroko stosowane są drewnopochodne materiały wykończeniowe: płyty wiórowe, pilśniowe, panele drewniane, listwy, sklejka. Wszystkie te materiały są łatwopalne. Zmodyfikowane panele, listwy, sklejka. Wszystkie te materiały są łatwopalne. Modyfikacja drewna polimerami z reguły zwiększa jego zagrożenie pożarowe.

Tabela 5 przedstawia charakterystykę palności niektórych materiałów budowlanych na bazie drewna.

Tabela 5 - Palność materiałów drzewnych

Płomień rozprzestrzenił się po powierzchni drewna

Badania eksperymentalne rozprzestrzeniania się płomienia po powierzchni materiałów drewnianych różnymi metodami badań wykazały, że nie tylko warunki zewnętrznej ekspozycji na ciepło, ale także rodzaj drewna wpływa na charakterystykę rozprzestrzeniania się płomienia.

Wpływ gatunków drewna można w pewnym stopniu prześledzić, biorąc pod uwagę wartości tzw. Wskaźnika rozprzestrzeniania się płomienia (FLI).

IRP według GOST 12.1.044-89 jest złożonym wskaźnikiem, ponieważ przy jego obliczaniu, oprócz prędkości propagacji płomienia w poszczególnych odcinkach powierzchni próbki i ograniczającej odległości propagacji, wykorzystuje również dane dotyczące maksymalnej temperatury spalin spaliny i czas ich dotarcia. Materiały o IRP≤20 określane są jako wolno rozprzestrzeniający się płomień, z IRP˃20 - jako szybko rozprzestrzeniający się płomień. Wszystkie rodzaje drewna należą do tej drugiej grupy materiałów. Ich indeks przekracza 55.

Tabela 4 przedstawia wartości IRI dla próbek drewna nieobrobionego o grubości 19-25 mm.

Chociaż większość gatunków drewna należy do trzeciej, najniebezpieczniejszej klasy pod względem zdolności do rozprzestrzeniania płomienia po powierzchni konstrukcji stropów podczas pożaru, to niektóre próbki gatunków iglastych, jak wynika z tabeli 6, mają niższe wartości IRI i należą do II klasy.

Tabela 6 - Wartość IRP i klasa w zależności od zdolności do rozprzestrzeniania się płomienia

Rodzaj drewna	Klasa rozprzestrzeniania płomienia
czerwony cedr
Żółty cedr
Świerk biały
Świerk srebrny
Sosna biała
Pine Lodgepole
Modrzew

Zwiększenie strumienia ciepła na powierzchnię drewna powoduje znaczne przyspieszenie rozprzestrzeniania się płomienia. Zakończenie procesu jest możliwe, jeśli strumień ciepła z własnego płomienia stanie się mniejszy niż krytyczny dla danego materiału.

Badania drewnopochodnych materiałów wykończeniowych w warunkach symulujących rozwój pożaru wykazały dość duże szybkości rozprzestrzeniania się płomienia wzdłuż nich (tabela 7).

Tabela 7 - Prędkość rozprzestrzeniania się płomienia na okładzinach drewnopochodnych

Dymotwórczość i toksyczność produktów spalania drewna

Dominującym zagrożeniem pożarowym jest wydzielanie toksycznych oparów. Przejawia się toksycznym i drażniącym działaniem produktów spalania, a także pogorszeniem widoczności w zadymionym środowisku. Zmniejszona widoczność utrudnia ewakuację ludzi ze strefy zagrożenia, co z kolei zwiększa ryzyko zatrucia produktami spalania. Sytuację w przypadku pożaru dodatkowo komplikuje fakt, że spaliny szybko rozprzestrzeniają się w przestrzeni i przenikają do pomieszczeń oddalonych od źródła pożaru. Stężenie emitowanego dymu i jego charakter zależą od cech konstrukcyjnych i składu chemicznego materiału palnego, warunków spalania.

W spalinach powstających podczas spalania drewna znaleziono ponad 200 związków - produktów niepełnego spalania. Maksymalna wartość gęstości optycznej podczas spalania każdego z gatunków drewna zależy w złożony sposób od gęstości zewnętrznego strumienia ciepła. Współczynnik wydzielania dymu podczas rozkładu i tlącego się spalania różnych gatunków drewna zależy od gęstości zewnętrznego strumienia ciepła (rys. 14).

1 - świerk; 2 - sosna pod Moskwą; 3 - sosna thongkaribe; 4 - ilim karagach; 5 - akacja keolai; 6 - kasztan; 7 - akacja; 8- bacdan eukaliptusa.

Rysunek 14 - Charakterystyka wytwarzania dymu.

Podobny skrajny charakter mają krzywe zależności wskaźnika toksyczności produktów spalania drewna od gęstości zewnętrznego strumienia ciepła (rys. 15). W trybie tlącego się drewna świerkowego uzysk CO jest 70-240 razy wyższy od uzysku CO podczas spalania płomieniowego.

W trybie tlącym się w zakresie temperatur 450-550 ° C wszystkie rodzaje drewna przejawiają się jako wysoce niebezpieczne pod względem toksyczności produktów spalania i należą do grupy T3. Wraz ze wzrostem intensywności efektu cieplnego do 60-65 kW / m2 (co odpowiada temperaturze 700-750 С), zgodnie z toksycznością produktów spalania, drewno różnych typów przechodzi do grupy umiarkowanie materiały niebezpieczne T2.

1- lipa; 2 - brzoza; 3 - ilim karagach; 4 - dąb; 5 - osika; 6 - sosna; 7 - świerk.

Rysunek 15 - Toksyczność produktów spalania od temperatury ekspozycji na ciepło.

Podczas spalania drewna powstaje dość intensywny dym. Największą ilość dymu emituje spalanie materiałów drzewnych w trybie tlącym (tabela 8).

Tabela 8 - Zdolność wytwarzania dymu przez materiały drewniane badane w trybie tlenia

4 Środki ochrony przeciwpożarowej w konstrukcji budynków drewnianych

O temperaturze spalania drewna pisaliśmy już pokrótce w naszej publikacji o „”, a dziś zagłębimy się w ten problem.

Wszyscy jesteśmy przyzwyczajeni do przekonania, że ​​pali się samo paliwo. I choć bez niego spalanie jest niemożliwe, to gaz uwalniany przez paliwo podczas spalania w rzeczywistości ulega zapłonowi.To prawda, że ​​aby drewno zaczęło emitować wystarczającą ilość tego gazu do zapłonu, potrzebuje wysokiej temperatury. A ta temperatura jest różna dla różnych rodzajów drewna i dla różnych warunków. Struktura, gęstość, wilgotność i inne cechy wpływają na szybkość i ilość uwalnianego gazu, ponieważ niektóre gatunki drewna szybko się zapalają, dają dużo ciepła i światła, podczas gdy inne są bardzo trudne do zapalenia i emitują znacznie mniej ciepła niż chcielibyśmy. Staje się to bardzo ważne, kiedy, a zwłaszcza przy wyborze materiałów na podpałkę. Poniższa tabela przedstawia temperatury spalania niektórych popularnych gatunków drewna.

Należy uczciwie zaznaczyć, że wskazane w tabeli stopnie Celsjusza są podane dla warunków idealnych (zamknięta przestrzeń, zastosowane suche drewno i kontrolowany dopływ tlenu w optymalnych ilościach do spalania), które są osiągane tylko w kotłach, ale nie w ogniu wykonane w środku polany. Ale mimo to, jako przewodnik, te tabele są całkiem odpowiednie.

Im wyższa temperatura spalania wybranego gatunku drzewa, tym więcej ciepła musi on wchłonąć, zanim zacznie się z niego wydzielać palny gaz.

Do rozpałki lepiej jest użyć skał o niskiej temperaturze spalania i skał o wysokiej temperaturze jako głównego drewna opałowego. W przeciwnym razie możesz napotkać dwa rodzaje problemów:

• Temperatura spalania wybranego drewna jest wyższa niż temperatura generowana przez twoje. Z tego powodu paliwo po prostu się nie zapali lub będzie wymagało dodatkowego przetwarzania, przygotowania i przygotowania.
• Temperatura spalania wybranego drewna jest niska, w wyniku czego wytwarzane jest niewystarczające ciepło. Z tego powodu może zajść potrzeba zmiany gatunku podczas spalania paliwa lub większej ilości drewna.

Z danych w tabeli możemy wywnioskować, że temperatura spalania topoli sprawia, że ​​jest to dobra podpałka, bo zacznie się aktywnie palić już przy 468 stopniach Celsjusza, podczas gdy np. sosnę trzeba będzie podgrzać do 624 stopni. Jeśli nie masz pod ręką nic oprócz dębu, to aby go zapalić, będziesz musiał dużo się pocić, aby podnieść temperaturę spalania do 840-900 stopni, a dopiero potem dodać kłody dębowe. Niska temperatura spalania sprawia, że ​​topola jest dobrą podpałką, ale lepiej nie używać jej jako paliwa podstawowego ze względu na jej niską moc cieplną, wskazaną w drugiej kolumnie tabeli. Do tej roli znacznie lepiej nadają się sosna, brzoza lub ten sam dąb. Te skały wytwarzają więcej gazu, a tym samym więcej światła i ciepła.

Nie widzę sensu w zapamiętywaniu wartości wszystkich kolumn tabeli. o wiele łatwiej jest używać go jako przewodnika do tworzenia własnych wykresów gatunków drzew, biorąc pod uwagę specyfikę flory twojego regionu. Prosta sekwencja, taka jak „najpierw palimy kamień X, a następnie przełączamy się na kamień Y” w trzech lub czterech krokach, jest znacznie łatwiejsza do zapamiętania i stosowania w terenie. Jeśli nie masz wyboru w terenie, a masz pod ręką tylko jeden rodzaj drewna, będziesz musiał z nim popracować, ale jeśli nadal jest wybór, lepiej dokonać tego świadomie i celowo. I choć wskazana w tabeli temperatura spalania jest charakterystyczna tylko dla warunków idealnych, to mówiąc o nich, warto wspomnieć również o dwóch czynnikach, które bezpośrednio wpływają na temperaturę spalania: wilgotność oraz powierzchnię styku.

Czynniki wpływające na temperaturę spalania

Temperatura spalania drewna w piecu zależy nie tylko od gatunku drewna. Istotnymi czynnikami są również wilgotność drewna i siła uciągu, która wynika z konstrukcji zespołu grzewczego.

Wpływ wilgoci

W świeżo ściętym drewnie wilgotność sięga średnio od 45 do 65% - około 55%.Temperatura spalania takiego drewna opałowego nie wzrośnie do wartości maksymalnych, ponieważ energia cieplna pójdzie na odparowanie wilgoci. W związku z tym zmniejsza się przenoszenie ciepła paliwa.

W celu uwolnienia wymaganej ilości ciepła podczas spalania drewna stosuje się trzy sposoby:

• prawie dwa razy więcej świeżo ściętego drewna opałowego zużywa się na ogrzewanie pomieszczeń i gotowanie (przekłada się to na wzrost kosztów opału i konieczność częstej konserwacji przewodów kominowych i gazowych, w których osadza się duża ilość sadzy);
• świeżo ścięte drewno opałowe jest wstępnie suszone (kłody są piłowane, dzielone na kłody, które są układane pod baldachimem - naturalne suszenie do 20% wilgoci zajmuje 1-1,5 roku);
• zakup suchego drewna opałowego (koszty finansowe rekompensuje wysoka wymiana ciepła paliwa).

Wartość opałowa świeżo ściętego brzozowego drewna opałowego jest dość wysoka. Do użytku nadają się również paliwa ze świeżo ściętego popiołu, grabu i innych twardych gatunków drewna.

Gatunki drewna	Sosna	Brzozowy	Świerk	Osika	Olcha	Popiół
Wartość opałowa świeżo ściętego drewna (wilgotność ok. 50%), kW m3	1900	2371	1667	1835	1972	2550
Wartość opałowa półsuchego drewna opałowego (wilgotność 30%), kW m3	2071	2579	1817	1995	2148	2774
Wartość opałowa drewna co najmniej 1 rok pod baldachimem (wilgotność 20%), kW m3	2166	2716	1902	2117	2244	2907

Ograniczając dopływ tlenu do paleniska obniżamy temperaturę spalania drewna i ograniczamy przenoszenie ciepła przez paliwo. Czas spalania wkładu paliwowego można wydłużyć zamykając przepustnicę kotła lub pieca, ale oszczędność paliwa przekłada się na niską sprawność spalania ze względu na nieoptymalne warunki.

С 2Н2 2О2 = СО2 2Н2О Q (ciepło)

Węgiel i wodór są spalane, gdy dostarczany jest tlen (lewa strona równania), w wyniku czego powstaje ciepło, woda i dwutlenek węgla (prawa strona równania).

Aby suche drewno mogło spalać się w maksymalnej temperaturze, ilość powietrza wpływającego do komory spalania musi osiągnąć 130% objętości wymaganej do procesu spalania. Gdy przepływ powietrza jest odcięty przez przepustnice, tworzy się duża ilość tlenku węgla, czego przyczyną jest brak tlenu. Tlenek węgla (niespalony węgiel) trafia do komina, podczas gdy temperatura w komorze spalania spada, a przenoszenie ciepła przez drewno spada.

Ekonomicznym podejściem przy stosowaniu kotła na paliwo stałe na drewno jest zainstalowanie akumulatora ciepła, który będzie magazynował nadmiar ciepła powstającego podczas spalania paliwa w trybie optymalnym, z dobrą przyczepnością.

W przypadku pieców opalanych drewnem nie będziesz w stanie oszczędzać paliwa w ten sposób, ponieważ bezpośrednio ogrzewają powietrze. Korpus masywnego pieca ceglanego jest w stanie zgromadzić stosunkowo niewielką część energii cieplnej, podczas gdy w piecach metalowych nadmiar ciepła trafia bezpośrednio do komina.

Jeśli otworzysz dmuchawę i zwiększysz ciąg w piecu, intensywność spalania i wymiany ciepła paliwa wzrośnie, ale wzrosną również straty ciepła. Przy powolnym spalaniu drewna ilość tlenku węgla wzrasta, a przenoszenie ciepła maleje.

Jeśli do pieca dostanie się niewystarczająca ilość tlenu, wówczas intensywność i temperatura spalania drewna spada, a jednocześnie zmniejsza się jego przenikanie ciepła. Niektórzy wolą zakryć dmuchawę w piecu, aby wydłużyć czas palenia jednej zakładki, ale w efekcie paliwo spala się z mniejszą wydajnością.

Jeśli drewno opałowe jest spalane w otwartym kominku, tlen swobodnie przepływa do paleniska. W tym przypadku ciąg zależy głównie od właściwości komina.

C 2H2 2O2 = CO2 2H2O Q (energia cieplna).

Oznacza to, że gdy dostępny jest tlen, następuje spalanie wodoru i węgla, w wyniku czego powstaje energia cieplna, para wodna i dwutlenek węgla.

Aby uzyskać maksymalną temperaturę spalania suchego paliwa, około 130% tlenu potrzebnego do spalania musi dostać się do paleniska.Kiedy klapy wlotowe są zamknięte, nadmiar tlenku węgla jest wytwarzany z powodu braku tlenu. Taki niespalony węgiel ucieka do komina, ale wewnątrz paleniska spada temperatura spalania i zmniejsza się przenikanie ciepła przez paliwo.

Nowoczesne kotły na paliwo stałe są bardzo często wyposażone w specjalne akumulatory ciepła. Urządzenia te gromadzą nadmierną ilość energii cieplnej wytwarzanej podczas spalania paliwa, pod warunkiem dobrej trakcji i wysokiej sprawności. W ten sposób oszczędzasz paliwo.

W przypadku pieców opalanych drewnem nie ma tak wielu możliwości oszczędzania drewna opałowego, ponieważ natychmiast uwalniają one ciepło do powietrza. Sam piec jest w stanie zatrzymać tylko niewielką ilość ciepła, ale piec żelazny w ogóle nie jest w stanie tego zrobić - nadmiar ciepła z niego natychmiast trafia do komina.

Tak więc wraz ze wzrostem ciągu w piecu można osiągnąć wzrost intensywności spalania paliwa i jego wymiany ciepła. Jednak w tym przypadku straty ciepła znacznie się zwiększają. Jeśli zapewnisz powolne spalanie drewna w piecu, wówczas ich przenoszenie ciepła będzie mniejsze, a ilość tlenku węgla większa.

Należy pamiętać, że sprawność generatora ciepła wpływa bezpośrednio na efektywność spalania drewna. Tak więc kocioł na paliwo stałe ma 80% sprawności, a piec - tylko 40%, a jego konstrukcja i materiał ma znaczenie.

Temperatura osiągnięta na pierwszym etapie samozapłonu jest znacznie wyższa niż ten sam wskaźnik dla bezpłomieniowego okresu spalania produktów rozkładu. W początkowej fazie cienka warstwa węgla tworzy się tylko na powierzchni drewna i początkowo nie pali się, mimo że jest rozgrzany do czerwoności.

Faktem jest, że na tym etapie prawie cały tlen jest zużywany do podtrzymania płomienia i ma ograniczony dostęp do innych produktów spalania. Węgiel zaczyna się rozkładać dopiero od momentu całkowitego zakończenia etapu ognistego spalania.

Temperatura zapłonu materiału drzewnego, która zapewnia utrzymanie stabilnego spalania, dla większości odmian wynosi 250-300 stopni.

Dobrym przykładem takiego układu są krokwie i poszycie dachu. W efekcie nieuniknione jest ich wzajemne nagrzewanie się przy jednoczesnym wzroście ciągu powietrza w kierunkach podłużnych.

Wszystko to zmusza budowniczych do podjęcia specjalnych środków w celu ochrony konstrukcji drewnianych przed skutkami otwartego ognia.

Temperatura pożaru podczas pożaru drewna opałowego

Do dobrego płomienia potrzebne jest powietrze, podczas spalania zachodzi reakcja chemiczna i materia organiczna, zawarty w drewnie przekształca się w parę wodną i dwutlenek węgla, wydzielając ciepło.

Drewno opałowe przygotowane z różnych gatunków drewna spala się inaczej. Niektóre palą się szybko i jasno, inne pozostawiają dużo popiołu i palą się nużąco i przez długi czas, inne wypalają się przez długi czas, a ich węgle dają dużo ciepła.

Najwyższą temperaturę daje drewno opałowe bukowe i grabowe - do tysiąca stopni Celsjusza. Topola daje najniższą temperaturę, nawet o połowę mniejszą niż ta ostatnia. Olcha, osika, sosna, lipa, akacja, jodła, brzoza, dąb, modrzew pali się silniej niż topola.

Na temperaturę spalania wpływa nie tylko gatunek drewna, ale także dostępność tlenu, konstrukcja paleniska. Na przykład w dużym kamiennym piecu drewno opałowe spala się szybko, ale piec odbiera ich ciepło i może oddawać je środowisku przez długi czas. Wręcz przeciwnie, mały piec - piec do brzucha nie zatrzymuje ciepła, natychmiast oddając je do pomieszczenia.

Jaki jest proces spalania

Reakcja izotermiczna, w której uwalniana jest pewna ilość energii cieplnej, nazywana jest spalaniem. Ta reakcja przechodzi przez kilka następujących po sobie etapów.

W pierwszym etapie drewno jest ogrzewane zewnętrznym źródłem ognia do punktu zapłonu. Gdy nagrzewa się do 120-150 ℃, drewno zamienia się w węgiel drzewny, który jest zdolny do samozapłonu.Po osiągnięciu temperatury 250-350 ℃ palne gazy zaczynają wydzielać się - proces ten nazywa się pirolizą. Jednocześnie tli się wierzchnia warstwa drewna, któremu towarzyszy biały lub brązowy dym - są to mieszane gazy pirolityczne z parą wodną.

W drugim etapie w wyniku ogrzewania gazy pirolityczne zapalają się jasnożółtym płomieniem. Stopniowo rozprzestrzenia się na całą powierzchnię drewna, kontynuując jego nagrzewanie.

Kolejny etap charakteryzuje się rozpaleniem drewna. Z reguły w tym celu musi się nagrzać do 450-620 ℃. Aby drewno się zapaliło, potrzebne jest zewnętrzne źródło ciepła, które będzie wystarczająco intensywne, aby szybko podgrzać drewno i przyspieszyć reakcję.

Ponadto czynniki takie jak:

• trakcja;
• zawartość wilgoci w drewnie;
• przekrój i kształt drewna opałowego, a także ich ilość w jednej zakładce;
• struktura drewna - luźne drewno opałowe spala się szybciej niż gęste drewno;
• ustawienie drzewa względem przepływu powietrza - poziomo lub pionowo.

Wyjaśnijmy kilka punktów. Ponieważ wilgotne drewno podczas spalania najpierw odparowuje nadmiar cieczy, zapala się i spala znacznie gorzej niż suche drewno. Kształt też ma znaczenie - kłody żebrowane i ząbkowane zapalają się łatwiej i szybciej niż gładkie i okrągłe.

Ciąg w kominie musi być wystarczający, aby zapewnić przepływ tlenu i rozproszyć energię cieplną wewnątrz paleniska na wszystkie znajdujące się w nim przedmioty, ale nie zdmuchnąć ognia.

Czwarty etap reakcji termochemicznej to stabilny proces spalania, który po wybuchu gazów pirolitycznych pokrywa całe paliwo znajdujące się w palenisku. Spalanie przebiega w dwóch fazach - tląc się i paląc płomieniem.

W procesie tlenia się węgiel powstały w wyniku pirolizy spala się, a gazy uwalniane są raczej wolno i nie mogą się zapalić ze względu na ich niskie stężenie. Skraplające się gazy podczas chłodzenia wytwarzają biały dym. Gdy drewno się tli, świeży tlen stopniowo przenika do wnętrza, co prowadzi do dalszego rozprzestrzeniania się reakcji na wszystkie inne paliwa. Płomień powstaje w wyniku spalania gazów pirolitycznych, które poruszają się pionowo w kierunku wylotu.

Dopóki wewnątrz paleniska utrzymywana jest wymagana temperatura, dostarczany jest tlen i znajduje się niespalone paliwo, proces spalania trwa.

Jeśli takie warunki nie zostaną zachowane, to reakcja termochemiczna przechodzi w końcowy etap - tłumienie.

Proces rozgrzewania

Ogrzewanie nazywane jest ogrzewaniem kawałka powierzchni drewna z oddzielnego źródła ciepła do temperatury wystarczającej do zapłonu. 120-150 ° C wystarczy, aby drewno zaczęło się bardzo powoli zwęglać.

Później proces jest kontynuowany wraz z pojawieniem się węgla. W temperaturze 250-350 ° C drewno pod wpływem wysokich stopni aktywnie zaczyna rozkładać się na składniki.

Dalej tli się, ale jeszcze nie ma płomienia i zaczyna pojawiać się biały lub brązowy dym. Przy dalszym ogrzewaniu zwiększa się procent gazów pirolitycznych i następuje płomień, po którym drewno opałowe zapala się.

Moc cieplna drewna

Oprócz wartości opałowej, czyli ilości energii cieplnej uwalnianej podczas spalania paliwa, istnieje również pojęcie mocy cieplnej. Jest to maksymalna temperatura w piecu opalanym drewnem, jaką może osiągnąć płomień w czasie intensywnego spalania drewna. Wskaźnik ten zależy również całkowicie od właściwości drewna.

W szczególności, jeśli drewno ma luźną i porowatą strukturę, pali się w raczej niskich temperaturach, tworząc jasny, wysoki płomień i dość mało ciepła. Ale gęste drewno, choć płonie znacznie gorzej, nawet przy słabym i niskim płomieniu daje wysoką temperaturę i dużą ilość energii cieplnej.

Temperatura zapłonu różnych skał

Aby uzyskać pełny obraz parametrów termicznych drewnalepiej jest poznać ciepło właściwe spalania każdego rodzaju drewna i bądź świadomy ich wymiany ciepła. Te ostatnie można mierzyć w wielu różnych ilościach, ale nie jest konieczne całkowite poleganie na danych tabelarycznych, ponieważ w rzeczywistości osiągnięcie optymalnych warunków spalania jest nierealne. Jednak tabela temperatur spalania drewna pomoże Ci nie pomylić się z wyborem drewna zgodnie z jego właściwościami.

Podane w różnych tabelach wartości temperatur spalania różnych gatunków drewna mają bezbłędny charakter i mają na celu przedstawienie całościowego obrazu, ale praktyczna temperatura w piecu nigdy nie osiągnie takich wartości. Można to wyjaśnić dwoma powszechnymi i jasnymi czynnikami:

• najwyższa temperatura nie zostanie osiągnięta, ponieważ nie będzie można całkowicie wysuszyć drewna opałowego w domu;
• drewno jest używane przy różnych poziomach wilgotności.

Wilgotność i intensywność spalania

Jeśli drewno było niedawno ścięte, to w zależności od pory roku i gatunku zawiera od 45 do 65% wilgoci. Przy takim surowym drewnie opałowym temperatura spalania w kominku będzie niska, ponieważ duża ilość energii zostanie zużyta na odparowanie wody. W konsekwencji przenoszenie ciepła z surowego drewna opałowego będzie dość niskie.

Istnieje kilka sposobów na osiągnięcie optymalnej temperatury w kominku i uwolnienie wystarczającej ilości energii cieplnej do jego nagrzania:

• Spalaj dwukrotnie więcej paliwa na raz, aby ogrzać dom lub ugotować jedzenie. Takie podejście wiąże się ze znacznymi kosztami materiałowymi i zwiększonym gromadzeniem się sadzy i kondensatu na ścianach komina i w przejściach.
• Surowe kłody są piłowane, siekane na małe kłody i umieszczane pod baldachimem do wyschnięcia. Z reguły drewno opałowe traci do 20% wilgoci w ciągu 1-1,5 roku.
• Drewno opałowe można kupić już dobrze wysuszone. Chociaż są nieco droższe, przenoszenie ciepła z nich jest znacznie większe.

Jednocześnie surowe drewno brzozowe ma dość wysoką wartość opałową. Ponadto do użytku nadają się surowe kłody z grabu, jesionu i innych gatunków drewna z gęstym drewnem.

Główne etapy spalania drewna

Spalanie drewna można przedstawić jako dwa następujące po sobie etapy. W pierwszym etapie produkty rozkładu spalane są w postaci gazowej, czemu towarzyszy tworzenie się jasnego płomienia.

Drugim etapem tego procesu jest bezpłomieniowe dopalanie węgla powstającego na początkowym etapie.

Decydujący wpływ na odporność ogniową konstrukcji drewnianej (np. Domu prywatnego) ma pierwszy z tych etapów, podczas którego tworzone są optymalne warunki do utrzymania propagacji spalania.

Mimo ograniczonego czasu procesowi temu towarzyszy wydzielanie znacznej ilości ciepła.

Przez chwilę oba te procesy przebiegają niemal jednocześnie, po czym ustaje wydzielanie gazów, a pali się tylko węgiel. Jednocześnie tempo, w jakim spala się większość materiału drzewnego w budynku, zależy od następujących czynników:

• ciężar objętościowy całej konstrukcji;
• zawartość wilgoci w oryginalnym materiale budowlanym;
• temperatura otoczenia;
• stosunek wolnych przestrzeni do kubatury zajmowanej przez drewno.

Materiał drzewny o gęstszej strukturze (na przykład dąb) spala się wolniej niż ta sama osika, co tłumaczy się różnicą w ich przewodnictwie cieplnym.

Podczas spalania drewna o dużej zawartości wilgoci pewna ilość ciepła jest zużywana na odparowanie wilgoci. W rezultacie mniej energii cieplnej zużywa się na rozkład materiału. Naturalnie suche drewno, biorąc pod uwagę wszystkie powyższe, spala się znacznie szybciej.

Konstruktywne środki ochronne

Środki uniepalniające w stosunku do większości domów drewnianych i innych konstrukcji zapewniają odpowiednie rozwiązania konstrukcyjne, a także dzięki obróbce specjalnymi odczynnikami chemicznymi (uniepalniaczami).

Zabezpieczenie tego typu realizowane jest poprzez zwiększenie masy poszczególnych elementów, z wyjątkiem spiczastych krawędzi i mocno wystających elementów („ostre krawędzie”), przy użyciu elementów drewnianych pozbawionych pustek.

Stosowane są również żaroodporne materiały izolacyjne, ochrona przeciwpożarowa powierzchni konstrukcji drewnianych specjalnymi powłokami. Powłoki ochronne stosuje się w postaci półfabrykatów z blach azbestowo-cementowych (gipsowych) oraz tynku o grubości do 1,5 cm.

Ponadto, aby zmniejszyć wskaźnik palności, projekt celowo zmniejsza liczbę konstrukcji z równoległymi elementami drewnianymi i pustkami między nimi.

Dodatkowe środki przeciwdziałające rozprzestrzenianiu się ognia wymagają przestrzegania norm dotyczących tworzenia się przerw pożarowych.

Do tego można dodać podział budynków ze specjalnymi przegrodami i odpowiednie rozmieszczenie otworów w ścianach (okien i drzwi) oraz ognioodporne dachy. Wszystkie te środki pozwalają wzmocnić konstrukcję pod względem odporności na rozprzestrzenianie się ognia.