Температура самовозгорания древесины


Дрова являются классическим и самым распространенным вариантом твердого топлива. При сжигании древесины образуется тепловая энергия, которая используется для отопления различных помещений. Эффективность сгорания всецело зависит от температуры горения дров, а вот она в свою очередь зависит от породы древесины, их влажности и условий сжигания. Каждая разновидность древесины может использоваться для выполнения разных целей и задач. Одни используют для приготовления пищи на мангале или печке, другие для обогрева пространства (в камине или буржуйке).

Горение древесины: основные этапы

Горение – это изотермическое явление, проще говоря, реакция, при которой идет выделение тепла. У каждой породы дерева свое КПД тепла. Чтобы измерить температуру горения дерева в печи используют специальный термометр – пирометр. Все другие приборы и термометры для этой цели не годятся, сколько бы вы не старались.

Определить температуру сгорания можно и по цвету пламени используемой породы. Если порода загорается темно-красным пламенем, значит это низкотемпературное горение. Белое пламя указывает на высокую температуру горения. Но самое оптимальное пламя все же должно быть желтого цвета. Таким пламенем горит обычно сухая береза.

Весь процесс горения дерева заключается в нескольких важных этапах, которые взаимосвязаны между собой.

Этапы горения древесины:


  1. Разогрев. При температуре 120 – 150 градусов дерево обугливается, в результате образуется уголь, который затем сам воспламеняется.
  2. Возгорание дымовых газов. Дальнейший разогрев способен привести к термическому разложению и газы вспыхивают, охватывая всю зону. Дерево при этом горит светло-желтым пламенем.
  3. Воспламенение. Его температура составляет 450 – 620 градусов. Для успешного воспламенения требуется хорошая тяга в определенном количестве.
  4. Горение. Оно состоит из двух фаз: процесса тления и горение пламенем. Горит огонь в том случае, пока для него создаются и поддерживаются определенные условия: пока есть само несгоревшее топливо, продолжает поступать кислород и сохраняется нужная температура.
  5. Затухание. Если хоть одно из условий не соблюдается, процесс горения прекращается и огонь тухнет.

Температура самовозгорания древесины

Самыми качественными дровами являются твердые лиственные породы, они имеют высокую теплопроводность и обладают длительным горением. К таким породам можно отнести дуб, бук, березу, акацию. Бук так же отличается приятным ароматом и его используют для копчения. А вот если разжечь в доме грушу, яблоню или вишню, то их приятный запах заполнит все помещение. Способность березовых дров разгораться даже в свежесрубленном виде очень высока, поэтому они являются самым выгодным и востребованным топливом.

Температура горения древесины: факторы, способствующие процессу


Каждый владелец частного дома, где есть печь или камин, знает, что от теплопроводности дров будет зависеть и их КПД. Так же за качество горения дров отвечает и еще один важный показатель. Таким показателем является температура горения дров. У каждой породы дерева она различна. Чем больше будет происходить увеличение градусов, тем система обогрева будет нагреваться быстрее, а вот вода в трубах или кирпичная кладка сохранит тепло дольше.

Существует разный каменный уголь, в котором присутствует большее или меньшее содержание золы. Так же есть отличия и у разных пород древесины. Например, отличаются они температурой, которая выделяется в процессе горения и составом продуктов, оставшихся после сгорания дров.

Чтобы выбрать качественную и добротную древесину, нужно знать некоторые важные факторы, которые отвечают за лучшее горение дерева. От этих факторов будет зависеть не только качество возгорания костра, но и температура пламени и самого процесса сгорания.

Факторы, которые способствуют процессу горения:

  • Сорт древесины;
  • Влажность дерева;
  • Количество воздуха, поступающего в топку.

Температура самовозгорания древесины

Так же породы дерева отличаются: плотностью, структурой, а так же составом смол и его количеством. Все эти факторы прямым образом так же влияют на теплопроводность, характер пламени, температуру воспламенения и сгорания разных пород. Например: тополь загорается высоким и очень ярким пламенем, однако максимальная его температура горения может составлять только 500 градусов Цельсию, а это вовсе не достаточно для обогрева. А вот при сгорании таких пород как: бук, ясень или граб выделяется температура более 1000 градусов, что способствует отличному отоплению.

Жаропроизводительность дров: таблица основных пород

Рассматривая разные породы дерева, в итоге, можно заметить некоторые различия: одни из них очень ярко и отлично горят, при этом ощущается сильное тепло, а другие просто еле-еле тлеют, оставляя за собой практически никакого жара. Дело здесь вовсе не в их сухости или влажности, а в их структуре и составе, а так же строении дерева.

Однако стоит обратить свое внимание и на то, что влажное дерево очень плохо возгорается и горит, при этом остается большое количество золы, что плохо сказывается на дымоходе, они сильно засоряются.

Самая высокая жаропроизводительность у дуба, бука, березы, лиственницы или граба, однако эти породы являются самыми нерентабельными и дорогими. Поэтому их применяют очень редко и то в виде стружки или опилок. Самая низкая теплоотдача – у тополя, ольхи и осины. Существует таблица, в которой указаны основные породы и их жаропроизводительность.

Таблица некоторых основных пород и их теплоотдача:


  • Ясень, бук – 87%;
  • Граб – 85%;
  • Дуб – 75, 70%;
  • Лиственница – 72%;
  • Береза – 68%;
  • Пихта – 63%;
  • Липа – 55%;
  • Сосна – 52%;
  • Осина – 51%;
  • Тополь – 39%.

Хвойные породы имеют низкую температуру горения, поэтому их лучше использовать для загорания открытого огня (костра). Однако древесина сосны загорается очень быстро и способна долго тлеть, так как в ее состав входит огромное количество смол, поэтому эта порода способна длительное время сохранять тепло. Но все же для отопления хвойную породу лучше не использовать, так как при ее сгорании образуется много дымовых газов, которые оседают в виде сажи на дымоходе и его приходится чистить, так как он быстро засоряется.

Полное и неполное сгорание: что выделяется при горении древесины

Гореть может не только дерево, но и его продукты (ДСП, ДВП, МДФ), а так же металл. Однако температура горения у всех продуктов разная. Например: температура горения стали составляет 2000 градусов, алюминиевой фольги – 350, а дерево начинает воспламеняться уже при 120 – 150.

Температура самовозгорания древесины

При сгорании древесины в конечном итоге образуется дым, где твердым веществом является сажа. Весь состав продуктов сгорания всецело зависит от составляющих дерева. Древесина в основном состоит из самых главных составляющих: водорода, азота, кислорода и углерода.


Если сгорел 1 кг древесины, то продуктов сгорания в газообразном состоянии выделиться где-то 7,5 – 8,0 м кубических. В дальнейшем они гореть уже не способны, кроме окиси углерода.

Продукты сгорания дерева:

  • Азот;
  • Окись углерода;
  • Углекислый газ;
  • Пары воды;
  • Сернистый газ.

Горение по характеру может быть полным или неполным. Но оба они происходят с образованием дыма. При неполном горении некоторые продукты сгорания еще могут гореть в дальнейшем (сажа, окись углерода, углеводороды). А вот если произошло полное сгорание, то тогда продукты, которые образовались в дальнейшем, гореть не способны (сернистый и углекислый газы, пары воды).

ТЕМПЕРАТУРА САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

Низшая температура, до которой нужно нагреть древесину, чтобы она загорелась, называется температурой самовоспламенения. Температура самовоспламенения древесины 250-300°. Это объясняется тем, что при нагревании из древесины выделяются легковоспламеняющиеся горючие газы (летучие продукты), а также большое количество кислорода.
В результате окислительного процесса летучих веществ с кислородом воздуха наступает самовоспламенение древесины при температурах сравнительно низких, чем у других твердых веществ (уГОЛЬ, KOKC И Др.).


мпературя ГЯМПВПгппямрнрния древесины зависит также от степени ее измельчения. Чем больше измельчена древесина, тем ниже ее температура самовоспламенения. Так, например, температура самовоспламенения древесной стружки значительно ниже, чем древесных брусков. Объясняется что тем, что поверхность 1 кг стружки больше, чем I кг брусков. А с большей древесной поверхности, выделяется при нагревании больше летучих веществ, способных к окислению и самовоспламенению.

САМОВОЗГОРАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ

При нагревании до 130-150° древесина начинает самонагреваться Если создать условия, необходимые для накопления тепла, то древесина самовозгорается. При температурах производственных помещений древесина не представляет опасности самовозгорания. Эта опасность появляется только при нагревании ее до температуры выше 130°. Самовозгорание древесины в открытых деревянных конструкциях или штабелях не происходит из-за отсутствия соответствующих условий для накопления тепла. Обычно самовозгорание древесины происходит в скрытых деревянных конструкциях или в скопившихся древесных отходах, долгое время подвергавшихся нагреву.
Нагрев древесины до 110° безопасен и вполне допустим в процессе сушки или обработки ее. При этой температуре происходит высушивание древесины и частичное выделение летучих веществ.


зложение древесины не происходит, и химический состав ее остается без изменения. При температуре 150° наблюдается разложение нестойких соединений древесины. Цвет ее становится желтым. При температуре 230° разложение ее усиливается, и начинают протекать процессы с выделением газообразных продуктов. Причем большой процент занимают Н20 и С02. Древесина приобретает коричневый цвет с поверхностным обугливанием. В результате этого процесса химический состав древесины изменяется, т. е. происходит увеличение процента углерода и уменьшение водорода и кислорода. Уменьшается объемный вес древесины, но ее объем остается постоянным. Пористость древесины увеличивается, следовательно, увеличивается и ее поверхность соприкосновения с воздухом. При температуре 230-270° в древесине происходит образование пирофорного угля, который способен энергично поглощать (адсорбировать) кислород. Последний, окисляя уголь, поднимает температуру настолько, что уголь воспламеняется, и дерево начинает гореть. Самовозгорание древесины может происходить при более низких температурах и по другой причине.
Процесс разложения древесины является экзотермическим и при определенных условиях может служить причиной ее самовозгорания. Но для этого необходимо, чтобы количество тепла, выделяющегося за счет реакции разложения древесины, превысило бы теплоотдачу в окружающую среду. Такие условия могут создаться, когда древесные отходы в сушилке скапливаются на калорифере или балка уложена в кладку кирпичной стены рядом с источником тепла.

ой процесс протекает в опилках или других древесных отходах, сложенных в кучу. В практике имели место случаи разогревания древесных опилок и их самовозгорание. Некоторые авторы (проф. Б. Г. Тидеман и инж. П. Г. Демидов) считают, что основной причиной самовозгорания опилок являются биологические процессы. Во влажных опилках зарождаются микроорганизмы, которые при концентрации теплоты быстро размножаются. Микроорганизмы разлагают клетчатку. Происходит брожение образовавшихся продуктов. Весь этот процесс сопровождается выделением тепла, которое нагревает опилки до 60-70°. При этом образуется уголь, способный поглощать пары и газы. Поглощение паров и газов углем вызывает окислительный процесс, который ведет к дальнейшему нагреву массы. За счет тепла адсорбции температура повышается и достигает 100-130°. Затем образуется пористый уголь, который также поглощает пары и газы и повышает температуру опилок. При достижении температуры 200° начинается разлагаться клетчатка. входящая в состав опилок. Разлагаясь, клетчатка образует уголь, способный интенсивно окисляться. За счет окисления угля температура поднимается до 250-300°, и опилки самовозгораются.

ГОРЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ

В процессе горения древесины наблюдаются следующие явления. При поднесении пламени древесина воспринимает теплоту и нагревается, а при температуре 110° происходит высушивание ее и незначительное выделение летучих веществ. Около 130° начинается разложение древесины.


тенсивное разложение ее с изменением цвета происходит при температуре более 150°. При 200° и более начинает разлагаться главная составная часть древесины- клетчатка. Образующиеся при этом газы являются горючими, так как они содержат большое количество окиси углерода, углеводороды, водород и пары органических веществ. Если нагрев производится пламенем, то получающиеся газообразные продукты разложения воспламеняются при соприкосновении с ним, и с этого момента начинается процесс горения древесины. Таким образом, при нагревании древесины пламенем горение начинается с воспламенения газообразных продуктов разложения.
Температуры воспламенения наиболее распространенных пород древесины даны в табл. 2

Горение древесины состоит из двух стадий: пламенное горение газообразных продуктов разложения и беспламенное горение угля. Решающей в развитии пожара является стадия пламенного горения древесины. Она занимает более короткий промежуток времени и связана с выделением большого количества тепла. Температура продуктов горения при ней более высокая, чем в стадии горения угля. Уголь, образующийся на поверхности древесины в период.пламенного горения, не горит, хотя и находится в накаленном состоянии, так как его горению в этот период препятствует горение газообразных продуктов разложения, в результате чего кислород не имеет доступа к поверхности угля. Последний горит тогда, когда завершается пламенное горение при значительном выделении газообразных продуктов.
Небольшой период времени оба вида горения древесины протекают одновременно.


тем выделение газообразных продуктов прекращается, и горит только уголь. Скорость выгорания древесины зависит от объемного веса, влажности, температуры среды, количества кислорода и отношения поверхности древесины к ее объему. Более плотная древесина (дуб) горит медленнее, чем менее плотная (осина). Объясняется это тем, что более плотная древесина имеет большую теплопроводность и, следовательно, больше теплопотерь от нагреваемого слоя древесины. При горении влажной древесины значительное количество тепла расходуется на испарение влаги, поэтому на разложение древесины идет меньше тепла. Таким образом, скорость выгорания влажной древесины меньше, чем сухой.
Скорость горения древесины значительно изменяется от величины отношения поверхности к объему. Чем больше это отношение, тем больше скорость горения. Например, древесный брус сечением 10 см2, длиной 5 м имеет поверхность (без учета торцовых поверхностей) 0,1X5X4 = 2 м2, а объем 0,1X0,1X5 = 0,05 мг. На 1 м3 древесины приходится поверхность горения, равная 2:0,05 = 40 м2. Если этот брус распилить на 4 части сечением
5×5 см, то их общий объем останется прежним, а поверхность будет 0,05x5x4 = 4 м2. Теперь поверхность горения 1 м3 древесины будет 4: 0,05 = 80 м2, т. е. она возросла в 2 раза, следовательно, и скорость сгорания четырех брусков сечением 5×5 см будет больше, чем одного бруска сечением 10X10 см.
По данным ЦНИИПО*, скорость выгорания древесины равна 45-50 кг на 1 м2 в час. Такая скорость в сушильной камере может наблюдаться при полном горении, т. е. при открытых дверных проемах и открытых каналах вентиляционной системы.
При относительной герметичности камеры (плотно закрытые ворота, перекрытые каналы вентиляционной сети) горение будет затухать, а скорость выгорания древесины резко снижаться. Температура, получаемая при проведении процесса горения в адиабатических условиях, т. е. при полном отсутствии потерь тепла, называется теоретической температурой горения, до которой нагреваются продукты горения, когда все тепло, выделившееся при горении, идет на их нагревание. Действительно же достигаемые при горении древесины температуры всегда ниже теоретических, так как часть выделяемого тепла теряется в окружающую среду. Разница между действительной и теоретической температурами горения зависит от скорости сгорания и условий теплоотдачи.
В табл. 3 приведены теоретическая и практическая температуры горения различных пород древесины.

Температура самовозгорания древесины

Температура горения не зависит от количества древесины, так как количество тепла, приходящееся на единицу объема продуктов горения, остается постоянным. Температура горения древесины в сушилках зависит от полноты сгорания (полное, неполное горение), величины избытка воздуха, от скорости горения, температуры древесины и воздуха. Величина температуры горения сильно влияет на развитие пожара в сушилках. Чем она выше, тем больше тепла излучается в окружающую среду и, следовательно, быстрее идет подготовка древесины к горению.

Принципиально горение ТГМ аналогично горению газов и жидкостей и представляет собой гомогенный, диффузионный процесс превращения горючих веществ в продукты горения с выделением тепла и света. В основе горения лежит окислительно-восстановительная реакция.

В горении жидкостей и ТГМ есть дополнительное сходство: необходимость подготовки вещества к горению (испарение, плавление, разложение) и выделение горючих паров; воспламенение происходит при достижении концентрации горючих паров и газов НКПРП.

Возникновение горения ТГМ рассмотрим на примере древесины, являющейся одним из наиболее широко приме­няемых твердых горючих строительных материалов. Можно выделить следующие стадии воспламенения и горения дре­весины:

1) нагрев влажного вещества (температура древесины – до 50 0 С);

2) сушка древесины (удаление физически связанной во­ды) – температура до 120-150 0 С. Первые две стадии являются наиболее длительными и занимают порядка 55 % от общей продолжительности воспламенения. Необходимо добавить, что на этих стадиях ещё не происходит разрушения вещества;

3) удаление внутрикапиллярной и химически связанной воды – температура 150-180 0 С. На этой же стадии происходит разложение наименее стойких компонен­тов древесины (луминовых кислот). Выделяются в ос­новном негорючие газы и пары – СО 2 и Н 2 О, но име­ется сравнительно небольшое количество горючих га­зов и паров, например монооксида углерода СО.

Для того чтобы обосновать его появление, напомним, что различают две стадии горения углерода. На первой стадии углерод окисляется до монооксида углерода: С + 0,5О 2 = СО. Поэтому в продуктах горения всегда присутствует токсичный и пожаровзрывоопасный газ – СО (угарный газ). В связи с тем, что в продуктах разложения имеется некоторое количество горючих газов и паров, на этой стадии имеется возможность самовозгорания древесины.

4) Нагрев сухого материала и термическое разложение (пиролиз) древесины:

    начало пиролиза (температура 180-250 0 С). Древесина при этой температуре превращается преимуществен­но в уголь (60-70 %). Паров и газов выделяется, в це­лом, немного, большинство из них негорючие – диок­сид углерода СО 2 , пары воды Н 2 О, а также незначи­тельное количество оксида углерода СО, метана СН 4 и др. С ростом температуры количество горючих га­зов и паров увеличивается. К концу этой стадии ГПВС готова к воспламенению от источника зажигания. Так, температура воспламене­ния сосновой древесины 255 0 С, дубовой – 238 0 С. Отметим, что с измельчением вещества температура его воспламенения уменьшается (например, темпера­тура воспламенения сосновых опилок – 196 0 С) при отсутствии ИЗ воспламенение па­ров не произойдет, и лишь при дальнейшем нагрева­нии, при более высоких температурах (370-400 0 С), произойдет их самовоспламенение;

    интенсивное разложение древесины (температура 280-400 0 С). На этой стадии целлюлоза превращается в основном в газообразные горючие продукты и выделяется основное количество горючих газов – порядка 40 % от их общего количества. Поми­мо перечисленных газов, выделяются водород Н 2 , этилен С 2 Н 4 . Кроме них можно отметить пары спиртов, альдегидов, эфиров, кетонов и т. д. В це­лом, насчитывается более 350 наименований про­дуктов термического разложения и горения древеси­ны.

Подчеркнём тот факт, что при разложении древесины возможны два пути: а) при температурах 180-250 0 С она превращается, в основном, в уголь; б) при температурах 280-400 0 С выделяются преимущественно летучие продукты. Это имеет большое зна­чение при огнезащите древесины. Знание факторов, влияющих на скорость горения, позволяет ею управлять.

5) Прекращение выхода летучих соединений и начало горения уг­леродистого остатка – древесного угля (температура 500-600 0 С). Углеродистый остаток образуется на пре­дыдущих стадиях, однако его горению препятствует то, что кислород воздуха не проникает к нему, поскольку сгорает в зоне пламенных реакций. При температуре выше 500 0 С выход «летучих» прак­тически прекращается и кислород получает доступ к по­верхности углеродистого остатка (угля). С этого момента происходит одновременное гетерогенное горение (тление) угля и гомогенное горение продуктов разложения, продол­жающих выходить через трещины из нижележащих слоев древесины. Толщина угля колеблется в пределах 2,5 см. Ко­гда все слои древесины превращаются в уголь, выход газооб­разных продуктов разложения прекращается, а продолжает­ся только горение угля.

Аналогично древесине протекает термическое разложение каменного угля, торфа и ряда других материалов. Однако в каждом случае имеют место свои особенности. Так, у торфа общее количество летучих веществ меньше и выход их начинается при более низких температурах, чем у древесины (см. рис. 5.6). Каменный уголь состоит из более термостойких компонентов, чем древесина, поэтому его разложение протекает при более высоких температурах и менее интенсивно.

Рис. 5.6. Зависимость отно­сительного выхода летучих продуктов пиролиза твердых веществ от температуры 1 – древесина; 2 – торф; 3 – каменный уголь

Известно, что древесина как строительный материал обладает многочисленными достоинствами. Однако она яв­ляется горючей легковоспламеняемой. Чтобы снизить го­рючесть древесины используют многочисленные методы (средства) огнезащиты.

Древесина сегодня по-прежнему остается одним из востребованных строительных материалов. Но при легкости обработки, прочности, относительно небольшой массе материала, прекрасных влагозащитных, теплозащитных и экологических качествах древесина, являясь материалом органического происхождения, нуждается в дополнительной защите от огня и биологической среды, что обеспечивают огнезащитные материалы. Сегодня защита древесины обеспечивается многочисленными средствами, которые позволяют не только продлить срок службы конструкций из дерева, сохранить их внешний вид, но и во многом повышают безопасности их использования.

Свойства древесины с точки зрения воздействия огня.

Древесина в воздушно-сухом состоянии относится к сгораемым материалам — она воспламеняется и распространяет огонь. Однако из-за того, что при горении на поверхности древесины образуется уголь, горящий медленнее и с теплопроводностью в 4 раза ниже, чем у самой древесины, скорость потери рабочего сечения деревянной конструкции (ДК) не превышает 0,8 мм в минуту. Поэтому ДК противостоят обрушению при пожаре в течение более продолжительного времени, чем стальные, которые могут не выдержать нагрузок из-за снижения прочности при нагревании. Наряду с этим огнестойкость стальных конструкций падает и из-за того, что при нагревании они сильно удлиняются. Так, если нагреть стальную балку длиной 15 м до 500°С, то она удлиняется на 90 мм, что приводит к возникновению разрушающих напряжений в конструкциях здания. Древесина при нагревании деформируется в 3-4 раза меньше.

Воспламенение древесины от открытого огня может происходить при температуре около 210°С и сопровождается повышением температуры.

При отсутствии открытого источника теплоты (пламени, искр) воспламенение может произойти при быстром (1-2 минуты) нагревании древесины до температуры свыше 330°С. При длительном воздействии теплоты температура воспламенения древесины снижается до 150-170°С. Это обстоятельство необходимо учитывать при размещении деревянных конструкций вблизи нагревающихся предметов (отопительных приборов, дымоходов). В этих случаях требуется обеспечить такие условия контакта древесины с ними, чтобы установившаяся температура ее не превышала 150°С.

Основным условием для продолжения и развития самостоятельного горения зажженного деревянного изделия является превышение количества теплоты, аккумулированной поверхностными слоями его, над количеством теплоты, отдаваемой в пространство. Другими словами, для поддержания и распространения горения необходимо, чтобы температура соседних участков конструкций поддерживалась выше точки воспламенения древесины.

Процесс горения древесины – это изотермический процесс, который сопровождается выделением тепла. Чтобы дерево загорелось, сначала его нужно нагреть до температуры воспламенения.

Разогрев — это нагрев участка древесины от наружного источника тепла до температуры воспламенения. Источником тепла может послужить поднесенная спичка, соседний горящий участок полена или щепки, либо что-что еще, способное греть и нагревать до требуемой температуры. Когда температура прогреваемого участка достигнет 120-150°С — начинается очень медленное и постепенное обугливание дерева, с образованием самовоспламеняющегося угля. При достижении температуры 250-350°С, начинается активное термическое разложение древесины на составляющие. На поверхности дерева появляется видимый обугливающийся слой, который начинает тлеть (гореть без пламени). При этом из обуглившегося слоя начинает выделяться белый (бурый) дым. Самого процесса горения еще нет. Если прекратить нагрев, то возгорания не наступит. Наличие дыма говорит лишь о том, что поверхность древесины уже достаточно прогрелась и началось ее термическое разложение на газообразные составляющие. Белый дым — это не что иное, как продукты термического разложения древесины, сдобренные приличной порцией водяного пара. При дальнейшем разогреве и повышении температуры, термическое разложение древесины на газообразные составляющие будет усиливаться. Процесс термического разложения (пиролиз) пойдет вглубь древесной массы. Концентрация пиролизных газов в зоне разогрева достигнет критической отметки и произойдет их возгорание (вспышка). Вспышка состоится на границе с кромкой белого дыма и распространится на весь его объем. Возникнет светло-жёлтое пламя. Температура зоны разогрева может резко увеличиться за счет теплоты от сгорания пиролизных газов.

Температура вспышки горючих пиролизных газов находится в пределах 250-300°С. Это температура, при которой становится теоретически возможным процесс воспламенения и горения самой древесины.

Пиролиз — термическое разложение органических и многих неорганических соединений. В узком смысле, разложение органических природных соединений при недостатке воздуха (древесины , нефтепродуктов и прочего). Более в широком смысле — разложение любых соединений на составляющие менее тяжёлые молекулы, или элементы под действием повышения температуры. Так, например, теллуроводород разлагается уже при температуре около 0 °С

Воспламенение .
Если и дальше продолжать разогревать древесину, то наступит ее воспламенение. Это начальная стадия горения, в течение которой энергия, подводимая к системе от внешнего источника, приводит к резкому ускорению термохимической реакции. Практика показывает, что в естественных условиях воспламенение древесины наблюдается при температуре от 450 до 620°С.
Принципиально важным и непременным условием для воспламенения и горения любого вещества является достаточный приток кислорода и концентрация теплоты горения, которая не рассеивается, а идет на прогрев новых смежных участков топлива до температуры воспламенения.Воспламеняемость древесины связана с ее объемным весом, влажностью, мощностью внешнего источника нагрева, формой сечения деревянного элемента, скоростью воздушного потока (тяги), положением элемента в тепловом потоке (горизонтальное, вертикальное) и т, п. Решающее значение для процесса горения имеет плотность материала. Легкая, пористая древесина ольхи или тополя воспламеняется быстрее, чем плотная (дуб и т. п.). Мокрая древесина труднее воспламеняется, так как до воспламенения необходимо израсходовать дополнительное количество теплоты на испарение воды. Замедляющим фактором также является повышенная теплопроводность мокрой древесины; загоревшийся поверхностный слой ее скорее охлаждается. Круглые и массивные элементы горят хуже, чем с прямоугольным профилем и с малым сечением, с острыми ребрами и относительно развитой боковой поверхностью. Не струганная поверхность элементов, подобная рыхлой древесине, воспламеняется быстрее, чем гладкая.

Горение древесины.

Температура самовозгорания древесиныЕсли упомянутое выше условие соблюдается, то возникшее при вспышке пламя уже не затухает, а охватывает всю обугленную часть древесины. Это означает, что древесина воспламенилась, и процесс воспламенения перешел в процесс горения. Полено (щепка), если его извлечь из очага, будет гореть на воздухе самостоятельно.

В свою очередь, горение дерева состоит из двух фаз — пламенной фазы и фазы тления.

В режиме тления доминирующим процессом является горение твёрдых продуктов пиролиза (углей). При этом, пиролизные газы выделяются медленно и не могут воспламениться из-за малой своей концентрации. Газообразные продукты охлаждаются, конденсируются и дают обильный белый дым. При горении в режиме тления происходит движение воздуха в толщу горящей древесины

В режиме пламенного горения ведущим
процессом является горение газообразных продуктов пиролиза, которое характеризуется движением горячих газов наружу.

Обе фазы горения неразрывно взаимосвязаны и будут продолжаться до тех пор, пока в зоне горения будут соблюдаться три условия: наличие топлива, наличие кислорода и концентрация необходимой температуры.

Затухание древесины.

Если одно из этих условий не соблюдается, то пламя затухает и весь процесс воспламенения и горения, либо прекращается, либо, в точности повторяется с самого начала, в зависимости от стабильности наружного источника тепла.

Источник: nkkconsult.ru

Критерии выбора вида древесины в зависимости от предназначения

При выборе необходимого материала, следует знать несколько нюансов. К примеру, если использовать ясень или бук, то можно повысить температуру до больших показателей, но если применять их для бани или топки печи, то это очень дорого и нерентабельно – дрова быстро горят. По этой причине люди стали использовать иную древесину – березу. Сгорание березовых дров сопровождается получением 800 градусов.

Также часто применяется дуб и лиственница. Температура при горении их составляет от 840 до 900 градусов. Когда есть необходимость развести открытый огонь, костер, зажечь поленья в мангале на своем дачном или частном участке, желательно использовать сосну. Ее также часто применяют для отопления дома, путем помещения в печь. Температура горения материала составляет около 610-630 градусов. Но по этой причине придётся использовать примерно наполовину больше дров, чем при использовании березы или дуба.

Особенности хвойной породы:

  1. Температура горения — низкая.
  2. При помещении в огонь образовывается большое количество сажи и дыма.

Появление дыма и сажи происходит из-за большого количества смолы, содержащейся в древесине. Она оседает на стенках дымохода, а поэтому его необходимо периодически прочищать после использования. Поэтому хвойные породы не так популярны для топки – процесс очистки весьма трудоемкий. Такой материал используют только в крайнем случае, если нет другого варианта.

Также при разведении костра необходимо обращать внимание на влажность материалов, поскольку этот процент напрямую влияет на горение. Чем влажнее дрова, тем хуже будут они гореть. Но при этом также создается очень много дыма.

Народный опыт показывает, что для получения необходимого тепла для обогрева дома, необходимо использовать дрова из бука, дуба, который срублен зимой, горных сосен, березы и акации.

Самое сильное пламя вызывает ясень, смолистая лиственница, клен, сосна или дуб, срубленный в летний период.

Немного меньше жара образовывает пихта, каштан и кедр.

Самой плохой теплоспособностью обладает тополь, ольха, осина.

Из всего этого можно сделать вывод, что лучше всего образуют тепло те дрова, которые наиболее увесистые и плотные.

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.

Температура самовозгорания древесины

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.

Температура самовозгорания древесины

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.

Измерение температуры горения

В домашних условиях измерить температуру горения очень сложно. Обычный термометр здесь не подойдёт. Разумеется, «на глазок» тоже не получится определить верную температуру горения определенного материала. Чтобы привести такие исследования, нужно приобрести специальный прибор под названием пирометр.

Но необходимо знать, что большая температура горения дров в печке не будет означать, что они станут выделять необходимое количество тепла. Поэтому следует также позаботиться о качественном оборудовании. В хороших печах имеется возможность искусственным путем сокращать поступление кислорода к дровам. Таким образом, есть возможность добиться повышения температуры сгорания и понижения теплоотдачи.

Поскольку домашних условиях температуру горения разных дров измерить очень сложно, дорогостояще, а порой и невозможно, то можно полагаться на официальные данные. Все показатели уже давно вычислили в лабораторных условиях специалисты, путем сравнительного анализа. Чтобы получить необходимые результаты, перед проверкой дрова тщательно высушивались – приводились в оптимальное состояние для опытов с открытым огнем.

Теплопроводность материалов:

Понятие «температура горения дров» не совсем верно отражает главную характеристику. Необходимо обращать большее внимание на способность выделять тепло. Единица измерения такого параметра – калории — это тепловая энергия, которая на 1 градус разогревает 1 грамм обычной воды.

Жаропроизводительность

На практике человека должна интересовать жаропроизводительность выбранного материала. Это та температура, которую можно достичь при сжигании определённого вида дров.

Таблица жаропроизводительности дров:

Порода Жаропроизводительность в процентах Температура в Цельсиях
Бук и ясень 87 1044
Граб 85 1020
Зимний дуб 75 900
Лиственница 72 865
Летняя дубовая порода 70 840
Береза 68 816
Пихта 63 756
Акация 59 708
Липа 55 660
Сосна 52 624
Осина 51 612
Ольха 46 552
Тополь 39 468
  • Если дом отапливается от печи и при процессе горения запахло влажными дровами, то необходимо сразу же изучить свое оборудование. Возможно, где-то нарушена герметичность и целостность.
  • При горении выделяется большое количество кислот, поэтому дымоход следует строить из надежных материалов, которые способны сопротивляться агрессивным средам.
  • Если используются дрова со смолой, то после использования нужно тщательно прочищать дымоход.
  • Для прогревания камней, к примеру, в парилке, желательно применять дрова, которые горят слабо, и выделяют большое количество тепла.
  • Для быстрого нагрева парной комнаты применяют материал с высокой температурой горения. При этом подачу воздуха в топку необходимо повысить.

Изучив материал, можно понять, какая температура горения дров нужна для максимально эффективного прогрева помещения.

Процесс горения древесины – это изотермический процесс, который сопровождается выделением тепла. Чтобы дерево загорелось, сначала его нужно нагреть до температуры воспламенения.

Разогрев
— это нагрев участка древесины от наружного источника тепла до температуры воспламенения. Источником тепла может послужить поднесенная спичка, соседний горящий участок полена или щепки, либо что-что еще, способное греть и нагревать до требуемой температуры.

Когда температура прогреваемого участка достигнет 120-150°С — начинается очень медленное и постепенное обугливание дерева, с образованием самовоспламеняющегося угля. При достижении температуры 250-350°С, начинается активное термическое разложение древесины на составляющие. На поверхности дерева появляется видимый обугливающийся слой, который начинает тлеть (гореть без пламени).

При этом из обуглившегося слоя начинает выделяться белый (бурый) дым. Самого процесса горения еще нет. Если прекратить нагрев, то возгорания не наступит. Наличие дыма говорит лишь том, что поверхность древесины уже достаточно прогрелась и началось ее термическое разложение на газообразные составляющие. Белый дым — это не что иное, как продукты термического разложения древесины, сдобреные приличной порцией водяного пара.


Вспышка пиролизных газов.

При дальнейшем разогреве и повышении температуры, термическое разложение древесины на газообразные составляющие будет усиливаться. Процесс термического разложения (пиролиз) пойдет вглубь древесной массы. Концентрация пиролизных газов в зоне разогрева достигнет критической отметки и произойдет их возгорание (вспышка). Вспышка состоится на границе с кромкой белого дыма и распространится на весь его объем. Возникнет светло-жёлтое пламя. Температура зоны разогрева может резко увеличиться за счет теплоты от сгорания пиролизных газов.
Температура вспышки горючих пиролизных газов находится в пределах 250-300°С. Это температура, при которой становится теоретически возможным процесс воспламенения и горения самой древесины.

Воспламенение.

Если и дальше продолжать разогревать древесину, то наступит ее воспламенение. Это начальная стадия горения, в течение которой энергия, подводимая к системе от внешнего источника, приводит к резкому ускорению термохимической реакции. Практика показывает, что в естественных условиях воспламенение древесины наблюдается при температуре от 450 до 620°С.

Воспламеняемость древесины связана с ее объемным весом, влажностью, мощностью внешнего источника нагрева, формой сечения деревянного элемента, скоростью воздушного потока (тяги), положением элемента в тепловом потоке (горизонтальное, вертикальное) и т, п.

Решающее значение для процесса горения имеет плотность материала. Легкая, пористая древесина ольхи или тополя воспламеняется быстрее, чем плотная (дуб и т. п.). Мокрая древесина труднее воспламеняется, так как до воспламенения необходимо израсходовать дополнительное количество теплоты на испарение воды. Замедляющим фактором также является повышенная теплопроводность мокрой древесины; загоревшийся поверхностный слой ее скорее охлаждается. Круглые и массивные элементы горят хуже, чем с прямоугольным профилем и с малым сечением, с острыми ребрами относительно развитой боковой поверхностью. Не струганная поверхность элементов, подобная рыхлой древесине, воспламеняется быстрее, чем гладкая.

Принципиально важным и непременным условием для воспламенения и горения любого вещества является достаточный приток кислорода и концентрация теплоты горения, которая не рассеивается, а идет на прогрев новых смежных участков топлива до температуры воспламенения.

Горение древесины.

Если упомянутое выше условие соблюдается, то возникшее при вспышке пламя уже не затухает, а охватывает всю обугленную часть древесины. Это означает, что древесина воспламенилась, и процесс воспламенения перешел в процесс горения. Полено (щепка), если его извлечь из очага, будет гореть на воздухе самостоятельно.

В свою очередь, горение дерева состоит из двух фаз — пламенной фазы и фазы тления.

В режиме тления доминирующим процессом является горение твёрдых продуктов пиролиза (углей). При этом, пиролизные газы выделяются медленно и не могут воспламениться из-за малой своей концентрации. Газообразные продукты охлаждаются, конденсируются и дают обильный белый дым. При горении в режиме тления происходит движение воздуха в толщу горящей древесины

В режиме пламенного горения ведущим процессом является горение газообразных продуктов пиролиза., которое характеризуется движением горячих газов наружу.

Обе фазы горения неразрывно взаимосвязаны и будут продолжаться до тех пор, пока в зоне горения будут соблюдаться три условия: наличие топлива, наличие кислорода и концентрация необходимой температуры.

Затухание древесины.

Если одно из этих условий не соблюдается, то пламя затухает и весь процесс воспламенения и горения, либо прекращается, либо, в точности повторяется с самого начала, в зависимости от стабильности наружного источника тепла.

Дрова являются классическим и самым распространенным вариантом твердого топлива. При сжигании древесины образуется тепловая энергия, которая используется для отопления различных помещений. Эффективность сгорания всецело зависит от температуры горения дров, а вот она в свою очередь зависит от породы древесины, их влажности и условий сжигания. Каждая разновидность древесины может использоваться для выполнения разных целей и задач. Одни используют для приготовления пищи на мангале или печке, другие для обогрева пространства (в камине или буржуйке).

Горение древесины: основные этапы

Горение – это изотермическое явление, проще говоря, реакция, при которой идет выделение тепла. У каждой породы дерева свое КПД тепла. Чтобы измерить температуру горения дерева в печи используют специальный термометр – пирометр. Все другие приборы и термометры для этой цели не годятся, сколько бы вы не старались.

Определить температуру сгорания можно и по цвету пламени используемой породы. Если порода загорается темно-красным пламенем, значит это низкотемпературное горение. Белое пламя указывает на высокую температуру горения. Но самое оптимальное пламя все же должно быть желтого цвета. Таким пламенем горит обычно сухая береза.

Весь процесс горения дерева заключается в нескольких важных этапах, которые взаимосвязаны между собой.

Этапы горения древесины:

  1. Разогрев. При температуре 120 – 150 градусов дерево обугливается, в результате образуется уголь, который затем сам воспламеняется.
  2. Возгорание дымовых газов. Дальнейший разогрев способен привести к термическому разложению и газы вспыхивают, охватывая всю зону. Дерево при этом горит светло-желтым пламенем.
  3. Воспламенение. Его температура составляет 450 – 620 градусов. Для успешного воспламенения требуется хорошая тяга в определенном количестве.
  4. Горение. Оно состоит из двух фаз: процесса тления и горение пламенем. Горит огонь в том случае, пока для него создаются и поддерживаются определенные условия: пока есть само несгоревшее топливо, продолжает поступать кислород и сохраняется нужная температура.
  5. Затухание. Если хоть одно из условий не соблюдается, процесс горения прекращается и огонь тухнет.

Температура самовозгорания древесины

Самыми качественными дровами являются твердые лиственные породы, они имеют высокую теплопроводность и обладают длительным горением. К таким породам можно отнести дуб, бук, березу, акацию. Бук так же отличается приятным ароматом и его используют для копчения. А вот если разжечь в доме грушу, яблоню или вишню, то их приятный запах заполнит все помещение. Способность березовых дров разгораться даже в свежесрубленном виде очень высока, поэтому они являются самым выгодным и востребованным топливом.

Температура горения древесины: факторы, способствующие процессу

Каждый владелец частного дома, где есть печь или камин, знает, что от теплопроводности дров будет зависеть и их КПД. Так же за качество горения дров отвечает и еще один важный показатель. Таким показателем является температура горения дров. У каждой породы дерева она различна. Чем больше будет происходить увеличение градусов, тем система обогрева будет нагреваться быстрее, а вот вода в трубах или кирпичная кладка сохранит тепло дольше.

Существует разный каменный уголь, в котором присутствует большее или меньшее содержание золы. Так же есть отличия и у разных пород древесины. Например, отличаются они температурой, которая выделяется в процессе горения и составом продуктов, оставшихся после сгорания дров.

Чтобы выбрать качественную и добротную древесину, нужно знать некоторые важные факторы, которые отвечают за лучшее горение дерева. От этих факторов будет зависеть не только качество возгорания костра, но и температура пламени и самого процесса сгорания.

Факторы, которые способствуют процессу горения:

  • Сорт древесины;
  • Влажность дерева;
  • Количество воздуха, поступающего в топку.

Температура самовозгорания древесины

Так же породы дерева отличаются: плотностью, структурой, а так же составом смол и его количеством. Все эти факторы прямым образом так же влияют на теплопроводность, характер пламени, температуру воспламенения и сгорания разных пород. Например: тополь загорается высоким и очень ярким пламенем, однако максимальная его температура горения может составлять только 500 градусов Цельсию, а это вовсе не достаточно для обогрева. А вот при сгорании таких пород как: бук, ясень или граб выделяется температура более 1000 градусов, что способствует отличному отоплению.

Жаропроизводительность дров: таблица основных пород

Рассматривая разные породы дерева, в итоге, можно заметить некоторые различия: одни из них очень ярко и отлично горят, при этом ощущается сильное тепло, а другие просто еле-еле тлеют, оставляя за собой практически никакого жара. Дело здесь вовсе не в их сухости или влажности, а в их структуре и составе, а так же строении дерева.

Однако стоит обратить свое внимание и на то, что влажное дерево очень плохо возгорается и горит, при этом остается большое количество золы, что плохо сказывается на дымоходе, они сильно засоряются.

Самая высокая жаропроизводительность у дуба, бука, березы, лиственницы или граба, однако эти породы являются самыми нерентабельными и дорогими. Поэтому их применяют очень редко и то в виде стружки или опилок. Самая низкая теплоотдача – у тополя, ольхи и осины. Существует таблица, в которой указаны основные породы и их жаропроизводительность.

Таблица некоторых основных пород и их теплоотдача:

  • Ясень, бук – 87%;
  • Граб – 85%;
  • Дуб – 75, 70%;
  • Лиственница – 72%;
  • Береза – 68%;
  • Пихта – 63%;
  • Липа – 55%;
  • Сосна – 52%;
  • Осина – 51%;
  • Тополь – 39%.

Хвойные породы имеют низкую температуру горения, поэтому их лучше использовать для загорания открытого огня (костра). Однако древесина сосны загорается очень быстро и способна долго тлеть, так как в ее состав входит огромное количество смол, поэтому эта порода способна длительное время сохранять тепло. Но все же для отопления хвойную породу лучше не использовать, так как при ее сгорании образуется много дымовых газов, которые оседают в виде сажи на дымоходе и его приходится чистить, так как он быстро засоряется.

Полное и неполное сгорание: что выделяется при горении древесины

Гореть может не только дерево, но и его продукты (ДСП, ДВП, МДФ), а так же металл. Однако температура горения у всех продуктов разная. Например: температура горения стали составляет 2000 градусов, алюминиевой фольги – 350, а дерево начинает воспламеняться уже при 120 – 150.

Температура самовозгорания древесины

При сгорании древесины в конечном итоге образуется дым, где твердым веществом является сажа. Весь состав продуктов сгорания всецело зависит от составляющих дерева. Древесина в основном состоит из самых главных составляющих: водорода, азота, кислорода и углерода.

Если сгорел 1 кг древесины, то продуктов сгорания в газообразном состоянии выделиться где-то 7,5 – 8,0 м кубических. В дальнейшем они гореть уже не способны, кроме окиси углерода.

Продукты сгорания дерева:

  • Азот;
  • Окись углерода;
  • Углекислый газ;
  • Пары воды;
  • Сернистый газ.

Горение по характеру может быть полным или неполным. Но оба они происходят с образованием дыма. При неполном горении некоторые продукты сгорания еще могут гореть в дальнейшем (сажа, окись углерода, углеводороды). А вот если произошло полное сгорание, то тогда продукты, которые образовались в дальнейшем, гореть не способны (сернистый и углекислый газы, пары воды).

Источник: prostoprofi.ru


Leave a Comment

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.