Температура горения дров и угля

Формулы горения

Температуры воспламенения разных видов топлива (нажмите для увеличения) При загорании топлива (дрова, уголь) идет химическая реакция с выделением тепла.

Двуокись углерода вступает в реакцию с углеродом топлива в верхних слоях, образуя окись углерода.

На этом процесс горения не заканчивается, ведь поднимаясь вверх в топочном пространстве, окись углерода вступает в реакцию с кислородом из воздуха, приток которого происходит через поддувало или открытую дверцу топки.

Ее сгорание сопровождается синим пламенем и выделением тепла. Образующийся угарный газ (двуокись углерода) поступает в дымоход и улетает через трубу.

Тление с минимальным притоком кислорода приведет к образованию неядовитой окиси углерода, давая равномерное тепло.

Показатели выбора вида дерева в зависимости от назначения

Во время выбора материала который потребуется, необходимо знать несколько невидимых моментов. К примеру, если применять ясень или бук, то можно увеличить температуру до высоких параметров, однако если использовать их для бани или камеры сгорания печи, то это слишком дорого и невыгодно – дрова быстро горят. Из-за этой причины люди начали применять иную древесину – березу. Сгорание дров из березы сопровождается получением 800 градусов.

Также практически всегда используется дуб и лиственница. Температура при возгорании их может составлять от 840 до 900 градусов. Когда испытываете необходимость разжечь открытый огонь, костер, зажечь поленья в мангале на собственном дачном или частном участке, лучше всего применять сосну. Ее также иногда используют для отапливания дома, путем помещения в печь. Температура горения материала будет примерно 610-630 градусов. Но из-за этой причины нужно будет задействовать ориентировочно частично больше дров, чем при эксплуатации березы или дуба.

Специфики хвойной породы:

Температура горения — невысокая.
При помещении в огонь возникает приличное количество сажи и дыма.

Возникновение дыма и сажи происходит из-за приличного количества смолы, имеющейся в древесине. Она садится на стенках дымоотвода, а благодаря этому его стоит иногда очищать после применения. Благодаря этому хвойные породы не так востребованы для камеры сгорания – процесс чистки очень сложный. Подобный материал применяют только в любом случае, если нет иного варианта.

Также при разведении костра нужно смотреть на влажность материалов, потому как этот процент влияет напрямую на горение. Чем влажнее дрова, тем хуже будут они гореть. Однако при этом также формируется особенно много дыма.

Народный как показывает опыт, что для получения нужного тепла для обогревания дома, приходится применять дрова из бука, дуба, который срублен во время зимы, горных сосен, березы и акации.

Самое крепкое пламя вызывает ясень, смолистая лиственница, клен, сосна или дуб, срубленный летом.

Большинство выбирают сжигать сосну – это один из самых распространенных вариантов

Чуть меньше жара создает пихта, каштан и кедр.

Самой плохой теплоспособностью обладает тополь, ольха, осина.

Из этого всего делаем вывод, что прекраснее всего создают тепло те дрова, которые наиболее увесистые и плотные.

Химический процесс

После попадания в камеру происходит постепенное тление дров. Данный процесс происходит благодаря наличию в топке достаточного количества газообразного кислорода, поддерживающего горение. По мере тления наблюдается выделение достаточного количества тепла, превращение избыточной жидкости в пар.

Дым, выделяющийся в процессе реакции, идет в отсек вторичной переработки, там он полностью сгорает, происходит выделение тепла. Углевыжигательная печь выполняет несколько важных функциональных задач. С ее помощью образуется древесный уголь, а в помещении поддерживается комфортная температура.

Сгорание топлива

Очень важно организовать беспрерывную подачу кислорода к топливу. Чтобы оно сгорало полностью, делается избыточная подача воздуха

Иными словами, объем воздуха должен превышать теоретическое значение. Отрицательной стороной

такой подачи является потеря тепла, часть которого просто уходит через трубу.

Эффективность и экономичность отопительной системы с твердотопливным котлом напрямую зависит от вида топлива. Помимо дров и отходов деревообработки в качестве энергоносителя активно используется уголь различных видов. Температура горения угля — один из важных показателей, но следует ли его учитывать при выборе топлива для печи или котла?

Уголь в печи

Применение

Основным использованием топлива является его сжигание для выделения тепла. Тепло используется не только для отопления частного дома и приготовления пищи, но и в промышленности для обеспечения технологических процессов, происходящих при высокой температуре.

В отличие от обычной печки, где процесс поступления кислорода и интенсивность горения слабо регулируется, в промышленных печах особое внимание уделяется контролю над подачей кислорода и поддержанием равномерной температуры горения. Рассмотрим основную схему сгорания угля

Рассмотрим основную схему сгорания угля.

Идет нагревание топлива и испарение влаги.
С ростом температуры начинается процесс коксования с выделением летучих коксовых газов. Сгорая, он дает основное тепло.
Уголь превращается в кокс.
Процесс горения кокса сопровождается выделением тепла, достаточного для запуска коксования следующей порции топлива.

В промышленных котлах горение кокса разделяется по разным камерам от горения коксового газа. Это позволяет осуществлять приток кислорода для кокса и газа с разной интенсивностью, добиваясь необходимой скорости горения и поддержания необходимой температуры.

Дубовые

Если когда-то царскими считались ольховые дрова, сегодня «корона» перешла к древесине дуба, что обусловлено выдающимися свойствами.

Первая категория плотности (750 кг/м³ и больше).
Первая категория теплоемкости (200-300 ккал).
Длительное горение.

Когда стоит вопрос, какими дровами лучше топить не только печь, но и камин, дубовые часто выиграют у других и благодаря характерному запаху, выделяемому при горении. В условиях открытой топки это и приятно, и полезно, так как ароматизация происходит благодаря наличию в древесине эфирных масел. Но использовать только дубовые поленья при полноценном печном отоплении позволит себе не каждый, так как они относятся к верхнему ценовому сегменту. Их можно заготовить некоторую часть, чтобы подкладывать на ночь или в другом случае, когда нужно максимально длительное горение. А основную массу времени топить дровами с хорошей теплоотдачей, но из более доступных широкому кругу пород. Насколько качественными будут дубовые дрова, зависит от возраста дерева – чем оно старше, тем хуже, заготавливать поленья рекомендуется из стволов среднего возраста и размера. Ввиду высокой плотности, даже сухой дуб разгорается достаточно медленно и очень неохотно. Для растопки эффективнее использовать легковоспламеняющиеся смолистые породы, высушенную кору или бересту.

Особенности горения

Теплоносители отличаются по типу пламени. Для бурого и каменного ископаемого характерны длинные языки пламени, а антрацит и древесное топливо являются энергоносителями с коротким пламенем. Последние выделяют много тепловой энергии и сгорают почти без остатка.

Длиннопламенное топливо горит в два этапа. Сначала происходит испарение летучих фракций, горючий газ сгорает и перемещается в верхнюю область топочной камеры. Во время выделения газа уголь коксуется, после полного выгорания примесей начинается горение кокса. Появляется короткое пламя. В заключение углерод сгорает, а зола и шлаки остаются.

Температура в мангале

Идеальная температура топлива для жарки мяса — 600-700 градусов. В таком случае шашлык получится максимально сочным и прожаренным.

https://youtube.com/watch?v=2aOiIJCR9eo

Профессионалы советуют определять температуру по виду теплоносителя. Оптимально, когда угольки начинают «седеть», то есть на них образуется белый пепел.

Важно не путать температуру горения угля и дров. Если в мангал поместить березовую древесину и зажечь ее, температура дойдет до отметки 1070-1570 градусов

Такой показатель не подойдет для жарки шашлыка. Мясо попросту сгорит.

Измерение показателей

Для того чтобы определить температуру в мангале, начинающие могут воспользоваться пирометром. Этот прибор стоит недорого и облегчит жизнь любителям дачного отдыха. Однако можно измерить показатель и без использования специальных средств. Для этого потребуется только рука. Ее необходимо поднять над мангалом на высоте 7-8 см от топлива.

В процессе необходимо подсчитать, через какое время станет максимально горячо:

через 1 секунду — уровень температуры от 350 градусов и больше;
2 секунды — около 280 градусов;
3 секунды — 250 градусов;
4 секунды — отметка в 200 градусов;
5 секунд или больше — меньше 150 градусов.

Использование разнообразных видов топлива очень популярно. Уголь, торф и древесину применяют не только в быту, но и в промышленных целях. На современном рынке каждый найдет подходящий теплоноситель исходя из назначения и желаемых требований.

Особенности печи, работающей на угле

Подобное устройство имеет конструктивные особенности, предполагает проведение реакции пиролиза угля. не относится к полезным ископаемым, он стал продуктом человеческой деятельности.

Температура горения угля составляет 900 градусов, что сопровождается выделением достаточного количества тепловой энергии. Какова технология создания такого удивительного продукта? Суть заключается в определенной обработке древесины, благодаря чему происходит существенное изменение ее структуры, выделение из нее избыточной влаги. Осуществляется подобный процесс в специальных печах. Принцип действия таких устройств базируется на процессе пиролиза. Печь для получения древесного угля состоит из четырех базовых компонентов:

камеры сгорания;
укрепленного основания;
дымохода;
отсека вторичной переработки.

Температура горения древесного угля

Обычный древесный уголь, получаемый выжиганием сухих дров, обладает на удивление высокими показателями. Его удельная теплотворная способность достигает 7400 ккал/кг, влажность – максимум 15% (зависит от условий хранения) а зольность настолько низка, что после сжигания почти ничего не остается. Что касается температуры горения березовых углей, то на практике ее достаточно, чтобы размягчать и ковать металл в кузнице. Это примерно 1200—1300 ºС.

Этот нехитрый вид горючего используется также для приготовления пищи на различных уличных печах. И, хотя условия горения древесного угля в мангале далеко не идеальны, его расход выходит гораздо меньше, чем обычных дров. Это обусловлено приличным выделением тепла и отсутствием зольных включений.

Факторы, влияющие на температуру горения

Температура горения дров в печи зависит не только от породы древесины. Значимыми факторами также являются влажность дров и сила тяги, которая обусловлена конструкцией теплового агрегата.

Влияние влажности

У свежесрубленной древесины показатель влажности достигает от 45 до 65%, в среднем – около 55%. Температура горения таких дров не поднимется до максимальных значений, так как тепловая энергия будет уходить на испарение влаги. В соответствии с этим снижается теплоотдача топлива.

Чтобы при сгорании древесины выделялось необходимое количество теплоты, используются три пути:

для обогрева помещений и приготовления пищи используется почти вдвое больше свежесрубленных дров (это оборачивается ростом расходов на топливо и потребностью в частом обслуживании дымовой трубы и газоходов, в которых будет оседать большое количество сажи);
свежесрубленные дрова предварительно высушиваются (бревна пилятся, раскалываются на поленья, которые укладывают в штабель под навес – для естественной сушки до 20% влажности требуется 1-1,5 года);
закупаются сухие дрова (финансовые затраты компенсируются высокой теплоотдачей топлива).

Теплотворная способность березовых дров из свежесрубленной древесины достаточно высока. Также пригодно к использованию топливо из свежесрубленного ясеня, граба и других твердых пород древесины.

Порода древесины	Сосна	Берёза	Ель	Осина	Ольха	Ясень
Теплотворная способность свежесрубленного дерева (влажность около 50%), кВт м3	1900	2371	1667	1835	1972	2550
Теплотворная способность полусухих дров (влажность 30%), кВт м3	2071	2579	1817	1995	2148	2774
Теплотворная способность древесины, пролежавшей под навесом не менее 1 года (влажность 20%), кВт м3	2166	2716	1902	2117	2244	2907

Влияние подачи воздуха

Ограничивая поступление кислорода в топку, мы снижаем температуру горения древесины и уменьшаем теплоотдачу топлива. Длительность сгорания закладки топлива можно увеличить, прикрывая заслонку котельного агрегата или печки, но экономия топлива оборачивается низким КПД сжигания из-за неоптимальных условий. К дровам, горящим в камине открытого типа, воздух поступает свободно из помещения, и интенсивность тяги зависит в основном от характеристик дымохода.

Упрощенная формула идеального сгорания древесины такова:

Углерод и водород сжигаются при подаче кислорода (левая часть уравнения), в результате образуется тепло, вода и углекислый газ (правая часть уравнения).

Чтобы сухие дрова горели при максимальной температуре, объем воздуха, который поступает в камеру сгорания, должен достигать 130% от объема, требуемого для процесса горения. При перекрывании потока воздуха заслонками образуется большое количество угарного газа, и причиной тому недостаток кислорода. Угарный газ (недожженный углерод) уходит в дымоходную трубу, при этом падает температура в камере сгорания и уменьшается теплоотдача дров.

Экономный подход при использовании твердотопливного котла на дровах – установка теплоаккумулятора, который будет запасать излишки тепла, образующегося при горении топлива в оптимальном режиме, с хорошей тягой.

С дровяными печами так экономить топливо не получится, поскольку они напрямую греют воздух. Тело массивной кирпичной печи способно аккумулировать относительно небольшую часть тепловой энергии, а у металлических печек излишки тепла напрямую уходят в дымоход.

Если вы открыли поддувало и увеличили тягу в печи, интенсивность горения и теплоотдача топлива увеличится, но и потери тепла также возрастут. При медленном сгорании дров возрастает количество угарного газа и уменьшается теплоотдача.

Свойства конструкции углевыжигательной печи, основанной на использовании пиролиза

Индивидуальной категорией необходимо отметить кокс. Такой вид топлива не считается ископаемым. Он, скорее, олицетворяет течение прогресса, потому как полностью выполняется человеком. Для его возгорания достаточно маленькой температуры в 100-200°C. При этом в процессе горения кокса она может достигать порядка 800-900°C, что обуславливает хорошие качества выделения тепла. Как же делают этот удивительный продукт? Этот процесс весьма прост. Заключается он в специализированной деревообработке, позволяющей значительно видоизменить ее структуру, выделив из нее влажность. Для реализации этой сложной задачи применяют углевыжигательные печи. Как становится ясно из их названия, назначение данных устройств состоит в выполнении предназначений деревопереработки. Печи для изготовления кокса имеют конкретную структуру и похожие конструкционные элементы.

Рабочий принцип такого приспособления построен на воздействии процесса пиролиза на древесину, который и создает роль ее изменения. Газогенераторная печь для изготовления кокса состоит из 4 центральных элементов:

укрепленное основание;
топка;
отсек вторичной переработки;
дымотвод.

Чертежи данного устройства предоставляют возможность проследить, какие собственно процессы протекают изнутри конструкции. Попадая в топку, дрова начинают поэтапно истлевать. Данный процесс обусловлен отсутствием кислорода в камере сгорания, нужного для поддерживания настоящего огня. В процессе тления выделяется большое количество тепла, а жидкость, которая есть в дереве, улетучивается. Выдиляющийся в результате подобного влияния дым проникает в отсек вторичной переработки, где полностью горит, вырабатывая тепло.

Подобным образом углевыжигательная печь делает одновременно несколько задач. Первая из них дает прекрасную возможность создавать кокс, вторая — обеспечивает помещение необходимым числом тепла. Однако процесс изменения дров считается очень щекотливым, потому как малейшая задержка может привести к полному их сгоранию. Благодаря этому в нужный момент обуглившиеся заготовки нужно достать из печи.

Благодаря этому процесса мы сможем получить замечательный материал, который поможет полностью нагреть помещение зимой. Углевыжигательные печи при этом играют очень важную роль, потому как в природе кокс почти не встречается.

Горение сухой травы

Сначала дадим несколько физических характеристик материала.

Параметр	Значение
Плотность при проведении испытаний и расчетов, кг/м3	70
Влажность, %	7,3
Удельная теплота сгорания, МДж/кг	16,65
Температура самовоспламенения аэрогеля, °C	180
Температура воспламенения аэровзвеси, °C	490
Температура возгорания сухой травы, °C	70
Температура тления, °C	204
Минимальная энергия зажигания, мДж	260

Из таблицы видно, что достаточно минимального огня – искры, непотушенной сигареты для воспламенения сухой травы.

При этом температура горения довольно высокая. Даже тление способно нанести непоправимый ущерб животному миру в районе такого пожара.

Надо отметить, что помимо фауны страдает еще и плодородность верхнего слоя почвы, так как тепловое воздействие на него велико и выгорают полезные для развития флоры вещества. Рассмотрим два основных вида возгорания сухой травяной подстилки.

Лесной низовой пожар

Это огонь, распространяющийся по нижней части зеленого массива – лесной подстилке, сухой траве, мху, листовому опаду. В 98 % случаев с этого начинаются лесные пожары, приводящие к колоссальным потерям. Но даже низовой огонь уничтожает большое количество зеленой массы, представителей животного мира.

Такой пожар опасен и для человека, так как создает сильное задымление и приводит к отравлению продуктами горения.

Сельскохозяйственный пал

Определяется специально разработанными правилами его проведения:

оповещение местных властей должно быть не позднее, чем за 3 дня до его начала;
указывается территория и выжигаемая площадь, составляется схема сельскохозяйственного пала;
определяется срок мероприятия;
назначаются ответственные лица и исполнители;
к каждому участку прикрепляется противопожарная техника и оборудование.

Использование древесного угля

Древесный уголь в быту используется для приготовления мяса на мангале.

Благодаря высокой температуре горения (около 700°С) и отсутствию пламени обеспечивается равномерный жар, достаточный для приготовления мяса без обугливания.

Также его применяют как топливо для каминов, приготовления пищи на небольших печах.

В промышленности его используют как восстановитель при производстве металла. Незаменим древесный уголь при производстве стекла, пластмасс, алюминия.

Обычно температура каменного угля

, находящегося в воздухе, всегдавыше 1650 °C . начинает гореть при поступлении кислорода при температуре1250 °C .

Считается, что плавильную печь лучше всего топить древесным углем. Его можно собрать из самых разных конструкционных материалов. Пламя каменного угля при подаче воздуха способно расплавить даже металл.

Когда горит каменный уголь, температура может даже превышать 1650 °C. Обычные дрова горят при температуре менее 1150 °C.

Высокая температура стала причиной изготовления внутренних элементов печи, где происходит сжигание угля, из особого . Кирпичи кладутся на .

Безусловно, если создать определенные условия, то, сжигая каменный уголь, можно получить температуру выше 2000 °C.

Чтобы уголь сгорал полностью, необходимо выполнить несколько операций. Прежде всего нужно, чтобы температура предварительного нагрева максимально приближалась к точке воспламенения. Заметим, что различное топливо отличается своей температурой начала горения. Оно имеет различное значение:

каменный уголь – 470 °C;
антрацит – 700 °C;
бурый уголь – 370 °C;
торф – 225 °C;
дрова – 300 °C.

Поддержка температуры воспламенения осуществляется раскаленным топливом, находящимся на колоснике.

Формулы горения

Двуокись углерода вступает в реакцию с углеродом топлива в верхних слоях, образуя окись углерода.

Как измерить?

При помощи пирометра

Чтобы узнать какая температура в мангале, можно использовать специальное устройство пирометр. Он существенно облегчит жизнь начинающим шашлычникам. Принцип его действия основан на фиксации теплового излучения. Для применения в быту вполне будет достаточно переносной модели из средней ценовой категории.

При помощи руки

Определить примерный температурный диапазон можно и при помощи руки. В США этот метод известен под названием «Миссисипи». Чтобы им воспользоваться, раскрытую ладонь нужно подержать над мангалом на высоте 7-8 см от углей. При этом нужно считать, за сколько секунд станет нестерпимо горячо:

1 секунда — 350° и более.
2 секунды – 280°;
3 секунды – 250°;
4 секунды – 200°;
5 секунд и более – менее 150°.

Что такое удельная теплота сгорания

Мы уже знаем, что при горении выделяется теплота (тепловая энергия).

Количество теплоты, которое мы получим при сгорании, будет отличаться для разных видов топлива. Одно топливо будет выделять больше энергии, другое – меньше.

Чтобы сравнивать горючие вещества между собой, удобно сжигать 1 килограмм топлива и измерять выделяемое количество теплоты.

Примечание: Не путайте теплоту и температуру. Теплота – это тепловая энергия. Любую энергию измеряют в Джоулях. А температуру измеряют в градусах.

\(\large q \left( \frac{\text{Дж}}{\text{кг}}\right)\) – удельная теплота сгорания.

Примечание: Удельная теплота сгорания — это тепловая энергия, которая выделяется при полном сгорании 1 кг. топлива. Ранее мы уже сталкивались с удельными величинами (ссылка).

Удельную теплоту сгорания некоторых веществ можно найти в справочнике физики.

Особенности сжигания углей

Когда потребитель знакомится с температурой горения того или иного угля, ему нужно учитывать, что производители указывают только те цифры, которые являются актуальными для идеальных условий. Конечно, в обычном бытовом котле или печи воссоздать необходимые параметры просто невозможно. Современные теплогенераторы из металла или кирпича просто не рассчитаны на столь высокие температуры, так как основной теплоноситель в системе может быстро закипеть. Именно поэтому параметры сгорания того или иного топлива определяются режимом его сжигания.

Иными словами, все зависит от интенсивности подачи воздуха. Как ископаемый, так и древесный уголь хорошо нагревает помещение, если уровень поступления кислорода достигает 100%. Чтобы ограничить воздушный поток, можно использовать специальную заслонку/задвижку. Такой подход позволяет создать наиболее благоприятные условия сгорания заправленного топлива (до 950˚С).

Если уголь используется в твердотопливном котле, тогда нельзя допустить вскипание теплоносителя. Основная опасность связана с тем, что предохранительный клапан может просто не сработать, а это чревато большим взрывом. К тому же смесь воды и горячего пара плохо воздействует на функциональные способности циркуляционного насоса. Специалистами были разработаны два наиболее эффективных способа, которые позволяют контролировать процесс горения:

Дроблённое или порошковое топливо должно поступать в котёл исключительно в дозированном объёме (действует та же схема, что и в пиллетных устройствах).
Основной энергоноситель загружается в топку, после чего регулируется интенсивность подачи воздуха.

Рассматривая, при какой температуре горит тот или иной вид топлива, следует учитывать, что приводятся цифры, достижимые только в идеальных условиях. В домашней печи или твердотопливном котле такие условия создать невозможно, да и не нужно. Кирпичный или металлический теплогенератор не рассчитан на такой уровень нагрева, а теплоноситель в контуре быстро закипит.

Рекомендуем: Общеобменная вентиляция: классификации способов воздухообмена, принципы приточного и вытяжного движения

Поэтому температура сгорания топлива определяется режимом его сжигания, то есть, от количества воздуха, подаваемого в топочную камеру. Ископаемый и древесный энергоноситель лучше всего горит, если подача воздуха достигает 100%. Для ограничения воздушного потока используется задвижка или заслонка, благодаря чему поддерживается оптимальная для печи температура сгорания топлива — около 800-900°С.

Сжигание углей в котле

При сжигании энергоносителя в котле нельзя допускать вскипание теплоносителя в водяной рубашке — если предохранительный клапан не сработает, произойдет взрыв. Кроме того, смесь пара и воды губительно действует на циркуляционный насос в системе отопления.

Чтобы контролировать процесс горения, используются следующие способы:

энергоноситель загружается в топку и регулируется подача воздуха;
угольная крошка или топливо кусочками подается дозировано (по той же схеме, что и в пеллетных котлах).