Пиролиз древесины

Пиролиз древесины

Воспламенение и горение древесины есть следствие её нагрева до высоких температур в воздухе. В холодном состоянии древесина воздухом не окисляется. При нагреве древесина термически разрушается с образованием легкогорючих веществ, которые могут воспламеняться и поддерживать дальнейшее горение древесины. Поэтому для правильного понимания процессов горения необходимо знать как термически разрушается древесина.

Первичное термическое разрушение древесины происходит внутри полена, а значит без доступа воздуха (ввиду слабой газопроницаемости древесины). Термическое разрушение древесины в инертной среде (без доступа кислорода воздуха или иных окислителей) называется термической деструкцией, термическим разложением или пиролизом.

Пламенное горение горючих газов

Пламенное горение горючих газов

Образующиеся при пиролизе древесины угли и горючие газы сгорают на воздухе по-разному, причём и горючие газы сгорают по-разному в зависимости от того, смешаны ли они с воздухом предварительно в горючую смесь (гомогенные пламена) или не смешаны или частично смешаны (гетерогенные диффузные пламена).

Метан через жиклёр 1 подаётся в модельную горелку 2, где струйно смешивается с подсасываемым через отверстия 3 «первичным» воздухом, а затем сгорает во «вторичном» воздухе над горелкой в виде известного голубого прозрачного пламени 4 (рис. 93). Процесс горения является самоподдерживающимся процессом: в зону пламени 4 поступает метан изнутри, а кислород воздуха снаружи. Метан в смеси с подмешанным воздухом сначала прогревается за счёт теплопроводности от фронта горения, затем начинает термически разлагаться (как при пиролизе). Образующиеся активные радикалы при наличии кислорода тотчас вступают в первичные реакции окисления (с выделением тепла СН4+О2→CH2+H2+O2→CO*+ H2O +H2 и т. д.), а затем всё это догорает во внешнем («вторичном») воздухе 10.

Воспламенение и горение дров

Воспламенение и горение дровДля простейшего качественного анализа возьмём деревянную дощечку и положим её плашмя на тлеющие угли очага (рис. 95). Ясно, что доска должна нагреваться снизу, а значит и дрова в кострах и в печах вспыхивают и горят снизу.

Древесина как топливо

Древесина как топливо

Дрова всё ещё остаются основным видом топлива для дачных бань, а в любительских банях являются непременным элементом антуража. Дрова достаточно экологичны: в отличие от каменного угля и нефти древесина при сжигании не образует сернистых соединений, но по сравнению с газом, дрова дают много дымовых выбросов, особенно при растопке.

Требования к качеству дров для отопления стандартизованы по ГОСТ 3243-88. Однако для бань требования более жёсткие. По крайней мере в чёрных банях выбор дров всегда имел определяющее значение. Дрова должны были быть малосмолистыми - из древесины лиственных пород - ольхи, берёзы, осины, дуба, липы (чтобы поменьше дымили), тщательно высушенными (чтобы не дымили, не давали больших языков пламени и оставляли большое количество углей), достаточно крупными (чтобы равномерно прогревали, оставляли большое количество углей), и во всяком случае не хворост (сушёные ветки), не дровяные отходы по ГОСТ 23827-79 и не тонкомер (горбыль) ГОСТ 18288-87. Лучше всего подходит для чёрных бань предварительно заготовленный крупнокусковой древесный уголь (или породы древесины для пиролиза и углежжения по ГОСТ 24260-80).

Физико-химические свойства древесины

Физико-химические свойства древесины

Элементный химический состав абсолютно сухой древесины всех пород практически одинаков: углерод 49-50%, кислород 42-44%, водород 6-7%, азот 0,1-0,7%, неорганическая часть 0,1-2% (зола, состоящая из окислов калия, кальция, натрия, магния, кремния и т. п.). В абсолютно сухой древесине содержится 39-58% целлюлозы, 17-34% лигнина, 15-38% гемицеллюлозы и до нескольких процентов восков, смол, таннинов, жиров, эфирных масел.

Плотность древесного вещества (материала абсолютно сухих клеточных стенок) не зависит от породы и равна 1530 кг/м3. В то же время плотность абсолютно сухой древесины из-за наличия внутриклеточных пустот колеблется для разных пород в широких пределах от 100 кг/м3 (бальса) до 1300 кг/м3 (гваякум). Теплота сгорания абсолютно сухой древесины всех пород одинакова и составляет 4500 ккал/кг= 18800 кДж/кг=5,2 кВт-час/кг.

Структура древесины

Структура древесины

Древесина представляет собой очень неоднородное по своему составу и пространственной структуре образование. Располагаясь между корой и сердцевиной, древесина прирастает, утолщая ствол, из так называемого камбия - особой образовательной ткани, очень тонкой, не видимой глазом, располагаемой между древесиной и лубом (корой). В камбии путём деления клеток рождаются новые живые сильно удлинённые вдоль ствола клетки (прозенхимные, то есть волокноподобные) длиной в среднем 3,5 мм и толщиной 0,05 мм у сосны и длиной 1,2 мм и толщиной 0,02 мм у берёзы.

Эти клетки содержат (как и все клетки растений) внутри себя жидкую цитоплазму с ядрами, вакуолями, митохондриями, хлоропластами и т. д. (рис. 77). По мере нарастания новых внешних слоев клеток, клетки во внутренних слоях постепенно умирают из-за образования в их стенках за счёт химического действия ферментов громадного количества пор (перфораций) и тем самым превращаются в так называемые трахеиды - элементы вертикальных сквозных каналов, способных проводить через себя питательные водные растворы по стволу из корней в крону дерева.

 

 
 
Яндекс.Метрика